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膨胀型氨基树脂防火涂料

日期: 2018-02-08 14:40 浏览次数 :

  氨基树脂是指胺或酰胺与甲醛反应所得的产物。膨胀型氨基树脂防火涂料是以氨基树脂为主要成膜物质,以膨胀阻燃体系为阻燃剂的一类涂料。常用的氨基树脂有三聚氰胺甲醛树脂、脲醛树脂等,这类树脂具有色浅、耐光性好、毒性小、不发霉、干燥快、成本低、附着力好、便于涂饰等特点。树脂本身不燃,遇火时体积膨化,不产生有毒的烟气,用在防火涂料中,既是成膜剂,又作“成炭剂”和“发泡剂”。但纯的氨基树脂在防火涂料中使用也有一些困难。首先,它属于酸固化型,遇酸很快固化,在中性或偏碱条件下难以自然成膜,故不易做成简便的一剂型产品钅其次,它所成涂膜硬而脆,容易发生裂纹、崩脱等毛病;它在透明涂料中还会发生白化和粉化现象;此外,传统的氨基树脂一般是溶剂型的,对环境的污染比较严重。因此,随着整个化学工业向低污染、高性能品种产品的方向发展,可采用如下改善方法。
  一.与其他水性乳胶按适当比例混用氨基树脂多与醇酸树脂配合使用,近年来,也开始与丙烯酸树脂拼用作防火涂料的成膜物质。如前述膨胀型丙烯酸防火涂料中研究的即是丙烯酸树脂与酚醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂拼用对涂层防火性能的影响。结果表明,丙烯酸树脂与三聚氰胺甲醛树脂复配能明显改善发泡层的泡孔结构,提高防火涂料的防火性能,同时又保持了涂料优异的理化性能,涂膜的外观和施工性能有了改善。
  二.将尿素与其他氨基或酰氨基化合物配伍与甲醛缩聚成复合树脂如常用的双氰胺甲醛树脂有附着力较差、固化速度较慢的缺点。以尿素部分取代双氰胺合成多单体共缩聚树脂,不仅提高了涂膜的附着力和固化速度,又能降低成本。
  合成产物为相对低分子质量线型树脂(预聚体),涂布前向预聚体中加人脱水催化剂,发生交联反应,逐渐聚合成交联网状高聚物。由于基料的熔融软化温度较低,脱水催化剂选用分解温度较低的磷酸有机胺盐,炭化剂采用季戊四醇,发泡剂为所用基料本身(分解可释放出NH3、C02、H2O等),三氧化二锑为助阻燃剂,氯化石蜡为增韧剂。颜填料选用钛白粉和高岭土等,助剂为羧甲基纤维素钠等。该涂料当涂覆比为3.0kg/m²时,其耐燃时间达到300min以上:将涂覆比降为0.5kg/m²,经国家固定灭火系统和耐火构件质量监督检验中心检测,理化性能(在容器中的状态、细度、干燥时间、柔韧性、耐冲击性、耐水性、耐潮湿性)全部合格,防火性能(耐燃时间、火焰传播比值、阻火性)为一级。
  此后,它的研究者对配方又进行了改进,确定的最佳配方为:组分I组成为m(基料):m(季戊四醇):m(二氧化钛):m(三氧化一锑):m(氯化石蜡)=1.00:0.19:0.40:0.08:0.08;(组分I):叨(组分II,磷酸为组分II)=l.00:0.22。用最佳配方制得的防火涂料防火性能,通过调整配方,制备出耐火时间很长的防火涂料。当涂覆比为1.0kg/m²时,耐火时间超过120min,达到了钢结构防火涂料耐火合格标准。若作饰面型防火涂料,为控制成本,组分I组成为m(基料):m(季戊四醇):m(二氧化钛):m(二氧化二锑):m(氯化石蜡)=1.0:0.06:0.3:0.04:0.04;用m(组分I):(组分II)1.00:0.25配方制备防火涂料,按GB15442.1一1995《饰面型防火涂料防火性能分级及试验方法》检验,理化性能合格,防火性能一级。该防火涂料为水基涂料,不含有机溶剂,无毒无味,安全无危害。
