膨胀型防火涂料的阻燃机理以及研究进展.docx

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1、膨胀型防火涂料的阻燃机理以及研究进展Mechanismanddevelopmentofintumescentflame-retardantcoatingsChengchengShiAbstract:Thispapermainlydescribesthecompositionofintumescentflame-retardantcoatingsandflameretardantmechanism.Keywords:intumescent;fireproofcoatings;flameretardantmechanism;researchachievement1引言大多数装饰材料为可燃、易燃高分

2、子材料，一旦发生火灾，将会造成巨大损失。防火涂料除具有一般涂料所共有的装饰性和保护性外，还有2个特殊性能:一是涂层本身具有不燃性或难燃性，二是能阻止燃烧或对火焰的蔓延有延滞作用，因而使其广泛应用于建筑、交通工具、文物、电器、电缆、军工和宇航等领域。防火涂料按其阻燃机理，可以分为膨胀型防火涂料或非膨胀型防火涂料2类。非膨胀型涂料主要是涂层自身具有难燃性或不燃性，在火焰或高温下能释放出灭火性气体，以防止或延滞被涂物着火燃烧。膨胀型防火涂料是其涂层在火焰或高温下发生膨胀炭化，形成一个比原来膜厚几十倍甚至上百倍的不易燃性的海绵状炭质层，以隔绝外界火焰对基材的加热。同时涂膜熔融膨胀过程中产生大量不燃性气

3、体，稀释了基材热分解产生的可燃性气体，可有效阻止火焰的蔓延，是真正有效的防火涂料。2膨胀型防火涂料的基本组成膨胀型防火涂料主要由基料树脂、脱水炭化剂、成炭剂、发泡剂以及颜填料和助剂等组成。2.1基料树脂基料树脂对膨胀型防火涂料的性能有重大的影响，它与其它组分配伍，既保证了涂层在正常条件下具有各种使用性能,又能在火焰灼烧或高温作用下具有难燃性和产生优异的膨胀发泡效果。通常使用的基料有:水性树脂（醋酸乙烯，丙烯酸树脂、水性三聚氯胺甲醛等）;含氮树脂（氯化醇酸、氯化橡胶、澳化环氧树脂等）。为满足涂料的使用性能，人们通常采用环氧聚献胺树脂、环氧聚硫橡胶、聚献胺、酚醛、有机硅和醇酸树脂等，但它们一般需加

4、人难燃性添加剂来实现防火功能。2.2脱水炭化剂脱水炭化剂受火焰或高温加热后首先分解成磷酸、聚磷酸，控制涂层受火焰或高温加热后的分解反应速度，减少低分子可燃性物质的产生量，同时将成炭剂脱水炭化成炭架结构。常用的脱水炭化剂有:聚磷酸按、磷酸三聚冢胺、三氯乙烯基磷酸醋、澳化磷酸醋、无卤双磷酸醋等。目前，脱水炭化剂正向高效低、水溶方向发展。2. 3成炭剂成炭剂是涂层在高温下形成不易燃三维空间结构的泡沫炭化层的物质基础,对泡沫炭化层起骨架作用。它通常是一些含高碳的多经基化合物及三嗦类衍生物，如:淀粉、糊精、季戊四醇、二季戊四醇、二轻基的树脂及单轻基乙醇胺型蜜胺等。在脱水炭化剂的作用下，可脱水生成具有多孔

5、结构的炭化层。2.4 发泡剂膨胀型防火涂料只有在发泡剂的作用下，才能在高温火焰下产生膨胀层。发泡剂遇火分解并释放出氨气、水、二氧化碳、卤化氢等不燃性气体，使涂层在软化点的情况下发泡膨胀,形成海绵状结构。这类物质主要为磷钱系化合物及双氟胺、三聚氯胺及其改性物。目前国内的防火涂料一般使用三聚银胺作为发泡剂。2.5 颜填料对膨胀型防火涂料而言，所含颜填料的比例较少(甚至不含)，因为这类物质用量的增加会影响涂层的发泡效果，导致涂层的防火性能降低。颜料一般选用遮盖力强和化学稳定性高的钦白粉、氧化锌、铁红和有机颜料。碱性的颜料能中和高温下脱水炭化剂分解出来的磷酸而影响涂层的膨胀发泡效果。2.6 其它助剂助

6、剂对防火涂料具有十分重要的作用，虽然其加入量少,但可以有效提高涂料的稳定性、施工性和涂层的物理机械性能。2.6.1溶剂溶剂种类的不同，会影响到涂料的表干、实干及涂层的附着力、致密性和强度等。使用时应尽量选择毒性低，对人体刺激小，挥发速度适宜的混合溶剂。例如，大多数电力电缆是用聚氯乙烯作为绝缘料或护套料，若溶剂选择不当将会破坏电缆绝缘护套料的性能，根据电厂和变电站的施工防火要求，可选用醋酸乙醋作为溶剂。2.6.2骨架剂在涂料中加入一定量的石棉粉和酚醛纤维粉，可以起到支撑泡沫炭架的作用，使膨胀后形成的泡沫层不易塌陷，提高了膨胀层的隔热效果。骨架剂还能改善涂料的流动性，增加单次涂刷的成膜厚度，减少涂

7、刷次数。3膨胀型防火涂料的阻燃机理膨胀型防火涂料中的膨胀型阻燃剂主要通过形成多孔泡沫炭层而在凝聚相起阻燃作用，此炭层是经历以下几步形成的:(1)在较低温度(150左右，具体温度取决于脱水炭化剂和其他组分的性质)下，由脱水炭化剂放出能醋化多元醇和可作为脱水剂的无机酸;(2)在稍高于释放酸的温度下，无机酸与多元醇(成炭剂)进行醋化反应，而体系中的胺则作为此醋化反应的炭化剂，使醋化反应加速进行;(3)体系在醋化反应前或醋化过程中熔化;(4)反应过程中产生的水蒸气和由发泡剂产生的不燃性气体使已处于熔融状态的体系膨胀发泡，与此同时，多元醇和醋脱水炭化，形成无机物及炭残余物，且体系进一步膨胀发泡;(5)反

8、应接近完成时，体系胶化和固化，最后形成多孔泡沫炭层。上述几步应当按严格顺序协调发生，整个过程如图I所示图。图1多孔炭层形成过程示意图4小结我国对于隧道防火涂料的研究较国外相比起步较晚，但近十年发张迅速。国外从60年代以来就大力加强膨胀型防火涂料的研究，资金也较为充裕，所以种类较多，性能也较为优异。从文献中主要了解了隧道防火涂料阻燃机理为膨胀阻燃剂受热时，成炭剂在脱水炭化剂作用下脱水成炭，炭化物在发泡剂分解的气体作用下形成膨松、有封闭结构的炭层。该炭层可以阻止基材与热源间的热传导，降低基材的热降解速度，另外多孔炭层可以阻止热降解产生的可燃气体向外部扩散，同时阻止外部氧气扩散到基材表面。一旦燃烧得不到足够的燃料及氧气便会自熄。参考文献：1王锦成.膨胀型防火涂料的阻燃机理及其研究进展J化工新型材料,2005,33(10):21-242肖新颜;涂伟萍;杨卓如;陈焕钦.J.涂料工业,1999,7:19213王锦成;江建明.口阻燃材料与技术,2001,4:12-1