氯化石蜡在水性钢结构防火涂料中应用
互联网 06-10-26 阅读数：
摘 要 : 考察了氯化石蜡 ( 氯烃 - 70) 在水性钢结构防火涂料中的应用情况。结果表明 , 氯烃 - 70 能明显增加涂层的发泡倍率 , 其在防火体系中的含量越高 , 涂层的耐火性能越好 , 但同时发泡层强度下降 , 添加少量的硅酸铝纤维可以有效地解决发泡层强度下降的问题。
关键词 : 水性涂料 ; 防火涂料 ; 氯化石蜡 ; 硅酸铝纤维 ; 钢结构
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 [ 1 ] 。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 - 70 作为水性防火涂料的助剂。本文考察了氯烃 - 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
聚磷酸铵 (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 - S) , 工业品 , 上海巴斯夫分散体有限公司 ; 氯烃 - 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。在分散罐中加入一定量的去离子水 , 搅拌下将颜填料、防火助剂依次缓慢倒入罐中 , 高速分散。用三辊机研磨 , 细度控制在 50 ～ 80 μ m 。将基料、浆料及其他辅助成分按配方规定配成涂料 , 调整至规定的黏度 , 装罐备用。
1. 2. 2 标准测试样板的制备
参照 GB1727 — 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**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 1 - d 0 ) / d 0
式中 : N —发泡倍率 , d 0 —燃烧前涂膜的厚度 ,mm; d 1 —燃烧后涂膜的厚度 ,mm 。
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 ∶ MEL ∶ PER = 50 ∶ 35 ∶ 15) 不变 , 比较添加氯烃 - 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 - 70 。发泡性能见表 1 。
表 1 氯烃 - 70 对发泡性能的影响
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氯烃 - 70 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**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 ( 聚磷酸铵 : 340 ℃ ; 三聚氰胺 : 360 ℃ ; 季戊四醇 : 345 ℃ ) [ 3 ] 。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 - 70, 情况就不同了。氯烃 - 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 CH 4 和 HCl 气体可以使软化的涂层发泡 , 同时 HCl 还有良好的阻燃作用 , 在 220 ～ 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 - 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。
从表 1 可以看出 , 氯烃 - 70 的加入能明显增加涂层的发泡倍率。在实验过程中发现 , 不加氯烃 - 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 - 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。