一种环保水性发光防火涂料的研究

data-full-width-responsive="true"> 一种环保水性发光防火涂料的研究刘惠平，朱　鹏，刘章蕊，周　波（上海应用技术学院城市建设与安全工程学院，上海　２０１４１８）防火涂料是指涂敷于建筑物及构筑物表面以降低被涂材料的可燃性、阻滞火灾迅速蔓延、提高被涂材料耐火极限的一种特种涂料。根据使用溶剂的不同，防火涂料可分为溶剂型防火涂料和水性防火涂料。溶剂型防火涂料涂膜质量较好，具有优异的耐候性及耐化学性、高光泽和耐磨性，但其价格高、制备和使用过程中大量的溶剂挥发对人体和环境均有害［１－２］。水性防火涂料则克服了溶剂型防火涂料的缺点，有利于环保和施工人员的健康与安全，在国内外涂料领域中越来越受重视，已成为防火涂料发展的一个重要方向［３－６］。如今，在水性涂料基础上发展起来的水性蓄能发光涂料以其安全环保、吸光发光、节能无耗、循环长效而倍受欢迎，其涂膜在太阳光或灯光的照射下，能将光能吸收并贮存起来，在黑暗处，又将贮存的能量以光能的形式缓慢地释放出来。虽然其余辉亮度随时间的延长而递减，但在一定条件下其可视亮度能持续十多个小时，且无放射性物质，并具有低（或零）ＶＯＣ排放量［７－１０］。该涂料可广泛应用于建筑物、人造景观、安全通道标志、特殊领域发光标志、文化艺术品的涂饰、交通及军事设施等，既有装饰美化功能又有安全警示作用，还有低度照明作用，既美化环境、方便生活，又节省电能，且无能耗。虽然目前国内外对水性防火涂料和水性储能发光涂料有一定的研究，但将涂料的防火阻燃性能和发光性能同时进行的研究还鲜见报道。本文以自制的水性乳液为成膜物质，研制了一种具有光致发光功能的新型发光防火涂料，该涂料既具有较好的防火性能，又具有一定的光致发光功能，使用前景十分广阔。１　实验部分１．１　实验试剂甲基丙烯酸甲酯（ＭＭＡ），丙烯酸丁酯（ＢＡ），甲基丙烯酸（ＭＡＡ），苯乙烯（Ｓｔ），十二烷基硫酸钠（ＳＤＳ），非离子型乳化剂ＯＰ－１０，过硫酸钾（ＫＰＳ），异丙醇，聚磷酸铵（ＡＰＰ），三聚氰胺（ＭＥＬ），季戊四醇（ＰＥＲ），钛白粉，氧化锌，市售发光粉。１．２　乳液的合成采用梯度乳液聚合法制备具有核／壳结构的水性丙烯酸酯乳液［１１］，实验配方见表１。表１　乳液合成配方乳液合成步骤为：（１）先将乳化剂、表面活性剂和水在机械搅拌状态下搅拌３０　ｍｉｎ至充分乳化，分成３份，然后将单体在搅拌条件下滴加到１份乳化液中，继续搅拌乳化１　ｈ，得到单体预乳化液１＃。单体乳化液２＃ 以相同步骤制备。（２）在装有温度计、加热控温仪、恒压滴液漏斗、搅拌器、冷凝管的５００　ｍＬ四口烧瓶中于高速搅拌状态下（５００　ｒ／ｍｉｎ）依次加入剩余１份含有ｐＨ缓冲剂的乳化液３＃、１／２核单体预乳化液１＃和１／３引发剂水溶液４＃，此过程温度控制在４０℃。混合均匀后，将转速调到中速（２５０　ｒ／ｍｉｎ），然后升温至７０℃左右使之聚合。当出现蓝色荧光（意味着种子的产生）后，用两个滴液漏斗分别同步、缓慢滴加剩余的核单体预乳化液１＃ 及１／３引发剂水溶液４＃，滴加完毕后升温到８０℃，继续反应３０　ｍｉｎ，得到种子乳液。