淺談防火塗料

真相追追追

故宮南院防火漆 竟是假的 – 蘋果日報發布於2016年10月27日

薄膜膨脹型防火塗料常使用在結構鋼的表面,是由阻燃劑、發泡劑、成炭劑、催化劑、樹脂等成分所組成。當其暴露於高溫時,塗料會膨脹發泡及炭化,藉由其中的氣體來隔絕鋼樑的直接受熱,即可有效減緩因鋼材過熱導致的荷載能力下降,避免建築物因而失去支撑能力而倒蹋(ex. 911世貿雙塔),從而確保人員有足夠的時間可以逃離建築物。不過蠻奇怪的是根據網路搜尋來的資料,Phoenix品牌只有170、370、700型 → Phoenix fire protection,並無新聞中提及的270型或是168型,這似乎有點奇怪。既然新聞中提及「英國知名公司Phoenix」,那就從英國的 companycheck.co.uk 來確認一下這家公司 → PHOENIX FIRE TECHNOLOGIES (UK) LIMITED Credit Report
Non trading
The company was dormant during y/e 31.05.16.(該公司在 31/05/2016 處於休眠狀態)
Oops! 這是怎麼一回事?檢調加油……

後註:劣質防火塗料使詐致故宮南院、好市多受害 老闆判刑7年 – 自由時報發布於2019年1月14日

早期的防火塗料大多是厚塗型,看起來就像是下列這張照片一樣

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其組成是矽酸鹽水泥、矽酸鋁(陶瓷)纖維、蛭石、化學助劑等。由於水泥中往往存在着游離的鹼金屬離子,空氣中的CO2會與其發生化學反應(ex.產生壁癌),塗層容易出現開裂、脱粉等現象,因此厚塗型防火塗料必須解決對游離鹼金屬離子的抑制問題。另外,由於塗層厚而且用量多,這會增加建築物的重量,所以現今高層的建築多已採用超薄膨脹型防火塗料,藉由其受熱膨脹發泡,形成炭質泡沫隔熱層來隔絕被保護的物體,因而能延遲熱量與基材間的傳遞速率,從而阻止物體著火燃燒或因溫度升高而導致的強度下降。

至於其成分中的阻燃劑種類繁多,這是藉由捕捉自由基來中斷連鎖反應,使之不易燃燒或減慢燃燒速率。氟、氯、溴、碘都具有阻燃性,阻燃效果按 F → Cl → Br → I 的順序依次增強。目前商業應用以溴化阻燃劑為最大宗,例如微波爐爆米花包裝袋是使用阻燃牛皮紙所製成,通常是藉由塗佈十溴二苯醚DecaBDE)來達成阻燃效果。

提到微波爆米花,順便來聊聊紙袋上印製的「This Side Down」警語。這是因為紙袋內有一片聚酯加熱片,微波時其擺放的位置必須位於玉米粒的下方才行,加熱片是由PET與金屬所組成,由於它能被微波加熱,因此可將熱量傳導給上方的奶油,從而間接加熱玉米粒將其爆開。但倘若將其放在玉米粒上方,一旦黏在其表面的奶油因熔化而滴入下方時,這片聚酯加熱片就會因為蓄積的熱量無法有效散逸而皺縮,如此就無法有效加熱玉米粒了。

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I. 聚酯加熱片置於玉米粒下方

II. 聚酯加熱片置於玉米粒上方

看到這裡,或許有不少朋友會懷疑金屬能放入微波爐嗎?如果真的將金屬微波,不就應該是藉由自由電子在微波振盪下導致電子從導體尖端噴出電火花來嗎?而且電阻很低的金屬片本身會發熱嗎?

註:下列危險實驗請勿嘗試,因為這就如同是空燒,磁控管很容易損壞

既然如此,那麼為何微波爐爆米花包裝袋內的聚酯加熱片卻能被微波加熱呢?這個問題曾經困擾過我很久,直到看了這篇專利說明→〈Microwave Susceptor

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因為這片聚酯加熱片並非是塗布均勻的金屬薄層,它是一片片厚度僅約0.1微米的小金屬片以約10微米的間隙彼此區隔開,造成這些具有介電質間隙的鋁薄片變成具有半導體的性質,在邊緣的部分電子便有機會進行穿隧效應到達相鄰的金屬薄片上,如此所形成的電阻值依不同的設計而有1~10歐姆/每一小片。所以當微波到達此微波感受體時,便會促使電子在這些金屬膠膜上振盪,產生一維的線型電流(而非二維的渦電流),並經由高的半導體面電阻率來生成焦耳熱以加熱這些聚酯片,從而加熱了所盛裝的食材。

同場加映

關於微波食物,另外二個有趣的問題是:「微波解凍食物為何要花那麼久?」&「凍結的沙拉油或是冰淇淋能被微波加熱?」,看完下列影片後請思考其機制