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Technical safety means that the pursuit of technology should also include ensuring that people
make mistakes
( 安全技术 )
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高分子材料火灾烟气毒性分析及其防烟措施(版)
备注：传统安全中认为技术只要能在人不犯错误时保证人安全就到达了技术的
根本要求，但更进一步的技术安全观对技术的追求还应当包括保证防止人犯
错，乃至在肯定范围内缓冲、包涵人的错误。
随着科学技术和建筑业的飞速进展，高分子材料正以前所未有的速度转变和提高着人们的生活水平，被广泛使用在建筑装修、装 修材料和家具制造中。但是，由于大多数高分子材料均属于易燃〔B3 级〕或可燃〔B2 级〕材料，在使用中遇到高温会分解燃烧且热释放速率高，极易引发火灾并产生大量有毒烟气，阻碍了人员安全疏散 和消防部队的灭火救援行动，由此造成巨大的人员伤亡和经济损失。以 2025 年底为例，在不到 3 个月的时间里，全国就连续发生 3 起死亡 10 人以上的重、特大火灾：2025 年 10 月 21 日，福建莆田一鞋面加工厂发生火灾，造成37 人死亡；2025 年 12 月 12 日，浙江温州温富大厦和广东东莞樟木头咖啡厅均发生火灾，分别造成 21 人和 10 人死亡。
国内外大量火灾案例说明，火灾死亡人数中 70%-80%是直承受烟害中毒致死的，这些有毒烟气主要来自于高分子材料在火灾中的燃 烧；其他被火烧死者中，大多数也是先被有毒烟气熏倒而后才被火 烧死的[1]。因此，高分子材料火灾烟气的预防和掌握，已成为当前消防部门急需争论解决的重大课题之一。本文从高分子材料的分类、烟气毒性、释放规律等方面入手，对此进展了初步探讨。
一、烟气的主要成分及毒性
烟气也叫烟雾，是可燃物质燃烧时产生的悬浮固体、液体粒子和气体的混合物，其粒径一般在 -10 微米之间，它的成分和性质主要取决发生燃烧物质的化学组成和燃烧条件。人们常说：“风借火势，火借风威。”其实，对于火场中的被困人员而言，烟害更甚于火；在建筑失火时，火龙远未到达之处，无孔不入的烟气早已开头 狂暴施虐了。由于在火灾中参与燃烧的物质和发生火灾的环境条件 比较简单，特别是高分子材料在建筑、装修及家具业中的广泛应用， 其燃烧产生的大量有毒气体，使得火灾烟气的毒害性日趋严峻，已 经成为火场上导致人员死亡的最主要缘由，被形象地称为“火场第
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一杀手”。国内比较典型的案例有：1994 年 11 月 27 日辽宁省阜市
艺苑歌舞厅火灾,死亡 233 人,伤 16 人；1994 年 12 月 8 日疆克拉
玛依友情馆火灾,死亡 326 人,伤 134 人；2025 年 12 月 25 日河南省
洛阳市东都商厦火灾,死亡 309 人。美国的统计资料显示，过去的四十年中,烟气吸入致死占火灾死亡总人数的 70%-75%,而且该数字有上升的趋势[2]。
高分子材料的燃烧反响一般要经受聚合物链的高温分解和分解产物的燃烧反响，组成不同的高分子材料在高温下具有不同的分解方式，但结果都生成多种小分子碳氢化合物中间体而发生高温燃烧反响。试验结果说明，由于火场温度梯度大、氧气供给缺乏，高分子材料及其添加剂〔如增塑剂、防老化剂、防腐剂、阻燃剂等〕在燃烧过程中，常常发生不完全燃烧而产生大量的有毒气体，包括 CO、C02、S02、NH3、CH4、HCN、HCl 等，其中CO、C02、HCN 是火灾中致人死亡的最主要的气体[3]。
