BSC-GT 系列电缆、钢结构防火涂料的研制、性能和应用

1 前言
油漆涂料最主要有两大功能:保护与装饰;也有将其分为三大功能:保护功能、特殊保护功能和装饰功能。所谓特种涂料,就是除有一般保护和装饰功能外,又具有特殊保护功能的涂料。随着国民经济的发展,人民生活水平的提高,具有特殊功能作用的油漆涂料越来越显示其重要性。
防火涂料是功能保护性涂料之一,从70年代中期研制成功,至今在我国应用开发已有30 多年历史。防火涂料种类很多,按组成成份分为水性和溶剂型防火涂料;按成膜物质的种类分为有机防火涂料、无机防火涂料和无机、有机复合防火涂料。按保护材质的需要又可分为钢结构、电缆防火涂料和木材、水泥、建筑饰面型的防火涂料。至目前为止,已有数十种防火涂料在各种场合下应用,一般都是复合型的,这也是较难细分由各有所需的特点而决定的。如一般无机防火涂料耐阻燃的作用较强,但不持久,且涂膜性能差,装饰效果也不好。如需兼而有之,则要取长补短,这就从需要而产生了有机和无机复合优化的防火涂料。
火灾是一种极其严重且危及生命和造成巨大经济财产损失的燃烧过程。燃烧就是可燃物质在一定条件下,与氧结合达到一定的温度(火种)。温度越高,越能燃烧的可燃物危险性越大。空气(氧)在人类生存空间无时不刻存在是间隔不掉的,而人能可调控的为可燃物和温度(火种)。许多消防设施就是根据可燃物和温度、火种中去掉一项要素即可奏效,我们的防火涂料防火机理也是由此而来,防火涂料有非膨胀型和膨胀型之分。

2 非膨胀型防火涂料
非膨胀型防火涂料仅对被涂材质起阻火隔热作用,抑制延缓燃烧过程。但时间较短,防火性能不如膨胀型的防火涂料。我们知道烟头的表面温度在600-700℃,中心火焰温度在1000℃以上,不燃物水泥混凝土在1000℃高温作用下,30分钟后就会开裂进而崩解。同理普通碳钢结构在550℃以上就会丧失结构强度,加之钢是热的导体,仅几分钟至10分钟左右,就可达到火灾现场一样的温度。换言之,此时的钢结构会因弯曲强度、载荷能力等许多力学性能迅速下降,出现扭曲变形而导致结构坍塌破坏。可见那些承受载荷的钢梁、钢柱、钢球、网架结构、木制品、塑料制品、电缆、电线上涂敷防火涂料进行防火保护是很有必要的,特别是隔热性能,能减慢钢基材、橡胶塑料表面上升温度。值得指出的是电缆外绝缘材料虽耐燃烧,但在120℃以上的降解作用非常明显,不要说在500-600℃甚至千度以上的高温场合,早就失去了弹性和绝缘作用。加之电缆芯铜铝材质是热的良导体,在火灾时破坏作用不容低估。电缆一般敷设在地沟内,一旦发生火灾,不及时扑救,由于穿堂风的作用,火势蔓延是很快的。从为灭火赢得时间的要求出发,产生了膨胀型防火涂料。

3 膨胀型防火涂料
膨胀型防火涂料又称发泡型涂料,遇火膨胀发泡,产生一层比原来涂层漆膜厚度大几十倍甚至上百倍的泡沫炭化层。这一泡沫炭化层有很强的隔热能力,产生良好的隔热隔氧作用,封闭被保护的基体材质,阻止基体材质(可燃物)的燃烧,钢结构及电缆的(传导热)温升。
首先遇火焰幅射时,迅速发生物理、化学变化隔绝热量,阻止火焰蔓延,起阻燃作用;其次,隔绝热量,防范构件表
面温度升高,起到降温耐热作用;遇火时,隔绝热量,在一定时间内阻燃剂首先起作用,分解产生密度较大的不燃性气体和高沸点液体防止可燃物的扩散。在阻燃剂失去作用时,会起到膨胀功能。涂料发泡成炭膨胀隔绝热源,延长阻燃耐火时间,这在一定时间内给予救火时间的援助。

4 膨胀型防火涂料的灭火机理及选材要求
4.1 灭火机理
我们从膨胀型防火涂料组成中含有发泡剂、成炭剂、成炭催化剂的工作原理来分析灭火原理:发泡剂一般为含氮化合物,在火焰温度作用下, 散发出氮气、氨气和一氧化氮气体,分解出无机酸,促使变软涂层漆膜迅速发泡膨胀。成炭剂在成炭催化剂(酸和高温)作用下,迅速失水炭化成疏松的炭质泡沫层结构(炭骨架),有很强的隔热效果。该反应是吸热反应,能消耗许多热量,有利于涂层温度降低。由于发泡层本身热阻很大,因而阻滞了热量向被涂物的传递,延缓火势的蔓延,为火灾救险工作赢得时间。

