对丙烯酸乳液膨胀型防火涂料的研究

成膜物对防火涂料的性能有重大影响,它与其他组分的适当配合可保证涂层在常温下具有各种使用性能,而在火焰或高温作用下具有难燃性和优异的膨胀效果。在环保法规日益完善的今天,用溶剂型树脂作基料显然是不可取的,而以水作为分散介质的水性防火涂料则成为其中的一个重要方向。在丙烯酸乳液、乙丙乳液、聚醋酸乙烯乳液、丁苯乳液、氯偏乳液等众多乳液中,以丙烯酸乳液为基料的膨胀型防火涂料的物理性能、施工性能、保光性、装饰性、难燃性等综合性能最好。因此选用了特种苯丙乳液作为基料。

催化剂凡是受热能分解产生具有脱水作用的酸的化合物均可作为防火涂料的脱水成碳催化剂,如磷酸、硫酸、硼酸的盐、酯和酰胺类化合物。作为膨胀型防火涂料的关键组分,脱水催化剂的主要功用是促进和改进涂层的热分解进程,促进产生不易燃的三维炭层结构,减少热分解产生的可燃性焦油、醛、酮的量。磷酸的铵盐是最常见的脱水成炭催化剂,这类物质在高温下能脱氨生成磷酸,继而生成聚磷酸。聚磷酸能与多羟基化合物发生强烈的酯化反应并脱水引发膨胀过程。磷系阻燃剂,具有低烟、无毒等优点,其含磷、含氮量多,热稳定性好。

成炭剂是组成在高温下形成的不易燃的三维炭层空间结构的发泡炭化层的物质基础,对发泡炭层起着骨架作用。成炭剂结构通常为多官能醇,其含炭量决定炭化速度,羟基含量决定脱水速度和成泡速度。一般情况下采用高含炭量,低反应速度的物质作炭化剂比较合适。由于本防火涂料采用了热解温度较高的聚磷酸铵作为催化剂,因此就应采用同样热稳定性较高的季戊四醇(PER)与之配用。若采用淀粉作为炭化剂则不能形成理想的膨胀碳层,因为淀粉的分解温度约为150℃左右,远低于聚磷酸铵的分解温度,在APP分解之前淀粉早已分解并产生大量可燃性焦油。季戊四醇的分解温度高达280℃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。

 发泡剂遇火达到一定温度时分解并释放出不燃性气体,如氨气、二氧化碳、卤化氢等,使涂层在达到软化点的条件下发泡膨胀形成海绵状炭质层。发泡剂分解产生气体,脱水催化剂分解放出磷酸等物质,炭化剂炭化这3个步骤在其发生变化的温度方面要基本上协调一致。如果发泡剂的分解温度比脱水成炭催化剂低得多,则分解产生的气体就会在涂层成炭之前逸出而不能起到膨胀发泡的作用;而如果发泡剂的分解温度比催化剂的分解温度高的多,则分解产生的气体会将炭化层顶起吹掉,也不能形成良好的发泡层。为了在较大温度范围内释放出不燃性气体和延长释放气体的时间,选用了三聚氰胺和氯化石蜡配合使用,可以从固相到气相广泛抑制燃烧的进行。

对于水性防火涂料,助剂是十分重要的,它加量小作用大可提高涂料的稳定性、施工性和物理机械性能。该防火涂料选用了性能优异的731分散剂,还加入了少量的OP210作为乳化剂,因为加入表面活性剂会使气体易于分散,对炭化层的膨胀高度有利。作为防火组分的氯化石蜡同时又是增塑剂。

聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、氯化石蜡组成了该丙烯酸乳液防火涂料的膨胀防火阻燃体系,这4种组分之间的配比对防火涂料的防火性能有直接的影响,为此,采用正交法来确定这4种组分的最佳配比范围。

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