水性防火涂料配方研究

data-full-width-responsive="true"> 水性防火涂料配方研究林红岩1, 王春财2, 杨鸿伟2( 1 大庆石油学院, 黑龙江大庆163318; 2 大庆龙化新实业总公司, 黑龙江大庆163714)0 引 言防火涂料是涂覆于可燃性基材表面, 能降低被涂材料表面的可燃性, 阻滞火灾的迅速蔓延, 或是涂覆于结构材料表面, 用于提高构件耐火极限的一类物质[ 1]。目前国内外高性能防火涂料均为水性乳液型膨胀防火涂料。水性膨胀型防火涂料的特点是: 以水作分散介质、成本低、无毒、不污染环境、常温干燥,不仅具有防火性能, 也有很好的装饰性能, 涂层在常温下是普通涂膜, 在火焰或高温作用下, 可产生比原来涂层厚几十倍甚至上百倍的不易燃海绵状炭质层, 起到有效阻止外部热源的作用, 同时产生不燃性气体, 如: CO2、NH3、HC l、HBr和水蒸气等,降低可燃性气体的浓度和空气中氧的浓度, 从而起到防火阻燃作用。水性膨胀型防水涂料主要由基料、脱水催化剂、炭化剂、发泡剂、颜填料、分散剂、助剂等组成[ 2- 3] 。1 实验部分1 1 实验仪器和原料仪器: 搅拌器、三辊研磨机、漆膜冲击器、柔韧性测试仪、刮板细度计、附着力测试仪、酒精喷灯、涂- 4 杯等。原料: 硅丙乳液、去离子水、聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、二氧化钛、氧化锌、氨水、丙二醇苯醚、甲基硅油、六偏磷酸钠溶液( 10% )、羧甲基纤维素钠、其他助剂。1 2 制备方法第一步: 将六偏磷酸钠、羧甲基纤维素钠分别配制成10%和2%的水溶液备用;第二步: 将要求量的去离子水加入烧杯中, 开动搅拌器;第三步: 低速搅拌下, 将配方用量的脱水催化剂、炭化剂、发泡剂、二氧化钛、分散剂、成膜助剂、助溶剂依次加入;第四步: 加入适量的消泡剂, 然后高速搅拌( 约3 000 r /m in) , 搅拌约20 m in;第五步: 用三辊研磨机将其研磨至要求细度;第六步: 为了不破坏乳液, 将搅拌速降低度至800 r/m in,加入乳液及其他助剂, 搅拌约5 m in;第七步: 用稀氨水调节涂料pH 至8左右;第八步: 用增稠剂羧甲基纤维素钠调节黏度至25~ 30 s(涂- 4杯法)。第九步: 出料, 检验。防火涂料制备工艺见图1。1 3 性能检验1 3 1 理化性能检测防火涂料的理化性能检测按照GB12441 1998 规定进行。1 3 2 防火性能检测采用酒精喷灯模拟大板燃烧法检测防火涂料的防火性能。将一面涂有防火涂料并已干燥的10 cm* 20 cm样板, 涂层面朝下, 置于酒精喷灯上方10 cm 处, 观察样板防火涂层的耐火时间, 测试其阻燃效果。最终将确定配方后的试样送消防系统和耐火构件质量监督检验中心进行检测。1 4 基料的选择硅丙乳液是由丙烯酸单体和有机硅单体共聚而成的乳液, 是一种半无机高分子化合物, 兼有丙烯酸和有机硅二者的优点, 结合了有机硅树脂较强的耐水性、耐污染性, 优良的耐高温、耐降解、耐氧化、耐化学品、耐紫外线和红外线辐射的能力, 具有良好的柔韧性和透气性, 克服了纯丙、乙丙、苯丙等高分子合成乳液阻燃性、耐热性较差, 高温易返粘、易粘尘, 低温时易变脆, 透气性较差的不足, 提高了涂膜的保光保色性、弹性及防水性, 具有良好的耐候性、附着力、耐久性和耐水性, 又不明显增加成本。因此, 选用硅丙乳液作为基料, 经反复试验, 控制乳液用量在25%左右为宜。1 5 阻燃剂的选用膨胀型防火涂料的阻燃剂由脱水催化剂、炭化剂、发泡剂3部分组成。在火焰高温的作用下3者相互作用, 发生膨胀形成立体蜂窝状炭化层。1 5 1 脱水催化剂的选用脱水催化剂是一种能在低于炭化物分解温度下释放出具有脱水作用的酸的物质, 如正磷酸铵、磷酸三聚氰胺、聚酰胺等。差热分析证明, 聚磷酸铵是一种优良的膨胀催化剂, 聚合度20 2 000, 含磷量高达32%, 具有很小的水溶性和高的热稳定性, 225 c 开始分解放出氨和水, 产生磷酸, 300 c 有一个吸热峰, 400 c 有一个最大的吸热峰。属磷系阻燃剂, 具有低烟、无毒、水溶性低等优点, 其含磷、氮量高, 热稳定性好, 具备优良脱水催化剂的性能。因此, 选用聚磷酸铵作为脱水催化剂。1 5 2 炭化剂的选用炭化剂作为碳素源是一种主要的膨胀组分, 当高温或遇火焰时与脱水催化剂受热分解产生的酸性物质和氨等反应脱水炭化, 并在发泡剂所分解的不燃气体下把炭化剂吹成均匀致密的蜂窝状炭化层。由于本实验采用了热稳定性较高的聚磷酸铵作为催化剂, 为了形成理想的膨胀体, 选用了同样热稳定性较高、价廉易得、炭含量高的季戊四醇作为炭化剂与之配用。季戊四醇的分解温度高达280 c 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。1 5 3 发泡剂的选用发泡剂分解产生气体, 脱水催化剂分解放出磷酸等物质和炭化剂炭化所发生变化的温度须相匹配, 才能使涂膜在受热时形成最佳的膨胀层。因此, 选用热分解温度为250 c 、发泡效果好的三聚氰胺作为防火涂料的发泡剂。