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V.い.も
水性防火涂料成分对防火时间的影响
赵苏,杨海峰,吴妡叛
沈阳建筑大学材料科学与工程学院,辽宁沈阳110168)
[摘要]为了探讨水性防火涂料成分对防火时间的影响,以模拟大板燃法研究了其组分乳液、颜料、脱水催化
剂、成炭剂、发泡剂不同用量时的防火效果。结果表明:水性防火涂料的防火时间主要受膨胀海绵状炭质层的膨胀
高度、泡孔尺寸以及炭质层表面形成的白色无机物质连续程度等因素影响;水性防火涂料中基料、颜料、防火组分
含量影响了膨胀海绵状炭质层的结构和性能,进而影响了其防火时间。
[关键词]水性防火涂料;防火时间;膨胀炭质层;成分
[中图分类号]T0637.8[文献标识码]B[文章编号]1001-1560(2011)05-0056-03
0前言
至1500r/min,大约30min后调至1000r/min,加人乳
液,成膜助剂,流平剂,搅拌30min左右过滤。
近年来,高分子材料和钢材在建筑领域的应用越
按500g/m2水性防火涂料用量,在水泥石棉板上
来越广。然而,高分子材料易燃,钢材耐火极限低,过
涂刷2遍,放置1周左右,即可制成防火涂层。
去的十多年中,年均约有30000起火灾,造成3000左
右人员的死亡,直接经济损失达数百亿元?。因此,
1.2防火时间测定
预防火灾已成为当今关注的焦点。水性膨胀型防火涂
将具有防火涂层的水泥石棉板放人烘箱中于50
料具有防火效率高、不污染环境、施工方便、价格低℃左右烘烤2h,使水性涂料中挥发组分彻底挥发。参
廉等优点,对基材有较好的保护作用“,是火灾预防的照CBパT1544.2-195(大板燃烧法),建立模拟大板
有效手段。
燃烧法试验装置:将具有防火涂层的板面向下放置在
将可膨胀石墨和埃洛石等阻燃剂填加到水性涂料铁架台上;用酒精喷灯作加热源,喷灯口距防火涂层大
中能提高其防火性能?。对于膨胀型防火涂料,膨胀约8cm;水泥石棉板背面放置温度计,加热计时,背面
炭质层是决定防火性能的重要因素,过去对此研究较温度达到120℃的时间即为防火时间。
少。本工作重点从水性防火涂料组分对炭质层膨胀高2涂料组分选用与防火时间
度、含微气孔量和强度等影响方面研究防火时间的长2.1基料
短,得到了各组分的合理比例。
基料是涂料的基础组成,是主要的成膜物质,对涂
1防火涂层制备及防火时间测定
料的性能起着决定性的作用。水性防火涂料以水为溶
剂或分散介质,基料应是能与之互溶的物质。因此,以
1,1防火涂层制备
使用最广泛的乳液作水性防火涂料的基料。
水性防火涂料:将聚磷酸(APP)、三聚氧胺2.1.1基料种类
(MEL)和季成四醇(PER)混合在一起作防火组分;加
对3种乳液进行选择,采用相同的防火组分、颜
水、分散剂、润湿剂、消泡剂于烧杯中,用电动境拌器搅料、助剂和方法制备防火涂层。3种乳液对水性防火涂
拌,转速100 r/min,时间5min;慢搅拌速度,依次料防火时间的影响见表1。
缓缓加人TO2与混合均匀的防火组分,将搅拌速度调
表1水性防火涂料各组分含量及防火时间
[收稿日期]2010-11-28
种类U(乳液)以ARP)w(MIL)w(PER)u(T02)(水和助以(防
/%/%/%/%/%剂)%火)
[基金项目]建设部资金资助(06-K7-31)
纯闪乳液2
2
26390
[通信作者]赵苏(1965-),教授,博士,主要从事材料苯两乳液?19128
