劣質防火玻璃為何會發黃？
劣質防火玻璃為何會發黃？材料缺陷及劣化機制的技術分析
防火玻璃 (FRG) 是一種關鍵的建築材料，旨在在高溫下保持結構完整性和透明度，為火災期間的安全疏散爭取時間。然而，低品質的 FRG 隨著時間的推移往往會變黃，影響美觀度並可能表明防火性能下降。本文從材料科學的角度研究不合格FRG發黃的根本原因，探討此現象背後的化學和物理機制。
1.防火玻璃的結構與作用
FRG 通常由多層無機玻璃（例如鈉鈣矽酸鹽）與夾層材料（例如水合矽酸鹽凝膠、樹脂或聚合物）黏合而成。發生火災時，夾層吸收熱量，釋放結合水，並形成絕緣泡沫屏障以阻擋火焰（圖 1）。此製程的有效性取決於中間層的純度、穩定性和製造精度。
在低品質的 FRG 中，成本削減措施（例如使用不純的原料或生產控制不佳）會引發夾層過早發生化學或物理變化，甚至在接觸火之前就會變黃。
2. 劣質FRG泛黃的五個主要原因
2.1 原料不純導致的氧化
不合格的夾層通常含有硫化物（例如 FeS₂）、有機殘留物或未精製的金屬離子（例如鐵、錳）。這些雜質在紫外線照射或潮濕條件下會發生氧化：
硫化物氧化：FeS₂ 與氧反應生成 Fe³⁺ 和硫酸根離子 (SO₄²⁻)，產生黃褐色色調。
金屬離子髮色：Fe²⁺氧化為Fe³⁺，在矽酸鹽基質中形成[FeO₆]⁻髮色團。這些結構吸收藍光，從而呈現黃色。
案例分析：中國一批低成本的FRG因矽膠中含有鐵而一年內變黃。
2.2 聚合物夾層的光氧化降解
廉價的 FRG 可能使用不含紫外線穩定劑的低級丙烯酸樹脂或聚乙烯醇縮丁醛 (PVB)。在陽光（280-400 nm 紫外線）下，這些聚合物會透過以下方式降解：
Norrish II 型反應：羰基 (C=O) 吸收紫外線能量，引發斷鍊並釋放二氧化碳。這會產生共軛雙鍵（例如烯烴或芳烴），它們吸收藍光（450 nm）並導致變黃。
數據：加速老化測試表明，未經紫外線抑制劑處理的 PVB 中間膜在氙氣燈照射 500 小時後，黃變指數 (ΔYI) 從 1.2 增加到 8.5。
2.3 熱歷史與預老化
層壓過程中溫度控制不佳（例如超過 150°C 或局部過熱）會導致熱降解：
矽膠脫水：過熱的水合矽酸鈉（Na₂SiO₃·nH₂O）失去結合水，形成無定形SiO₂，其中含有與Na⁺相關的吸收光的缺陷中心。
樹脂過度交聯：受熱的環氧樹脂會形成緻密的芳香結構，強烈吸收可見光（380-500 nm）。
例：一批生產批次的層壓機溫度控制故障，在安裝後三個月內就出現了黃色混濁。
2.4 添加劑遷移和相分離
低成本的 FRG 通常含有不相容的阻燃劑（例如十溴二苯醚）或塑化劑（例如鄰苯二甲酸酯）。這些添加劑隨著時間的推移會遷移到表面，導致：
表面富集：阻燃劑聚集在玻璃-樹脂界面，形成微米大小的顆粒，散射光（米氏散射），產生乳黃色霧霾。
水解反應：鄰苯二甲酸酯塑化劑在潮濕環境中水解為鄰苯二甲酸，鄰苯二甲酸與金屬離子絡合形成黃色化合物。
2.5 環境污染物滲透
低質量 FRG 的密封性差會導致酸性氣體（SO₂、NOx）或揮發性有機化合物（VOC）滲透到夾層：
酸蝕：SO₂ 與水分反應生成 H₂SO₃，腐蝕矽酸鹽網絡並釋放 Fe³⁺ 或 Mn³⁺ 離子。這些離子與硫酸鹽反應形成黃色鐵硫化合物（例如 FeSO₄）。
胺黃變：夾層中的胺基硬化劑（例如乙二胺）與二氧化碳反應形成氨基甲酸酯，氨基甲酸酯在光照下氧化成醌結構，產生深黃色調。
3. 緩解策略和品質控制
原料淨化：使用離子交換去除矽膠中的Fe³⁺/Mn²⁺，確保硫含量<50ppm。
穩定劑添加劑：在聚合物夾層中加入 0.5-2% 紫外線吸收劑（例如 Tinuvin 326 等苯並三唑）或受阻胺光穩定劑 (HALS)。
製程優化：嚴格控制層壓溫度在130±5℃，並採用真空脫氣，防止局部過熱。
相容性設計：以磷基替代品（例如DOPO）取代溴系阻燃劑，並透過接枝改質增強相容性。
4. 結論
低品質 FRG 的黃變是材料缺陷和環境交互作用的明顯表現，其根源在於含有雜質的成分、製造過程不良以及抗老化性不足。透過優先考慮材料純度、穩定劑整合和精密工程，製造商可以抑制黃變並確保 FRG 的耐用性和安全性。
核心關鍵字：
防火玻璃黃變、光氧化降解、金屬離子髮色、熱預老化、添加劑遷移、環境污染
