无卤阻燃氢氧化镁在环境友好型防火涂料中的应用

1、无卤阻燃氢氧化镁在环境友好型无卤阻燃氢氧化镁在环境友好型防火涂料中的应用防火涂料中的应用 姓名：陈梁姓名：陈梁 学号：学号：S12112001S12112001 目目 录录Part 2：实验介绍：实验介绍Part 3：发展展望：发展展望 Part 1：前言：前言内容主要有如下内容主要有如下三三个方面：个方面： 钢材料钢材料聚合物材料强度高，延强度高，延伸率好，质伸率好，质量轻、易加量轻、易加工等优点工等优点建建筑筑行行业业 耐火极限低，易燃烧耐火极限低，易燃烧易引发火灾易引发火灾防防火火涂涂料料上海商学院火灾上海商学院火灾湖南大学天马公寓火灾湖南大学天马公寓火灾防火涂料的介绍防火涂料的介绍 防

2、火涂料的分类：防火涂料的分类：非膨胀型防火涂料非膨胀型防火涂料膨胀型防火涂料膨胀型防火涂料有机阻燃剂防火涂料有机阻燃剂防火涂料无机阻燃剂防火涂料无机阻燃剂防火涂料水溶型防火涂料水溶型防火涂料溶剂型防火涂料溶剂型防火涂料防火涂料防火涂料 防火隔热性能防火隔热性能 对被保护基材无腐蚀性或破坏性对被保护基材无腐蚀性或破坏性 良好的使用性能良好的使用性能 适当的粘度和流动性适当的粘度和流动性防防火火涂涂料料应应具具备备的的条条件件 防火涂料的组成及作用防火涂料的组成及作用 基料基料 基料是涂料的成基料是涂料的成膜物质，将各组膜物质，将各组分黏结在一起，分黏结在一起，固化后形成连续固化后形成连续的涂层。

3、防火涂的涂层。防火涂料的理化性能和料的理化性能和防火性能均受基防火性能均受基料影响料影响 溶剂溶剂溶解或分散基料，溶解或分散基料，改善涂料的黏度改善涂料的黏度便于施工和降低便于施工和降低成本成本 颜料颜料颜料对涂膜的遮颜料对涂膜的遮盖力，机械强度盖力，机械强度以及一些理化性以及一些理化性能都有影响能都有影响 助剂助剂用量少，作用很用量少，作用很显著，其可以改显著，其可以改善涂料的附着力、善涂料的附着力、遮盖力、稳定性遮盖力、稳定性等等防火涂料的组成及作用无机阻燃剂无机阻燃剂无机硅系阻燃剂等无机硅系阻燃剂等 石墨阻燃剂石墨阻燃剂无卤阻燃剂（金属氢氧化物为主）无卤阻燃剂（金属氢氧化物为主）有机硅系

4、有机硅系有机卤系（主要使用的阻燃剂）有机卤系（主要使用的阻燃剂）有机阻燃剂有机阻燃剂发烟量大，释放有毒发烟量大，释放有毒性气体，性气体，Dioxin问题问题低毒、不污染环境、来源丰富、价格低廉等特点低毒、不污染环境、来源丰富、价格低廉等特点金属氢氧化物阻燃剂金属氢氧化物阻燃剂金属氢氧化物比热容高，吸收的热量多金属氢氧化物比热容高，吸收的热量多分解放出结晶水，且水蒸发吸收大量热量，可分解放出结晶水，且水蒸发吸收大量热量，可以稀释空气中氧气浓度，起到气相阻燃的作用以稀释空气中氧气浓度，起到气相阻燃的作用金属氧化物的熔点高，覆盖在被保护基材表面金属氧化物的熔点高，覆盖在被保护基材表面形成有效的保护层

