针对国内丙烯酸类树脂防火涂料专用料存在的性能和苯类溶剂毒害等问题。研制开发了一种性能好、成本较低的非苯类溶剂的丙烯酸类树脂防火涂料专用料。
1 实验部分
1. 1 制备方法
将液体组分和固体组分充分混合均匀,用三辊机或砂磨机研磨到一定细度,用去离子水调至合适粘度,搅匀,200 目筛网过滤后包装。
1. 2 原料与配方(质量分数)
表1 防火涂料的配方
物质名称 含量/ ( %) 物质名称 含量/ ( %)
丙烯酸乳液 15～48 季戊四醇 2～8
聚磷酸铵 5～10 三聚氰胺 5～10
石棉粉 5～10 填料、颜料 5～12
去离子水 适量
1. 3 耐火性能试验
把某一厚度的试样放在酒精灯火焰上一段时间,比较碳化层的厚度。
2 结果讨论
2. 1 膨胀催化剂
膨胀催化剂的主要作用在于促使碳化剂脱水而生成碳化层,同时本身也应该是一种阻燃剂。一般认为只要能在碳化剂分解温度下,分解放出具有脱水型的酸的物质叫膨胀催化剂。这些酸可以是硫酸、硼酸或磷酸,以磷酸而且以能产生磷酸的磷化物使用最广[3 ] 。
过去常用的是磷酸氢二铵和磷酸二氢铵,但由于它有高的水溶性和低的热稳定性,制出的涂料耐湿性差,近来已被淘汰。现在多采用聚磷酸铵等。据报道:差热分析证明,聚磷酸铵是一种优良的膨胀催化剂,聚合度20 < n < 2 000 ,含磷量高达32 % ,具有很小的水溶性和高的热稳定性,225 ℃开始分解放出氨和水,产生磷酸,300 ℃有一个吸热峰,400 ℃有一个最大的吸热峰。
2. 2 发泡剂
防火涂料作用机理为[2 ] :在碳化剂、阻燃剂及发泡剂的协同作用下,当涂料体系受热时,在高温下能分解出大量扑灭火焰的气体,并使材料表面涂层发生膨胀,形成海绵状细泡结构防止火焰向纵深发展。适用于膨胀型防火涂料的发泡剂均为含氮或含氯有机物,其中氮化物起主要作用,氯化物起协同作用,不能发泡。常见的发泡剂为三聚氰胺、双氰胺、氯化石蜡等。由于三聚氰胺物源丰富,受热时放出氨气,将碳质层吹成多孔的泡沫层同时本身也是一种碳化剂,因此选用了三聚氰胺为防火涂料发泡剂。
2. 3 基料的选择
基料是防火涂料的主要组成部分,它既要保证防火涂料的理化性能(如粘接强度、耐磨性、耐水性、附着力等) ,又要保证涂料的防火性能。如何兼顾两者的关系,是防火涂料研究必须重视的问题。用作防火涂料基料成膜物的有高氯化聚乙烯、氯化橡胶、丙烯酸树脂、醇酸树脂、氯乙烯—偏二氯乙烯共聚物乳液、苯—丙乳液、硅丙乳液、水溶性三聚氰胺甲醛树脂等[1 ] ,其中高性能、安全无毒、节省能源、有利环境保护的水性和无公害低污染涂料是发展方向。
现在广泛使用的水性苯丙、纯丙涂料尽管具有较好的耐寒性和保光性、附着力强,而且可常温固化,但其耐热性较差,高温易返粘、易粘尘,低温时易变脆,透气性也差:而偏氯乙烯乳液虽具有最好的防火性能,但所带氯原子具有阻燃作用,且在燃烧受热时会放出刺激性氯气,故很少采用。
丙烯酸乳液无毒无味,其中高档乳胶涂料在内外墙装饰中已有多年应用。因此综合考虑了消防环境和涂料性能后,选择了以丙烯酸类共聚乳液作为防火涂料的成膜基料。该乳液用于室内墙体装璜涂饰时,涂膜性能稳定、耐老化和耐水性较好。
2. 4 碳化剂的选择
防火涂料使用的碳化剂为含有大量碳原子的羟基化合物。其主要有三羟甲基丙烷、淀粉、季戊四醇等。防火涂料使用淀粉为碳化剂时,贮存30 d 即发生霉变现象,且在反应过程中产生大量焦油。因此,应选用热稳定性高的多元醇作碳化剂才能形成理想的膨胀体,本实验采用价廉易得的季戊四醇作为碳化剂。
2. 5 颜 料
白色颜料用量较少,通常低着色力的立德粉类颜料一般不使用。本试验选择具有高遮盖力的进口R型钛白粉与国产金红石型钛白粉,铁红、铁黄等。
2. 6 其他助剂
消泡剂,选择价廉的国产水性消泡剂。颜料分散剂为六偏磷酸钠,它可降低颜料聚结力,防止颜料絮凝返粗。
涂料保护胶可增加防火涂料的粘度,提高涂料稳定性。我们选择常用的保护胶羟乙基纤维素和甲基纤维素。助成膜剂可降低水性乳胶料成膜温度。改善涂料流平性,避免防火涂料低温冻结分层,可提高涂料贮存稳定性。选用的助成膜剂为乙二醇或丙二醇及其醚类。
2. 7 防火涂料的性能
表2 膨胀型防火涂料的性能表
检验项目 检验结果
耐燃时间/ min ≥25
防火性能(级) ≤2
细度/μm ≤50
粘度(涂4 # s) > 25
附着力(级) ≤2
表干时间/ h ≤0. 5
实干时间/ h ≤18
耐水性(15 h) 不起泡,不掉粉
容器中的状态 不结块,不沉底,搅拌后均匀
由以上结果可知,膨胀型丙烯酸防火涂料的防火性能达到了国家标准。
