氯化镍与有机蒙脱土在环氧基膨胀型钢结构防火涂料中的协效作用

以有机蒙脱土(OMMT)和氯化镍(NiCl_(2))作为复配协效剂制备环氧基膨胀型钢结构防火涂料,通过锥形量热仪、热重分析仪(TG)、扫描电镜(SEM)和傅立叶变换红外光谱(FT-IR)系统研究了复配协效剂在防火涂料中的防火和抑烟作用。结果表明:单独添加OMMT和NiCl_(2)均能有效增强环氧基膨胀型钢结构防火涂料的隔热性能并降低燃烧过程中的生烟量和热释放,将二者复配使用表现出更好的协效作用。当m(OMMT)∶m(NiCl_(2))=1∶1时,膨胀型钢结构防火涂料的峰值热释放速率、峰值生烟速率以及300℃背温时间分别为291.3 kW/m^(2)、0.039 m^(2)/s和1465 s。TG结果表明,OMMT和NiCl_(2)复配使用可以降低涂料的峰值分解温度和质量损失速率,使涂层在700℃时的残炭率高达24.8%。SEM和FT-IR结果表明,OMMT和NiCl_(2)复配使用有利于形成更多含磷交联结构进而提高膨胀炭层的致密性和连续性,达到较好的防火和抑烟作用。

膨胀型钢结构防火涂层隔热性能的研究进展

隔热性能的准确量化是防火涂层厚度设计的关键。膨胀型钢结构防火涂层的隔热性能在高温下受升温速率的影响,投入使用后其隔热性能会发生退化,这些特点给膨胀型钢结构防火涂层的厚度设计提出了挑战。总结了膨胀型钢结构防火涂层隔热性能的定量表征方法,分析了隔热性能的影响因素以及这些因素的作用机理和规律,提出了膨胀型钢结构防火涂层厚度设计涉及的关键科学问题及解决方法。

白泥填料在膨胀阻燃环氧树脂中的协效阻燃和抑烟作用

为实现氨碱白泥的资源化利用,以氨碱白泥为原料,通过烘干、粉碎和表面改性制备白泥填料,并将其作为阻燃协效剂应用于膨胀阻燃环氧树脂,系统研究了白泥填料对膨胀阻燃环氧树脂的阻燃性能、抑烟性能和成炭能力的影响。结果表明,添加白泥填料能够显著降低膨胀阻燃环氧树脂的热释放和生烟量,表现出优异的协效阻燃和抑烟作用。当添加5%烷基化白泥填料时,阻燃和抑烟效率最高,峰值热释放速率和峰值生烟速率降低至234.6 kW/m^(2)和0.048 m^(2)/s,极限氧指数提高到30.5%。此外,白泥填料具有优异的协效成炭作用,添加5%烷基化白泥填料可以促进膨胀阻燃环氧树脂生成更多的芳香结构和含磷的交联结构,增强炭层的致密性和隔热隔质性,提高炭层质量,在700℃下残炭量达到24.5%。

膨胀型防火涂层“新-老”涂层体系的热阻

在既有老化涂层上涂覆新涂层形成“新-老”复合涂层体系,复合涂层的热阻并非既有涂层热阻与补涂涂层热阻的简单叠加.基于隔热性能试验的温度测量结果,计算复合涂层体系的等效热阻常数,通过对不同试件等效热阻常数的对比分析,考察补涂涂层对既有涂层和复合涂层热阻的影响规律.结果表明:既有涂层热阻随补涂涂层厚度增加而降低,当补涂涂层厚度大于1.0 mm时,既有涂层热阻的贡献率不超过20%,计算复合涂层热阻时可忽略不计;当补涂涂层厚度较薄(0.5 mm)且既有涂层老化时间较短(≤21循环),或既有涂层有面漆时,建议考虑既有涂层热阻的贡献(贡献率>20%).当补涂涂层与既有涂层类型不同时,复合涂层体系的热阻更大,隔热性能更好.

