納米阻燃劑在飾面型防火涂料中的應(yīng)用.

1、納米阻燃劑在飾面型防火涂料中的應(yīng)用隨著社會(huì)的發(fā)展和物質(zhì)財(cái)富的不斷增加，人們的生活和工作條件日益改善，建 筑物外部及室內(nèi)裝飾材料廣泛采用涂飾技術(shù)，飾面型防火涂料是一種集裝飾和 防火為一體的新型涂料品種。當(dāng)它涂覆于可燃基材表面時(shí)，平時(shí)可起到一定的 裝飾作用，一旦發(fā)生火災(zāi)則能夠阻止火勢(shì)蔓延，達(dá)到保護(hù)基材，使人們有足夠 時(shí)間離開火場(chǎng)和組織搶救的目的。但是在飾面型防火涂料的質(zhì)量方面還存在著 一些問題，利用納米阻燃劑提高飾面型防火涂料的性能具有非常重要的理論價(jià) 值和現(xiàn)實(shí)意義。1飾面型防火涂料的分類及在使用中存在的問題1.1飾面型防火涂料的分類飾面防火涂料按其防火作用特點(diǎn)及組成可分為非膨脹型防火涂料和膨脹型

2、防火 涂料兩大類。非膨脹型防火涂料又分為兩類，即難燃性防火涂料和不燃性防火 涂料。難燃性防火涂料即自身難燃，包括乳液性難燃涂料及含阻燃劑的防火涂 料。不燃性防火涂料為無機(jī)質(zhì)涂料，配合無機(jī)顏料而成的完全不燃性防火涂 料，其特點(diǎn)是在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，不產(chǎn)生煙及分解氣體，耐熱性良好，表面硬度 高，耐候性優(yōu)良，易著色，缺點(diǎn)是難以施工，對(duì)底材的附著性、柔韌性差。非 膨脹防火涂料主要使用三氧化二銻、硼酸鹽、改性偏硼酸鋇、硅石等阻燃劑。1.2飾面型防火涂料在使用中存在的問題涂覆處理不到位，起不到應(yīng)有的防火作用。涂覆處理不到位主要有兩種 情況：應(yīng)該涂覆的部位未進(jìn)行涂覆；涂覆量不足。在對(duì)裝修工程驗(yàn)收時(shí)， 經(jīng)常發(fā)現(xiàn)許多

3、木質(zhì)裝修材料未經(jīng)防火處理，或者只是表面薄薄地涂覆了一層防 火涂料，有些甚至連基材的顏色都未能完全覆蓋。飾面型防火涂料中的透明防火涂料的應(yīng)用太少。與電纜防火、鋼結(jié)構(gòu)防 火涂料不同，飾面型防火涂料中的透明防火涂料的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，即便是在國(guó) 外也很少有完全成熟的產(chǎn)品，涂料體系的穩(wěn)定性較差。目前在市場(chǎng)上還沒有使 用壽命超過3年的產(chǎn)品。防火涂料質(zhì)量參差不齊，無法保證防火效果。飾面型防火涂料由于其生 產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備要求低，而且有成熟的配方，門檻低、生產(chǎn)廠家比較多。由 于企業(yè)的規(guī)模小，檔次低，真正的質(zhì)量管理體系大多沒有建立。許多企業(yè)缺乏 必要的原材料和成品檢驗(yàn)手段，缺少經(jīng)過專門培訓(xùn)的專業(yè)檢驗(yàn)人員，因此防火

4、 涂料的質(zhì)量很不穩(wěn)定。從國(guó)家防火建筑材料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心多年來對(duì)全國(guó)飾 面型防火涂料的質(zhì)量抽查情況來看，合格率基本都在50%60%可看出這一問題的嚴(yán)重性。2飾面型防火涂料的阻燃機(jī)理固態(tài)物質(zhì)在空氣中燃燒一般可分為 3個(gè)階段：物質(zhì)受熱分解產(chǎn)生可燃性氣體 產(chǎn)物；可燃?xì)怏w在空氣中燃燒；燃燒產(chǎn)生的部分熱量使固態(tài)物質(zhì)或熔融態(tài) 物質(zhì)繼續(xù)分解，并使燃燒繼續(xù)。阻燃機(jī)理的目的就是使上述3個(gè)階段中的一個(gè)或者數(shù)個(gè)終止。例如用難燃或不燃的涂料將可燃物表面封閉起來，避免基材與 空氣接觸，就可使可燃物表面變成難燃或不燃的表面。要實(shí)現(xiàn)涂層自身的難燃 或不燃，可以把阻燃元素連接到有機(jī)高聚物分子中去，實(shí)現(xiàn)成膜物質(zhì)的難燃 化；或可