26
化学的研究,电话:133243321,E-mail: haosu有机硅改性
丙乳液
22
19
25
2005@126.com
flalerialh'3pr
结果显示,有机硅改性苯丙乳液的防火时间最长,的隔绝效果差,防火时间短。T02含量过多,形成的膨
原因是有机硅分子以重复的i-0键为主链,其解离胀炭质层组分相成就会减少,影响了炭质层膨胀的高
能为460.5kJ/mol,显著高于C一C键的304kJ/ml,有度,防火时间也会下降。
机硅对苯丙乳液改性可以提高涂料的耐候性?和乳液
470
的热稳定性。因此,选用有机硅改性萃丙乳液作基料
460
2.1.2有机硅改性苯丙乳液含量
440
430
其他原料配比不变,不同有机硅改性苯丙乳液含
410
量对水性防火涂料防火时间的影响见图1。由图1可
400
390
知:其含量在27.5%左右时,防火时间较长,涂层膨胀
051015202530
形成的炭质层膨胀高、泡孔闭合分布均匀,锐钛矿型
图2不同TO2含量水性防火涂料的防火时间
TiO2和焦磷酸钛?形成的无机防火层连续密实;乳液
含量过少,膨胀炭质层内部气孔尺寸大,泡孔壁薄被火2.3防火组分
焰冲破,使基材暴露于火焰中,生成的白色无机防火层
水性防火涂料的防火组分由脱水催化剂、成炭剂
不连续,防火时间短;乳液含量过多,膨胀炭质层膨胀和发泡剂组成,是防火的关键组分。高温作用下3种
高度低,由热传导公式Q=A?A?△L可知,炭质层组分发生一系列的化学反应释放出不燃气体稀释空气
厚度L减小,传导的热量Q相对増加,防火时间减少。中的氧气浓度,形成热导率低的膨胀炭质层,生成可以
500
终止或减缓燃烧连锁反应的自由基。
2.3.1脱水催化剂(聚磷酸铵)
40
以APP为脱水催化剂,使之与多羟基化合物发生
00
酯化反应,引发膨胀过程,促进不易燃烧的三维炭层结
构形成,减少热分解产生的可燃性焦油量?;此外,其
224262830323436
分解的产物还可以与T02发生反应生成耐热性好的焦
图1不同有机硅改性苯丙乳液含量水性防火涂料的防火时间酸钛。不同APP含量水性防火涂料的防火时间见
图3。
2.2顱枓
颜料的作用是使涂膜拥有遮盖基材的能力,提高
60
涂膜的硬度,为涂膜增加色彩。TiO2在白色颜料中用
40
量最大,主要有金红石型和锐钛矿型2种。后者的抗
60
粉化和耐候性比前者低,但成本较低,故用此作颜料。
在高温条件下,Ti02可以与防火组分发生化学反应形
607080
w/%
成白色、耐高温的无机物质,能提高炭质层强度,而且
有利于涂层防火时间的延长。
图3不同APP含量水性防火涂料的防火时间
TO2含量对水性防火涂料防火时间的影响见图2。
由图3可知:APP含量为50%时防火效果较好,此
由图2可知,T02用量约为17.5%时防火效果较好,此时炭质层膨胀高,无脱落,白色粉末较多;APP用量少
时炭质层膨胀高、泡孔无开裂且分布均匀、O2和焦磷时,分解产生的酸源不足,成炭量小、膨胀高度低,不利
酸钛白色粉末分布得比较密集。当涂层刚遇到火焰于延长防火时间;同时,它与T02反应生成的焦磷酸钛
时,T02与其他组分迅速发生化学反应形成膨胀的炭量少,也不利于延长防火时间;此外,发泡剂的用量相
质层,当石棉板背面温度达到90℃左右时,炭质层表对提高,分解的气体吹落炭质层,致使基材暴露于火焰
面开始出现白色物质,升温速度明显下降;当白色粉末之中。所以,APP含量少时,防火时间短;APP含量多
基本不再产生时,