摘要：考察了氯化石蠟（氯烴-70）在水性鋼結(jié)構(gòu)防火涂料中的應(yīng)用情況。結(jié)果表明，氯烴-70能明顯增加涂層的發(fā)泡倍率，其在防火體系中的含量越高，涂層的耐火性能越好，但同時(shí)發(fā)泡層強(qiáng)度下降，添加少量的硅酸鋁纖維可以有效地解決發(fā)泡層強(qiáng)度下降的問(wèn)題。
關(guān)鍵詞：水性涂料；防火涂料；氯化石蠟；硅酸鋁纖維；鋼結(jié)構(gòu)
0引言
氯化石蠟由于具有較高的含氯量，較低的軟化溫度，在高溫下可以分解釋放出氣體，故具有阻燃、增塑和發(fā)泡的作用，同時(shí)還具有提供碳源作為成碳劑的作用[1]。氯化石蠟常用于對(duì)涂層的柔韌性要求較高的場(chǎng)合，如電纜防火涂料等。但是氯化石蠟在水性鋼結(jié)構(gòu)防火涂料中的應(yīng)用受到限制。因?yàn)槌Ｓ玫穆然炇怯腿苄缘囊后w，如果用在水性體系中，則需考慮其與水性體系的相容性問(wèn)題。常用的解決方法是通過(guò)乳化劑將其分散，但乳化劑容易引起涂層起泡，對(duì)涂膜外觀帶來(lái)不利影響。通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，作者選擇一種粉末氯化石蠟———氯烴-70作為水性防火涂料的助劑。本文考察了氯烴-70在乳液型水性鋼結(jié)構(gòu)防火涂料中的應(yīng)用情況。
1實(shí)驗(yàn)部分
1.1原料
聚磷酸銨（APP），工業(yè)級(jí)，四川都江堰海旺阻燃材料廠；季戊四醇（PER），工業(yè)級(jí)，云南天燃?xì)饣S；三聚氰胺（MEL），工業(yè)級(jí)，南京金星化工廠；去離子水，自制；氯偏乳液，工業(yè)品，南通江山樹(shù)脂廠；苯丙乳液（296D-S），工業(yè)品，上海巴斯夫分散體有限公司；氯烴-70，工業(yè)級(jí)，江蘇東臺(tái)市天元化工有限公司；硅酸鋁纖維，工業(yè)級(jí)，浙江德清國(guó)泰耐火保溫材料廠；絹云母粉，工業(yè)級(jí)，滁州格銳礦業(yè)有限責(zé)任公司。
1.2實(shí)驗(yàn)步驟
1.2.1涂料制備
按照配方稱量基料、阻燃劑、顏填料、助劑等。在分散罐中加入一定量的去離子水，攪拌下將顏填料、防火助劑依次緩慢倒入罐中高速分散。用三輥機(jī)研磨，細(xì)度控制在50～80μm。將基料、漿料及其他輔助成分按配方規(guī)定配成涂料，調(diào)整至規(guī)定的黏度，裝罐備用。
1.2.2標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試樣板的制備
參照GB1727—79采用刷涂法制備。用漆刷在規(guī)定的底板上快速均勻地沿縱橫方向涂刷，在底材上形成一層均勻的涂膜。刷涂時(shí)，不允許有空白或溢流現(xiàn)象。涂刷好的樣板平放于室溫干燥。
1.2.3防火性能測(cè)試
防火性能用耐火時(shí)間和發(fā)泡倍率來(lái)表示。耐火時(shí)間：用在燃燒的情況下，防火涂料發(fā)泡層不脫落，保持基材不燃燒的最長(zhǎng)時(shí)間來(lái)衡量。發(fā)泡倍率：用防火涂料燃燒前后的涂層厚度的比值來(lái)表示，計(jì)算公式如下：
N=（d1-d0）/d0
式中：N—發(fā)泡倍率，d0—燃燒前涂膜的厚度，mm；d1—燃燒后涂膜的厚度，mm。
2結(jié)果與討論
2.1氯烴-70對(duì)發(fā)泡性能的影響
保持其他防火助劑的比例（APP∶MEL∶PER=50∶35∶15）不變，比較添加氯烴-70前后涂層的發(fā)泡性能。其中，1號(hào)配方含有10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的氯烴-70，2號(hào)配方不含氯烴-70。
氯烴-70的加入能明顯增加涂層的發(fā)泡倍率。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，不加氯烴-70的配方，涂層受熱時(shí)，要用很長(zhǎng)時(shí)間才熔融、鼓起，而且有很多氣體從涂層中逸出；而加了氯烴-70的配方，涂層在加熱時(shí)，可以迅速熔融、鼓起，只有少量氣體逸出；這樣就直接增加了涂層的發(fā)泡倍率。
