特种涂料防火防污

1、特种涂料防火防污 特种涂料 第八章 特种涂料防火防污 2001年震惊世界的年震惊世界的911事件事件, 发生时发生时,仍有仍有 18000人得以逃生。人得以逃生。 特种涂料防火防污 来自美国世贸大楼保来自美国世贸大楼保 安公司的消息表明安公司的消息表明,疏散疏散 人群时人群时,世贸大楼中采用世贸大楼中采用 的自发光紧急疏散系统发的自发光紧急疏散系统发 挥了非常重要的作用。挥了非常重要的作用。 911 事件后事件后,生产自发光紧生产自发光紧 急疏散系统的企业的订单急疏散系统的企业的订单 大量增加大量增加, 难怪有媒体称难怪有媒体称 “ 911 事件催熟自发光涂事件催熟自发光涂 料料 ” 。 使广

2、大民众对特种涂料有了一定的认识。使广大民众对特种涂料有了一定的认识。 特种涂料防火防污 -什么是特种涂料、有哪些类型和作用呢？什么是特种涂料、有哪些类型和作用呢？ 一一.特种涂料的定义特种涂料的定义 特种涂料是指为特殊用途设计的涂料或称特种涂料是指为特殊用途设计的涂料或称 功能性涂料。功能性涂料。 二二.特种涂料的分类特种涂料的分类 特种涂料按其功能可以分为以下几种类型。特种涂料按其功能可以分为以下几种类型。 包括电气绝缘涂料、包括电气绝缘涂料、 导电性涂料、磁性涂料导电性涂料、磁性涂料 等。等。 1.电、磁功能涂料电、磁功能涂料 特种涂料防火防污 包括耐高温涂料、包括耐高温涂料、 防火涂料，

3、温控涂料，防火涂料，温控涂料， 烧蚀，隔热涂料等。烧蚀，隔热涂料等。 3.机械功能涂料机械功能涂料 包括防碎裂涂料、润包括防碎裂涂料、润 滑涂料、可剥涂料、阻尼滑涂料、可剥涂料、阻尼 涂料（隔音防震涂料）、涂料（隔音防震涂料）、 弹性涂料等。弹性涂料等。 2.热功能涂料热功能涂料 特种涂料防火防污 包括发光涂料、荧光涂料、反光涂料、太包括发光涂料、荧光涂料、反光涂料、太 阳能选择性吸收涂料、各种特殊用途的光敏阳能选择性吸收涂料、各种特殊用途的光敏 涂料、伪装涂料、光刻涂料等。涂料、伪装涂料、光刻涂料等。 4.光学功能涂料光学功能涂料 特种涂料防火防污 包括防菌涂料、防包括防菌涂料、防 污涂料、

4、灭蝇涂料、牙科污涂料、灭蝇涂料、牙科 涂料等。涂料等。 5.界面功能涂料界面功能涂料 包括防雾涂料、防水涂料、防结冰涂料、包括防雾涂料、防水涂料、防结冰涂料、 防雪涂料、防粘纸涂料等。防雪涂料、防粘纸涂料等。 6.生物功能涂料生物功能涂料 瞄准器瞄准器 特种涂料防火防污 本章主要内容本章主要内容 1. 防火涂料防火涂料 2.变色涂料变色涂料 3.防污涂料防污涂料 4.发光涂料发光涂料 5.导电涂料和导磁涂料导电涂料和导磁涂料 6.航空航天涂料航空航天涂料 特种涂料防火防污 8.1.防火涂料防火涂料 火灾给人类的生命财产和文明带来了巨大火灾给人类的生命财产和文明带来了巨大 的灾难。火焰和由他引起

5、的高温可以使木材、的灾难。火焰和由他引起的高温可以使木材、 塑料等化为灰烬，使钢材等失去强度而弯曲变塑料等化为灰烬，使钢材等失去强度而弯曲变 形，使混凝土碎裂，玻璃熔化，巨大的财富化形，使混凝土碎裂，玻璃熔化，巨大的财富化 为乌有。为乌有。 特种涂料防火防污 8.1.1 防火涂料的主要性能防火涂料的主要性能 防火涂料除具有涂料的一般性能，即装饰防火涂料除具有涂料的一般性能，即装饰 性能和保护性能外，还有两个主要的性能：性能和保护性能外，还有两个主要的性能： 1.涂料本身具有不燃烧或难燃烧性，即能防止涂料本身具有不燃烧或难燃烧性，即能防止 被焰火点燃。被焰火点燃。 2.涂料能阻止底材燃烧或对其燃