阻燃丙烯酸树脂涂料的制备及其性能

为解决丙烯酸树脂在使用过程中存在阻燃性能低的问题,通过超声和机械搅拌相结合的方法在丙烯酸树脂乳液中加入由聚磷酸铵(APP)、季戊四醇(PER)和三聚氰胺(MEL)以不同配比复合而成的膨胀型阻燃剂(IFR),制得阻燃丙烯酸树脂涂料(PA-IFR)。利用红外光谱仪、X射线衍射仪、铅笔硬度计和极限氧指数仪对PA-IFR的化学结构、透光率、硬度以及阻燃性能进行测试。结果表明:当膨胀型阻燃剂的质量分数为30%,APP/PER/MEL的配方比为2∶1∶1时,PA-IFR的硬度达到5H,极限氧指数LOI值达32.6%,属于难燃材料。

耐龟裂水性透明防火涂料的制备与性能研究

为提高涂层防火性能和耐龟裂性能,将埃洛石纳米管(HNTs)与磷酸酯(PRA)分子接枝,再与水性氨基树脂(MF)复配制备透明膨胀型防火涂料。通过傅立叶变换红外光谱、核磁氢谱、X射线晶体衍射等手段分析了反应机制。利用热重分析、扫描电子显微镜、锥形量热仪等探究埃洛石纳米管对涂层膨胀以及炭层形貌的作用机制。结果表明:HNTs可以通过Al—OH与PRA上的P—OH反应接枝到PRA分子链上,同时PRA分子还可以插入到HNTs的层间,接枝后的HNTs对涂层透明性无不良影响;与未添加HNTs的涂层相比,当HNTs添加量为5%时,800℃残炭率增大了42.2%,引燃时间延长了38 s,AveHRR180 s和THR300 s分别降低了66.1%和55.6%,涂层无裂纹产生。

聚苯胺-碳化硅复合材料在膨胀型防火涂料中的应用

膨胀型防火涂料在阻隔基材迅速升温方面具有明显效果。试验合成了聚苯胺-碳化硅(PANI-SiC)复合材料,通过SEM、FTIR、XRD等手段分析了复合材料的形貌、组成和结构,考察了单组分膨胀型防火涂料乳液的种类及复合材料含量对涂层防火耐火性能的影响。结果表明:醋酸乙烯-乙烯(VAE)乳液相比于苯丙乳液和丙烯酸乳液可以更好地提升涂层的膨胀倍率和耐火性能。随着PANI-SiC含量的增加,涂层的膨胀倍率增加,背面温度降低,10%含量复合材料的防火涂层表现出优异的耐火性能。

硼酸锌对腐植酸基膨胀型防火涂层阻燃性能的影响

用生物质腐植酸(HA)、聚磷酸铵(APP)、三聚氰胺(MEL)及硼酸锌(ZB),通过复配混合的方法制备了一系列膨胀涂层,并将其应用于钢结构防火处理。经热重分析(TGA)确定了各防火涂层的热稳定性,经锥形量热测试对其阻燃防火性能进行了分析表征。结果表明,将2%的ZB替代APP-MEL-HA膨胀组分的涂层(C4)表现出最佳的防火性能,其峰值热释放速率(PHRR)和总热释放(THR)分别为53.2 kW/m^(2)和22.7 MJ/m^(2),与对照环氧涂层(C1)相比,分别降低了86%和61%,残炭量达到30.3%。通过对锥形量热残炭、SEM图像及拉曼结果分析揭示了其作用机制。APP、MEL、HA和ZB的组合促进了钢板表面形成连续且致密的墨化膨胀炭层,有效阻止了热量的传递,从而提高了膨胀型涂层的阻燃性能。

阻燃剂对水性钢结构防火涂料性能的影响

[目的]为实现碳达峰、碳中和目标,水性涂料的需求日益增加。应用于石化领域的防火涂料更有耐特种火的性能要求。[方法]研制了一种基于乙酸乙烯酯乳液的水性膨胀型钢结构防火涂料,通过热重分析,以及阻燃性、烟密度和耐特种火性能测试,考察了分别以二苯基磷酸乙酯、苯基磷酰氨酸二苯基酯和(4-乙酰基苯基)-磷酸二乙酯作为阻燃剂对其性能的影响。[结果]综合残炭量、热分解温度、氧指数、UL94标准水平/垂直测试结果、烟密度、钢结构升温曲线等指标,采用苯基磷酰氨酸二苯基酯的水性钢结构防火涂料具有最长的点燃时间、最低的燃烧速率、最小的烟密度和最低的最终升温,综合性能最佳。[结论]该涂料满足GB 14907-2018《钢结构防火涂料》标准对室内防火涂料的全部性能要求,配套水性聚氨酯面漆后也可通过全部室外防火涂料测试,可望用于石化领域。

