水性无机膨胀型防火涂料的制备及性能研究 第二部分——膨胀阻燃过程的研究

采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和热重−差式扫描量热(TG–DSC)分析了主要由碱性硅溶胶和甲基硅酸钾为基料,钛白粉、滑石粉、白云石、绢云母、可膨胀石墨为颜填料所制备的水性无机膨胀型防火涂料的膨胀阻燃过程。结果表明:在灼烧前期,甲基硅酸钾和可膨胀石墨协同阻燃。甲基硅酸钾受热分解生成的CO2和水蒸气可稀释可燃气体,水蒸气还具有一定的冷却、抑烟作用;可膨胀石墨受热膨胀形成的蠕虫状多孔炭层能够有效延缓热量及氧气的传递。在灼烧中期,主要是白云石发挥阻燃作用。在520~720°C,白云石剧烈分解成CO2,其主要产物──MgO和CaO起到阻燃作用。在灼烧后期,体系在800~1000°C发生了相变化,由固态变为液态并吸收热量后形成玻璃相。

水性无机膨胀型防火涂料的制备及性能研究 第一部分--影响涂料性能的因素

以碱性硅溶胶(LS-30)和40%甲基硅酸钾溶液(PMS-40)为基料,添加颜填料及助剂,制备了一种水性无机膨胀型防火涂料。研究了LS-30和PMS-40质量比,分散剂及增稠剂添加量,颜基比,颜填料添加量对涂料性能的影响,并对涂料及涂层进行性能测试。结果表明,当LS-30和PMS-40质量比为1.0∶1.5,分散剂六偏磷酸钠、聚丙烯酸钠分别占颜填料的0.5%和0.3%,增稠剂羧甲基纤维素钠、黄原胶和N-228分别为占涂料的0.3%、0.3%及1.0%~1.5%时,涂料在容器中可稳定存在,分散效果及流变性达到最优。颜基比为1.5∶1.0,钛白粉、滑石粉、白云石、绢云母、可膨胀石墨添加量分别为涂料的5%、2%、15%、10%、3%时,涂层固化后光滑、无裂纹,灼烧可膨胀至5倍,膨胀层致密且坚硬,耐火要求达标,灼烧过程中对环境友好。

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。

基体树脂对水性超薄膨胀型防火涂料的性能影响

以聚磷酸铵(APP)、季戊四醇(PER)、三聚氰胺(MEL)为膨胀阻燃体系,以钛白粉、硼酸锌(ZB)、可膨胀石墨(EG)为功能填料,研究了4种基体树脂对防火涂料耐火性能和机械性能的影响。分析了4种基体树脂的热分解过程,测定了4种涂层的耐火性能、附着力、柔韧性及耐冲击性。耐火测试结果表明,聚氨酯涂层的耐火时间最长;TGA分析表明,聚氨酯的热分解温度与膨胀阻燃体系的炭化、发泡温度相匹配,膨胀炭层的耐火性能较好;机械性能测试表明,聚氨酯涂层样品的附着力、柔韧性、耐冲击性最好。

水性饰面型防火涂料的制备及其耐火性能研究

[目的]配方对防火涂料的性能有很大影响。[方法]以苯丙乳液和硅溶胶作为基料,聚磷酸铵、季戊四醇和三聚氰胺作为阻燃体系,二氧化钛作为颜填料,六偏磷酸钠作为分散剂,磷酸三丁酯作为消泡剂,羧甲基纤维素作为增稠剂,研制了一种适用于钢结构的水性饰面型复合膨胀防火涂料。利用模拟大板燃烧试验考察了各组分的质量分数对涂料性能的影响,并采用扫描电镜(SEM)对防火涂层燃烧后的微观结构进行表征。[结果]最佳配方为:苯丙乳液20.0%,硅溶胶4.0%,聚磷酸铵27.0%,季戊四醇22.0%,三聚氰胺21.0%,颜填料4.0%,助剂2.0%。此时涂料的耐燃时间长达57 min,燃烧后形成的炭层致密。[结论]该涂料具有良好的防火阻燃效果。

矿物填料对水性超薄型防火涂料性能的影响

【目的】研究不同矿物填料及其复配比例对水性超薄型防火涂料性能的影响。【方法】以水性环氧/纯丙复配乳液作成膜物质;聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺作膨胀体系;钛白粉(TiO_(2))、煤矸石(CG)、膨润土(BT)、水滑石(LDH)作矿物填料进行了XRF、TG、FTIR和SEM分析。【结果】结果显示:单一矿物填料的防火性能由强到弱排序为TiO_(2),CG,BT,LDH.单一TiO_(2)填料防火涂料燃烧80min炭层膨胀倍率达到13.6,钢板背温为274.9℃,其炭层结构存在强度弱的问题。复配矿物填料能够达到高效防火、节能低耗、经济环保的目标,同时为矿物填料的高值化利用提供了一种新途径。当TiO_(2)、BT、LDH复配质量比为6∶2∶2时,燃烧炭层膨胀倍率为14.9,钢板背温仅为268.8℃;TiO_(2)、BT、CG复配质量比为8∶1∶1时,膨胀倍率为14.5,钢板背温仅为261.0℃,防火性能优于单一矿物填料。扫描电镜观测发现,BT、CG和LDH的加入使炭层表面结构更致密,结构更坚固。红外光谱分析可知,炭层的残留物中存在磷化物和金属氧化物,炭层结构强度增强。热重分析两种防火涂料的残炭量依次为36.35%、36.92%,炭层热屏蔽性能提高。