6、烧的蔓延有阻涂料能阻止底材燃烧或对其燃烧的蔓延有阻 滞作用。滞作用。 -防火涂料是怎样来实现这两种功能的呢？防火涂料是怎样来实现这两种功能的呢？ 特种涂料防火防污 一一.燃烧的必备条件燃烧的必备条件 燃烧的必备条件有三个：可燃物质、助燃剂燃烧的必备条件有三个：可燃物质、助燃剂 和火源。和火源。 1.可燃物质可燃物质-如木材、塑料、纤维等；如木材、塑料、纤维等； 2.助燃剂助燃剂-如空气、氧气或氧化剂等；如空气、氧气或氧化剂等； 3.火源火源-如火焰或高温的作用。如火焰或高温的作用。 燃烧是一种快速的、有火焰发生的氧化反应，燃烧是一种快速的、有火焰发生的氧化反应， 反应非常复杂，但大多为链式自由

7、基反应。反应非常复杂，但大多为链式自由基反应。 8.1.2 燃烧与阻燃机理燃烧与阻燃机理 特种涂料防火防污 有机物燃烧的过程有机物燃烧的过程 有机物燃烧时，一般均有如下过程：在有机物燃烧时，一般均有如下过程：在 高温下可燃固体发生熔融和热分解，形成一高温下可燃固体发生熔融和热分解，形成一 个凝聚相的热分解区，析出可燃性气体，同个凝聚相的热分解区，析出可燃性气体，同 时放出热量；可燃性气体和助燃剂（如空气）时放出热量；可燃性气体和助燃剂（如空气） 混合并受到进一步加热（预热）；经预热的混合并受到进一步加热（预热）；经预热的 混合气体达到燃点后开始燃烧，同时放出大混合气体达到燃点后开始燃烧，同时放

8、出大 量的热。量的热。 由于燃烧时放出的热量又反过来对可燃固由于燃烧时放出的热量又反过来对可燃固 体及其分解放出的气体进行加热，于是形成一体及其分解放出的气体进行加热，于是形成一 个循环过程，使燃烧更加剧烈。个循环过程，使燃烧更加剧烈。 特种涂料防火防污 -防火涂料是怎样阻止燃烧的？防火涂料是怎样阻止燃烧的？ 二二.防火涂料的基本原理防火涂料的基本原理 1.用难燃或不燃的涂料将可燃物封闭起来，避免用难燃或不燃的涂料将可燃物封闭起来，避免 与空气接触。与空气接触。 一般说来，有机聚合物是可燃的或易燃的。所一般说来，有机聚合物是可燃的或易燃的。所 以在制备防火涂料时一般要选用难以燃烧的有机聚以在制

9、备防火涂料时一般要选用难以燃烧的有机聚 合物为基料。同时，还要在涂料中加入阻燃剂。合物为基料。同时，还要在涂料中加入阻燃剂。 2.必须隔绝对被保护物体的任何形式的热量传播，必须隔绝对被保护物体的任何形式的热量传播， 如形成膨胀隔热层，或利用高导热和高反射性能的如形成膨胀隔热层，或利用高导热和高反射性能的 涂层排除热量或利用吸热的化学反应抵消外部热源涂层排除热量或利用吸热的化学反应抵消外部热源 的作用。的作用。 -防火涂料是怎样制备的呢？防火涂料是怎样制备的呢？ 特种涂料防火防污 8.1.3 防火涂料的制备防火涂料的制备 防火涂料要具备防火阻燃功能，首先要求防防火涂料要具备防火阻燃功能，首先要求