壳聚糖基膨胀阻燃涤纶/棉混纺织物的制备及其性能

为得到阻燃且满足实际应用需求的涤纶/棉混纺织物(T/C),选用亚磷酸化壳聚糖(PCS)和γ-哌嗪基丙基甲基二甲氧基硅烷(GP-108)制备阻燃整理剂(PCS/GP),通过一步浸渍法对涤纶/棉混纺织物进行整理,并研究其微观表面形貌、热稳定性能、阻燃性能、拉伸性能以及白度等。结果表明:PCS/GP成功在涤纶/棉混纺织物表面沉积成膜,包裹住涤纶/棉纤维;T/C-PCS/GP呈现典型的涤纶/棉混纺织物二步热降解过程,在700℃时保留有28.5%的残炭量,说明PCS/GP提高了阻燃涤纶/棉混纺织物在高温区的热稳定性能;T/C-PCS/GP的LOI值提升至26.5%,实现了垂直燃烧测试中的离火自熄,残炭扫描电镜照片表明,PCS/GP的沉积改善了涤纶/棉混纺织物燃烧时存在的“支架”效应;T/C-PCS/GP的热释放速率峰值和火灾蔓延指数较T/C分别降低了20%和40%,表明其火灾危险性大幅度降低;锥形量热测试后的残炭电镜照片表明,T/C-PCS/GP能够保留完整的织物编织结构,残炭表面存在明显的膨胀炭层,与垂直燃烧测试结果相符;热重红外测试结果表明,T/C-PCS/GP分解提前,主要影响棉组分热降解并促进其成炭,而高温区的红外谱图表明,在致密炭层的保护下,T/C-PCS/GP的热降解得到抑制。T/C-PCS/GP与T/C-PCS相比,断裂强力提升17%,其断裂强力与T/C的断裂强力相差不大;同时,GP-108的使用改善了T/C-PCS的黄变问题,提升了T/C-PCS/GP的白度。然而,阻燃样品耐久性较差,需要后续改进。

蒙脱土改性酚醛树脂微球制备及其协效阻燃聚丙烯

为了提升聚丙烯(PP)的阻燃性,以苯酚、甲醛、蒙脱土(MMT)、4-羟基苯磺酸为主要原料,采用悬浮缩聚法制备MMT改性酚醛树脂微球(MPF)。通过傅里叶红外光谱、热重分析、扫描电子显微镜、激光粒度仪等对MPF进行表征,研究MMT对酚醛树脂微球的微观形貌以及热稳定性的影响。测试结果表明,成功制备了MPF,其粒径均匀分布在1~20μm,相比于酚醛树脂微球,拥有良好的热稳定性,最大失重率温度为542℃,800℃下残炭率为59.3%。将MPF引入PP,采用熔融共混法制备了PP/膨胀阻燃剂/MPF复合材料,利用垂直燃烧(UL94)、极限氧指数(LOI)、力学性能测试探究MPF的用量对复合材料性能的影响。研究发现,MPF由于良好的成炭性和基体相容性,使PP复合材料的阻燃性能和力学性能同时提高。当MPF添加量为2%时,复合材料的LOI值为29.3%,并且通过UL94 V-0测试,拉伸强度为23.6 MPa,断裂伸长率为25.2%。MPF燃烧时生成碳微球,调控了膨胀炭层,形成了连续且致密的炭层,可隔绝氧气与热量,从而提升了复合材料的阻燃性。