5、，起到固相阻燃的作用形成有效的保护层，起到固相阻燃的作用 用量过大时，才有较好用量过大时，才有较好的阻燃效果，但对材料的阻燃效果，但对材料的力学性能有很大影响的力学性能有很大影响金属氢氧化物阻燃剂的特点阻燃剂纳米化国外防火涂料的发展状况国外防火涂料的发展状况近代，用石膏，灰泥，水泥与水调和，涂敷于建筑物的表面，使之近代，用石膏，灰泥，水泥与水调和，涂敷于建筑物的表面，使之隔热防火，就是无机防火涂料的诞生。隔热防火，就是无机防火涂料的诞生。20 20 世纪世纪 30 30 年代已有以水玻璃为粘结剂，矿粉为填料的无机防火年代已有以水玻璃为粘结剂，矿粉为填料的无机防火涂料。随着阻燃剂的不断研发，防火

6、涂料从非膨胀型向膨胀型转变涂料。随着阻燃剂的不断研发，防火涂料从非膨胀型向膨胀型转变。20 20 世纪世纪 40 40 年代末期，人们开始研制有机膨胀型防火涂料，其防火年代末期，人们开始研制有机膨胀型防火涂料，其防火性能和理化性能明显优于硅酸盐为黏结剂的防火涂料。性能和理化性能明显优于硅酸盐为黏结剂的防火涂料。19951995年西欧各国阻燃剂消耗量为年西欧各国阻燃剂消耗量为2626万万t,t,无机添加型阻燃剂氢氧化无机添加型阻燃剂氢氧化铝和氢氧化镁占统治地位铝和氢氧化镁占统治地位, ,约约48%,48%,其中氢氧化镁仍呈增产势头。其中氢氧化镁仍呈增产势头。现在，防火涂料以水溶型为主，国外现在，

7、防火涂料以水溶型为主，国外( (如美国，日本等如美国，日本等) )膨胀型防火涂料中膨胀型防火涂料中水性涂料占水性涂料占 75% 75%以上，这与环境保护和节约能源密切相关。以上，这与环境保护和节约能源密切相关。国内防火涂料的发展状况国内防火涂料的发展状况初始阶段可以追溯到初始阶段可以追溯到 1958 1958 年，我国防火涂料开始了探寻和初步试验，年，我国防火涂料开始了探寻和初步试验，略具雏形。当时的防火涂料以水玻璃为黏结剂，加入高岭土、硅藻土、略具雏形。当时的防火涂料以水玻璃为黏结剂，加入高岭土、硅藻土、滑石粉等填料，用水作分散介质，该涂料对火灾有一定的阻碍效果但滑石粉等填料，用水作分散介质

8、，该涂料对火灾有一定的阻碍效果但是不是很明显，涂膜易开裂，耐水性差。是不是很明显，涂膜易开裂，耐水性差。20 20 世纪世纪6060年代，酚醛防火涂料、氯化橡胶防火涂料、氯化醇酸防火年代，酚醛防火涂料、氯化橡胶防火涂料、氯化醇酸防火涂料、过氧乙酸防火涂料被研制成功并投入生产，这些防火涂料具有涂料、过氧乙酸防火涂料被研制成功并投入生产，这些防火涂料具有良好的理化性能，制成的防火涂料具有一定的阻燃效果，但是还没有良好的理化性能，制成的防火涂料具有一定的阻燃效果，但是还没有形成真正的防火涂料。形成真正的防火涂料。从从1975 1975 年开始，我国对防火涂料的研究进入开创性和初步发展时期年开始，我国

9、对防火涂料的研究进入开创性和初步发展时期，研制出以水乳胶为基料的膨胀型防火涂料，采用磷酸铵、三聚氰胺，研制出以水乳胶为基料的膨胀型防火涂料，采用磷酸铵、三聚氰胺和季戊四醇为主要防火组分，该涂料的研制成功填补了我国水溶型膨和季戊四醇为主要防火组分，该涂料的研制成功填补了我国水溶型膨胀防火涂料的空白。胀防火涂料的空白。目前的研究重点在两方面目前的研究重点在两方面: :涂料基料和阻燃剂涂料基料和阻燃剂Part 2: 实验部分实验部分环境友好环境友好型的绿色型的绿色阻燃剂阻燃剂Concept氢氧化镁氢氧化镁 阻燃剂阻燃剂阻燃、消烟和阻燃、消烟和填充三重功能填充三重功能生产、使用和废弃生产、使用和废弃物