10、防 火涂层防火自身是不燃或难燃的。但有机涂料的火涂层防火自身是不燃或难燃的。但有机涂料的 基料基料-有机聚合物一般都是可燃的或易燃的。有机聚合物一般都是可燃的或易燃的。 解决成膜物质燃烧的方法：解决成膜物质燃烧的方法： 1.采用难以燃烧的有机聚合物为基料或无机基料采用难以燃烧的有机聚合物为基料或无机基料 2.在涂料中加入阻燃剂在涂料中加入阻燃剂 -哪些有机聚合物是难以燃烧的呢？哪些有机聚合物是难以燃烧的呢？ 特种涂料防火防污 一一.防火涂料中的成膜物质防火涂料中的成膜物质 为了使涂料本身不燃或难燃，可以在聚合物为了使涂料本身不燃或难燃，可以在聚合物 中引入难燃烧的元素，如卤素、磷化合物。中引入

11、难燃烧的元素，如卤素、磷化合物。 （1）卤代酸酐）卤代酸酐 主要有四卤代邻苯二甲酸酐、氯茵酸酐和多主要有四卤代邻苯二甲酸酐、氯茵酸酐和多 卤代多氢化桥氯亚甲基萘二甲酸酐等。卤代多氢化桥氯亚甲基萘二甲酸酐等。 （2）四卤代双酚）四卤代双酚 （3）卤代乙烯基类）卤代乙烯基类 也可以用无机成膜物代替有机聚合物。也可以用无机成膜物代替有机聚合物。 主要的无机成膜物质是可溶性的硅酸盐、磷主要的无机成膜物质是可溶性的硅酸盐、磷 酸盐等。酸盐等。 （4）含磷多元醇和含卤素多元醇）含磷多元醇和含卤素多元醇 特种涂料防火防污 二二.防火涂料中的阻燃剂防火涂料中的阻燃剂 防火涂料中的阻燃剂很多，但主要是氢防火涂料

12、中的阻燃剂很多，但主要是氢 氧化铝、氢氧化镁、卤化合物、磷酸酯和含氧化铝、氢氧化镁、卤化合物、磷酸酯和含 卤磷酸酯、硼化合物、氧化锑等。卤磷酸酯、硼化合物、氧化锑等。 1.阻燃剂的种类阻燃剂的种类 2.阻燃剂的阻燃原理阻燃剂的阻燃原理 （1）阻燃剂在高温或火焰作用下，发生吸热反）阻燃剂在高温或火焰作用下，发生吸热反 应，使被燃物凝聚相升温速率减慢。应，使被燃物凝聚相升温速率减慢。 如：氢氧化铝在如：氢氧化铝在200300C之间会急剧分解，之间会急剧分解， 脱水量可达到其含量的脱水量可达到其含量的35%，分解的水汽时又能，分解的水汽时又能 吸收大量的热。吸收大量的热。 特种涂料防火防污 （2）阻

13、燃剂分解出自由基链式反应的阻断剂，）阻燃剂分解出自由基链式反应的阻断剂， 使火焰反应的速度减慢。使火焰反应的速度减慢。 含卤素的有机物在分解时放出卤化氢含卤素的有机物在分解时放出卤化氢HX， HX能把高能量的能把高能量的HO.捕获，并转换低能量的自由捕获，并转换低能量的自由 基基X.和和H2O，同时自由基可与可燃气体（，同时自由基可与可燃气体（RH）反）反 应重新生成应重新生成HX，如此循环下去，可将，如此循环下去，可将HO.自由基自由基 反应的连锁反应切断。反应的连锁反应切断。 特种涂料防火防污 （3）催化可燃物发生脱水和碳化作用，形成碳化层。）催化可燃物发生脱水和碳化作用，形成碳化层。 碳

14、化层可以阻碍热点传导，阻挡外部火源碳化层可以阻碍热点传导，阻挡外部火源 直接作用，可使可燃物温度降低。碳是单质，直接作用，可使可燃物温度降低。碳是单质， 它不能发生火焰也无可燃气体放出，所以将有它不能发生火焰也无可燃气体放出，所以将有 机物迅速脱水成为炭，不停留在可燃阶段，可机物迅速脱水成为炭，不停留在可燃阶段，可 以使燃烧停止。以使燃烧停止。 无机磷酸酯和有机磷酸酯均可使有机物碳化。无机磷酸酯和有机磷酸酯均可使有机物碳化。 特种涂料防火防污 （4）阻燃剂分解形成不挥发的覆盖层，隔绝可燃）阻燃剂分解形成不挥发的覆盖层，隔绝可燃 物与空气的接触。物与空气的接触。 聚磷酸铵、硼酸盐、硼酸、钨酸盐等

