0 前 言

目前，国内外研究者对膨胀型防火涂料的研究都非常重视，但是对其防火性能的评价主要以耐燃时间为主要评价指标。已有研究表明，膨胀型防火涂料的防火性能还是主要取决于炭化层的结构和性能。影响炭化层结构与性能的因素主要包括炭化层表面、炭化层厚度及其泡孔结构、炭化层整体强度等。但由于防火涂料中加入大量的有机助燃助剂，在高温作用下，这些有机物会分解成气体，使燃烧后的炭层中间形成许多微小的孔洞，造成炭层较软、强度不够，终影响涂料的防火性能。空心微珠是一种轻质非金属多功能材料，并且耐高温、阻燃、隔热效果优良，具有较强的热稳定性[8]。本文用空心微珠对自制饰面防火涂料进行改性处理，利用小室法和锥形量热仪考察了不同型号和不同添加量的空心微珠对涂料防火性能的影响。借助扫描电镜(SEM)对改性饰面防火涂料燃烧后的膨胀炭层微观结构进行了研究，并探讨防火涂料膨胀炭层微观结构与防火性能之间的关系。

1 试验部分

1.1 主要原料

苯丙乳液：南通生达化工；季戊四醇(PER)、三聚氰胺(MEL)、乙基纤维素、乙二醇：化学纯，市售；多聚磷酸铵(APP)、二氧化钛：工业品，市售；各种水性助剂：市售；空心玻璃微珠：廊坊市澳澜玻璃微珠。

1.2 防火涂料制备方法

主要步骤如下：

(1)按配方依次将去离子水、脱水催化剂、成炭剂、发泡剂及各种助剂等加入搅拌罐中，经800～1 000 r/min高速搅拌20 min，进入研磨机研磨2 h；

(2)将空心玻璃微珠加入到制得的浆料中以200～400 r/min搅拌20 min，再在200～400 r/min下加入乳液等助剂搅拌，分散均匀；

(3)用蒸馏水或增稠剂调节体系黏度，并用稀氨水调节pH值至8左右。

1.3 样品制备

将防火涂料均匀地涂在10 cm×10 cm×0.3 cm的三合板表面，涂覆量为250 g/m2，制成试样自然干燥，备用。

1.4 测试仪器及方法标准

英国产锥形量热仪，按照ISO5660标准进行试验。

将水平放置的样品用不锈钢丝网保护，以避免样品的翘曲和膨胀。在35 kW/m2热辐照功率下对样品进行试验，试验数据由锥形量热仪的专用软件进行数据分析和处理。利用日本电子公司产JEOL JS-6700F扫描电子显微镜，观察膨胀碳层内部断面形貌。
 

2 结果与讨论

2.1 不同型号空心微珠对涂料防火性能的影响

为研究不同型号的空心微珠对涂料防火性能的影响，本试验在自制的防火涂料中分别添加型号为A型、B型和C型的空心微珠，并采用小室法和锥形量热仪对其防火性能进行测试，结果见表1和图1。

如表1和图1所示，涂料在添加空心微珠后其防火性能有了较为明显的改善。这是由于空心微珠具有较低的导热性能，能有效延缓外界热量向内部基材的表面传递，从而降低了基材受热分解的速率。同时，基材分解生成可燃气体的量也显著减少，使得火焰在涂层表面传播速度受到影响而降低。由图1可知，不同类型的空心微珠对涂层防火性能会产生不同的影响。在不同空心微珠同等添加量的条件下，B型空心微珠改性涂料的质量损失低，形成的膨胀炭层高度高，因而其防火性能好。造成这一结果的原因是空心微珠类型不同，其堆积密度会存在较大差异。这导致在添加到涂料中时，空心微珠在涂料中的添加量不同。如表1所示，A型空心微珠由于堆积密度小，则其添加量多，这会导致材料表面附着力降低，涂层容易脱落；C型空心微珠堆积密度大，相应地其添加量少。

图2为4种防火涂料在锥形量热仪测试后炭层的数码照片。从图中可以看出，不含空心微珠的样品，表面有很大裂痕，这对防火是非常不利的。而对于含有空心微珠的样品，炭层变得异常致密，并且膨胀程度更大。含C型空心微珠的样品的致密度和膨胀度在所有样品中好。这很好地解释了该样品具有低的热释放速率和小的质量损失。