5、以添加不燃性添加劑到涂料中去，增強(qiáng)涂料的難燃性；也可以采用不 燃性的無機(jī)黏合劑作為涂層的成膜物質(zhì)來實(shí)現(xiàn)涂層的不燃性。2.1非膨脹型防火涂料的阻燃機(jī)理 非膨脹型防火涂料主要通過兩條途徑發(fā)揮防火作用：是涂層自身的難燃性或 不燃性；在火焰或高溫作用下分解釋放出不可燃性氣體（如水蒸氣、氨氣、 氯化氫、二氧化碳等）以沖淡空氣中氧氣的濃度，并形成結(jié)構(gòu)致密的不燃性“釉質(zhì)層”，達(dá)到隔絕空氣的目的。此過程是吸熱反應(yīng)，能消耗大量的熱，有 利于降低體系的溫度。防火涂料中低密度耐高溫的無機(jī)物或中空微球材料成膜 時(shí)形成熱導(dǎo)率低的隔熱阻燃涂層，起到良好的防火隔熱效果。2.2膨脹型防火涂料的阻燃機(jī)理 膨脹型防火涂料成膜后，

6、常溫下與普通漆膜無異。但在火焰或高溫下，涂層劇 烈發(fā)泡炭化形成一個(gè)比原涂膜厚幾十倍甚至幾百倍的難燃的泡沫碳化層。它 可以隔絕外界火源對(duì)基材的直接加熱，起到阻燃作用。涂層炭化膨脹時(shí)，涂層 厚度增大幾十倍甚至上百倍，而涂層的導(dǎo)熱系數(shù)卻在下降，最后通過膨脹炭層 傳遞到基材的熱量只有原涂層的幾十分之一甚至幾百分之一，使基材得以較好 的保護(hù)。從宏觀上看，炭質(zhì)層的形成對(duì)防火作用有 4個(gè)方面的貢獻(xiàn)：隔斷火 焰對(duì)底材的直接加熱；涂層的軟化、熔融、膨脹等物理變化及聚合物、填 料、助劑的分解、蒸發(fā)和炭化等化學(xué)作用將吸收大量的熱量；隔絕底材和空 氣的接觸；分解出的不燃性氣體能沖淡空氣中氧氣的濃度。在防火涂料中， 通

7、常膨脹型防火涂料的防火性能比非膨脹型防火性能優(yōu)異。3納米阻燃劑的優(yōu)點(diǎn)研究中發(fā)現(xiàn)，有些納米材料具有阻止燃燒的功能，如果將它們作為阻燃劑添加 到可燃材料中，可以改變這些可燃材料的燃燒性能，使其成為難燃燒材料。3.1納米超細(xì)粉阻燃材料 阻燃劑在高分子材料加工過程中的重要助劑之一，如果采用納米技術(shù)對(duì)高分子 材料進(jìn)行阻燃處理，可以實(shí)現(xiàn)難燃性和自息性。目前，使用的阻燃劑大多數(shù)為 無機(jī)阻燃劑，它們包括銻系阻燃劑、鋁系阻燃劑、磷系阻燃劑和硼系阻燃劑 等。由于這些阻燃劑添加到聚合物中，會(huì)引起聚合物的加工工藝及產(chǎn)品性能發(fā) 生改變，特別是對(duì)模塑產(chǎn)品、擠型產(chǎn)品和薄膜產(chǎn)品的表面光潔度影響較大，故 需要使所有添加型無機(jī)阻

