1.5性能检测
本文防火涂料性能测试按GB14907-2002标准进行。基本过程:在涂过防锈底漆的钢板上刷涂自制的防火涂料,为防止涂层开裂,涂料分数次刷涂到一定厚度。养护15天,可进行耐火实验。要求火焰温度在15min内升到800℃。钢板温度的上升情况由热电偶组件测定。
硅溶胶改性水性丙烯酸树脂防火涂料的性能检测结果见1。
表 1涂料性能
2结果与讨论
2.1丙烯酸酯树脂的红外表征
将所合成的树脂乳液,经涂板,风干等步骤制得高分子膜,并进行红外分析。谱图解析:2957cm-1、2866cm-1为C-H的振动吸收峰;1731cm-1为C=O的振动吸收峰;1451cm-1为亚甲基的振动吸收峰;1387cm-1为甲基的振动吸收峰;1237cm-1为酯基中的C-O-C的振动吸收峰;1164cm-1为C-O的振动吸收峰。该红外光谱图证实了所得树脂中丙烯酸酯的基本结构。
2.2阻燃剂的红外表征与热重分析
将样品用KBr压片法进行红外光谱测定。谱图解析:3418cm-1为O-H的振动吸收峰;1615cm-1为N-H的振动吸收峰;1331cm-1、1107cm-1为C-N的振动吸收峰;2953cm-1、1404cm-1为甲基的振动吸收峰;2849cm-1、1480cm-1为亚甲基的振动吸收峰;1671cm-1为C=N的振动吸收峰;1247cm-1为C-O-C的振动吸收峰;1017cm-1为P-O-C的振动吸收峰;1178cm-1为P=O的振动吸收峰。以上解析清楚地表明,所得阻燃剂的结构为多元醇磷酸酯的三聚氰胺盐。
从以上热失重分析可见,所用阻燃剂在200-500℃温度区间陆续分解,其间实际上伴随着持续放出N2和NH3气,并通过磷酸的强烈脱水作用与多元醇物质脱水成泡沫炭层,从而有利于阻燃和隔热。在323-504℃区间阻燃剂完成了其主要的分解过程,而这个温度区间恰好与火焰的点燃和初期传播温度近似,说明本文阻燃剂可以在火焰产生的初期温度范围内通过持续大量的产生惰性气体和迅速形成隔热的泡沫炭层,起到防火功能。而且,即使温度上升到接近600℃,阻燃剂的残余量还有近30%,说明该阻燃剂在高热环境下最终形成的泡沫炭层确实比较厚实,同样有利于防火隔热。
2.3防火涂料耐火性能的温度时间曲线
将钢质涂膜样板用煤油喷灯持续灼烧,由热电偶测得温度,每隔3min记录一次数据。由图5(1)可见,钢质样板的温度随着火焰持续时间的增加总体上是上升的,但是不同阶段温度上升速率有明显差异。在火焰持续的前20min,耐火曲线很陡,钢质样板的温度上升很快; 20~40min时,涂层发泡,阻隔了火焰的传递温度,耐火时间延长;后20min发泡层被慢慢灼烧完毕,钢板温度又缓慢上升。
2. 4 防火涂料层在燃烧过程中的膨胀现象
由数码相机拍摄不同时间段的涂层膨胀现象。由图6可见,涂层随耐火时间的增加而膨胀,在不同的时间段其膨胀程度有所不同。图a为火焰持续15min时的涂层的状况,此时涂层中的阻燃剂刚开始部分分解,放出惰性的N2和NH3气,并通过脱水作用使涂层开始发泡,在耐火曲线上,这段时间钢板的温度仍然在明显上升;图b为火焰持续30min时的涂层的状况。其间涂层的发泡膨胀已经很完全,大量惰性的N2和NH3释放出来稀释了涂层表面的氧气,使涂层的燃烧进度减缓,而隔热性的泡沫炭层的进一步发育,阻碍了钢板温度的连续上升。这段时间就是耐火曲线的第二阶段;图c为45min时的涂层的状况,此时涂层的膨胀已经明显减弱,部分焦炭层开始被灼烧剥落,涂层整体耐火隔热功能下降。在耐火曲线上可看到,从这段时间开始,钢板的温度又开始明显持续上升。
综合以上耐火曲线及涂层燃烧图片的分析,可以知道本文所制防火涂料有明显的防火隔热功效,在涂层厚度仅为1.51mm的情况下,经过60min的燃烧时间,钢板的温度才上升至300以上,展现出较好的防火性能。
2.5硅溶胶对涂料性能的影响
(1)硅溶胶改性的目的
硅溶胶本身就是一种水性的无机粘结剂,也是某些水性涂料的重要添加剂。将硅溶胶与有机高分子乳液共混改性,有利于改善涂膜的致密性,平整性和机械强度;而硅溶胶本身的耐火性,以及在涂料体系中硅-磷-氮共存有可能形成的协同效应,都有助于涂料的耐火时间的加长(图5,无硅胶的涂料涂层耐火曲线与含硅溶胶的涂料涂层耐火曲线相比,在后期的耐火性能明显下降,温度直线上升,失去了耐火能力)。因此,在本文的研究中主要选择以硅溶胶改性丙烯酸树脂乳液作为防火涂料的基本成膜材料。
(2)加入硅溶胶后防火涂料某些性能的改善在本文的研究工作中,确实发现:与未加入硅溶胶的涂料相比,加入硅溶胶后,涂层的铅笔硬度提高;并且涂层表面的微量针孔明显减少;其耐火时间延长至少5min(图5)。
3·结论
(1)用甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯合成的丙烯酸树脂乳液,可以与自制的膨胀型阻燃剂配合,无凝胶破乳现象;调配阻燃剂、乳液、水的适宜比例为3∶4∶1.2,此比例的涂料配方已达到基本防火要求。
(2)硅溶胶改性的水性超薄型钢结构防火涂料,耐火性能已达到国家标准,且无毒环保。
(3)后续可调配阻燃剂得不同配比,以求得更优化的涂料配方。
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