膨脹型防火涂料對(duì)涂料防火性能的影響

1、膨脹型防火涂料對(duì)涂料防火性能的影響1.前言防火涂料又叫阻燃涂料，它是一種涂刷在建筑物內(nèi)的木材、纖維板、紙板、塑料等易燃基材上或用于電纜、金屬構(gòu)件的表面，起防火保護(hù)和裝飾作用的專用涂料。使用它可以阻止火勢(shì)迅速蔓延，防止小火釀成大災(zāi)，給救災(zāi)人員贏得時(shí)間。膨脹型防火涂料是防火涂料家族中的的主要類型。由于它在受火時(shí)組分間協(xié)合作用，膨脹發(fā)泡形成泡沫層，泡沫層不僅隔絕了氧氣，而且具有良好的隔熱性能，可以延滯熱量傳向被保護(hù)基材的速度，防止火焰迅速蔓延。此外，涂層膨脹形成泡沫隔熱層的過程是吸熱反應(yīng)，使體系的溫度降低，故其阻燃防火效果顯著。因而目前國內(nèi)外無論是飾面型防火涂料，還是鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，或者是電纜防火涂

2、料的研制絕大多數(shù)都是走“膨脹型 ”這條技術(shù)路線。由于膨脹型防火涂料的防火隔熱效能是依靠涂層膨脹后形成的發(fā)泡層所具有的低導(dǎo)熱性而實(shí)現(xiàn)的，因此發(fā)泡層質(zhì)量的好壞，直接影響涂料防火隔熱性能的優(yōu)劣。國家建設(shè)事業(yè)不斷發(fā)展， “四化 ”進(jìn)程不斷加快，各種建筑象雨后春筍，日益增多。隨著消防法規(guī)的貫徹實(shí)施，各行各業(yè)對(duì)使用防火涂料作阻燃防火保護(hù)的要求也日益增加，各種系列的膨脹型防火涂料品種不斷問世，近幾年來，國內(nèi)外膨脹型防火涂料產(chǎn)品已涉及到油溶型、水乳膠型以及水性等系列，并且繼續(xù)朝著開發(fā)新品種的趨勢(shì)發(fā)展，可以說是方興未艾、推陳出新。在這樣的形勢(shì)下，對(duì)膨脹型防火涂料的發(fā)泡層質(zhì)量進(jìn)行深入的分析研究，為進(jìn)一步開發(fā)高效優(yōu)

3、質(zhì)的膨脹防火涂料品種提供一些有價(jià)值的參考依據(jù)，具有重要的意義。為此，我們對(duì)通過公安部技術(shù)鑒定的“E601 膨脹型無機(jī)防火涂料”（水性）和 “SCB超薄膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料”（溶劑型）作了涂料膨脹發(fā)泡層質(zhì)量的分析研究。2.實(shí)驗(yàn)分析研究部分膨脹型防火涂料膨脹發(fā)泡形成炭質(zhì)泡沫層需要酸源 （催化劑）、氣源（發(fā)泡劑）和碳源三個(gè)基本要素，同時(shí)要求三要素間能有機(jī)協(xié)合。涂膜受熱軟化，其中的氣源材料發(fā)生分解并產(chǎn)生氣體，氣體的逸出使軟化了的涂膜鼓泡、膨脹，與此同時(shí)，酸源分解放出游離子酸類，催化炭化材料，使其脫水形成炭架，使膨脹起來的涂層具有一定的密實(shí)性，隨著此過程的進(jìn)行，最終形成絕熱性良好的膨脹發(fā)泡層。為了防止涂

4、料中的有機(jī)物產(chǎn)生火焰，往往還加入一些阻燃劑，如氯化石蠟、四溴雙酚等 A 類，籍這類阻燃劑分解放出的鹵素，中止燃燒反應(yīng)。從涂膜膨脹發(fā)泡機(jī)理中可以看出，了泡層發(fā)泡率的高低，與發(fā)泡劑密切相關(guān)，而發(fā)泡層的密實(shí)，與碳源材料密切相關(guān)。涂料膨脹發(fā)泡層的質(zhì)量由發(fā)泡層的高低和疏密兩個(gè)方面體現(xiàn)出來，因此我們針對(duì)這兩個(gè)方面進(jìn)行研究和分析。2.1 發(fā)泡層高度對(duì)防火涂料防火性能的影響在“E601 膨脹型無機(jī)防火涂料 ”和“SCB膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料”中，將其他分固定不變，然后分別加入不同量的發(fā)泡劑，使涂料膨脹發(fā)泡層的高度不一樣。將E60 防火涂料涂在木質(zhì)膠合板（三層）基材上，待其干燥后用大號(hào)酒精燈燒相同的時(shí)間；將SCB