15、在火聚磷酸铵、硼酸盐、硼酸、钨酸盐等在火 焰或高温下可形成不燃性的粘稠熔融体，它能焰或高温下可形成不燃性的粘稠熔融体，它能 将可燃物表面覆盖起来，也能将可燃物表面覆将可燃物表面覆盖起来，也能将可燃物表面覆 盖起来，还可以与有机可燃物脱水形成的碳结盖起来，还可以与有机可燃物脱水形成的碳结 合起来，形成一层牢固的固化层。合起来，形成一层牢固的固化层。 特种涂料防火防污 （5）分解放出惰性气体，将可燃性气体稀释。）分解放出惰性气体，将可燃性气体稀释。 含氮的化合物（胺盐和有机胺）、碳酸盐含氮的化合物（胺盐和有机胺）、碳酸盐 和含卤素有机物及金属氢氧化物分解时产生大和含卤素有机物及金属氢氧化物分解时产

16、生大 量不燃气体，如量不燃气体，如NH3、H2O、CO2、HCl、HBr 等，可将热分解生成的可燃性气体和空气中的等，可将热分解生成的可燃性气体和空气中的 氧的浓度冲淡，从而延缓燃烧的发生。氧的浓度冲淡，从而延缓燃烧的发生。 特种涂料防火防污 （6）协同作用。）协同作用。 阻燃剂的复配，可以大大提高阻燃效果，阻燃剂的复配，可以大大提高阻燃效果， 因为它们有协同作用。氧化锑单独使用并没有因为它们有协同作用。氧化锑单独使用并没有 什么阻燃效果，只有与卤素复配，通过协同作什么阻燃效果，只有与卤素复配，通过协同作 用才能得到优良的阻燃效果。用才能得到优良的阻燃效果。 特种涂料防火防污 8.1.4 防火

17、涂料的分类和组成防火涂料的分类和组成 按防火原理，防火涂料可分为两大类按防火原理，防火涂料可分为两大类: 一一.防火涂料的分类防火涂料的分类 膨胀型防火涂料（难燃型）膨胀型防火涂料（难燃型） 难燃性（有机涂层）难燃性（有机涂层） 非膨胀型非膨胀型 不燃性（无机涂层）不燃性（无机涂层） 防火涂料防火涂料 特种涂料防火防污 1.非膨胀型的防火涂料非膨胀型的防火涂料 非膨胀型防火涂料是通过涂层自身的难非膨胀型防火涂料是通过涂层自身的难 燃性或不燃性，在火焰或高温下释放出灭火燃性或不燃性，在火焰或高温下释放出灭火 性气体及形成无机釉状保护层，隔绝空气来性气体及形成无机釉状保护层，隔绝空气来 达到防火目

18、的的。达到防火目的的。 （1）无机非膨胀型）无机非膨胀型 （2）有机非膨胀型）有机非膨胀型 2.膨胀型的防火涂料膨胀型的防火涂料 膨胀型防火涂料的涂层是通过在火焰或高膨胀型防火涂料的涂层是通过在火焰或高 温下可以膨胀碳化，而形成均匀执迷的蜂窝状温下可以膨胀碳化，而形成均匀执迷的蜂窝状 或海绵状的碳质泡沫层，这层泡沫比原来膜厚或海绵状的碳质泡沫层，这层泡沫比原来膜厚 达到几十倍甚至上百倍以上。达到几十倍甚至上百倍以上。 特种涂料防火防污 8.2 变色涂料变色涂料 8.2.1 变色涂料简介变色涂料简介 一一.变色涂料的含义变色涂料的含义 变色涂料是指涂层的颜色随环境条件如光，变色涂料是指涂层的颜色