氯烴-70對(duì)防火涂料發(fā)泡性能的作用可從防火助劑的工作原理出發(fā)來(lái)分析。當(dāng)防火涂料遇火時(shí)，基料開(kāi)始吸熱熔融，引起整個(gè)涂層軟化。然后防火助劑開(kāi)始發(fā)揮作用，發(fā)泡、脫水、催化、成碳作用協(xié)同進(jìn)行，得到厚度增加幾十倍甚至上百倍的碳層，從而有效地隔絕熱量。這個(gè)過(guò)程中最開(kāi)始的階段是十分關(guān)鍵的。就是基料的軟化熔融溫度必須略低于防火助劑的分解溫度，才能保證產(chǎn)生的氣體使軟化的涂層發(fā)泡。如果相差太多，則基料有可能在防火助劑開(kāi)始分解前熱分解，發(fā)泡層就無(wú)法形成。在本研究工作中采用的基料是苯丙乳液和氯偏乳液混合物，用量比為5∶1，基料的軟化溫度為220℃左右，與防火助劑的分解溫度相差很大（聚磷酸銨：340℃；三聚氰胺：360℃；季戊四醇：345℃）[3]。這就意味著基料在防火助劑發(fā)生作用前就過(guò)早地軟化和碳化。例如試驗(yàn)中觀察到2號(hào)配方表層有燃燒現(xiàn)象，因此不能有效地形成發(fā)泡層；而在1號(hào)配方中，由于含有一定量的氯烴-70，情況就不同了。氯烴-70的分解溫度在210℃左右，在基料開(kāi)始軟化的時(shí)候就開(kāi)始分解，釋放出的CH4和HCl氣體可以使軟化的涂層發(fā)泡，同時(shí)HCl還有良好的阻燃作用，在220～340℃可有效防止涂層的燃燒。所以在1號(hào)配方耐火試驗(yàn)中未觀察到涂層燃燒現(xiàn)象。當(dāng)涂層的溫度升高到340℃左右的時(shí)候，防火助劑開(kāi)始發(fā)揮作用。由此可見(jiàn)，氯烴-70在燃燒初期保護(hù)了涂層，實(shí)現(xiàn)了涂層的梯次發(fā)泡的功能，從而達(dá)到了梯次防火的目的。
氯烴-70對(duì)涂層具有保護(hù)功能，我們系統(tǒng)地考察了其含量的增加對(duì)延長(zhǎng)耐火時(shí)間的作用。實(shí)驗(yàn)中保持涂料的其他組分不變，只改變氯烴-70的含量。隨著氯烴-70的含量的提高，耐火時(shí)間逐漸增加。說(shuō)明氯烴-70的含量越高，涂層的耐火性能就越好。
2.3填料對(duì)防火效果的影響
氯烴-70除了具有發(fā)泡、阻燃的功能外，對(duì)涂層有一定的增塑作用。在高溫下，氯烴-70使發(fā)泡層變得更軟、更疏松，這樣使得發(fā)泡層在高溫氣流的沖擊下容易出現(xiàn)塌陷，容易被沖刷而脫落。在上述的含氯烴-70的耐火實(shí)驗(yàn)中均發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象，含量越高，塌陷的范圍越大，加熱時(shí)間越長(zhǎng)，這種效應(yīng)就越明顯。所以需要考慮添加增強(qiáng)填料以增加發(fā)泡層強(qiáng)度。常用的增強(qiáng)填料有硅酸鹽類(lèi)和礦物類(lèi)
[1]實(shí)驗(yàn)考察了硅酸鋁纖維和絹云母粉對(duì)發(fā)泡層強(qiáng)度以及防火效果的影響。硅酸鋁纖維和絹云母粉的加入使發(fā)泡倍率略有下降，但增強(qiáng)了發(fā)泡層強(qiáng)度，從而延長(zhǎng)了耐火時(shí)間。與絹云母粉相比，硅酸鋁纖維不影響發(fā)泡層的致密性。所以，硅酸鋁纖維更適合用于充當(dāng)增強(qiáng)填料。
3結(jié)論
（1）氯烴-70具有阻燃、發(fā)泡的功能，在水性鋼結(jié)構(gòu)防火涂料中適量添加可以在燃燒初期保護(hù)涂層，實(shí)現(xiàn)涂層的梯次發(fā)泡功能，達(dá)到梯次防火的目的。
（2）氯烴-70的含量越高，涂層耐火時(shí)間越長(zhǎng)，但使發(fā)泡層強(qiáng)度下降，加入0.75%的硅酸鋁纖維可以有效增強(qiáng)發(fā)泡層的強(qiáng)度。 |