4.2 选材要求
对防火涂料研制来说,就是如何合理调配各组份,使之处于最佳搭配:基料成膜物质的熔点、发泡剂的分解和熔融点、成炭剂的炭化温度均应该相同。组份遇火应迅速变化。当涂层遇火受热,首先熔融(不燃烧)软化,随之达到发泡剂分解温度,分解出气体,使涂层发泡膨胀,成炭催化剂分解出作用于成炭剂的磷酸、聚磷酸等物质,促使成炭剂失水炭化形成泡沫骨架。此外,涂层基料应具有耐燃至不燃性,也是应该充分考虑的。上述几种搭配恰当,同时作用,形成一种具有韧性及强度的炭化层。我们还要考虑防火涂料在火灾现场发生作用时不能存有毒气体逸出和尽可能减少烟雾产生,并随着温度升高,而能有持续的防火作用。这就要求在温度升高的各个阶段不断有发泡剂、成炭催化剂发生作用,聚磷酸铵在初中期发挥作用,硼酸锌在中后期发挥作用,是较典型的例子,这也告诉我们阻燃材料配合使用一般是复合,多样而不是单一的。涂层厚度也必须考虑。一般装饰涂层薄型与超薄型防火涂料在2mm 左右即可;保护涂料根据时效、环境、介质侵蚀程度要求,考虑在2-3mm 即可;功能保护性防火涂料,薄型2mm 以上,厚型为4-6mm。按一般涂料施工涂刷层次就要10 次以上,因为人工涂刷费时用工多,最好采用高压无空气喷涂,于是就产生薄型防火涂料,一次成膜厚度可达0.6-1mm。
防火涂料作为功能性保护的特种涂料,也同一般保护装饰性涂料一样,仍不外乎是由基料、颜(填)料和助剂等组成。不同的是组成物中,功能性材料及满足防火要求的材料在选择上有一定的特殊要求。例如NB(BSC-GT)电缆、钢结构防火涂料,它的性能除满足国家标准规定的如细度、粘度、干燥时间、耐油性、耐盐性、耐湿热性、耐冷热循环性、抗弯性等指标外,对它的阻燃性炭化高度≥2.5cm3,就是一个强制性的必须达到的指标。首先对基料要求是低毒无毒、无刺激性和阻燃、耐燃;其次是与防火浆料中的颜(填)料、发泡剂、成炭催化剂、成炭剂等混合后不发生凝胶和增稠,即储存稳定性和使用的方便性好。更重要的是除突出功能性外,不能丢弃一般涂料应具有的耐水、耐油、耐碱性和附着力、柔韧性、耐冲击性的要求,然而更好的突出装饰性为最佳选择。电缆、钢结构防火涂料就充分地考虑了上述要求。比如:我们用的细度就比国家规定的标准90um 提高了好多,达到了60um 以内。耐化学腐蚀性也超出了国家标准,阻燃性也是超过国家规定的标准,炭化高度2.5cm3。

水性防火涂料常用的基料有聚醋酸乙烯乳液、氯偏乳液及改性处理后的丙烯酸乳液(合成时引入卤元素氯、溴等)。溶剂型的有氯化橡胶、过氯乙烯树脂、丙烯酸树脂、高氯化聚酚烯树脂等,一般这些树脂具有不燃烧性和耐燃性,如何复合,取长补短,是设计配方时需充分考虑反复试验后再定夺。

颜(填)料的使用不仅仅是从赋予涂料色彩和增强体质骨架以及降低成本的考虑,更是如何提高和增加防火涂料防火性能的策划。非膨胀型防火涂料中的耐燃填料的使用量,要比膨胀型的多,这是为了提高涂层的耐热能力。反之对膨胀型防火涂料就会影响发泡效果,所以优应该少用些。有些颜料,如三氧化二锑(Sb2O3)与含氯树脂在燃烧时产生化学反应,生成三氯化锑(SbCl3),其蒸气密度大,能包围火焰,隔绝空气,使燃烧窒息而表现出优异的阻燃能力。此外Sb2O3 具有一定的遮盖力,吸油量也不大。钛白粉配合是制白色防火涂料首选材料,与磷酸类,卤化物配合使用,有协同效应,且装饰性也不错。硼酸锌、偏硼酸钡(Ba2BO4.H2O)配合Sb2O3 使用可减少毒气和烟雾作用,具有防腐、防锈、防霉作用,有防锈防腐油漆功效。
此外,滑石粉、云母粉等均是易得、价廉,在防火涂料中,除起一般填料作用外,自身部分结构水分解,对发泡剂起催化作用,多水蒸气时提高涂层隔热性。

助剂作用原理已表述,不再重复。需要强调的是功能性涂料中的关键作用,效果如何,最终是由选用的助剂表现出来的。所以我们就在选用分散剂、增塑剂等助剂时,也尽可能选用增加阻燃效果的材料,来加强整个涂料配方体系的防
火阻燃功能。