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。

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。

不同膨胀型防火涂料烟毒性对比分析研究

为研究膨胀型防火涂料在火灾时的烟毒性特征,采用NBS烟密度实验箱对6种膨胀型防火涂料进行实验室尺度火灾模拟实验,结合傅立叶红外(FTIR)分析系统对烟气中8种气体进行采样分析,采用常规毒性指数(CIT_(G))定量评价烟气毒性。结果表明:膨胀型防火涂料受热后产生的烟气主要组分为CO_(2)、CO、NO_(x)和HCN;环氧树脂基膨胀型防火涂料的毒性较其他树脂基的涂料大很多,4 min和8 min时NO_(x)气体质量浓度分别为108.43 mg·m^(-3)和136.47 mg·m^(-3),均大于基准浓度38 mg·m^(-3),8 min时的CITG值达到0.377。FITR气体分析方法可实现在线、多组分气体快速分析,但气体含量在检出限附近时干扰和误差较大。

中空玻璃微珠填料对膨胀型防火涂料的隔热影响

为增强膨胀型防火涂料的隔热性能,本文以中空玻璃微珠为填料,实验研究了其对防火涂料的隔热影响。结果表明,涂层中均匀分散的中空玻璃微珠,能够阻滞热量的传递,与涂层受热后形成的膨胀层相结合,共同提升涂层的隔热效果。但中空玻璃微珠添加体积、粒径和导热系数的不同,都会对涂层的膨胀产生影响。因此,在实际工程中要优化中空玻璃微珠的选择与添加,以提升防火涂料的保护效果。

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。

建筑钢结构用膨胀型防火涂料的选择及涂装技术

为探讨建筑钢结构用膨胀型防火涂料的选择及涂装施工技术,文章采用理论结合实践的方法,立足膨胀型防火涂料的主要性能,分析了钢结构用膨胀型防火涂料的应用范围,以及膨胀型防火涂料的选择原则,并提出膨胀型防火涂料涂装施工技术的应用要点。

水性环氧树脂膨胀型防火涂料的制备及性能研究

研究了水性环氧树脂膨胀型防火涂料配方中各组分及其添加量(质量分数/%)对涂层防火性能的影响;对膨胀型阻燃剂(IFR):聚磷酸铵(APP)、三聚氰胺(MEL)、季戊四醇(PER)进行了正交试验并对膨胀石墨(EG)进行了单因素变量实验。采用TG-DTG、DSC和FT-IR等手段分析研究了防火涂料的热稳定性及燃烧后的炭层组分,得到优化的防火涂料配方。结果表明,选用水性环氧树脂复配(m(E51)∶m(E20)=3∶2)为成膜物质,膨胀型阻燃剂和膨胀石墨的添加量分别为ω(APP)=26%、ω(MEL)=12%、ω(PER)=10%、ω(EG)=4%时涂层的极限耐火时间可达到31.7 min,膨胀倍率11.7倍,膨胀炭层完整、致密;防火涂料最大分解速率对应的温度为331.4℃,膨胀型阻燃剂在200~350℃间完成分解,800℃时残碳量为49.9%,主要由聚芳环、磷酸酯类有机化合物及焦磷酸钛等无机物构成。添加钛白、氢氧化镁及矿物纤维能有效提高涂层的防火性能和膨胀炭层的强度。

氮化硼负载MOF纳米复合物的制备及其对水性膨胀型防火涂料的性能影响

为了提高常规膨胀型防火涂料的综合性能,在球磨剥离的氮化硼纳米片(S-BN)表面通过溶液合成法负载金属有机框架(MOF),制备了氮化硼负载2-甲基咪唑锌MOF(ZIF-8)纳米复合物(S-BN@ZIF-8),并采用红外光谱分析、扫描电子显微镜表征了其结构。同时将S-BN@ZIF-8作为协效阻燃剂应用于钢结构水性膨胀型防火涂料中,通过模拟大板燃烧测试、热失重分析、炭层形貌分析、耐水性测试,研究S-BN@ZIF-8协效阻燃剂对防火涂料性能的影响。与其他样品相比,加入质量分数5%S-BN@ZIF-8的涂料样品在防火测试中表现出了最低的背温,且在防水测试中表现出最低的质量损失率。研究表明S-BN@ZIF-8能在涂料中分散均匀,并且能有效提升涂料的防火和防水性能。ZIF-8的催化成碳作用有利于早期炭层的形成,片层氮化硼能有效阻隔涂料与氧气的接触,从而抑制热量的释放。S-BN@ZIF-8产生的“迷宫效应”延长了水分进入涂料的路径。进而提升了涂料的耐水性能。本研究制备的杂化阻燃剂为纳米材料的改性提供了新策略,扩大了其运用。