环氧树脂/聚酰胺配比对膨胀型钢结构防火涂料防火和抑烟性能的影响

为了增强钢结构防火涂料的防火和抑烟性能,以环氧树脂(EP)/聚酰胺树脂(PA)体系作为成膜聚合物制备膨胀型钢结构防火涂料,通过锥形量热仪、烟密度仪、热重分析仪(TG)和扫描电子显微镜(SEM)等系统研究了EP/PA配比对膨胀型钢结构防火涂料防火和抑烟性能的影响。结果表明:钢结构防火涂料的防火和抑烟性能与EP/PA成膜聚合物体系的配比密切相关,m(EP)∶m(PA)=3∶2时所制备的涂层在燃烧过程中形成更多的含磷交联结构,表现出最佳的防火、抑烟和成炭效果,在800℃时的残炭率达到27.7%,最大比光密度低至172.4,其保护下钢板背温达到300℃所需时间为1570 s。

新型可瓷化膨胀防火涂料的制备及性能研究

以环氧树脂为基体,聚磷酸铵为阻燃剂、硼酸锌为助熔剂、生蛭石粉和硅灰石为耐火填料,制备了一种新型可瓷化膨胀防火涂料。采用扫描电子显微镜(SEM)、耐火性能测试等方法研究4种填料复配对可瓷化膨胀防火涂料性能的影响。结果表明:聚磷酸铵可以显著提高涂层的膨胀倍率和隔热性能,硼酸锌能有效增加炭层的强度和致密度,在高温下生蛭石粉和硅灰石提升了炭层的耐烧性能并增加了耐火时限;当聚磷酸铵、生蛭石、硼酸锌、硅灰石的质量比为11∶5∶6∶10时,样品的拉伸剪切强度为7.8 MPa,耐火性能最好,耐火时限达到了10 min,最高背板温度为393℃,燃烧后的炭层可耐1.0 kV电压。

膨胀型透明防火涂料耐老化性模糊综合评价分析

膨胀型透明防火涂料因兼具良好的装饰性和阻燃性已成为文物古建筑防火保护的重要手段,但服役过程中面临的老化失效限制了其工业化的应用。为科学合理的评价透明防火涂料的耐老化性,首先,依据涂层人工加速老化试验结果,建立对象集、因素集和评语集,确定单因素评定矩阵;其次,采用层次分析法得到各指标间的权重关系,构建涂层老化指数公式,计算各对象老化性能的模糊综合评价值和涂层老化指数;最后,利用老化后涂层所表现的宏观性能验证模糊综合评价值和老化指数公式的合理性和有效性。结果表明:所评价的4种透明防火涂料的模糊综合评价值、老化指数与其宏观性能的劣化程度表现一致。

APP/MPP/THEIC阻燃低密度聚乙烯制备及性能研究

研究利用聚磷酸铵(APP)、三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)和三(2-羟乙基)异氰尿酸酯(THEIC)复配的无卤膨胀阻燃剂(IFR)与低密度聚乙烯(LDPE)经熔融共混制备膨胀阻燃LDPE材料。采用极限氧指数(LOI)、垂直燃烧、力学性能、热重分析和锥形量热等方法研究LDPE阻燃材料的性能。结果表明,当IFR的添加量为30%(质量分数),APP、MPP和THEIC的质量比为3∶1∶1时,复合材料LDPE3的LOI值为28.3%,UL-94达到V-0等级。锥形量热分析结果表明,与原始LDPE相比,LDPE3的热释放速率峰值(pHRR)和总放热量(THR)分别降低了62.2%和22.8%。在燃烧过程中,LDPE阻燃材料形成了致密稳定的炭层。由APP、MPP和THEIC组成的无卤膨胀型阻燃体系能有效提高LDPE复合材料的阻燃性。

颜填料和膨胀防火助剂对无机膨胀型防火涂料性能的影响

以硅酸钾溶液和苯丙乳液作为成膜剂,通过控制颜填料和膨胀防火助剂的添加量,以提高无机膨胀型防火涂料的理化性能和防火性能,且通过热重(TG-DTG)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)分析涂层的防火机理。结果表明:制备无机膨胀型防火涂料的最佳工艺参数是以5%的滑石粉、4%的钛白粉和6%玻璃粉作为颜填料,膨胀防火助剂白云石、氢氧化铝和可膨胀石墨添加量分别为5%、20%、2%。涂层防火性能测试后质量损失仅36.87%,且形成了新的陶瓷相。涂层在耐火1 h后,其背板最高温度为286℃,灼烧后可膨胀9.2倍左右,极大地提升了硅酸钾无机膨胀型防火涂料的理化性能和防火性能。