CO 对人体的危害主要取决于它在空气中的浓度及接触的时间， CO 与红血球中血红素〔蛋白〕的结合力量是氧气的 230-270 倍〔另
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一数据 200-300〕，会抢先与血红素结合而形成碳氧血红素〔一氧化碳血红素，COHb〕，失去携氧力量，造成组织窒息。接触1h，安全的 CO 体积分数为 %-%，人员疏散时 CO %。但火灾起初阶段，CO 在烟雾中的体积分数高达 1%，进展阶段CO 体积分数高达 4%-5%，最高可以到 10%，可以使人瞬间死亡[4]。CO2 本身仅在体积分数较高时才有显著的毒性，但低氧条件下毒
性更为严峻。空气中正常 C02 体积分数为 %。火场现场中 C02 体积分数可达 15%-23%。动物试验说明，在正常含氧量〔20%左右〕条件下CO2 体积分数上升，动物死亡率增加；在低氧〔5%〕的气体中， 可使 1/10 的动物死亡；但假设在低氧〔5%〕条件下，含 11%的 CO2 便可使动物于 60min 内全部死亡川[4]。
HCN〔氰化氢〕是全部氰化物中中毒最快、毒性最强的一种，它可以使人体缺氧，抑制人体中酶的生成，阻挡正常的细胞代谢，造成机体组织内窒息。人吸入 20-40mg/m3 数小时后，消灭稍微病症； 吸入 120-150mg/m3 后，-1 小时死亡；当到达300mg/m3 时，马上死去。同时，当氰化氢与一氧化碳同时存在时，两者的毒性呈相加
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作用[5]。
此外，大量的烟气还会使火场中的含氧量低于人们生理正常所需的数值。在大局部火灾状况下,氧体积分数降低所起的作用与 CO 相比是次要的。然而,对限定空间的火灾试验说明,缺氧的状况会在火灾中进一步进展,当氧的体积分数到达 10%-15%时即为临界状态, 低于此会对人员安全产生严峻的影响；假设氧的体积分数低于 6%时， 段时间内就会使人员因重度缺氧而窒息死亡。同时，在缺氧的火灾 环境下,CO 的含量将会增加,此时血液中的氧会在双重缺氧状况下， 这种缺氧状态加之火灾产生的热、烟和其他气体的毒害作用，可能 会造成人体更为严峻的危害[3]。
二、烟气的释放规律
热解和不完全燃烧是高分子材料在火灾中产生有毒气体的两种途径。大量的争论说明，火灾中有毒气体的释放速率和总量除了取决于燃烧温度外，还与高分子材料是否阻燃有关。下面我们以聚氨酯泡沫塑料为例，就高分子材料火灾烟气的释放规律进展分析：
聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称，是由异氰酸酯与多元醇反响制
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成的一种具有氨基甲酸酯链段〔－NH－CO－O－〕重复单元构造的高分子聚合物。泡沫塑料是聚氨酯合成材料的主要品种之一，它的主要特征是具有多孔性，因而相对密度小、比强度高，而依据所用原料和配方的不同，又可制成软质、半硬质和硬质聚氨酯泡沫塑料。依据试验结果显示[6]，聚氨酯一般在 150～300℃开头热解，其产物主要是一氧化碳和氰化氢；在缺氧状况下，800℃裂解时还可产生二氨基甲苯、乙腈、丙烯腈、吡啶和苯腈等有毒气体。以软质聚氨酯泡沫〔海绵〕为例，由于自身比外表积大、对氧吸附性较强、热稳定性差，因而当温度高于 60℃时就会发生软化，温度高于 160℃时即分解自燃，遇明火或炎热火焰时，就直接着火燃烧并释放出浓烟和毒气。而以硬质 PAPI 系泡沫为例，HCN〔氰化氢〕发生量最高温度约为 500℃，在这温度以上，由于HCN 自身可燃将着火燃烧，就会使HCN 气体发生量降低；反之，温度低于 500℃左右时，HCN 的发生量就随温度的上升而增加。