5、 鋼結(jié)構(gòu)防火涂料涂在20× 20cm的鋼板（ 3mm 厚）基材上，待其干燥后用柴油在小型模擬構(gòu)件爐上燒相同的時(shí)間，以試件背火面溫度的情況，觀察不同的膨脹發(fā)泡層高度對(duì)涂料防火隔熱效果的影響。通過大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，如涂料膨脹發(fā)泡率太低，則發(fā)泡層的隔熱性差，因?yàn)榛鹪磁c基材之間的有效隔熱距離近，出現(xiàn)基材背火面溫度升溫很快，因而防火隔熱效果差；若涂料膨脹發(fā)泡率太大，則發(fā)泡層強(qiáng)度差，容易被火焰沖破，使其開裂甚至脫落，這時(shí)火焰直接進(jìn)攻基材，基材失去隔熱屏障，很快升溫炭化直至發(fā)生燃燒。當(dāng)涂料膨脹發(fā)泡層高度在某一值附近時(shí)，發(fā)泡層既有一定的強(qiáng)度，又使火源與基材有一定的隔熱距離，從而取得良好的隔熱效

6、果。在膨脹防火涂料的研制過程中，注意掌握發(fā)泡劑的量，是研制優(yōu)劣防火涂料的一個(gè)重要方面。2.2 發(fā)泡層密實(shí)度對(duì)涂料防火性能的影響前面已經(jīng)談到，發(fā)泡層的質(zhì)量由發(fā)泡層的發(fā)泡率和密實(shí)度兩個(gè)方面體現(xiàn)，下面我們來看看發(fā)泡層的密實(shí)度的變化對(duì)涂料防火性能的影響。在大量實(shí)驗(yàn)研究中，發(fā)現(xiàn)在膨脹防火涂料中加入無機(jī)添加劑，如金屬氧化物、硅藻土、二氧化硅、浮石、高嶺土等，可以使膨脹發(fā)泡層密實(shí)，而使涂料的防火性能提高。為此，在上述兩種防火涂料中，分別將發(fā)泡劑的量固定在最佳發(fā)泡高度所需的量上，然后加入不同量的無機(jī)添加劑（骨架材料），觀察發(fā)泡層的密實(shí)情況所對(duì)應(yīng)的涂料防火隔熱效果。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，發(fā)泡層隨無機(jī)添加劑的加入量的

7、增加由疏松變得致密，但與此同時(shí)，發(fā)泡層的高度也隨無機(jī)添加劑的用量的增大而降低，因此防火隔熱性能的呈現(xiàn)出山峰形，根據(jù)這一現(xiàn)象，我們認(rèn)為，無機(jī)添加劑的添加量也存在一個(gè)最佳值的問題，在最佳值時(shí)，涂料膨脹發(fā)泡層既有一定高度，以有一定密實(shí)度，這樣使發(fā)泡層既不容易被火焰沖破，又有較好的絕熱性，從而取得良好的防火隔熱效果。關(guān)于加入過量無機(jī)添加劑對(duì)涂料膨脹發(fā)泡層質(zhì)量的提高，使其達(dá)到最佳防火效果，我們分析主要是下面原因：首先，無機(jī)添加劑的加入使發(fā)泡層的強(qiáng)度得以提高，避免了發(fā)泡層被火焰沖破或發(fā)泡層脫落等現(xiàn)象。其次，這些無機(jī)添加劑不僅能使涂料膨脹發(fā)泡層很致密，而且它們?cè)谑芑饡r(shí)不可能成為氣體化合物而燒失，因此，即使在

8、持續(xù)的火焰作用下，無機(jī)添加劑也不會(huì)象有機(jī)物那樣變?yōu)闅怏w逸出。由于他們的穩(wěn)定性而使膨脹發(fā)泡層保持有效的骨架成分， 而長時(shí)間保持高效的隔熱性，使膨脹發(fā)泡層經(jīng)久耐燒。3.結(jié)論雖然實(shí)驗(yàn)研究是用 “E601 膨脹型無機(jī)防火涂料 ”和“SCB膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料 ”進(jìn)行的，但對(duì)于各類膨脹防火涂料，它們的膨脹發(fā)泡機(jī)理基本上都是一致的，都是酸源、氣源、和碳源三者有機(jī)協(xié)合的結(jié)果，因此我們認(rèn)為本研究所得出的結(jié)果具有一定的普遍意義。根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究及現(xiàn)象分析，可以作出下述結(jié)論：3.1 對(duì)于膨脹型防火涂料， 涂層在膨脹發(fā)泡形成阻燃隔熱保護(hù)層的過程中，存在著發(fā)泡率與發(fā)泡層密實(shí)度這一對(duì)矛盾，如何解決這一矛盾，是研究高效膨脹型防火涂料的關(guān)鍵技術(shù)之一；3.2 膨脹型防火涂料防火隔熱性能優(yōu)劣的判別，可用發(fā)泡層質(zhì)量的高低來判別。發(fā)泡層的質(zhì)量不能單用