基于ReaxFF反应力场的膨胀阻燃体系热解反应机制研究

采用ReaxFF反应分子动力学模拟添加不同膨胀阻燃体系的聚丙烯(PP)的热解过程,从分子水平探究嵌段共聚物(PAPO⁃MP)与共混(PAPP/MPP)2种状态下阻燃体系的热解反应机制。结果表明,模拟热重曲线与实验结果误差低于2.1%;加入膨胀阻燃体系后,反应活化能从200.16 kJ/mol分别降至154.64 kJ/mol(PAPO⁃MP)和159.14 kJ/mol(PAPP/MPP),说明阻燃剂优先反应从而保护基材;气体小分子数量分别减少10%(PAPO⁃MP)和17.5%(PAPP/MPP),P—O—P结构可以促进大分子团聚物生成,从而降低有毒有害气体生成及提高残炭质量;添加PAPO⁃MP比添加PAPP/MPP的体系势能平均降低11.6×10^(3)kcal/mol,因此添加嵌段共聚物材料稳定性更优。

重复受热条件下木材防火涂料有效性研究

针对P-N-C防火阻燃体系的氨基树脂涂料,为探究以表面涂覆法进行阻燃处理后所受热辐射强度对木材防火涂料性能的影响,采用锥形量热仪与同步热分析仪开展试验,提出炭层二次加热法,有效检验了不同火灾情况下防火涂料的阻燃性能,并以热重分析技术检验结论的可靠性。通过涂料的热重分析、涂覆试样的二次辐射加热数据分析得出,涂料在575~750℃温度范围内完全炭化,进入相对稳定阶段。对比分析此温度范围对应的35 kW/m2辐射强度下,涂覆试样二次加热的引燃时间、热释放速率、总产烟量、火灾增长指数等参数,得出此条件下膨胀炭层的阻燃性能最佳。

流变助剂对膨胀型钢结构防火涂料性能的影响

以溶剂型丙烯酸树脂及氯化石蜡为基料,多聚磷酸铵、季戊四醇和三聚氰胺为膨胀体系,通过不同温度下炭层质量保持率、炭层强度、膨胀倍数、炭层形貌、耐火时间等考察了不同类型的流变助剂对防火涂料性能的影响。结果表明:流变助剂对膨胀型钢结构防火涂料性能的影响非常大。聚酰胺蜡、水合硅酸镁类流变助剂对体系的炭层强度、膨胀倍数、耐火性能等基本无影响;改性水合硅酸镁可以提高防火涂料的耐火时间和炭层强度;亲水气相二氧化硅会导致炭层膨胀倍数和耐火时间增加,同时会降低炭层强度,导致炭层易脱落;疏水二氧化硅、改性蒙脱石类流变助剂会抑制膨胀发泡、提高炭层强度,同时会大幅度降低耐火时间。分析探讨了不同类型流变助剂对防火涂料的性能影响的机理。不同流变助剂在高温膨胀发泡过程中主要影响体系的熔融黏度和膨胀倍数,从而影响防火涂料的综合性能。

一种生物基应急隔热材料的制备及其性能研究

近年来储罐朝着大型化方向发展,自身火灾危险性日趋升高,一旦发生火灾事故则后果严重。传统的罐区火灾防护仍然存在薄弱之处,难以完全满足应急需求。在此背景下,本文研究制备出一种生物基应急隔热材料以进一步完善储罐区火灾防护体系。以水性聚合的聚丙烯酸钾PP为基体材料,向其中加入制备的阻燃协效剂制成隔热材料PPSL。向PPSL中加入以茶多酚、浒苔和聚磷酸铵复合而成的膨胀阻燃剂TE,最终制成一种生物基隔热材料PPSL-TE。对材料的隔热性能和热稳定性能研究,结果发现,协效剂和阻燃剂的加入使材料受热后形成的炭层膨胀高度增加,PPSL-TE3(质量分数1.4%TE)炭层高度上升至7.5 cm,且结构更为完整致密;残炭率由质量分数19.3%提升至31.5%。此外,PPSL-TE材料在耐火测试中表现出良好的隔热能力。