影响防火涂料防火性能的因素

影响防火涂料防火性能的因素

王自福1 , 李庆娟1 , 宋建华1 , 左文才1 , 李 帅2
(1. 山东省建筑科学研究院,  山东济南250031 ;  2. 山东建材学院,  山东济南250022)

1  前言
随着社会物质财富的不断增加,人们在工业与民用建筑的吊顶、隔墙、门窗和其它内墙装修中大量地使用了木质材料和纤维材料,这些装修材料都具有一定的可燃性和易燃性,所以人们在享受豪华、舒适的同时,也给自己埋下了火灾的隐患。近几年,因装修材料而引发的火灾时有发生。当前,国家很注重开发和研究新型防火装修材料,防火涂料以其较好的保护功能、装饰功能,越来越受到人们的欢迎和关注。防火涂料的防火性能主要取决于涂料中的阻燃剂,也就是说,阻燃剂的品种、加入量,以及阻燃剂之间合适的配伍决定了涂料的防火性能。本文在有关防火涂料文献的基础上,进一步探讨了影响膨胀型防火涂料性能的主要因素。

2  实验部分
2. 1  材料
实验所用的材料分为防火阻燃剂、颜填料、基料和其它助剂等四大部分。
阻燃剂:选用了磷酸二氢铵(化学试剂) 、三聚氰胺(化学试剂) 、季戊四醇(工业品) ;
颜填料:选用的是广西生产的锐钛型钛白粉(工业品) ;
基料:主要有醋丙乳液(工业品) 、纯丙乳液(工业品) 、氯偏乳液(工业品) 、苯丙乳液(工业品) 、水性三聚氰胺甲醛树脂(自制) ;
助剂:主要有乳化剂、分散剂、增塑剂、消泡剂等(均为工业品) 。
2. 2  仪器设备
实验所用的设备主要有小型砂磨机、调速分散机、电子天平以及符合GB15442 – 1995 标准要求的防火涂料性能测定装置。
2. 3  涂料制备方法
按配方分别称取磷酸二氢铵、三聚氰胺、季戊四醇,放入砂磨机内预混后,加入配方中的水量,开动砂磨机,进行研磨,研磨时间一般在30min ,直到磨至细度不大于90μm。取出,过滤,得到白色的防火浆料。将防火浆料放入分散机内,用低速分散均匀,加入颜填料、乳化剂,待分散达到要求后,再加入基料和其它助剂,搅拌5min 得到防火涂料。
2. 4  涂料的正交试验
根据基本配方, 首先进行正交试验, 并按照GB15442. 4 – 1995 标准规定的试验方法和要求进行阻火性能的测定,选用的因素及其变化见表1 ,试验结果见表2。

2. 5  不同基料的对比试验
为了考查不同基料对防火性能的影响,选用了几种常用的基料进行对比试验。试验的具体方法是:将每种基料分别刷在300 ×150 ×5 (mm) 的五层胶合板上,试件的湿涂覆比值为250g/ m2 , (不包括封边) ,试件在涂覆完毕后在温度为23 ±2 ℃、相对湿度为50 ±5 %的条件下调节至质量恒重,再将试件置于50 ±2 ℃的烘箱中处理40h ,取出冷却至室温后称量(准确至0. 1g) ,然后将试件置于GB15442. 4- 1995 规定的小室燃烧法的仪器中测定其质量损失和炭化体积,实验结果见表3。
2. 6  验证试验
根据正交试验结果,选择较好的4 # 配比进行实验验证,验证项目的测定按照GB15442 – 1995 标准中规定的试验方法和要求进行,验证结果见表4。

3  结果分析
3. 1  正交试验中各组分的影响因素
(1) A 因素 它是一种能在比碳化物分解温度低的温度下分解出磷酸的物质,它分解出来的酸能使炭化剂上的多元醇羟基酯化,这种物质在防火涂料的主要功能是促进涂层的热分解反应,起脱水催化作用,可促进涂层中的炭化剂脱水形成不易燃的三维空间结构,达到减少热分解、阻止放热量大的碳氧化反应。实验表明,该因素随着量值的增加,质量损失减小。这是因为该量的增加使得催化脱水能力进一步加强,进而防火涂料的涂层炭化更加充分和密实,从而更有效地阻止了放热量大的碳氧化反应的发生,起到了阻火隔热的作用。
(2) B 因素 该因素是一种发泡剂,它遇火可分解放出氨气、二氧化碳、水、卤化氢等不燃性气体,这些气体可使涂层急剧发泡膨胀并形成海绵状结构,这种结构能够贮存一定的热量,因此可达到减少
热量进一步分解、阻止放热量大的碳氧化反应。实验表明,该因素随着量值的增加质量损失也将增加。这是因为发泡剂在发泡膨胀的同时,放出了过多的氨气、二氧化碳等,从而使质量损失增加的缘故。
(3) C 因素 该因素在防火涂料中是成炭剂,它是形成不易燃烧炭化层的物质基础,对炭化层起骨架作用。作为碳素源,它是一种重要的膨胀组分,其主要作用是与脱水催化剂受热分解时产生的酸性物质等反应,从而形成炭化层。这种可起泡的炭形成的不可燃屏障而成为膨胀防火涂料的特征。实验表明,该因素随着量值的增加质量损失而减少,其主要原因是由于该量值的增加,形成的炭层屏障也更加密实,从而能更有效地达到阻火隔热的目的。
(4) D 因素 该因素是一种基料,其本身为易分解物,阻火隔热能力较差,但却是防火涂料中不可缺少的部分。在涂料中,它与其他组分适宜配伍,既保证了涂层在常温状态的各种装饰性能、使用功能,又能在高温时或火焰下具有难燃性的保护功能。实验表明,随着该因素的增加而质量损失也增加,其主要原因为随着该因素的增加,遇火易分解成分就增加,防火添加剂的成分就相对的减少,从而降低了涂
料防火性能下降的缘故。
3. 2  不同配比的防火阻燃剂对防火性能的影响
正交试验和验证试验表明,不同配比的防火阻燃剂对防火性能的影响很大。这是因为,只有这些阻燃剂相互之间的合理匹配才能使涂料的发泡及炭化等达到最佳状态,使涂层具有最好的防火阻燃效果。
3. 3  不同的基料对防火性能的影响
由基料实验结果看出,不同的基料对防火性能的影响是大不一样的,其主要原因是由于各基料成膜物质的耐火性能所决定。如水性三聚氰胺树脂,其主要成膜物质是三聚氰胺,因为三聚氰胺本身就是一种阻燃剂,所以它的防火性能也比较好。

4  结论
(1) 按照影响因素的大小进行排列,在防火阻燃剂中,对防火性能影响最大的成分是成炭剂和脱水催化剂,其次是发泡剂。
(2) 虽然发泡剂三聚氰胺的量值增大后会引起质量损失的增大,但是该组分在防火涂料中却是必不可少的,关键是要掌握该组分的最佳用量。
(3) 将涂料中的防火阻燃剂进行合理的匹配是减少影响因素的最主要途径。
(4) 涂料中基料的品种及其用量不但影响到涂料的防火性能,而且会影响到涂料的其它理化性能,所以一定要选择合适的基料并掌握其最佳用量。

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