三.对氨基树脂进行改性防火涂料的理化性能主要取决于基料。氨基树脂如脲醛树脂具有涂膜坚硬、光亮,且成本较低等优点,但抗老化性能较差,易产生龟裂,因此需要进行改性。
  其中的氨基(—NH2)、羟甲基(—CH20H)等官能团起着重要的作用,它们的相对数量将会直接影响树脂的性能。当树脂固化时,羟甲基之间或与另一氨基上的活泼氢原子发生缩合作用,形成次甲基键或醚键连接成网状大分子体型结构。羟甲基的数量越多,则交联密度越大,但次甲基键易断裂,故抗老化性差。曾宪文等将树脂用乙醇进行了改性处理,脲醛树脂中的部分羟基与乙醇发生醚化生成乙氧基。
  当羟甲基变成乙氧基后失去活性,不再产生交联,使交联密度下降,树脂的柔韧性、抗龟裂性提高。但研究表明引人乙氧基的数量应该适当,否则乙氧基过多会造成树脂固化困难,另外由于乙氧基的极性较弱,还会使树脂的水溶性下降。
  以经过改性的脲醛氨基树脂为基料,选择淀粉为成炭剂(不仅含羟基多,而且还可降低脲醛树脂固化时的收缩率,并可以改善涂膜的柔切性和耐冲击性)、磷酸为脱水剂(与淀粉具有良好的协同作用,又可和脲醛树脂缩聚物中的羟基作用形成磷酸酯,使涂料能长期稳定存在)、脲醛树脂本身作发泡剂、氢氧化钠及甲酸为pH调节剂制成涂料。为提高涂层的耐水性,使用时在涂料中加人5%的TMM(三羟基三聚氰胺)。该涂料选用的物质与脲醛树脂水溶液具有良好的混溶性,制得的涂料为透明性涂料,适用于可燃性建筑材料的防火处理,且涂料以水为溶剂,成本低,操作方便,安全。
  三聚氰胺脲醛树脂为基料,用异丙醇对其进行了改性,脲醛树脂中的部分羟基与异丙醇发生醚化生成异丙氧基使树脂的水溶性下降。此外,在脲醛树脂的合成中加人三聚氰胺,可提高涂料的耐水性。
  以经过异丙醇改性的三聚氰胺脲醛树脂为基料,采用自制的氯乙基磷酸酯作阻燃剂。1.它本身含有磷、氯两种阻燃元素,阻燃效率高;2.它与异丙醇改性的三聚氰胺脲醛树脂具有很好的相容性;3.它本身显酸性,可兼起固化剂作用;4.与树脂反应生成大分子化合物,在高温下分解形成磷酸或偏磷酸,为强脱水剂,使物体表面形成一层炭化层,隔绝空气和热量;5.作为助剂,还可起增塑作用。膨胀型防火涂料必须使基料、阻燃剂等成分合理搭配,各种物质间具有良好的协同作用,才能起到优异的阻燃效果。可见,阻燃剂比率越大,固化时间和表干时间越短,但理化性能并不随加人量增大而变好对阻燃性而,阻燃剂也必须具有适当的含量,阻燃性相对来说才能较好。实验中合理的涂料配比为:基料80%~90%,阻燃剂20%~10%。采用上述配比制得的防火涂料低毒、透明性好,成本低廉,工艺简单。用于木质结构的防火阻燃,干后有加深木材纹理的作用并具有较好的装饰效果。
  用不同醇对脲醛树脂进行醚化改性,得到具有不同性能及应用范围的氨基涂料基料,通过对不同醇改性所得树脂的性能比较,可以看出用乙醇一仲丁醇改性的作用比较显著,综合性能也较适宜作防火涂料。因为用乙醇-仲丁醇改性的脲醛树脂不仅和淀粉有良好的协同作用,而且耐水性也比单用乙醇改性的好,因此优选出乙醇一仲丁醇改性的脲醛树脂作为膨胀防火涂料的基料。采用乙醇一仲丁醇改性所得的改性树脂适宜作膨胀型防火涂料的基料,与阻燃固化剂复配既可以作木材透明装饰性防火涂料,也可添加填料和颜料制成阻燃更好的调和性装饰防火涂料,且具有成本低、无污染的特点。