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        丙烯酸乳液膨脹型防火塗料的研製,介紹一種以丙烯酸乳液為基料, 按正交法進行實驗, 以小室燃燒法的質量損失為主要考察指標
        2019年12月13日    閱讀量:6010    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

        自古以來火災給人們的生命財產和文明帶來的災難是極為慘重的。隨著現代建築的高層化、集群化, 企業的大型化及合成材料的廣泛應用, 防火工作更加引起人們的高度重視。防火塗料作為一種重要的防火手段, 因其使用方便, 防火效率高, 適應性強而得到了廣泛應用中國建材網cnprofit.com


        它是一種功能性塗料, 當遇到火焰或熱輻射時能迅速發生物理、化學變化而隔絕熱量傳遞, 阻止火焰蔓延, 起到阻燃作用, 為人們爭取了較充分的滅火時間。但是, 必須要明確一點, 當大火蔓延時, 單靠防火塗料滅火是不可能的。


        按防火塗料燃燒特性的不同, 可分為膨脹型防火塗料和非膨脹型防火塗料。非膨脹型防火塗料是依靠自身的難燃性或不燃性並在火焰或高溫作用下釋放出滅火性氣體並形成不燃性的無機「釉膜」層,隔絕空氣從而達到阻燃防火的目的。而膨脹型防火塗料在火焰或高溫作用下, 塗層發生膨脹、碳化, 形成一個比原來膜層增厚幾十倍甚至幾百倍的不易燃的海綿狀碳質層, 它可以阻斷外界火源對基材的加熱, 從而起到阻燃延燃的作用。


        其防火性能明顯優於前者, 已成為國內外高性能防火塗料的主導方向。介紹一種以丙烯酸乳液為基料的膨脹型防火塗料, 並採用正交實驗法對阻燃體系各成分的配比進行了優化, 達到了較好的阻燃延燃效果。


        1 實驗研究部分

        1. 1 原料的選擇

        1. 1. 1 成膜樹脂的選擇

        成膜物對防火塗料的性能有重大影響, 它與其他組分的適當配合可保證塗層在常溫下具有各種使用性能, 而在火焰或高溫作用下具有難燃性和優異的膨脹效果。在環保法規日益完善的今天, 用溶劑型樹脂作基料顯然是不可取的, 而以水作為分散介質的水性防火塗料則成為其中的一個重要方向。實驗表明, 在丙烯酸乳液、乙丙乳液、聚醋酸乙烯乳液、丁苯乳液、氯偏乳液等眾多乳液中, 以丙烯酸乳液為基料的膨脹型防火塗料的物理性能、施工性能、保光性、裝飾性、難燃性等綜合性能最好。因此選用了特種苯丙乳液作為基料。


        1. 1. 2 膨脹阻燃體系各組分的選擇

        (1) 催化劑 凡是受熱能分解產生具有脫水作用的酸的化合物均可作為防火塗料的脫水成碳催化劑, 如磷酸、硫酸、硼酸的鹽、酯和醯胺類化合物。作為膨脹型防火塗料的關鍵組分, 脫水催化劑的主要功用是促進和改進塗層的熱分解進程, 促進產生不易燃的三維炭層結構, 減少熱分解產生的可燃性焦油、醛、酮的量。磷酸的銨鹽是最常見的脫水成炭催化劑, 這類物質在高溫下能脫氨生成磷酸, 繼而生成聚磷酸。聚磷酸能與多羥基化合物發生強烈的酯化反應並脫水引發膨脹過程。試驗採用的聚磷酸銨(A PP) 屬磷系阻燃劑, 具有低煙、無毒等優點, 其含磷、含氮量多, 熱穩定性好(熱解溫度達到290 ℃)。


        (2) 成炭劑 成炭劑是組成在高溫下形成的不易燃的三維炭層空間結構的發泡炭化層的物質基礎, 對發泡炭層起著骨架作用。成炭劑結構通常為多官能醇, 其含炭量決定炭化速度, 羥基含量決定脫水速度和成泡速度。一般情況下採用高含炭量, 低反應速度的物質作炭化劑比較合適。由於本防火塗料採用了熱解溫度較高的聚磷酸銨作為催化劑, 因此就應採用同樣熱穩定性較高的季戊四醇(PER ) 與之配用。若採用澱粉作為炭化劑則不能形成理想的膨脹碳層, 因為澱粉的分解溫度約為150 ℃左右, 遠低於聚磷酸銨的分解溫度, 在A PP 分解之前澱粉早已分解併產生大量可燃性焦油。季戊四醇的分解溫度高達280 ℃左右, 它能在由聚磷酸銨分解產生的酸的作用下脫水成炭, 最終形成良好的膨脹發泡層。


