水性防火涂料成分对防火时间的影响

data-full-width-responsive="true"> 0 前言近年来，高分子材料和钢材在建筑领域的应用越来越广。然而，高分子材料易燃，钢材耐火极限低，过去的十多年中，年均约有30 000 起火灾，造成3 000 左右人员的死亡，直接经济损失达数百亿元。因此，预防火灾已成为当今关注的焦点。水性膨胀型防火涂料具有防火效率高、不污染环境、施工方便、价格低廉等优点，对基材有较好的保护作用，是火灾预防的有效手段。将可膨胀石墨和埃洛石等阻燃剂填加到水性涂料中能提高其防火性能。对于膨胀型防火涂料，膨胀炭质层是决定防火性能的重要因素，过去对此研究较少。本工作重点从水性防火涂料组分对炭质层膨胀高度、含微气孔量和强度等影响方面研究防火时间的长短，得到了各组分的合理比例。1 防火涂层制备及防火时间测定1． 1 防火涂层制备水性防火涂料: 将聚磷酸铵( APP) 、三聚氰胺( MEL) 和季戊四醇( PER) 混合在一起作防火组分; 加水、分散剂、润湿剂、消泡剂于烧杯中，用电动搅拌器搅拌，转速1 000 r /min，时间5 min; 减慢搅拌速度，依次缓缓加入TiO2与混合均匀的防火组分，将搅拌速度调至1 500 r /min，大约30 min 后调至1 000 r /min，加入乳液，成膜助剂，流平剂，搅拌30 min 左右过滤。按500 g /m2水性防火涂料用量，在水泥石棉板上涂刷2 遍，放置1 周左右，即可制成防火涂层。1． 2 防火时间测定将具有防火涂层的水泥石棉板放入烘箱中于50℃左右烘烤2 h，使水性涂料中挥发组分彻底挥发。参照GB /T 15442． 2 － 1995( 大板燃烧法) ，建立模拟大板燃烧法试验装置: 将具有防火涂层的板面向下放置在铁架台上; 用酒精喷灯作加热源，喷灯口距防火涂层大约8 cm; 水泥石棉板背面放置温度计，加热计时，背面温度达到120 ℃的时间即为防火时间。2 涂料组分选用与防火时间2． 1 基料基料是涂料的基础组成，是主要的成膜物质，对涂料的性能起着决定性的作用。水性防火涂料以水为溶剂或分散介质，基料应是能与之互溶的物质。因此，以使用最广泛的乳液作水性防火涂料的基料。2． 1． 1 基料种类对3 种乳液进行选择，采用相同的防火组分、颜料、助剂和方法制备防火涂层。3 种乳液对水性防火涂料防火时间的影响见表1。结果显示，有机硅改性苯丙乳液的防火时间最长，原因是有机硅分子以重复的Si － O 键为主链，其解离能为460． 5 kJ /mol，显著高于C － C 键的304 kJ /mol，有机硅对苯丙乳液改性可以提高涂料的耐候性和乳液的热稳定性。因此，选用有机硅改性苯丙乳液作基料。2． 1． 2 有机硅改性苯丙乳液含量其他原料配比不变，不同有机硅改性苯丙乳液含量对水性防火涂料防火时间的影响见图1。由图1 可知: 其含量在27． 5%左右时，防火时间较长，涂层膨胀形成的炭质层膨胀高、泡孔闭合分布均匀，锐钛矿型TiO2和焦磷酸钛形成的无机防火层连续密实; 乳液含量过少，膨胀炭质层内部气孔尺寸大，泡孔壁薄被火焰冲破，使基材暴露于火焰中，生成的白色无机防火层不连续，防火时间短; 乳液含量过多，膨胀炭质层膨胀高度低，由热传导公式Q = A△t /L 可知，炭质层厚度L 减小，传导的热量Q 相对增加，防火时间减少。图1 不同有机硅改性苯丙乳液含量水性防火涂料的防火时间2． 2 颜料颜料的作用是使涂膜拥有遮盖基材的能力，提高涂膜的硬度，为涂膜增加色彩。TiO2在白色颜料中用量最大，主要有金红石型和锐钛矿型2 种。后者的抗粉化和耐候性比前者低，但成本较低，故用此作颜料。在高温条件下，TiO2可以与防火组分发生化学反应形成白色、耐高温的无机物质，能提高炭质层强度，而且有利于涂层防火时间的延长。TiO2含量对水性防火涂料防火时间的影响见图2。由图2 可知，TiO2用量约为17． 5%时防火效果较好，此时炭质层膨胀高、泡孔无开裂且分布均匀、TiO2和焦磷酸钛白色粉末分布得比较密集。当涂层刚遇到火焰时，TiO2与其他组分迅速发生化学反应形成膨胀的炭质层，当石棉板背面温度达到90 ℃左右时，炭质层表面开始出现白色物质，升温速度明显下降; 当白色粉末基本不再产生时，升温速度开始增加。涂层的防火过程可能分为2 个阶段，一是高温作用下迅速形成膨胀炭质层，另一则是TiO2与防火组分发生化学反应形成白色粉末。TiO2含量少，形成的白色物质量少，对热量的隔绝效果差，防火时间短。TiO2含量过多，形成的膨胀炭质层组分相应就会减少，影响了炭质层膨胀的高度，防火时间也会下降。