返回
行业知识
分类

新型可膨胀石墨超薄型钢结构防火涂料

日期: 2018-04-03 13:32 浏览次数 :

  P-C-N或P-C-N-Cl膨胀阻燃体系在受热膨胀时发生剧烈的脱水反应,并释放出反应热,放热反应不利于炭层的阻化作用。此外,由于膨胀阻燃层没有纤维类的组织来提高强度,炭层长时间受热时,会产生大量的裂纹和大面积的脱落,因而大大降低了炭层的耐火时间。可膨胀石墨受热到一定程度也会开始膨胀,形成一个很厚的多孔炭层,但可膨胀石墨的受热膨胀属于物理膨胀,本身不发生化学反应。物理膨胀的可膨胀石墨是因为“鳞片”状炭体受热增大数百倍变成“蠕虫”状炭体而形成的,此物理过程属于吸热过程,所以膨胀石墨的加人可提高涂料的耐火性能;若化学膨胀体系与可膨胀石墨的物理膨胀体系配合使用,涂层的膨胀炭层里面有可膨胀石墨物理膨胀生成的大量“蠕虫”状炭体,和化学膨胀产生的膨胀层交联,可膨胀石墨黏附在基材表面和炭层内部,起到一种交联纤维的作用,从而形成致密的炭层,大大提高了炭层的强度;可膨胀石墨的膨胀特性不随时间变化而变化,这一点会大大提高防火涂料的有用成分的耐候性。此外,可膨胀石墨本身无毒,受热时不生成有毒和腐蚀性气体,其实用温度范围为一204~1650℃,有足够的稳定性。
  基于上述分析,将P-C-N或P-C-N-CI化学膨胀体系和可膨胀石墨配合使用,可制得新型防火性能优异的可膨胀石墨钢结构防火涂料。周政懋、李响以改性丙烯酸树脂为基料,以聚磷酸铵、季戊熙醇、三聚氰胺为化学膨胀体系,以可膨胀石墨为物理膨胀体系,以钛白粉为颜填料,加入适量的有机溶剂制成超薄型钢结构防火涂料。可膨胀石墨的加入对涂料的耐火时间有一定的延长,对形成更厚的炭层厚度有相当的帮助。
  试验发现,可膨胀石墨的目数和膨胀倍数对防火涂料的理化性能和耐火性能影响很大。目数为80目,膨胀倍率为巧150~250的可膨胀石墨整体性能比较好。
  从理论上讲,可膨胀石墨的颗粒目数越大,生成的炭体越大,膨胀炭层的厚度越厚,因而熔融树脂包覆气体的效果就越好,涂层的阻燃性能随之上升,但如果颗粒目数过大,膨胀炭体虽然总体积增大,但分散程度太大,很难形成一个完整的整体,反而会降低膨胀炭层的形成效果,综合考虑,8 0目的目数是最合适的;可膨胀石墨的膨胀倍率越小,形成的“蠕虫”炭体越少,膨胀倍率小的可膨胀石墨形成的膨胀炭层薄,膨胀炭层的耐火性也越差,但如果膨胀倍率过大,基材树脂无法和可膨胀石墨的炭体配合形成致密的炭层,也会影响它的耐火性,恰当的倍率为150~250。
  研究者采用正交回归试验,得出优化配方。按相应比例以工厂实际生产条件设计放大,进行工业化试车,采用模拟火灾燃烧测试法对同批次的样品作横向比较,与空白样品作纵向比较,可膨胀石墨的加入,无论是在耐火时间还是在膨胀组分形成膨胀层的厚度和致密程度上都远远优于空白样品。
  对于整个防火涂料体系的理化性能来说,起决定作用的是实干后涂膜的性能。作为成膜基材的改性树脂,加入可膨胀石墨后,如果实干成膜后的主体有机成分发生改变,涂膜的理化性能必定受到一定的影响。可以看出,主体有机基团峰都是一样的,说明体系实于成膜后的固体物质中的基本有机基团没有改变,可膨胀石墨没有和基材树脂及其他组分发生交联反应而使涂料变性。可膨胀石墨本身不溶于水,它取代配方中的一部分水溶性组分,可提高涂料的耐水性能;可膨胀石墨分子结构是层状的,有一定的润滑作用,一定程度上改善了涂膜的柔韧性和耐冲击性。综合上述各种作用,可膨胀石墨钢结构防火涂料的耐冻融循环性能、附着力、柔韧性、黏结强度、耐冲击性指标都很高。
  研究者将不同配方结构的防火涂料做热失重分析(TGA),可进一步研究可膨胀石墨的阻燃机理,不同配方结构的可膨胀石墨防火涂料与未添加可膨胀石墨防火涂料的热失重分析结果。
  在热失重分析中,样品分解失重达50%的温度是衡量样品耐热性能的一个标准。分解达到50%所需的温度越高,样品耐热效果越好。
  对于防火涂料来说,在受热后残留的炭量越多,涂层的防火效果越好,添加可膨胀石墨的试样残炭量明显大于没有添加可膨胀石墨的空白样品。
  分解温度的分布区间越大,体系耐热性越好。就实干后涂膜的分解温度分布区间上来说,添加了可膨胀石墨的试验温度分布大多在180~450℃,而空白样品的分解温度分布在168~434℃。无论从起始分解温度还是分解停止温度,添加可膨胀石墨的防火涂料都大于空白试样。
  对于物质分解来说,当最大分解速度出现的时候,整个体系的分解达到最快。最大分解速度的温度点越高,物质耐热的时间就越长。因此,防火涂料的耐火时间得到一定幅度的提高。