19、随环境条件如光， 温度，湿度，温度，湿度，PH值，电场，磁场等变化而变值，电场，磁场等变化而变 化的一种特殊涂料。化的一种特殊涂料。 受光，温度，受光，温度， 湿度，湿度，PH值，值， 电场，磁场等电场，磁场等 影响影响 特种涂料防火防污 二二.变色涂料的分类变色涂料的分类 变色涂料变色涂料 示温涂料示温涂料 1 变色龙涂料变色龙涂料 2 示温涂料示温涂料 变色龙涂料变色龙涂料 特种涂料防火防污 一一.示温涂料简介示温涂料简介 8.2.2 示温涂料示温涂料 1.示温涂料的概念示温涂料的概念 示温涂料是一种利用颜色变化测量物体表示温涂料是一种利用颜色变化测量物体表 面温度及温度分布的特种涂料，即

20、因受热而发面温度及温度分布的特种涂料，即因受热而发 生颜色变化以指示温度的涂料。示温涂料通常生颜色变化以指示温度的涂料。示温涂料通常 也称为热敏涂料。也称为热敏涂料。 超温后，显示超 温数字 特种涂料防火防污 示温涂料有较宽的测量范围其使用方便，示温涂料有较宽的测量范围其使用方便， 操作简单。操作简单。 2.示温涂料的性能特点示温涂料的性能特点 特种涂料防火防污 3.示温涂料的分类示温涂料的分类 根据示温涂料变色后出根据示温涂料变色后出 现颜色的稳定性可分为现颜色的稳定性可分为 可逆可逆 不可逆不可逆 根据示温涂料涂层随温根据示温涂料涂层随温 度变化出现的颜色的多度变化出现的颜色的多 少分为少

21、分为 单变色单变色 多变色多变色 根据变色物质可分为根据变色物质可分为 无机无机 液晶液晶 有机有机 特种涂料防火防污 4.示温涂料的主要用途示温涂料的主要用途 1.特别适宜在连续运转件和复杂结构物件进特别适宜在连续运转件和复杂结构物件进 行测温，这些部件往往是温度计，毫伏计难行测温，这些部件往往是温度计，毫伏计难 以测温或不可能测温的（高温时）。以测温或不可能测温的（高温时）。 2.适宜测量物体大表面积的温度分布又可同适宜测量物体大表面积的温度分布又可同 时测量许多元件部位的温度时测量许多元件部位的温度 4.低温可逆示温涂料广泛应用于民用方面，低温可逆示温涂料广泛应用于民用方面， 有着很好的

22、装饰美化和示警作用。有着很好的装饰美化和示警作用。 3.是一种很好的报警材料，例如化工反应釜，是一种很好的报警材料，例如化工反应釜， 石油裂解釜等的超温报警。石油裂解釜等的超温报警。 特种涂料防火防污 最早的示温涂最早的示温涂 料料 德国的德国的I.G法法 贝宁达公司的贝宁达公司的 热色线热色线 1938年年 20世纪世纪40 年代年代 20世纪世纪70 年代年代 高温单变色不高温单变色不 可逆涂料和高可逆涂料和高 温多变色不可温多变色不可 逆示温涂料逆示温涂料 70年代至年代至 今今 出现了灵敏变出现了灵敏变 色的示温片和色的示温片和 可逆示温涂料可逆示温涂料 逐渐向低温逐渐向低温 几可逆示

23、温几可逆示温 涂料方向发涂料方向发 展展 5.示温涂料的发展示温涂料的发展 示温涂料的发展大体上可以分为四个阶段：示温涂料的发展大体上可以分为四个阶段： 特种涂料防火防污 国家 领先领域 德国. 法国.美国. 高温单 变不可 逆 示温涂料 俄罗斯 高温多 变色示 温 涂料 日本 低温和可逆示 温涂料 发达国家的发展现状发达国家的发展现状 特种涂料防火防污 我国发展现状我国发展现状 我国对变色涂料的研究始于我国对变色涂料的研究始于60 年代年代, 在研在研 究和应用方面取得了可喜的进展究和应用方面取得了可喜的进展, 但是但是, 其研其研 究的产品大都属于高温不可逆变色涂料究的产品大都属于高温不可

