烷基磷酸酯胺盐的酯化率对超薄型钢结构防火涂料的作用

关键词：烷基磷酸酯胺盐、防火涂料阻燃剂、磷酸三甲苯酯TCP、增塑剂TCP、涂料用阻燃剂TCP、磷酸三（3-甲基苯）酯、阻燃剂TCP

 

摘要：通过微型电炉实验、差热分析(DSC)和热失重分析(TG)，研究了烷基磷酸酯胺盐的酯化率对超薄型钢结构防火涂料的影响。结果表明：酯化率高的烷基磷酸酯胺盐能较好地改善超薄型钢结构防火涂料的防火隔热性能。当试样背面温度(简称背温)相同时，其能延长隔热时间间隔。当实验时间进行到120min时，烷基磷酸酯胺盐的酯化率愈高其试样背温愈低。高酯化率的烷基磷酸酯胺盐有利于超薄型钢结构防火涂料形成具有良好隔热结构的多孔炭质层。在氩气条件下，低酯化率的烷基磷酸酯胺盐的试样热失重较少。

关键词：烷基磷酸酯胺盐；酯化率；多孔炭质层

 

超薄型钢结构防火涂料在现代大型建筑中的运用日趋广泛，但国内对防火涂料的防火作用机理研究得比较少。本课题组对超薄型钢结构防火涂料的长期研究发现：烷基磷酸酯胺盐能较好地改善其膨胀过程，提高防火涂料防火隔热性能。该工作将着重讨论烷基磷酸酯胺盐的酯化率对超薄型钢结构防火涂料的影响规律并探讨其机理。

1 实验部分

1．1 实验装置

采用微型电炉(见图1)测试防火涂料隔热性能。

根据其升温曲线(见图2)以及大量实验证明，微型电炉的升温速率以及所能达到的最高温度能够满足测试小试样防火涂料性能的要求，能较准确地评价防火涂料的防火隔热性能。

1．2 实验材料

80mm× 80mm 的钢板为基材，干膜厚度为图1 微型电炉实验装置示意图

Fig．1 Schematic diagram of small scale fire test device

1。2mm 的水基超薄型钢结构防火涂料，主要成分见表1，烷基磷酸酯胺盐的酯化率分别为85 ，75 ，65 9／5

(摩尔分数，下同)。

1．3 实验操作

将已固化的试样称重，测量涂层厚度，置于微型电炉中进行实验，时间为2h。微型电炉的额定功率为550W。

用热电偶测量钢板背面的温度。用微机系统实时记录试

 

46 材料工程／2006年4期

图5 烷基磷酸酯胺盐的TG和DTG曲线

 (3)

因为此阶段是防火涂料发生化学变化的主要阶段，特别是聚磷酸铵参加反应，聚磷酸铵受热分解生成聚磷酸，聚磷酸使季戊四醇脱水成炭，而发气剂分解释放出的气体使炭化体膨胀，最后炭化体基本形成，隔热效果明显增加。但由于酯化率低的烷基磷酸酯胺盐含有较多的游离磷酸，造成聚磷酸铵发生降解，形成小分子的聚磷酸铵[2]，而小分子的聚磷酸铵很容易进行热分解，且分解温度更低，从而影响了防火涂料的隔热性能，所以酯化率为65 的试样在300 400℃ 时试样的时间间隔比较短。因此，可以认为酯化率为85 的烷基磷酸酯胺盐更能改善超薄型钢结构防火涂料的防火隔热性能，使同一背温下的时间间隔延长。

2．2 酯化率对试样背温的影响

当实验进行到120min时，试样背温随酯化率变化的趋势见图6。从图6可知，试样背温随酯化率的增加而下降，且酯化率为85 的烷基磷酸酯胺盐更能改善超薄型钢结构的防火性能。图7为不同酯化率试

样的DSC曲线。由图7可知，酯化率为85 (见图7a)的试样在296．3～350。C时，出现一个较高的吸热峰，峰温为325。C，相应的吸收热为III．5J／g；而酯化芝

2暑

E}竺

图6 酯化率对120min时试样背温的影响Fig．6 The effect of the esterification degree on the

back temperature of the sam ple at 120min率为75 (见图7b)的试样在295．6～352℃ 时，出现

一个较小的吸热峰，峰温为331．9。C，相应的吸收热为81．14J／g。显然，在相同的条件下，酯化率为85 的试样比酯化率为75 的试样的吸热量大，传递到炭化体内部以及试样背面的热量少，因此酯化率高的烷基磷酸酯胺盐能更好地降低120min时的试样背温。

图7 不同酯化率试样的DSC曲线 (a)85％ ；(b)75％Fig．7 DSC curves of the sample being differentester~ieation degree (a)85％ ；(b)75

2．3 酯化率对涂层热失重的影响对不同酯化率的试样进行热失重分析，试样热失重随酯化率变化的趋势见图8。从图8可知，在氩气条件下，实验温度达到600℃ 时，酯化率为85 的试样失重50．6 ，酯化率为75 的试样失重46．D4 ，酯化率为65 的试样失重44．73 。显然，试样的热失。

 

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