0 前 言
采用纯丙乳液制备的膨胀型防火涂料具有粘结性能好、成膜能力强、机械性能好等优点,但由于在使用中,受到高温作用时,膜融化后的熔体黏度较低,难以包覆燃烧过程中产生的气体,因此泡孔大而不均匀,隔热阻燃效果较差。
在电炉燃烧试验中,可观察到涂料的涂层在遇火后很快开始熔融,涂层表面呈“沸腾状”,有大量气体从涂层中逸出,显然这对形成致密的隔热阻燃层是不利的[1]。脲醛树脂在涂料中应用,具有在室温或加温能快速固化、树脂固化后为无色产物、不污染制品、成本低、毒性小、耐光照性好、涂膜坚硬成仿瓷状等优点中国建材网cnprofit.com。
本文研制了将脲醛树脂加入到纯丙乳液中,用以改善涂膜融化时的黏度和发泡层的结构,制备出了性能优良的膨胀型防火涂料[2] 。
1 防火涂料配方的优选
1.1 膨胀型防火涂料主要成分与作用[3]
膨胀型防火涂料主要由基料、脱水剂、炭化剂、发泡剂、防火填料及颜料和辅助剂等组成。
1.1.1 基料
基料是涂料中的成膜成分,必须难燃,又能与其他组分匹配。常用水性树脂(如纯丙乳液、聚醋酸乙烯乳液或无机水玻璃液—有机树脂拼用)、含氮树脂(如三聚氰胺甲醛树脂等)及其他树脂。
1.1.2 脱水剂
脱水剂可促进涂层热分解,常用磷酸三聚氰胺、聚磷酸铵等。
1.1.3 炭化剂
炭化剂可形成不易燃的泡沫炭化层的骨架,常用季戊四醇、淀粉等。
1.1.4 发泡剂
发泡剂遇火放出不燃性气体,使涂层膨胀为海绵状结构,常用聚磷酸铵、三聚氰胺、氯化石蜡等。
1.1.5 防火填料及颜料
其本身难燃,并能增强涂层的物理、化学性能。常用滑石粉、高岭土、氢氧化铝及钛白粉、氧化锌、铁红等。
1.2 防火性能测试方法
本实验采用了较为简便的两种测试方法:
(1)电炉燃烧法:将涂有防火涂料的五合板试样放入高温电炉,逐渐升温,测定试样的发烟时间、膨胀高度、着火温度等。
(2)酒精喷灯燃烧法:将一面涂有防火涂料并已干燥的20c m× 20c m五合板试样,涂层面朝下置于酒精喷灯上方10c m处,观察五合板反面发生炭化所需时间。炭化时间越长,表明涂层的阻燃效果越好。
1.3 试验配方
该实验主要以纯丙乳液和脲醛树脂为基料,其它原料力求价廉、易得。其中纯丙乳液为自制,合成单体主要有甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸,固含量35%;脲醛树脂为工业制品,固含量为40%。不加脲醛树脂的纯丙乳液膨胀防火涂料的试验配方见表1。
纯丙乳液膨胀防火涂料的试验配方
在五合板上涂覆1mm 厚的上述涂料,进行性能测试并挑选出测试效果最好的五组,如表2 所示。由此看出,配方9具有最好的阻燃性能,因此确定该配方为本试验涂料的最佳组成。
测试效果最好的五组性能参数
2 提高阻燃性能的研究
有学者研究了在乙丙、纯丙或苯丙乳液体系中添加一定量的酚醛树脂或三聚氰胺甲醛树脂作为发泡层蜂窝结构促进剂,可有效地改善发泡层的结构,提高涂层的防火阻燃性能。酚醛树脂的有效用量为乳液量的8%,而三聚氰胺甲醛树脂的有效用量仅为乳液用量的4%[1]。本实验采用向纯丙乳液中加入一定量的40%固含量的脲醛树脂对涂料的性能进行改性。配方如表3 所示。
脲醛树脂改性纯丙乳液膨胀型防火涂料
按表3 配方制得的涂料涂覆1mm 厚在五合板上进行性能测试,如表4 所示。
脲醛树脂改性纯丙乳液膨胀型防火涂料性能测试
由表4看出,加入一定量的脲醛树脂将不同程度地提升原有涂料的着火时间、着火温度、膨胀高度和阻燃时间,尤其以膨胀高度和阻燃时间的增加更为明显。
3 脲醛树脂与纯丙乳液水分散相的混溶性及稳定性的测定
机械稳定性的测定:将5 g 纯丙乳液、4 g脲醛树脂和4g水加入到容器中,用4 000 r/min的高速搅拌器搅拌60 s,混合液体无凝胶及破乳现象发生。静置稳定性的测定:将混合液体静置24h,混合液体无分层及凝胶现象。
4 结果与讨论
4.1 脲醛树脂增加阻燃性的原因
加入一定量的脲醛树脂将不同程度地提高涂料的着火时间、着火温度、膨胀高度和阻燃时间,尤其以膨胀高度和阻燃时间的增加更为明显,分析其原因主要有两点:
(1)由于脲醛树脂的成膜机理与纯丙乳液的成膜机理不同,前者为固化反应,后者为乳胶粒子相互紧密排列结合成膜,因此脲醛树脂的加入能有效提高涂膜的交联密度,增加涂膜熔融时的黏度,从而将分解产生的气体包覆在熔融的涂膜中,有利于发泡层厚度的增加。
(2)脲醛树脂本身由尿素和甲醛合成而得,二者本身就可以作为发泡剂和炭化剂,因而在受热时分解放出气体,有利于泡层的膨胀。
4.2 脲醛树脂的加入量
脲醛树脂加入太多,将使涂层熔融黏度过大,不仅抑制气体的膨胀作用,降低发泡层厚度,而且本身分解产生的气体增多,发泡不致密,形成大孔,增加了热传导率。实验得出的最佳加入量应该在5%~7%。
5 结 论
(1)以纯丙乳液为基料,可制得防火性能优良的防火涂料,具有机械性能好、制造方便、无有害气体逸出等优点。
(2)在上述防火涂料中添加脲醛树脂,可大大增加发泡层厚度和阻燃时间,从而提高其阻燃性能。脲醛树脂的加入量为5%~7%。