10、产生的过程中无物产生的过程中无有害物质排放有害物质排放, ,无污无污染染; ;分解温度高分解温度高, ,能能与多种成分复配与多种成分复配; ;具具有抗酸性有抗酸性添加型无添加型无机阻燃剂机阻燃剂1 1、氢氧化镁阻燃剂的概述、氢氧化镁阻燃剂的概述氢氧化镁氢氧化镁阻燃机理阻燃机理固相阻燃固相阻燃分解温度高为分解温度高为350-400350-400o oC,490C,490o oC C分解完全分解完全而而AI(OH)AI(OH)3 3分解温度为分解温度为250250o oC C受热分解成氧化镁和水受热分解成氧化镁和水, ,同时吸收大量的同时吸收大量的热热, ,从而抑制了聚合物材料的温度上升从而抑制了

11、聚合物材料的温度上升, ,延延缓其热分解并降低了燃烧速度缓其热分解并降低了燃烧速度. .释放出的释放出的水汽冲淡了表面氧气的浓度水汽冲淡了表面氧气的浓度, ,使表面燃烧使表面燃烧较难进行较难进行产生的氧化镁覆盖于聚合物表面产生的氧化镁覆盖于聚合物表面, ,起到了起到了一定的隔热作用一定的隔热作用; ;氢氧化镁有利于形成表氢氧化镁有利于形成表面炭化层面炭化层, ,阻止了热量和氧气的进入阻止了热量和氧气的进入气相阻燃气相阻燃2 2、氢氧化镁阻燃机理的介绍、氢氧化镁阻燃机理的介绍(1)(1)晶形为片状或纤维形。这样能够与聚合物很好地相容晶形为片状或纤维形。这样能够与聚合物很好地相容, ,不会对不会对

12、材料机械性能影响太大材料机械性能影响太大, ,甚至可以起到补强增韧作用。甚至可以起到补强增韧作用。(2)(2)纯度高。氢氧化镁的纯度越高纯度高。氢氧化镁的纯度越高, ,其阻燃性能就越好。其阻燃性能就越好。(3)(3)粒度小、分布均匀。实践证明纳米氢氧化镁作为阻燃剂填充粒度小、分布均匀。实践证明纳米氢氧化镁作为阻燃剂填充到材料中时到材料中时, ,各方面性能包括阻燃、消烟效果和机械性能都比微各方面性能包括阻燃、消烟效果和机械性能都比微米氢氧化镁优越。米氢氧化镁优越。(4)(4)表面极性低。普通氢氧化镁正是由于表面极性高、内应力大表面极性低。普通氢氧化镁正是由于表面极性高、内应力大, ,作为阻燃剂填

13、充到材料中时影响了材料的机械性能作为阻燃剂填充到材料中时影响了材料的机械性能, ,当表面极性当表面极性低时低时, ,颗粒积聚成团性能降低颗粒积聚成团性能降低, ,在材料中分散性和相容性增加在材料中分散性和相容性增加, ,对对机械性能影响减少。机械性能影响减少。3 3、氢氧化镁作为阻燃剂的要求、氢氧化镁作为阻燃剂的要求 目前目前, ,氢氧化镁阻燃剂的用量在以每年氢氧化镁阻燃剂的用量在以每年20%20%的速度增长的速度增长, ,具有广阔具有广阔的市场前景。因此的市场前景。因此, ,本文的选择氢氧化镁作为阻燃剂本文的选择氢氧化镁作为阻燃剂, ,又由于纳米又由于纳米材料具有小尺寸效应、表面与界面效应、

