膨胀型防火涂料的研制及防火机理分析

膨胀型防火涂料的研制及防火机理分析

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Ｆｉｇ

４不同配比的ＡＰＰ—ＰＥＲ—Ｍｅｌ阻燃体系的ＤＳＣ对比曲线

Ｆｉｇ．４

Ｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｎｇ

ＤＳＣｃｕｒｖｅｓｏｆ

ＡＦＰ—ＰＥＲＭｅｌ

ｆｌａｍｅ＿ｒｅｔａｒｄａｎｔｓｙｓｔｅｍ

（由四方晶型转变为立方晶型）吸热峰都清晰可见。在相同条件下，按照８：３：５质量比组成的防火体系，与６：１：４（热焓值为５２．３２Ｊ／ｇ）的质量比组成的防火体系相比，前者热焓值（热焓值为１０５．４Ｊ／ｇ）更大，可见其吸热效果更好，防火效果也相应更优越。

从图４同样可以看出，在ＡＰＰ—ＰＥＲ—Ｍｅｌ体系按照８：３：５质量比组成的防火体系的ＤＳＣ曲线中，ＰＥＲ的晶型转变吸热峰峰温为１８９℃，相应的相变热为１０５．４Ｊ／ｇ。随后出现了许多小的吸热峰，且其形状极不规则，无明显的吸热或放热现象，但是可以证实在该温度范围内体系发生了一系列的复杂变化，只是与外界交换的热量并不多，只有极少量的反应混合物转化为固态泡沫炭层而大部分以气体产物的形式损失掉了。这说明在整个实验体系中缺少成膜剂（基料）可能已经影响了其防火性能。

图５为阻燃体系和干燥的防火涂层的ＤＳＣ对比曲线（ＡＰＰ：ＰＥＲ：Ｍｅｌ一８：３：５）。从图５可以看出，涂层的ＤＳＣ曲线出现了两个明显的吸热峰，前者仍然对应于ＰＥＲ的吸热峰，而在２６０ｏＣ出现的吸热峰可能与ＰＥＲ自身的熔化有关，亦或与体系中基体树脂（成膜剂）的加入有关。

图５防火涂层和阻燃体系的ＤＳＣ对比曲线

Ｆｉｇ

５

Ｔｈｅ

ｃｏｍｐａｒｉｎｇ

ＤＳＣｃｕｒｖｅｓ

ｏｆｆＬａｍｅ＿ｒｅｔａｒｄａｎ

ｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅ

ｃｏａｔｉｎｇ

与阻燃体系的ＤＳＣ曲线明显不同的是，涂层的ＤＳＣ曲线后半部分在形状和走势上已明显发生变化。可见，尽管阻燃体系对膨胀体系起着决定性的作用，但基体树脂对膨胀型防火涂料的性能亦具有重大影响。这是由于涂层在整个膨胀过程中，由热固性树脂作为基体树脂能够更好地控制气体的分散，对于炭质层的形成和结构是有利的。为此，在火焰或高温下使涂层具有难燃性和优异的膨胀效果。

根据以上分析：ＡＰＰ－ＰＥＲ－Ｍｅｌ膨胀体系，受热时涂层熔融，然后季戊四醇在２７７℃先分解，随后催化剂聚磷酸铵在２９０℃附近分解放出ＮＨ。和磷酸，磷酸进一步热解脱水放出偏磷酸和焦磷酸，这些酸作为脱水剂与炭化剂ＰＥＲ在气相发生反应，使ＰＥＲ脱水炭化。发泡剂Ｍｅｌ在稍高的温度（约２９６℃）下分解释放出氨气等不燃性气体，与反应中的水蒸气同时使熔融体系发泡膨胀ｏ］，覆盖在可燃基材表面，减少外部热源对基材的作用，从而使基材受到很好的保护。２．３炭质层的Ｐｈｏｔｏ和ＳＥＭ分析

２．３．１燃烧过程中拍摄的Ｐｈｏｔｏ的分析研究

图６是燃烧实验过程中跟踪拍摄的实验前、中、后期照片。通过实验，证明涂层在灼烧之后，在某一

图６燃烧实验过程中跟踪拍摄的照片（ａ）前期；（ｂ）中期；（ｃ）后期

Ｆｉｇ．６

Ｔｈｅ

ｐｈｏｔｏｓ

ｔａｋｅｎｉｎｔｈｅ

ｂｕｒｎｉｎｇ

ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ（ａ）ｆｏｒｍｅｒ；（ｂ）ｍｉｄｄｌｅ；（ｃ）ｌａｔｔｅｒ

５２材料工程／２００６年１期

温度范围内体系发生了一系列的复杂变化。在实验初始阶段，虽然涂层开始熔融＋但是由于体系粘度较大，有利于形成小气泡（对炭化层的强度和韧性有利，并使炭化层导热系数减小）；随着燃烧的继续进行，涂层进一步熔融发泡，膨胀高度达到最大，最后形成了致密的膨胀炭质层（图７）。