另外，试验结果还说明[7]，经过阻燃处理的块状软质聚氨酯泡沫一旦发生燃烧，其有毒气体释放的速率和总量要比未经过阻燃处
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理的块状软质聚氨酯泡沫燃烧时要大得多。单位面积〔1M2〕未阻燃的块状软质聚氨酯泡沫在燃烧 3min 后，CO〔一氧化碳〕的释放总量为 ，释放最大速率为 •m2,HCN〔氰化氢〕的释放总量为 710mg，释放最大速率为 1960mg/min•m2；而一样大小阻燃的块状软质聚氨酯泡沫在燃烧 3min 后，CO 的释放总量为 ，释放最大速率为 •m2,HCN 的释放总量为 3750mg，释放最大速率为6670mg/min•m2。
因此，在火灾初期，由于火场温度还不是太高，高分子材料在发生分解和不完全燃烧时产生的 CO、HCN〔氰化氢〕等有毒气体〔本身可燃〕不能全部参与到火场燃烧中而被消耗，致使这一时期释放出来的烟气中有毒气体含量最高、毒性最强，足以使身处火灾中的人员在还不知道是怎么一回事或者还没等消防人员到场施救的状况下已经中毒死亡了。这一点已被众多的火灾案例证明，其现状往往惨不忍睹。以昆明市官渡区小板桥 2025 年“”特大火灾为例， 起火地点为一沙发坐垫加工小作坊，消防队员从接警到火灾扑灭， 仅用了 40 多分钟的时间，过火面积 150 平方米，整个火灾扑救可以
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说格外成功，但正是由于起火层 1 层中大量堆放的聚氨酯泡沫塑料
〔海绵〕燃烧释放出来的浓烟和有毒气体，致使3 层的 7 人、2 层的1 人和 1 层的 2 人在消防队员成功救出时已经死亡。类型的情形，在今年年底的 3 起重大火灾中再度上演。
三、防烟措施
首先，对建筑装修、装饰材料和家具制造中广泛使用的高分子材料进展阻燃抑烟处理，是削减火灾有毒烟气产生的根本方法。在室内装修时，须尽量承受不燃〔A 级〕或难燃〔B1 级〕材料，特别是顶棚应承受不燃装修材料，顶棚材料阻燃性能应高于墙面，墙面应高于地面；一般规定楼梯间的装修材料应承受 A 级；门厅和走道的顶棚应承受 A 级材料，其墙面和地面的装修材料应承受不低于 BI 级材料。
〔一〕高分子材料的阻燃
阻燃剂是一类能够提高高分子材料耐燃性，延缓燃烧速度或阻挡其燃烧的助剂。一般而言，阻燃剂的阻燃作用主要表达在以下几个方面[8]HO•、H•、•O•、HOO•等自由基，一旦自由基的连锁反响被切断，
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就使燃烧的火焰熄灭； ，降低了聚合物的温度，从而减缓了分解和燃烧；-阻燃体系能分解产生 H2O、HCl、HBr、CO2、NH3、N2 等不燃气体，就可将可燃气体稀释，到达阻燃目的。：，从而促进单质碳的生成,所生成的炭黑皮膜，难以引起产生火焰的燃烧，从而起到阻燃的作用； ，从而把空气遮断，起到阻燃的目的；
依据阻燃剂的使用方法可分为添加型和反响型两类，添加型阻燃剂是在高分子材料的加工过程中掺入到高分子材料中，多用于热 塑性高分子材料。反响型阻燃剂是在高分子聚合物合成过程中作为 单体化学键合到高分子聚合物分子链上，多用于热固性高分子材料， 有些反响型阻燃剂也可用作添加型阻燃剂。依据化学构造，阻燃剂 又可分为无机和有机两类，在这些化合物中多含有卤素和磷，有的 含有锑、硼、铝等元素。此外，硅和其化合物也可作为阻燃剂使用。
〔二〕高分子材料的抑烟
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