不同成膜树脂对水性膨胀型防火涂料性能的影响
2022-02-23 14:59 浏览:225
□ 李婷婷1，孙艳丽2，李少香1
(1.青岛科技大学环境与安全工程学院,山东青岛 266042; 2.天津渤海职业技术学院，天津 300402)
0 前言
膨胀型防火涂料是目前国内外使用广泛的一种防火涂料，按其使用分散介质的不同可分为水性膨胀型防火涂料和溶剂型膨胀型防火涂料。其中溶剂型防火涂料的理化性能以及耐候性能都要优于水性防火涂料，但在其使用过程中，会产生大量有毒有害物质。而水性膨胀型防火涂料则具有不污染环境、低毒性、能室温自干等优点，因此，随着近年来环保法规的健全，水性防火涂料在实际应用中得到了更多的发展[1]。所以，研究水性膨胀型防火涂料中各组分对涂料理化性能及耐火性的影响，有着重要的理论及现实意义。
水性膨胀型防火涂料主要由乳液、膨胀阻燃体系(脱水催化剂、炭化剂、发泡剂)、填料及各种助剂组成[2-4]。乳液的成分通常为有机聚合物，其作为水性防火涂料的基料和成膜物质，对涂料的性能有重要的影响。本文选取不同乳液分别配制了单一乳液及复配乳液作为基料的水性防火涂料，并采用常规性能测试与锥形量热仪、小室法相结合的方法，综合测定了所配涂料样品的理化性能及防火性能关键参数，并对试验结果进行了对比分析，研究了乳液的选用、复配对水性膨胀型防火涂料各种理化性能及防火性能的影响。
1 试验部分
1.1 防火涂料配方的优选
1.1.1 成膜树脂的选用
成膜树脂是涂料中的成膜成分，不仅对膨胀型防火涂料的综合性能有较大的影响，而且对膨胀体系是否能有效膨胀也起着决定性的作用。常用的水性树脂有：纯丙乳液、聚醋酸乙烯酯乳液及硅丙乳液等。本试验主要考察苯丙乳液(BB)、硅丙乳液(GB)、环氧乳液(HY)以及丙烯酸乳液(BXS)4种常见成膜物对防火涂料性能的影响。
1.1.2 膨胀阻燃体系
膨胀阻燃体系主要由脱水催化剂、炭化剂和发泡剂3部分组成，在火源高温条件下三者相互作用，可膨胀形成相当于涂料涂层厚度数十倍甚至数百倍的蜂窝状炭化层。本试验选用聚磷酸铵(APP)作脱水催化剂，季戊四醇(PER)作炭化剂，发泡剂则选用三聚氰胺(MEL)。
1.1.3 颜料的选用
本试验选用遮盖力强、化学稳定性好的二氧化钛作为颜料，它不仅可以使燃烧后形成的炭质层致密，且能提高炭化层的隔热阻燃性能。
1.1.4 防火涂料的参考配方
分别以苯丙乳液、硅丙乳液、环氧乳液、丙烯酸作为成膜物制备防火涂料。配方见表1。
1.2 防火涂料的制备方法
(1)按配方比例依次将去离子水、脱水催化剂、成炭剂、发泡剂和二氧化钛及各种助剂加入研磨机研磨2 h。
(2)将可膨胀石墨和空心微珠加入到制得的浆料中，以800～1 000 r/min的转速搅拌20 min，再将转速降至200～400 r/min，加入乳液等助剂。
(3)用蒸馏水或增稠剂调节浆料体系黏度, 并用稀氨水将pH值调节至7.5左右。
1.3 测试方法
(1)理化性能：涂料在容器中的状态、干燥时间、耐水性按GB/T9755－2001《合成树脂乳液外墙涂料》进行测试；涂料附着力按GB1720－79(89) 《漆膜附着力测定法》进行测试；涂料的细度按GB/T1724－1979《涂料细度测定法》用刮板细度计进行测定；漆膜柔韧性按照GB/T 1731－1993《漆膜柔韧性测定法》的规定进行测试。
(2)防火性能：采用小室燃烧法和锥形量热仪对所制备涂料的防火性能进行测试。
2 试验结果讨论
2.1 防火涂料的理化性能分析
对于水性饰面型防火涂料而言，不仅要求具有良好的防火性能，也必须具有良好的装饰性和机械性能。表2为膨胀型防火涂料的主要理化性能测试结果。
从表2中可看出，不同乳液的基料对涂料的机械性能有较大的影响。其中以苯丙乳液的综合机械性能优，各项性能指标均优于其他乳液。这是由于苯丙乳液是一种苯乙烯改性的丙烯酸酯系的共聚物乳液，在共聚物中引入了苯乙烯链段，使得涂膜的耐水性、耐碱性、硬度等性能都有提高，试验测试中涂有苯丙乳液的试板在水中浸泡48 h后仍无掉粉、起泡现象。4种乳液中丙烯酸乳液配制的涂料理化性能差，这是由于单体丙烯酸树脂在使用中存在着吸水性较高、“热黏冷脆”等缺陷。
2.2 防火涂料的防火性能
2.2.1 小室燃烧法
采用小室法对4种防火涂料的防火性能进行了测试，试验结果见表3。
从表3中数据可见，4种乳液配制的防火涂料阻燃性能均达到国家标准中规定的防火性能指标要求。其中硅丙乳液防火涂料燃烧后的质量损失与炭化面积小，说明其防火性能好，因为硅丙树脂
是由丙烯酸单体与有机硅单体共聚而成，同时具备两者的特性。有机硅树脂以 Si―O―Si为主链，由于Si―O键的键能大于普通有机高聚物中C―C键的键能，因此，有机硅树脂具有优良的耐热性。在燃烧试验后对试板进行观察，硅丙乳液防火涂料形成的膨胀层高度高，但炭层泡孔大且不致密。其原因是硅丙树脂的熔融温度与发泡组分(炭化剂、脱水成炭催化剂、发泡剂)的温度不匹配，难以包覆燃烧过程中产生的气体，因此无法形成均匀且致密的泡孔。而其他3种乳液树脂的熔体黏度较低，也不能包覆产生的气体，导致阻热隔热效果较差，炭化面积较大。