膨胀型饰面防火抗菌涂料的研制

data-full-width-responsive="true"> 0 引言膨胀型饰面防火抗菌涂料是一种既有装饰效果、又有防火阻燃功能，还兼有释放负离子、清新空气、抑菌抗菌功能的水性多功能涂料。将其涂覆于木器、化纤、建筑工程及易燃建材等表面，平时涂膜起装饰作用，遇火灾时，涂膜膨胀发泡，形成比原涂层体积大几十倍甚至几百倍的海绵状或蜂窝状泡沫碳化层。一般涂层的导热系数 值为01163～08141 W/（mk），而泡沫碳化层的 值要小得多[接近气体的 值02326W/（mk）] 。因此，通过泡沫碳化层传给底材的热量Q 只有未膨胀涂层的几十分之一，甚至几百分之一[1]，可有效地阻隔热量向基材传递；同时分解出来的不燃性气体能隔绝氧气和热的传导，起防火阻燃作用。本文选用硅丙乳液为成膜基料，选用高聚合度（DP=1000）聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、氯化石蜡和Sb2O3 组成膨胀阻燃体系，采用正交试验法，以防火涂料的耐燃时间作为考察因素，研究了膨胀体系中5 种材料的最佳配比；通过对乳液、钛白粉单因素对比试验和反复调整，优选出了最佳配方。1 实验部分11 原材料苯丙乳液、纯丙乳液、硅丙乳液；聚磷酸铵（APP，DP=1000）、三聚氰胺（MEL）、季戊四醇（PER）、氯化石蜡（CP-70）、三氧化二锑（Sb2O3）；锐钛型钛白粉；丙二醇；负离子抗菌添加剂；纳米SiO2；去离子水；助剂等。12 防火涂料制备方法（1）将去离子水加入搅拌筒内，搅拌下加入润湿分散剂、消泡剂等，搅拌均匀后，依次加入APP、MEL、PER、CP-70、Sb2O3、钛白粉、纳米SiO2 浆料、负离子抗菌添加剂，高速分散30～40 min，再注入砂磨机中研磨至细度小于50 m 成浆料。（2）将浆料注入搅拌筒内，在中低速搅拌下缓慢加入乳液、成膜助剂，调节体系黏度至40～50 s（涂-4 杯），过滤后为成品。可根据饰面要求，加入水性色浆调制成彩色。13 性能测试方法131 试板的制备选用尺寸为150 mm100 mm 的三层胶合板作基板，分3～4 道涂刷防火涂料，涂刷量为05 kg/m2，干燥后待用。132 耐燃时间测试采用酒精喷灯垂直燃烧法检测防火涂料的耐燃时间：将涂有防火涂层的试板涂层面朝下，置于酒精喷灯上方约10cm 处，在保持火焰稳定的条件下，观察三合板背火面出现碳化微裂纹时所需的时间，即为防火涂料的耐燃时间。133 理化性能测试理化性能按GB 124411998《饰面型防火涂料通用技术条件》进行测试。2 结果与讨论21 膨胀阻燃体系的优化膨胀型饰面防火抗菌涂料主要由硅丙乳液、膨胀阻燃体系、颜填料及助剂组成。在固定硅丙乳液、颜填料用量的前提下，考察膨胀阻燃体系中APP、MEL、PER、CP-70、Sb2O3 的用量对涂料防火性能的影响。采用5 因素4 水平L16 （ 45）正交试验设计（见表1），试验结果见表2。通过极差分析筛选出最佳配比。由表2 可知，按极差R 值大小排列为：APPPERCP-70，可见APP 对耐燃时间的影响最大，CP-70 的影响最小。7 号试样的耐燃时间最长，达28 min。因此膨胀阻燃体系的最佳组合为：APP 18 g、MEL 105 g、PER 9 g、CP-70 2 g、Sb2O3 3 g。其中，APP 为脱水催化剂，在290 ℃左右发生分解并放出NH3 和磷酸，磷酸使PER 上的羟基脱水碳化，形成均匀致密的三维空间结构碳化层，减少热分解时可燃性焦油、醛、酮的产生，促进产生不燃性气体，同时阻止放热量大的碳氧化反应。选用高聚合度的APP 更有利于提高涂料碳化层的质量，增强涂层的耐湿热性，避免出现盐析现象。PER 为碳化剂，是形成三维空间结构泡沫碳化层的骨架基础，其碳含量为44%，羟基含量为50%，含碳量决定它的碳化速率，羟基含量决定它的脱水速率和发泡速率[2]。PER 在高温条件下与APP 放出的磷酸、偏磷酸、焦磷酸在气相发生酯化反应，使PER 上的羟基脱水碳化，形成泡沫碳化层。MEL 为发泡剂，当其遇火达到一定温度时即分解并释放出不燃性气体，如氨气、水、二氧化碳、卤化氢等，使涂层达到软化点的条件下发泡膨胀，形成海绵状碳化层，催化剂、碳化剂、发泡剂三者的用量必须互相匹配、搭配合理，三者的分解温度相差不宜过大，理论要求催化剂的分解温度略低于碳化剂，而发泡剂的分解温度略高于碳化剂，只有如此才能形成优质的碳化层。氯化石蜡既是发泡剂又是成碳剂、阻燃剂、增塑剂，当涂层温度上升到220 ℃左右时，基料组分开始软化，氯化石蜡在210 ℃左右开始分解，释放出NH3 和HCl 气体，使软化的涂层开始发泡，同时，HCl 气体还有阻燃作用[3]，氯化石蜡脱出HCl后成碳链作为碳架基础。这样就使防火涂层在火灾初期开始发泡，从而保护了涂层。Sb2O3 可与含氯树脂协同起阻燃作用。当防火涂层受火时，氯化石蜡受热分解出的HCl 与Sb2O3 发生化学反应，生成氯氧化锑，氯氧化锑进一步分解成SbCl3 直接升华，同时吸收大量热量使涂层降温，SbCl3 覆盖在涂层表面起阻燃作用。另外，涂层受火时，SbCl3 可以进入气相燃烧区与不燃阶段中的自由基反应产生RCl、HCl 和Sb，这些中间产物、不燃气体冲淡氧气浓度，产生气体屏蔽作用，使氧气难以助燃，从而起到阻燃作用[4]。