24、逆变色涂料, 至于至于 低温可逆变色涂料研究还很少低温可逆变色涂料研究还很少, 几乎是空白几乎是空白. 近年来我国某些高校和科研单位（浙江近年来我国某些高校和科研单位（浙江 大学，复旦大学）研制可逆型示温涂料其产大学，复旦大学）研制可逆型示温涂料其产 品正在应用推广中品正在应用推广中. 特种涂料防火防污 二二.示温涂料的变色机理示温涂料的变色机理 不可逆示温涂料不可逆示温涂料 1.升华升华 靛蓝靛蓝+二氧化钛二氧化钛 蓝色涂层蓝色涂层 白色涂层白色涂层 靛蓝靛蓝 二二 氧氧 化化 钛钛 升华升华 特种涂料防火防污 1.晶型转变晶型转变 2.失去结晶水失去结晶水 3.PH值变化值变化 4.电子转

25、移电子转移 略略 可逆可逆 变色变色 示温示温 变色变色 机理机理 红色正方体红色正方体 蓝色斜方体蓝色斜方体 126C HgI2晶型转变示意图晶型转变示意图 晶体转变晶体转变 10H2OCoCl22C6H12N 4 特种涂料防火防污 三三.典型的示温涂料典型的示温涂料 1.高分子液晶可逆示温涂料高分子液晶可逆示温涂料 特种涂料防火防污 2.有机可逆示温涂料有机可逆示温涂料 特种涂料防火防污 热敏可逆变色有机颜料的基本组成及其热敏可逆变色有机颜料的基本组成及其 功能功能 决定显色决定显色 深浅深浅 电子给予体电子给予体 电子电子 接受接受 体体 调调 节节 剂剂 和和 增增 感感 剂剂 其他助

26、剂其他助剂 热敏可逆变热敏可逆变 色有机颜料色有机颜料 决定颜色决定颜色 决定变色决定变色 温度调节温度调节 变色灵敏变色灵敏 度度 组分组分物质物质 电子给予体电子给予体一般为可供电子一般为可供电子 的热敏染料的热敏染料 电子接受体电子接受体 一般为酚羟基化一般为酚羟基化 合物及其衍生物合物及其衍生物 和和 合羧基化合物合羧基化合物 及其衍生物及其衍生物 调节剂和增感剂调节剂和增感剂 为醇为醇 酯酯 酮醚酰酮醚酰 胺胺 羧酸类化合物羧酸类化合物 特种涂料防火防污 A组分 3-二乙氨基-7，8-苯并呋喃 10.0g 4，4-异亚丙基双酚 4.0g 十六烷醇 12.0g 乙烯-马来酸酐共聚物 3

27、0.0g B组分 结晶紫内酯 2.0g 镓酸十二烷基酯 6.0g 月桂酸 8.0g 异醛萘 3.0g A B组分分别制成微胶囊，再与基料混合研磨，配制成品 变色情况：红色蓝色 变温温度：30C 特种涂料防火防污 热色材料热色材料 研磨研磨 填料填料 基料基料 微胶囊微胶囊 硬化硬化 37%甲醛甲醛 冷却冷却10C NaCO3调节调节 PH=9.0 乳化乳化 阿拉伯胶阿拉伯胶 混合混合 明胶明胶 水水 稀释稀释 10%醋酸醋酸 调节调节PH值值4.9 工艺过程工艺过程 特种涂料防火防污 特种涂料防火防污 涂料种类 应用领域 单色高温不可逆示 温涂料 测量航空发动机及 炮弹等动态部件 多变色不可逆示温 涂料 航天航空及国防 可逆示温涂料家用电器及汽车等 装饰品上 特种涂料防火防污 测量温度 初始状态超温时显示 超温后，随着温度的升高，颜色颜 色发生了显著改变 ，同时显示超温 数字 超温后，颜色发生了显著改变 ，可 选60度70度80度 特种涂料防火防污 特种涂料防火防污 8.3.3 变色龙涂料变色龙涂料 变色龙涂料是伪装涂料的一种，主要用于变色龙涂料是伪装涂料的一种，主要用于 军事上在各种设施和仪器上涂一层伪装涂料后，军事上在各种