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丙烯酸乳液膨胀型防火涂料的研制,介绍一种以丙烯酸乳液为基料, 按正交法进行实验, 以小室燃烧法的质量损失为主要考察指标
2019年12月13日    阅读量:4201    新闻来源:中国建材网 cnprofit.com  |  投稿

自古以来火灾给人们的生命财产和文明带来的灾难是极为惨重的。随着现代建筑的高层化、集群化, 企业的大型化及合成材料的广泛应用, 防火工作更加引起人们的高度重视。防火涂料作为一种重要的防火手段, 因其使用方便, 防火效率高, 适应性强而得到了广泛应用中国建材网cnprofit.com


它是一种功能性涂料, 当遇到火焰或热辐射时能迅速发生物理、化学变化而隔绝热量传递, 阻止火焰蔓延, 起到阻燃作用, 为人们争取了较充分的灭火时间。但是, 必须要明确一点, 当大火蔓延时, 单靠防火涂料灭火是不可能的。


按防火涂料燃烧特性的不同, 可分为膨胀型防火涂料和非膨胀型防火涂料。非膨胀型防火涂料是依靠自身的难燃性或不燃性并在火焰或高温作用下释放出灭火性气体并形成不燃性的无机“釉膜”层,隔绝空气从而达到阻燃防火的目的。而膨胀型防火涂料在火焰或高温作用下, 涂层发生膨胀、碳化, 形成一个比原来膜层增厚几十倍甚至几百倍的不易燃的海绵状碳质层, 它可以阻断外界火源对基材的加热, 从而起到阻燃延燃的作用。


其防火性能明显优于前者, 已成为国内外高性能防火涂料的主导方向。介绍一种以丙烯酸乳液为基料的膨胀型防火涂料, 并采用正交实验法对阻燃体系各成分的配比进行了优化, 达到了较好的阻燃延燃效果。


1 实验研究部分

1. 1 原料的选择

1. 1. 1 成膜树脂的选择

成膜物对防火涂料的性能有重大影响, 它与其他组分的适当配合可保证涂层在常温下具有各种使用性能, 而在火焰或高温作用下具有难燃性和优异的膨胀效果。在环保法规日益完善的今天, 用溶剂型树脂作基料显然是不可取的, 而以水作为分散介质的水性防火涂料则成为其中的一个重要方向。实验表明, 在丙烯酸乳液、乙丙乳液、聚醋酸乙烯乳液、丁苯乳液、氯偏乳液等众多乳液中, 以丙烯酸乳液为基料的膨胀型防火涂料的物理性能、施工性能、保光性、装饰性、难燃性等综合性能最好。因此选用了特种苯丙乳液作为基料。


1. 1. 2 膨胀阻燃体系各组分的选择

(1) 催化剂 凡是受热能分解产生具有脱水作用的酸的化合物均可作为防火涂料的脱水成碳催化剂, 如磷酸、硫酸、硼酸的盐、酯和酰胺类化合物。作为膨胀型防火涂料的关键组分, 脱水催化剂的主要功用是促进和改进涂层的热分解进程, 促进产生不易燃的三维炭层结构, 减少热分解产生的可燃性焦油、醛、酮的量。磷酸的铵盐是最常见的脱水成炭催化剂, 这类物质在高温下能脱氨生成磷酸, 继而生成聚磷酸。聚磷酸能与多羟基化合物发生强烈的酯化反应并脱水引发膨胀过程。试验采用的聚磷酸铵(A PP) 属磷系阻燃剂, 具有低烟、无毒等优点, 其含磷、含氮量多, 热稳定性好(热解温度达到290 ℃)。


(2) 成炭剂 成炭剂是组成在高温下形成的不易燃的三维炭层空间结构的发泡炭化层的物质基础, 对发泡炭层起着骨架作用。成炭剂结构通常为多官能醇, 其含炭量决定炭化速度, 羟基含量决定脱水速度和成泡速度。一般情况下采用高含炭量, 低反应速度的物质作炭化剂比较合适。由于本防火涂料采用了热解温度较高的聚磷酸铵作为催化剂, 因此就应采用同样热稳定性较高的季戊四醇(PER ) 与之配用。若采用淀粉作为炭化剂则不能形成理想的膨胀碳层, 因为淀粉的分解温度约为150 ℃左右, 远低于聚磷酸铵的分解温度, 在A PP 分解之前淀粉早已分解并产生大量可燃性焦油。季戊四醇的分解温度高达280 ℃左右, 它能在由聚磷酸铵分解产生的酸的作用下脱水成炭, 最终形成良好的膨胀发泡层。