14、量子尺寸效应和宏观量材料具有小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特性子隧道效应等特性, ,以及填加量低以及填加量低, ,阻燃效率高等优点阻燃效率高等优点, ,根据以上根据以上特性要求特性要求, ,本文选择使用表面改性的纳米氢氧化镁作为阻燃剂。本文选择使用表面改性的纳米氢氧化镁作为阻燃剂。4 4、纳米氢氧化镁制备工艺流程、纳米氢氧化镁制备工艺流程 加Na0H 融解沉淀反应老化过滤洗涤无水乙醇浸泡干燥 碾磨氢氧化镁粉末 七水硫酸镁 纳米氢氧化镁制备工艺流程图纳米氢氧化镁制备工艺流程图 制备纳米氢氧化镁的最佳工艺条件为制备纳米氢氧化镁的最佳工艺条件为:MgSO:MgSO4 4

15、水溶液的浓度为水溶液的浓度为0.1molL0.1molL-1-1, Na0H, Na0H溶液的浓度为溶液的浓度为5molL5molL-1-1, ,反应温度为反应温度为55,55,搅搅拌速度为拌速度为900rmin900rmin-1-1, ,滴定终点滴定终点pHpH值为值为13,13,陈化时间为陈化时间为90min90min。 本文采取以下研究方法来制备氢氧化镁防火涂料: 首先,选择不同分数的氢氧化镁,其它组分比例恒定做同一个批次的横向比较,然后按照一种设计配方,加入树脂、溶剂等原料,用搅拌机搅拌30min;然后加入阻燃剂、助剂等其他原料,再搅拌半个小时左右,放入行星式球磨机中研磨约12h,出料

16、后视要求加入稀释剂溶液调节粘度,与固化剂组分按一定的配比混合,在样板上涂膜,选择表观性能和燃烧性能最好配方和配比作进一步研究。 其次,根据防火涂料各组分的最佳配方合成防火涂料,进行涂膜试验,检测其防火性能和理化性能,以进一步验证配方为防火涂料中的最佳配方。5、氢氧化镁防火涂料的制备研究方法、氢氧化镁防火涂料的制备研究方法 最后,根据最优配方,选用不同粒度的氢氧化镁合成防火涂料,与固化剂混合涂膜,用TG一DTA分析法表征氢氧化镁在该防火涂料的阻燃隔热效果。 以环氧树脂和聚酰胺树脂为主要树脂基体,以磷酸二氢铵、季戊四醇和三聚氰胺即传统的P一C一C体系作为阻燃体系,以自制纳米氢氧化镁为阻燃剂,添加溶

17、剂和其他助剂,配制膨胀型防火涂料。具体的实验用料、仪器和防火涂料制备工艺流程如下图表所示: 防火涂料制备原料列表防火涂料制备原料列表原料名称原料名称生产厂家生产厂家环氧树脂WSR6101蓝星新材料无锡树脂厂季戊四醇(PER)东陵精细化学公司三聚氰胺东陵精细化学公司磷酸二氢铵沈阳试剂厂氢氧化镁自制聚酰胺树脂蓝星新材料无锡树脂厂正丁醇沈阳新华试剂厂二甲苯天津市科密欧试剂开发中心氢氧化镁防火涂料制备工艺流程氢氧化镁防火涂料制备工艺流程 环氧树脂溶剂氢氧化镁 三聚氰胺 磷酸二氢铵碾磨混合溶解季戊四醇 助剂溶剂混合搅拌均匀球磨 防火涂料氢氧化镁防火涂料制备工艺流程图6 6、防火涂料的性能检测方法、防火涂料的性能检测方法 防火涂料按GB15442.1的规定进行防火性能分级及试验; 按GB/T15442.2的规定进行耐燃时间测试(大板燃烧法); 按GB/TI5442.3的规定进行火焰传播比值测试(隧道燃烧法); 按GB/T15442.4的规定进行阻燃性能测试(小室燃烧法) 防火涂料的发展趋势：防火涂料关键部