8、燃劑的粒度超細(xì)化。像目前使用最多的一種添加型阻 燃劑三氧化二銻，其顆粒大小和形態(tài)對(duì)塑料制品和紡織織物的性能和阻燃效果 影響非常大。粒度是三氧化二銻的重要指標(biāo)，只有當(dāng)三氧化二銻的粒度處于納 米量級(jí)時(shí)才會(huì)使其本身具有較大的比表面積，對(duì)織物的滲透性大，黏附力高， 具有很強(qiáng)的耐洗牢度，阻燃效果也非常明顯。超細(xì)化的阻燃劑可以改善材料的力學(xué)性能，減少阻燃劑的用量，滿足工藝要 求。納米級(jí)三氧化二銻阻燃材料由于其粒度的變小具有特殊的延展性能，在阻燃性 能方面比微米級(jí)三氧化二銻有了數(shù)量級(jí)的提高。尤其重要的是由于納米級(jí)三氧 化二銻粒子直徑小于化纖纖維的直徑，有可能加入到化纖原料母粒中，這樣紡 絲后在化纖中均勻分布

9、阻燃材料，從而使得纖維本身具有高效阻燃性。3.2阻燃納米復(fù)合材料盡管使用超細(xì)阻燃劑能有效地提高聚合物的阻燃性能，但也存在一些問題，如 不能有效控制有毒氣體的釋放及大量煙霧的生成，添加阻燃劑后會(huì)影響聚合物 的機(jī)械性能，還會(huì)造成一定的環(huán)境影響。因此，研究并使用聚合物/層狀無機(jī) 物納米復(fù)合材料將能同時(shí)滿足上述要求并具有較好的阻燃性能。納米復(fù)合材料 實(shí)際上是將材料中的一個(gè)或多個(gè)以納米尺寸或分子水平均勻分散在另一組分的 基體中。據(jù)國(guó)外資料報(bào)道，由于這樣處理后的材料存在超細(xì)的尺寸，所以其性 質(zhì)比其相應(yīng)的宏觀或微米級(jí)復(fù)合材料均有較大的改善。目前在實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)制備 出納米級(jí)環(huán)氧樹脂、聚苯乙烯、聚丙烯、尼龍 -6

10、、丙烯酸等復(fù)合材料。如尼龍- 6/蒙脫土 (4.2%)納米復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度比純尼龍-6增強(qiáng)50%玻璃化溫度比 純尼龍-6提高約90C ;同時(shí)熱釋放效率也比純尼龍-6要低得很多。聚合物/層狀元機(jī)物納米復(fù)合材料具有比傳統(tǒng)填充材料優(yōu)異得多的力學(xué)性能、 熱性能、阻燃性能、各向異性等。國(guó)外已將聚合物/層狀無機(jī)物納米復(fù)合材料 用于制造汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的配件，并準(zhǔn)備應(yīng)用于飛機(jī)內(nèi)部材料、燃料艙、電子或電 氣部件、護(hù)罩內(nèi)的結(jié)構(gòu)部件、制動(dòng)器和輪胎制造等。4納米阻燃劑的制備納米阻燃劑多是氧化物(Cu0、Zn0、Fe203等)和復(fù)合化合物，其制備的方法多 采用制備納米粒子的液相法。通常的液相法有：直接沉淀法、溶膠一凝膠法、 共沉淀法。此外，還有微波合成法、電弧法等。4.1直接沉淀法在金屬鹽溶液中加入沉淀劑，在一定條件下生成沉淀析出，將陰離子除去，沉 淀經(jīng)洗滌、熱分解等處理可制得超細(xì)產(chǎn)物。選用不同的沉淀劑可得到不同的沉 淀產(chǎn)物，常見的沉淀劑為 NH3H2O NaOH (NH4)4 C02、NaC03. (NH2)2C2O4 等。如王志強(qiáng)等以工業(yè)氯化鎂、氨水為前驅(qū)體，在水一乙醇體系下可合成粒度 為100 nn 200nm氫氧化鎂超細(xì)粉體。用氨水從氯化鎂溶液中沉淀出Mg(OH)z可得到高分散氫氧