5 涂料的应用与生产
对于钢结构、电线电缆最好选用NB油性薄型防火涂料。因为该涂料涂刷后,溶剂挥发而成的固体含量大(占75% 左右),固体含量内均属阻燃剂、发泡剂、耐热耐火成份多。再加上油性树脂结合力强,成膜坚固,防腐效果好,耐水性能优越,在户外埋地或潮湿的地方采用比起水性材料好得多。水性树脂在一般大气中应用还可以,但在埋地或潮湿明显的地方性能就差多了。因为长期在潮湿面会产生起松、涨力、结合力差、易脱落,达不到防腐的要求。
水性防火涂料用在室内墙面、非金属面、水泥、木制品、天花板、装饰等较为适用。防火涂料可根据用户的要求,
一品多用:
(1)合成涂料液100% 加入100%左右的防火填料、阻燃剂、发泡剂等基料,可调成防火堵料。堵料的采用,可根据用户现场情况而定,浆质稠可少加填料,浆质稀可多加填料。
(2)合成防火涂料液100% 加入300% 左右的防火填料,可调成防火泥用。我们扬州美涂士金陵特种涂料有限公司生产的NB(BSC-GT)电缆、钢结构通用薄型膨胀防火涂料(溶剂型),BSC-GT 非金属结构防火涂料(油性),充分考虑上述因素,除在功能保障技术参数上要求高,根据国家防火涂料标准,防火要求超一级,耐燃时间60 分钟以上,炭化体积2.5cm3 上限,质量损失在一级范围内(失重≤5g),保障力度大,并在装饰性能上克服一般防火涂料表面装饰性的不足,向磁漆装饰要求发展,做到出新有特色,性能优良,施工方便, 受到用户的广泛欢迎。

2000 年被国家技术监督局抽查,全国抽查10 家防火涂料产品,其中5 家不合格,5 家合格, 我公司是合格的5家中一家。近期昆明钢铁公司、鞍山钢铁公司、马鞍山钢铁公司、宝钢一钢公司、扬子乙烯工程、江苏电建一公司、江苏电建三公司、常熟电厂、化工部星火化工厂有机硅基地、大庆石化总厂、江苏省招商银行等大批量采用我厂NB(BSC-GT)电缆、钢结构通用薄型防火涂料。我们在综合用户意见的基础上,不断完善提高防火涂料的系列配套,使之更趋完美。

改革开放前,全国大中型油漆涂料厂仅工商注册企业就达8000多家,正常生产的3000多家,除西藏(台湾省未统计在内)全国到处建有油漆涂料生产企业,沿海发达地区更是大小涂料厂林立,上规模的集体、个人企业不在少数。据介绍,最大的油漆厂,最大树脂制造厂,最有名的特种涂料企业已不是国企,而让位于个体、集体企业,我公司也是十分荣幸榜上有名。

我们扬州美涂士金陵特种涂料有限公司乘发展东风,在上级部门关心呵护下,承各方专家,贤达倾心支持下,于1988年诞生。全公司员工在董事长、总经理的带领下,艰苦创业,从无到有,从小到大,不断创新,在特种涂料“特”字上做文章,做到人有我有,人无我有。目前18 大类油漆(有称17 大类,另一类为辅料),我们能制造生产达17 类,28 个系列品种。底、中、面层前处理,配套齐全,并充分发挥我们的“特”字精神,注重售后服务,加强技术施工服务到用户工厂、工地,为一般企业勉其为难,赢得了客户的信赖和欢迎。伴随着表扬信,感谢信的是大量要货订单纷
至沓来。

为加快涂料制造业的发展,在新产品的研制上,我们力求出新和填补空白,走出领先国际、国内先进水平的路子,在3000多家林立企业中,要立于不败之地,就得要有过硬的拳头产品。为此,我们成立了自己的研究所,与各路专家、
学者建立广泛的交流联系。在重防腐保护涂层开发上向长期长效方面努力。一般油漆涂层保护作用仅有1-2 年,甚至有的一年不到,好的也就是3-5 年,达到5-6 的就相当不错,这还要配上严格要求的涂基材的表面处理,一定厚度的涂料配套(达200um以上)等等。我们研制的油漆涂层保护作用时间争取10-15 年,甚至更长时间以适应市场的挑战。

我们有一支过硬的售后技术服务队伍,有遍布全国各地的营销业务人员、销售点。为扩大产品销售覆盖率和“金陵”品牌的效应,实现涂料产品产地销售和使大油田、冶金大钢厂、大工矿企业、大工程配套具有竞争力,我们在东、南、西、北、中等地陆续办了销售网络、公司。几年来,我公司产品在国际国内评比中多次获奖。2000年,我们公司取得了ISO 9002国际质量认证,产品质量并由中国人民保险公司承诺了保险。最近,我公司已被批准为“江苏省高新技术企业”,这一切都使我们能取信于客户,保证国家大工程、大项目不出豆腐渣工程。
欢迎大家使用我公司电缆、钢构防火涂料,并对使用的结果反馈给我们,我们根据反馈的意见,不断地总结改进完善,使NB(BSCGT)电缆、钢结构薄型防火涂料为冶金钢厂、化工各大企业的电缆钢结构防火做出更好的回报。

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