(3) 发泡剂 发泡剂遇火达到一定温度时分解并释放出不燃性气体, 如氨气、二氧化碳、卤化氢等,使涂层在达到软化点的条件下发泡膨胀形成海绵状炭质层。发泡剂分解产生气体, 脱水催化剂分解放出磷酸等物质, 炭化剂炭化这3 个步骤在其发生变化的温度方面要基本上协调一致。如果发泡剂的分解温度比脱水成炭催化剂低得多, 则分解产生的气体就会在涂层成炭之前逸出而不能起到膨胀发泡的作用; 而如果发泡剂的分解温度比催化剂的分解温度高的多, 则分解产生的气体会将炭化层顶起吹掉, 也不能形成良好的发泡层。为了在较大温度范围内释放出不燃性气体和延长释放气体的时间, 选用了三聚氰胺(分解温度250 ℃) 和氯化石蜡(其分解温度190 ℃) 配合使用, 可以从固相到气相广泛抑制燃烧的进行。


1. 1. 3 颜填料的选择

对于膨胀性防火涂料来说, 含无机盐填料的比例较少, 因其含量的增加会降低发泡效果, 从而降低涂料的防火性能。所选用的钛白粉作为一种白色颜料, 不仅遮盖力强, 化学稳定性好, 而且可以使形成的炭化层致密, 提高炭化层的隔热性能。


1. 1. 4 助剂的选择

对于水性防火涂料, 助剂是十分重要的, 它加量小作用大可提高涂料的稳定性、施工性和物理机械性能。该防火涂料选用了性能优异的731 分散剂, 还加入了少量的O P-10 作为乳化剂, 因为加入表面活性剂会使气体易于分散, 对炭化层的膨胀高度有利。作为防火组分的氯化石蜡同时又是增塑剂。此外还采用了醇酯-12 作成膜助剂。


1. 2 膨胀阻燃体系各成分配比的确定

聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、氯化石蜡组成了该丙烯酸乳液防火涂料的膨胀防火阻燃体系, 这4 种组分之间的配比对防火涂料的防火性能有直接的影响, 为此, 采用正交法来确定这4 种组分的最佳配比范围。


1. 2. 1 因素与水平

每次实验填料、助剂的量都为固定值, 苯- 丙乳液的含量固定在25% , 水适量, 在此前提下, 选用正交设计法(见表1) , 以确定4 个因素的最佳配比。


注: A PP 为多聚磷酸铵; PER 为季戊四醇;M EL 为三聚氰胺; CP为氯化石蜡。

丙烯酸乳液膨胀型防火涂料的研制,介绍一种以丙烯酸乳液为基料, 按正交法进行实验, 以小室燃烧法的质量损失为主要考察指标 中国建材网,cnprofit.com

1. 2. 2 实验安排及结果

采用L 9 正交实验表, 进行小室燃烧实验, 以质量损失为指标, 对各配方的阻火性能进行评价(见表2)。



1. 2. 3 最佳配方的确定

通过以上的正交实验, 对防火组分的配比重新进行优化设计, 其配方如下:

成分  质量ö g

去离子水 30

分散剂 1. 6

多聚磷酸铵(A PP)  25

三聚氰胺(M EL )  15

季戊四醇(PER )  13

苯-丙乳液 20

成膜助剂 1

钛白粉 6

O P-10  2

总计 112. 6


1. 3 丙烯酸乳液膨胀型防火涂料的技术性能

经国家固定消防系统和耐火构件监督检验测试中心检测, 丙烯酸乳液膨胀型防火涂料的技术性能检测结果见表3。

表3 丙烯酸乳液膨胀型防火涂料的技术性能表

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2 生产和施工工艺

( 1) 生产工艺: 将分散剂、A PP、M EL、PER、钛白、加入到水中高速分散后, 再研磨到所需的细度;将成膜助剂加入到苯丙乳液中搅拌均匀, 再将上述已制好的浆液与之混合, 高速分散后, 加入O P-10,经过滤即得成品。

(2) 施工工艺: ①施工前要充分搅拌均匀, 若涂料粘度大, 可加入少量水调均; ②施工前先清洁基层, 然后涂刷2~ 3 道防火涂料, 每次间隔时间约2~ 3 h, 使涂覆量达到500 göm 2; ③本涂料可采用刷涂、滚涂等施工方法。


3 结 语

经国家固定消防系统和耐火构件监督检验测试中心检测, 丙烯酸乳液膨胀型防火涂料各项指标综合评定为一级。该涂料采用各方面性能都较好的特种苯丙乳液为基料, 以水为分散剂, 经优化研制而成, 无毒无害, 施工方便, 容易贮存, 防火阻燃性极佳, 钢、木、混凝土结构均可使用。

丙烯酸乳液膨胀型防火涂料的研制


万德立 赵洪彬 闫玉奎 雷鸣

大庆石油学院


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