data-full-width-responsive="true"> 有机-无机复合型纳米隔热防火涂料的制备及性能研究王芳芳1，郭涵瑜2，李绩1 ( 1． 山西省建筑科学研究院，山西太原030001; 2． 西北工业大学，陕西西安710100)0 引言伴随着我国城镇化的进行，城市人口逐年呈现密集化、规模化的态势，新型建筑材料尤其是装饰材料广泛使用，引发火灾的可能性不断增大，给人们的生命财产安全带来了极大的隐患。防火涂料作为建筑房屋、可燃基材、钢结构的外衣，当火灾来袭时首当其冲地成为第一道屏障，这就要求涂料功能更加多样化，不仅要具有饰面的作用，同时对防火阻燃、防水保温、自清洁等方面提出了更高的要求。目前，市面上的防火涂料以膨胀型为主，能有效地保护建筑保温层和钢结构的损坏和变形，一旦发生了火灾，防火材料的保护作用可以增加人员逃亡时间与救援时间，也可以有效保护建筑结构，大大减少维修费用，缩短工程修复时间，并且避免造成更多的人员伤亡与财产损失。因此，在不断提高消防减灾技术和能力的同时，加强功能性防火材料的研究与应用已成为工程界的重点和热点课题。传统的膨胀型防火涂料因涂膜粗糙、疏松，极易造成渗水、透气，一旦建筑墙面受潮、钢结构锈蚀，防火涂层就会龟裂、脱落，从而失去防火保护作用。本文在涂料中加入了环氧树脂从而大大增加了涂料对基材的附着力，同时纳米填料能促使涂膜遇火膨胀后，泡沫均匀并且硬度适中，陶瓷微珠使涂料具有很好的隔热保温效果，防火涂层具备了致密、坚韧、疏水性强、硬度高、附着力好的特性，起到了很好的饰面效果，同时延长防火涂料的使用寿命。1 试验部分1 1 试验原料水性丙烯酸酯乳液: 工业品; 水性环氧乳液: 自制; 聚磷酸铵( APP) : 工业品，聚合度n ＞ 1000; 季戊四醇( PEＲ) : 工业品; 三聚氰胺( MEL) : 工业品; 纳米氢氧化铝: 白色粉末，粒径30nm; 陶瓷空心微珠:工业品; 助剂: 化学纯。1 2 防火涂料的配制在常温下称取一定量的水性丙烯酸酯乳液于一带有分散乳化的料筒中，再分别加入水性环氧乳液和消泡剂将分散机搅拌器设定转速为500r /min 搅拌8min ～ 10min。然后再分别加入季戊四醇、三聚氰胺、聚磷酸铵、纳米氢氧化铝、纳米二氧化钛、陶瓷空心微珠、疏水剂、流平剂，设定搅拌器转速为1500r /min ～ 2000r /min 再次搅拌15min ～ 50min，用蒸馏水调节到适当粘度，制得有机-无机复合纳米隔热保温防火涂料。1 3 试板的制备用刷子将所制备的防火涂料均匀涂刷于石棉水泥板上，控制每道涂料的涂敷量，保证涂层薄而均匀、平整，涂刷到所要求的厚度( 1 5mm ～ 2 0mm) 。1 4 性能测试1 4 1 质量损失与碳化体积的测定本试验采用《饰面型防火涂料》( GB 124412005) 规定的小室燃烧法测定。1 4 2 耐燃时间测试采用酒精喷灯燃烧法检测防火涂料的防火性能。酒精喷灯燃烧法: 将一面涂有防火涂料并已干燥的200mm 200mm 五合板试样，涂层面朝下，置于酒精喷灯上方100mm 处，观察五合板反面发生炭化所需时间即耐火肘间。炭化时间越长，表明涂层的阻燃效果越好。1 4 3 隔热性能测试本试验测量空白纤维增强硅酸钙板和涂有薄层反射隔热涂料硅酸钙板的背面温度和其对应箱体内空气温度，并用非接触测温仪测量空白板和涂有样品硅酸钙板的上表面温度。1 4 4 理化性能测试按照GB /T 17311993、GB /T 17321993、GB /T 92861998 和GB /T 17402007 等分别测定涂膜的柔韧性、耐冲击性、附着力、耐湿热性等; 用OXD 型刮板细度计测试细度。2 结果与讨论2 1 成膜树脂的选择对于膨胀防火涂料，一般要求成膜树脂的熔融软化温度与脱水成炭催化剂和发泡剂的分解温度以及炭化剂的炭化温度之间的温度梯度能够在一个理想的范围内，使得各个体系之间的配合能够产生最大的防火效果，这就要求在防火涂料的成膜物的选择上精心挑选。表1 中，该试验选用丙烯酸酯和水性环氧树脂复配，通过防火性能对复配树脂的比例进行了讨论。
从表可以看出，随着丙烯酸树脂与环氧树脂比例的下降，涂料的耐火时间下降。从发泡层表面上看，以80 /20 为最佳，发泡层致密且强度高，随着环氧树脂在复配树脂中比例的增大，其发泡层越来越不均匀，直接影响防火涂料的耐火性能。由于丙烯酸树脂与环氧树脂复合后，整个树脂基料的软化点与耐火体系的分解温度的范围缩小，当环氧树脂在复合树脂中含量较少时，涂料在高温灼烧时，树脂基料先彻底软化，此时耐火体系分解所产生的气体使树脂基料鼓泡，形成的发泡层较均匀致密，表现出来就是耐火时间较长，发泡层较均匀致密; 而环氧树脂在复合树脂中含量大于丙烯酸树脂时，涂料在高温环境中，整个树脂体系软化与耐火体系的分解之间的时间较短，树脂在尚未彻底软化之前，耐火体系已经分解了，这样就导致了形成的发泡层不均匀致密，耐火时间减少，发泡倍数降低。2 2 阻燃性能研究2 2 1 膨胀阻燃体系各组分配比的确定选择合适的影响因素和水平是正交试验优选配方的关键，根据前期试验的制备，本试验采取L9( 34 ) 正交表设计试验，分别选取复合树脂、季戊四醇( PEＲ) 、三聚氰胺( MEL) 和聚磷酸铵( APP) 在防火体系中的添加量为4 个影响因素，每个因素取3 个水平，试验结果如表2。由表2 可知，所得的较优水平为A2B1C2D3，即复配树脂最佳用量30%，APP 最佳用量10%，PEＲ 最佳用量13%，MEL 最佳用量20%。根据极差的大小，可知影响的主次顺序为PEＲ ＞ MEL ＞ 复配树脂＞ APP。按最佳配方所得防火涂料耐火时间达到51min。