图７炭质层的８ＥＭ图片

Ｆｉｇ．７

ＳＥＭｏｆｃｈａｒ

ｌａｙｅｒ

２．３．２

ｓＥＭ分析研究

图７是炭质层的ＳＥＭ图片。由图７可知，炭质层出现了许多不规则蜂窝状的多孔泡沫结构，这说明ＡＰＰ促进ＰＥＲ脱水成炭以及Ｍｅｌ发泡等过程是在一个较合适的温度范围内进行的。膨胀炭质层是密集和多孔的，其隔热效果与炭质层的膨胀程度和多孔结构的形成有关。而泡孔孔径的大小不一是由于气孔在形成过程中表面张力的不同所造成的，此时表面张力取决于涂料的粘度和均匀度。也恰恰正是由于这些具有小孔的膨胀炭层起着防火隔热、保护内部基材的作用。

２．４膨胀炭质层的ｘ射线分析

炭质层表面形成一种白色物质，该物质对膨胀炭质层起着增强作用，使炭质层不易塌陷，使其起到防火阻燃作用。而且该物质量越多，分布越均匀，其耐火时间越长，防火性能亦越好”］。本工作对这些白色物质进行ｘ射线衍射测试分析，如图８所示。

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１０

２０

３０

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图８无机层ｘ射线衍射囝

Ｆｉｇ．８

ＴｈｅＸＲＤｐ＆ｔｔｅｒｎｏｆ

ｉｎｏｒｇａｎｉｃ

ｌａｙｅｒ

通过对图８炭质层的ＸＲＤ谱图进行分析，在参考相关文献［９］的基础上，并结合涂层燃烧后形成炭质层的实物来分析推测，形成的物质主要是ＴｉＯ。与ＴｉＰ：Ｏ，两种物质，其他物质较少。

３结论

（１）对阻燃体系的ＤＳＣ和ＴＧ研究结果表明，遇火时，首先发生涂层的软化、熔融，接着是ＡＰＰ分解释放出磷酸和偏磷酸等物质，使ＰＥＲ上的羟基基团脱水炭化；同时，Ｍｅｌ在此温度范围内分解产生ＮＨ。，鼓起熔融的涂层，使之形成均匀致密的炭化屡，从而更好地保护基材。

（２）在膨胀型防火涂料中，防火助剂是影响涂料防火性能最关键的因素。脱水成炭催化剂、发泡剂的热分解温度与炭化剂熔化温度应尽可能接近，但是同时要有严格的次序，以便形成孔径均匀、结构完整的炭化层。

（３）当涂层干膜厚度为２．０ｒａｍ时，耐火极限时间超过２１０ｒａｉｎ，具有较好的防火性能。

参考文献

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１３［２］战凤昌．李悦怠々用法料［Ｍ］北京：化学工业出版社，１

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７

［９］肖新颤，杨卓如，陈焕钦膨胀炭质层物相结构的ｘ射线衍射研

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收藕日期：２００５－０８０８；恪订日期：２００５儿一１４

作者简赍：张广成（１９６３），男，教授，博士生导师，博士，主要从事高分子材料的制备、结构与性能研究，联系地址：陕西西安西北工业大学

应用化学系２０２信箱（７１００７２）。

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膨胀型防火涂料的研制及防火机理分析

作者：张广成， 顾军渭， 董善来， 张秋禹， 孔杰， 唐玉生， 李颖， ZHANG Guang-cheng，GU Jun-wei， DONG Shan-lai， ZHANG Qiu-yu， KONG Jie， TANG Yu-sheng， LI Ying 作者单位：西北工业大学,理学院应用化学系,西安,710072

刊名：

材料工程

英文刊名：JOURNAL OF MATERIALS ENGINEERING

年，卷(期)：2006(1)

被引用次数：4次

参考文献(9条)

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2.杜建科;卢艳萍;陈健差示扫描热法分析防火涂料的膨胀体系[期刊论文]-材料保护 2002(08)

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9.姜英涛涂料基础 2004

引证文献(4条)

1.刘朝.曾凡阳.黎明.谢晓刚非膨胀型无机防火涂料的热解分析[期刊论文]-消防科学与技术 2008(3)

2.顾军渭.张广成.董善来.张秋禹.胡郁防火涂料炭质层形成及阻燃机理的研究[期刊论文]-西安石油大学学报（自然科学版） 2006(4)

3.顾军渭膨胀型防火涂料的研制[学位论文]硕士 2006

4.黎明室内火灾下钢结构构件的热响应研究[学位论文]硕士 2006

本文链接：https://www.wendangku.net/doc/bb1069912.html,/Periodical_clgc200601012.aspx