（３）向上述所得种子乳液中同时缓慢滴加壳单体预乳化液２＃ 及剩余１／３引发剂水溶液４＃（控温在８０℃），滴加完毕后升温至９０℃继续反应１　ｈ；（４）反应结束，降温至４０℃以下，测乳液的ｐＨ，并用氨水调节ｐＨ至７～８，过滤，得到丙烯酸酯乳液。１．３　防火涂料的配制将脱水催化剂、炭化剂、发泡剂、填料、助剂、水及合成的乳液按一定比例混合制备得到相应的水性防火涂料，再引入发光材料即可配制得到水性发光防火涂料。１．４　涂料试板的制作采用一级松木五层胶合板（长宽厚，３００ｍｍ１５０ｍｍ（５０．２）ｍｍ），将涂料分三次涂刷在试板上（涂料总量达５００ｇ／ｍ２，涂层厚度为０．２～０．４ｍｍ），室温干燥２４ｈ，得到防火涂料试板，待测。１．５　防火性能测试１．５．１　小室燃烧法参照ＧＢ　１５４４２．１－１９９５饰面型防火涂料防火性能分级及试验方法，利用ＸＳＦ－０１型４５度燃烧仪测定防火涂料的防火阻燃效果。１．５．２　模拟大板燃烧法参照ＧＢ／Ｔ　１５４４２．２－１９９５饰面型防火涂料防火性能分级及试验方法（即模拟大板燃烧法），采用酒精喷灯燃烧法对防火涂料的防火性能进行考察。将试板固定在铁架台上，用酒精喷灯对试板涂有防火涂料的一面进行灼烧（喷灯喷嘴距离试板５ｃｍ），当试板背面变黑出现裂痕时停止灼烧，记录时间（即耐燃时间）。１．６　发光性能测试以普通日光灯为照射光源，利用ＭＳ　６６１０数字式照度计测试发光涂料的光照度。２　结果与分析２．１　不同配方对合成乳液成膜性能的影响单体的比例差异对乳胶膜的硬度和乳液的最低成膜温度有显著影响［１２］。如何使乳胶膜具有一定的硬度和足够的成膜温度，是乳液配方设计的关键问题。本文以ＭＭＡ 和ＢＡ 为主要单体，ＭＡＡ和Ｓｔ为功能性单体，在单体总用量相同的条件下，用不同种类及不同比例的单体为核（壳）单体合成水性丙烯酸酯乳液，所得结果列于表２。由表２结果可见，核（壳）单体及功能性单体的选择对合成乳液的成膜性能有较大的影响。以４０ｇＭＭＡ（硬单体）为壳单体，６０ｇ　ＢＡ（软单体）为核单体，合成的乳液具有良好的成膜性能，所成的膜具有一定的硬度，但黏性不强。反之，若以４０ｇＭＭＡ（硬单体）为核单体，６０ｇ　ＢＡ（软单体）为壳单体，合成乳液也具有良好的成膜性能，所成的膜黏性较强，但硬度较差。当在４０ｇ　ＭＭＡ（壳单体）＋５０ｇ　ＢＡ（核单体）体系中添加１０ｇ　ＭＡＡ作为核单体时，在乳液的合成过程中得不到种子乳液，最终也不能合成丙烯酸酯乳液，所得的混合物静置后产生大量的沉淀。在４０ｇ　ＢＡ（壳单体）＋５０ｇ　ＭＭＡ（核单体）体系中添加１０ｇ　Ｓｔ作为功能性单体时，最后能合成得到乳白偏蓝相的乳液，但该乳液成膜很硬，且易开裂。而在６０ｇ　ＢＡ（壳单体）＋３５ｇ　ＭＭＡ（核单体）体系中添加５ｇＭＡＡ作为功能性单体时，能合成乳白偏蓝相的乳液，该乳液成膜性能良好，在玻璃片上所成的膜光滑平整，具有一定的黏性和硬度。表２　不同核／壳单体对合成乳液的影响