硅酸铝在膨胀型钢结构防火涂料中的应用研究

研究了硅酸铝作为无机增强材料对膨胀型钢结构防火涂料基本性能和防火性能的影响。根据GB 14907-2018《钢结构防火涂料》的要求测试涂层的基本理化性能,采用模拟大板法测试不同硅酸铝添加量涂层的耐火性能,通过X射线衍射(XRD)仪、同步热分析仪(TG-DSC)、扫描电镜(SEM)分析硅酸铝对涂层耐火性能的影响。结果表明,加入硅酸铝后的膨胀炭层中生成了具有高熔点和黏结作用的Al(PO_(3))_(3),当硅酸铝加入量为20%时,涂层耐火性能最佳,此时耐火温度仅为284.9℃,膨胀炭层孔隙大小和连续性最好,稳定性最强。

膨胀型钢结构防火涂料的制备及性能

为提高涂料的耐火性能以更好地保护钢结构,以水性环氧乳液和固化剂作为基料,聚磷酸铵(APP)-季戊四醇(PER)-三聚氰胺(MEL)作为阻燃体系,可膨胀石墨(EG)作为阻燃助剂,粉煤灰漂珠与纳米TiO2作为填料,研制了一种膨胀型钢结构防火涂料。考察了各组分用量对涂料性能的影响,采用扫描电镜(SEM)对防火涂层燃烧前后的微观结构进行了表征,并分析了涂层厚度对耐火时间的影响。结果表明:水性环氧乳液、固化剂和EG的最佳用量分别为20.0%、4.0%和4.5%,纳米TiO2与粉煤灰漂珠的最佳质量比为1∶1。当APP、MEL和PER的质量分数分别为28.0%、18.0%和18.0%时,涂料的耐火时间最长。发生燃烧之后的“蠕虫”形EG会与基料树脂发生膨胀并与无机层粘合形成无机保护层,膨胀体系相互发生反应,粉煤灰漂珠均匀完整地附着在基材表面,使之具有良好的隔热性能。所制备的防火涂料的最佳涂覆厚度为1.9 mm,耐火时间为107 min。

水性膨胀型钢结构防火涂料的制备及性能研究

以醋酸乙烯、叔碳酸乙烯酯聚合而成的混合液为基体,采用物理膨胀和化学膨胀相结合的阻燃膨胀体系,可膨胀石墨(EG)为物理膨胀体系,水性阻燃剂为化学膨胀体系,来制备水性膨胀型钢结构防火涂料。探究了乳液与阻燃剂之间的配比、EG的添加量对水性防火涂料防火性能的影响。结果表明,当乳液含量在20%(质量分数,后同)、阻燃剂含量在40%、EG含量在1.5%时,制备的水性膨胀型防火涂料涂层受热后膨胀效果显著,强度高,附着力好,耐火极限为63 min,满足GB 14907—2018对钢结构的防火要求。

无卤阻燃高残炭环氧树脂对环氧膨胀型防火涂料的性能影响研究

通过在涂层体系中用无卤阻燃高残炭环氧树脂(EP-DOPO)替代普通环氧树脂(EP)的方法,确定了无卤阻燃高残炭环氧树脂在环氧膨胀型防火涂料中的作用,并明确最佳用量。分别添加不同比例的无卤阻燃高残炭环氧树脂,研究这种情况下环氧膨胀型防火涂料各项性能及膨胀炭层的结构。结果表明:无卤阻燃高残炭环氧树脂可明显改善环氧膨胀型防火涂料的烟密度、炭层结构,同时可以明显提高发泡炭层的柔韧性及致密性,EP-DOPO/EP为40/60时涂层综合性能达最优。

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。

无机材料对水性膨胀型钢结构防火涂料的影响

以水性乳液为成膜物质,聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺为膨胀阻燃体系,并添加各种无机材料,制备水性超薄膨胀型钢结构防火涂料.采用热重分析（TGA）、扫描电镜（SEM）、垂直燃烧法、X射线衍射（XRD）等方法研究无机材料对水性超薄膨胀型防火涂料的影响,结果表明无机材料对防火涂料有显著的影响.其中晶须和有机膨润土能有效地提高炭层的热稳定性和质量残余率,可膨胀石墨能膨胀形成多泡孔材料,二氧化钛在高温下能形成的焦磷酸钛,二者在450~650℃下对炭层热稳定性作用明显.