膨胀型防火涂料对涂料防火性能的影响.doc

膨胀型防火涂料对涂料防火性能的影响1.前言防火涂料又叫阻燃涂料，它是一种涂刷在建筑物内的木材、纤维板、纸板、塑料等易燃基材上或用于电缆、金属构件的表面，起防火保护和装饰作用的专用涂料。使用它可以阻止火势迅速蔓延，防止小火酿成大灾，给救灾人员赢得时间。膨胀型防火涂料是防火涂料家族中的的主要类型。由于它在受火时组分间协合作用，膨胀发泡形成泡沫层，泡沫层不仅隔绝了氧气，而且具有良好的隔热性能，可以延滞热量传向被保护基材的速度，防止火焰迅速蔓延。此外，涂层膨胀形成泡沫隔热层的过程是吸热反应，使体系的温度降低，故其阻燃防火效果显著。因而目前国内外无论是饰面型防火涂料，还是钢结构防火涂料，或者是电缆防火涂料的研制绝大多数都是走“膨胀型”这条技术路线。由于膨胀型防火涂料的防火隔热效能是依靠涂层膨胀后形成的发泡层所具有的低导热性而实现的，因此发泡层质量的好坏，直接影响涂料防火隔热性能的优劣。国家建设事业不断发展，“四化”进程不断加快，各种建筑象雨后春笋，日益增多。随着消防法规的贯彻实施，各行各业对使用防火涂料作阻燃防火保护的要求也日益增加，各种系列的膨胀型防火涂料品种不断问世，近几年来，国内外膨胀型防火涂料产品已涉及到油溶型、水乳胶型以及水性等系列，并且继续朝着开发新品种的趋势发展，可以说是方兴未艾、推陈出新。在这样的形势下，对膨胀型防火涂料的发泡层质量进行深入的分析研究，为进一步开发高效优质的膨胀防火涂料品种提供一些有价值的参考依据，具有重要的意义。为此，我们对通过公安部技术鉴定的“E601膨胀型无机防火涂料”（水性）和“SCB超薄膨胀型钢结构防火涂料”（溶剂型）作了涂料膨胀发泡层质量的分析研究。2.实验分析研究部分膨胀型防火涂料膨胀发泡形成炭质泡沫层需要酸源（催化剂）、气源（发泡剂）和碳源三个基本要素，同时要求三要素间能有机协合。涂膜受热软化，其中的气源材料发生分解并产生气体，气体的逸出使软化了的涂膜鼓泡、膨胀，与此同时，酸源分解放出游离子酸类，催化炭化材料，使其脱水形成炭架，使膨胀起来的涂层具有一定的密实性，随着此过程的进行，最终形成绝热性良好的膨胀发泡层。为了防止涂料中的有机物产生火焰，往往还加入一些阻燃剂，如氯化石蜡、四溴双酚等A类，籍这类阻燃剂分解放出的卤素，中止燃烧反应。从涂膜膨胀发泡机理中可以看出，了泡层发泡率的高低，与发泡剂密切相关，而发泡层的密实，与碳源材料密切相关。涂料膨胀发泡层的质量由发泡层的高低和疏密两个方面体现出来，因此我们针对这两个方面进行研究和分析。2.1发泡层高度对防火涂料防火性能的影响在“E601膨胀型无机防火涂料”和“SCB膨胀型钢结构防火涂料”中，将其他分固定不变，然后分别加入不同量的发泡剂，使涂料膨胀发泡层的高度不一样。将E60防火涂料涂在木质胶合板（三层）基材上，待其干燥后用大号酒精灯烧相同的时间；将SCB钢结构防火涂料涂在2020cm的钢板（3mm厚）基材上，待其干燥后用柴油在小型模拟构件炉上烧相同的时间，以试件背火面温度的情况，观察不同的膨胀发泡层高度对涂料防火隔热效果的影响。通过大量的实验结果可以看出，如涂料膨胀发泡率太低，则发泡层的隔热性差，因为火源与基材之间的有效隔热距离近，出现基材背火面温度升温很快，因而防火隔热效果差；若涂料膨胀发泡率太大，则发泡层强度差，容易被火焰冲破，使其开裂甚至脱落，这时火焰直接进攻基材，基材失去隔热屏障，很快升温炭化直至发生燃烧。当涂料膨胀发泡层高度在某一值附近时，发泡层既有一定的强度，又使火源与基材有一定的隔热距离，从而取得良好的隔热效果。在膨胀防火涂料的研制过程中，注意掌握发泡剂的量，是研制优劣防火涂料的一个重要方面。2.2发泡层密实度对涂料防火性能的影响前面已经谈到，发泡层的质量由发泡层的发泡率和密实度两个方面体现，下面我们来看看发泡层的密实度的变化对涂料防火性能的影响。在大量实验研究中，发现在膨胀防火涂料中加入无机添加剂，如金属氧化物、硅藻土、二氧化硅、浮石、高岭土等，可以使膨胀发泡层密实，而使涂料的防火性能提高。为此，在上述两种防火涂料中，分别将发泡剂的量固定在最佳发泡高度所需的量上，然后加入不同量的无机添加剂（骨架材料），观察发泡层的密实情况所对应的涂料防火隔热效果。通过实验结果表明，发泡层随无机添加剂的加入量的增加由疏松变得致密，但与此同时，发泡层的高度也随无机添加剂的用量的增大而降低，因此防火隔热性能的呈现出山峰形，根据这一现象，我们认为，无机添加剂的添加量也存在一个最佳值的问题，在最佳值时，涂料膨胀发泡层既有一定高度，以有一定密实度，这样使发泡层既不容易被火焰冲破，又有较好的绝热性，从而取得良好的防火隔热效果。关于加入过量无机添加剂对涂料膨胀发泡层质量的提高，使其达到最佳防火效果，我们分析主要是下面原因：首先，无机添加剂的加入使发泡层的强度得以提高，避免了发泡层被火焰冲破或发泡层脱落等现象。其次，这些无机添加剂不仅能使涂料膨胀发泡层很致密，而且它们在受火时不可能成为气体化合物而烧失，因此，即使在持续的火焰作用下，无机添加剂也不会象有机物那样变为气体逸出。由于他们的稳定性而使膨胀发泡层保持有效的骨架成分，而长时间保持高效的隔热性，使膨胀发泡层经久耐烧。3.结论虽然实验研究是用“E601膨胀型无机防火涂料”和“SCB膨胀型钢结构防火涂料”进行的，但对于各类膨胀防火涂料，它们的膨胀发泡机理基本上都是一致的，都是酸源、气源、和碳源三者有机协合的结果，因此我们认为本研究所得出的结果具有一定的普遍意义。根据实验研究及现象分析，可以作出下述结论：3.1对于膨胀型防火涂料，涂层在膨胀发泡形成阻燃隔热保护层的过程中，存在着发泡率与发泡层密实度这一对矛盾，如何解决这一矛盾，是研究高效膨胀型防火涂料的关键技术之一；3.2膨胀型防火涂料防火隔热性能优劣的判别，可用发泡层质量的高低来判别。发泡层的质量不能单用发泡率的大小或发泡层的疏