        (3) 發泡劑 發泡劑遇火達到一定溫度時分解並釋放出不燃性氣體, 如氨氣、二氧化碳、鹵化氫等,使塗層在達到軟化點的條件下發泡膨脹形成海綿狀炭質層。發泡劑分解產生氣體, 脫水催化劑分解放出磷酸等物質, 炭化劑炭化這3 個步驟在其發生變化的溫度方面要基本上協調一致。如果發泡劑的分解溫度比脫水成炭催化劑低得多, 則分解產生的氣體就會在塗層成炭之前逸出而不能起到膨脹發泡的作用; 而如果發泡劑的分解溫度比催化劑的分解溫度高的多, 則分解產生的氣體會將炭化層頂起吹掉, 也不能形成良好的發泡層。為了在較大溫度範圍內釋放出不燃性氣體和延長釋放氣體的時間, 選用了三聚氰胺(分解溫度250 ℃) 和氯化石蠟(其分解溫度190 ℃) 配合使用, 可以從固相到氣相廣泛抑制燃燒的進行。


        1. 1. 3 顏填料的選擇

        對於膨脹性防火塗料來說, 含無機鹽填料的比例較少, 因其含量的增加會降低發泡效果, 從而降低塗料的防火性能。所選用的鈦白粉作為一種白色顏料, 不僅遮蓋力強, 化學穩定性好, 而且可以使形成的炭化層緻密, 提高炭化層的隔熱性能。


        1. 1. 4 助劑的選擇

        對於水性防火塗料, 助劑是十分重要的, 它加量小作用大可提高塗料的穩定性、施工性和物理機械性能。該防火塗料選用了性能優異的731 分散劑, 還加入了少量的O P-10 作為乳化劑, 因為加入表面活性劑會使氣體易於分散, 對炭化層的膨脹高度有利。作為防火組分的氯化石蠟同時又是增塑劑。此外還採用了醇酯-12 作成膜助劑。


        1. 2 膨脹阻燃體系各成分配比的確定

        聚磷酸銨、三聚氰胺、季戊四醇、氯化石蠟組成了該丙烯酸乳液防火塗料的膨脹防火阻燃體系, 這4 種組分之間的配比對防火塗料的防火性能有直接的影響, 為此, 採用正交法來確定這4 種組分的最佳配比範圍。


        1. 2. 1 因素與水平

        每次實驗填料、助劑的量都為固定值, 苯- 丙乳液的含量固定在25% , 水適量, 在此前提下, 選用正交設計法(見表1) , 以確定4 個因素的最佳配比。


        注: A PP 為多聚磷酸銨; PER 為季戊四醇;M EL 為三聚氰胺; CP為氯化石蠟。

        丙烯酸乳液膨脹型防火塗料的研製,介紹一種以丙烯酸乳液為基料, 按正交法進行實驗, 以小室燃燒法的質量損失為主要考察指標 中國建材網,cnprofit.com

        1. 2. 2 實驗安排及結果

        採用L 9 正交實驗表, 進行小室燃燒實驗, 以質量損失為指標, 對各配方的阻火性能進行評價(見表2)。



        1. 2. 3 最佳配方的確定

        通過以上的正交實驗, 對防火組分的配比重新進行優化設計, 其配方如下:

        成分  質量ö g

        去離子水 30

        分散劑 1. 6

        多聚磷酸銨(A PP)  25

        三聚氰胺(M EL )  15

        季戊四醇(PER )  13

        苯-丙乳液 20

        成膜助劑 1

        鈦白粉 6

        O P-10  2

        總計 112. 6


        1. 3 丙烯酸乳液膨脹型防火塗料的技術性能

        經國家固定消防系統和耐火構件監督檢驗測試中心檢測, 丙烯酸乳液膨脹型防火塗料的技術性能檢測結果見表3。

        表3 丙烯酸乳液膨脹型防火塗料的技術性能表

        丙烯酸乳液膨脹型防火塗料的研製,介紹一種以丙烯酸乳液為基料, 按正交法進行實驗, 以小室燃燒法的質量損失為主要考察指標 中國建材網,cnprofit.com


        2 生產和施工工藝

        ( 1) 生產工藝: 將分散劑、A PP、M EL、PER、鈦白、加入到水中高速分散后, 再研磨到所需的細度;將成膜助劑加入到苯丙乳液中攪拌均勻, 再將上述已制好的漿液與之混合, 高速分散后, 加入O P-10,經過濾即得成品。

        (2) 施工工藝: ①施工前要充分攪拌均勻, 若塗料粘度大, 可加入少量水調均; ②施工前先清潔基層, 然後塗刷2~ 3 道防火塗料, 每次間隔時間約2~ 3 h, 使塗覆量達到500 göm 2; ③本塗料可採用刷塗、滾塗等施工方法。


        3 結 語

        經國家固定消防系統和耐火構件監督檢驗測試中心檢測, 丙烯酸乳液膨脹型防火塗料各項指標綜合評定為一級。該塗料採用各方面性能都較好的特種苯丙乳液為基料, 以水為分散劑, 經優化研製而成, 無毒無害, 施工方便, 容易貯存, 防火阻燃性極佳, 鋼、木、混凝土結構均可使用。

        丙烯酸乳液膨脹型防火塗料的研製


        萬德立 趙洪彬 閆玉奎 雷鳴

        大慶石油學院


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