氯化石蜡在水性钢结构防火涂料中的应用

0 引言
氯化石蜡由于具有较高的含氯量,较低的软化温度,在高温下可以分解释放出气体,故具有阻燃、增塑和发泡的作用,同时还具有提供碳源作为成碳剂的作用。氯化石蜡常用于对涂层的柔韧性要求较高的场合,如电缆防火涂料等。但是氯化石蜡在水性钢结构防火涂料中的应用受到限制。因为常用的氯化石蜡是油溶性的液体,如果用在水性体系中,则需考虑其与水性体系的相容性问题。常用的解决方法是通过乳化剂将其分散,但乳化剂容易引起涂层起泡,对涂膜外观带来不利影响。通过反复试验,作者选择一种粉末氯化石蜡— 氯烃一70作为水性防火涂料的助剂。本文考察了氯烃一70在乳液型水性钢结构防火涂料中的应用情况。

1 实验部分
1.1 原料
聚磷酸按(APP),工业级,四川都江堰海旺阻燃材料厂;季戊四醇(PER),工业级,云南天燃气化工厂;三聚氰胺(MEL ),工业级,南京金星化工厂;去离子水,自制;氯偏乳液,工业品,南通江山树脂厂;苯丙乳液(296D一S),工业品,上海巴斯夫分散体有限公司;氯烃一70,工业级,江苏东台市天元化工有限公司;硅酸铝纤维,工业级,浙江德清国泰耐火保温材料厂;绢云母粉,工业级,滁州格锐矿业有限责任公司。

1.2 实验步骤
1.2.1 涂料制备
按照 配 方 称量基料、阻燃剂、颜填料、助剂等。在分散罐中加人一定量的去离子水,搅拌下将颜填料、防火助剂依次缓慢倒人罐中,高速分散。用三辊机研磨,细度控制在50一80 [Lm。将基料、浆料及其他辅助成分按配方规定配成涂料,调整至规定的勃度,装罐备用。
1.2.2 标准则试样板的制备
参照 GB 17 27-79采用刷涂法制备。用漆刷在规定的底板上快速均匀地沿纵横方向涂刷,在底材上形成一层均匀的涂膜。刷涂时,不允许有空白或溢流现象。涂刷好的样板平放于室温干燥。
1.2.3 防火性能测试
防火 性 能 用耐火时间和发泡倍率来表示。耐火时间 :用在燃烧的情况下,防火涂料发泡层不脱落,保持基材不燃烧的最长时间来衡量。发泡倍率:用防火涂料燃烧前后的涂层厚度的比值来表示,计算公式如下:
N =( d, 一 do )/ d o
式中 N- 发泡倍率,do一燃烧前涂膜的厚度,mm;d ,一 燃烧后涂膜的厚度,mmo

2 结果与讨论
2.1 氯烃-70对发泡性能的影响
保持其他防火助剂的比例(APP:M EL:PE R= 5 0:35:15)不变,比较添加氯烃一70前后涂层的发泡性能。其中,1号配方含有10%(质量分数)的氯烃-70,2号配方不含氯烃一70。发泡性能见表1。

从表1可以看出,氯烃一70的加人能明显增加涂层的发泡倍率。在实验过程中发现,不加氯烃一70的配方,涂层受热时,要用很长时间才熔融、鼓起,而且有很多气体从涂层中逸出;而加了氯烃一70的配方,涂层在加热时,可以迅速熔融、鼓起,只有少量气体逸出;这样就直接增加了涂层的发泡倍率。氯烃 一7 0对防火涂料发泡性能的作用可从防火助剂的工作原理出发来分析。当防火涂料遇火时,基料开始吸热熔融,引起整个涂层软化。然后防火助剂开始发挥作用,发泡、脱水、催化、成碳作用协同进行,得到厚度增加几十倍甚至上百倍的碳层,从而有效地隔绝热量。这个过程中最开始的阶段是十分关键的。就是基料的软化熔融温度必须略低于防火助剂的分解温度,才能保证产生的气体使软化的涂层发泡。如果相差太多,则基料有可能在防火助剂开始分解前热分解,发泡层就无法形成。在本研究工作中采用的基料是苯丙乳液和氯偏乳液混合物,用量比为5: 1,基料的软化温度为220℃左右,与防火助剂的分解温度相差很大(聚磷酸钱:340℃;三聚氰胺:360℃;季戊四醇;345℃)[’」。这就意味着基料在防火助剂发生作用前就过早地软化和碳化。例如试验中观察到2号配方表层有燃烧现象,因此不能有效地形成发泡层;而在1号配方中,由于含有一定量的氯烃一70,情况就不同了。氯烃一70的分解温度在210℃左右,在基料开始软化的时候就开始分解,释放出的CH4和HCl气体可以使软化的涂层发泡,同时HC1还有良好的阻燃作用,在220一340℃可有效防止涂层的燃烧。所以在1号配方耐火试验中未观察到涂层燃烧现象。当涂层的温度升高到340℃左右的时候,防火助剂开始发挥作用。由此可见,氯烃一70在燃烧初期保护了涂层,实现了涂层的梯次发泡的功能,从而达到了梯次防火的目的。

2.2 氯烃-70的含量对耐火时间的影响
氯烃 一7 0对涂层具有保护功能,我们系统地考察了其含量的增加对延长耐火时间的作用。实验中保持涂料的其他组分不变,只改变氯烃一70的含量。结果如表2所示。

从表2中可以看出,随着氯烃一70的含量的提高,耐火时间逐渐增加。说明氯烃一70的含量越高,涂层的耐火性能就越好。

2.3 填料对防火效果的影响
氯烃 一7 0除了具有发泡、阻燃的功能外,对涂层有一定的增塑作用。在高温下,氯烃一70使发泡层变得更软、更疏松,这样使得发泡层在高温气流的冲击下容易出现塌陷,容易被冲刷而脱落。在上述的含氯烃一70的耐火实验中均发现这种现象,含量越高,塌陷的范围越大,加热时间越长,这种效应就越明显。所以需要考虑添加增强填料以增加发泡层强度。常用的增强填料有硅酸盐类和矿物类。实验考察了硅酸铝纤维和绢云母粉对发泡层强度以及防火效果的影响。结果如表3所示。
表3 填料对发泡层以及防火效果的影响

从表3的结果可以看出,硅酸铝纤维和绢云母粉的加人使发泡倍率略有下降,但增强了发泡层强度,从而延长了耐火时间。与绢云母粉相比,硅酸铝纤维不影响发泡层的致密性。所以,硅酸铝纤维更适合用于充当增强填料。

3 结论
(1) 氯烃一70具有阻燃、发泡的功能,在水性钢结构防火涂料中适量添加可以在燃烧初期保护涂层,实现涂层的梯次发泡功能,达到梯次防火的目的。
(2) 氯烃一70的含量越高,涂层耐火时间越长,但使发泡层强度下降,加人0.75%的硅酸铝纤维可以有效增强发泡层的强度。

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