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膨胀型饰面防火涂料及其发展
发布者:百事化工 发布时间:2013/2/28 17:15:51 阅读:572

饰面型防火涂料作为一种新型涂料,集装饰和防火于一体,当它涂覆在易燃基材(如木材、塑料、纸板、纤维板等)表面上时,能够起到一定的装饰作用,一旦发生火灾,涂层则可阻止火势蔓延,从而达到保护可燃基材、使人们有足够的时间离开危险的火灾现场及开展组织抢救工作的目的。
1 防火原理
1.1 防火机理
防火涂料防火的机理:
(1) 防火涂料遇火受热,放出不燃性的惰性气体,可冲淡基材受热分解时放出的易燃气体和空气中的氧气,抑制燃烧。
(2) 含氮、磷的防火涂料受热分解放出一些活性自由基团,与有机自由基结合,中断连锁反应,降低或止燃烧。
(3) 膨胀防火涂料遇火膨胀发泡,形成海绵状或蜂窝状隔热、隔氧的膨胀碳层,封闭被保护基材,阻止基材燃烧。
(4) 涂层的软化、熔融、膨胀等物理变化及聚合物、填料、助剂的分解、蒸发和炭化等化学作用将吸收大量热量,抵消一部分外界作用于物体的热,从而对底材的受热升温过程起延滞作用。
1.2 防火作用的过程
对膨胀型饰面防火涂料的研究方面基本上形成了P-C-N或P-C-N-C l阻燃体系。该体系根据其机理包括脱水催化剂、成炭剂和发泡剂3个部分。其中应用最广、最典型的是A P P-P E RMEL膨胀阻燃体系。
膨胀防火涂料发挥作用的过程如下:首先防火阻燃体系中的脱水催化剂聚磷酸铵分解放出能酯化多元醇和可作为脱水剂的无机酸聚偏磷酸,与多元醇成炭剂季戊四醇、成膜物质等含羟基化合物进行酯化反应,而体系中的胺则作为酯化反应的催化剂,使酯化反应加速进行。而后,发泡剂三聚氰胺热分解,释放出非燃性气体NH3,同时成膜物质中部分成分分解产生N H3、HCl和水蒸气等使已处于熔融状态的体系持续地膨胀发泡,形成泡沫层,与此同时多元醇和酯脱水炭化,形成无机物及炭化残余物,且体系进一步发生膨胀发泡。反应接近完成时,体系胶化和固化,脱水成炭,生成的不饱和主链,再进行环化架桥反应,最后生成致密坚硬的黑色蜂窝状炭化层。
饰面型防火涂料涂层膨胀后形成的蜂窝状炭化层厚度要比未膨胀时的厚度大几十甚至几百倍,而泡沫炭化层的λ值接近气体。于是,通过泡沫炭化层传给底材的热量只有未膨胀涂层的几十甚至几百分之一,因此,可以有效地隔绝外部热源,保护基材。
2 膨胀型饰面防火涂料的分类
2.1 溶剂型饰面防火涂料
溶剂型饰面防火涂料是指以有机溶剂作分散介质的一类饰面型防火涂料,其成膜物一般为合成的有机高分子树脂,主要有:酚醛树脂、过氯乙烯、氯化橡胶、丙烯酸、改性氨基树脂、有机硅树脂等,一般以200#溶剂汽油、香蕉水、醋酸丁酯等为溶剂。在成膜物中加入发泡剂、阻燃剂、成炭剂及其他填料组成防火体系,受火时形成均匀而致密的蜂窝状或海绵状的碳质泡沫层,对可燃基材有良好的保护作用。
溶剂型饰面防火涂料涂层的耐水和防潮性能一般比较优异,适合于相对较潮湿环境下使用。此外,溶剂型饰面防火涂料其涂层一般光泽较好,具有较好的装饰性。
2.2 水性饰面防火涂料
水溶性饰面防火涂料,是指以水作分散介质的一类饰面型防火涂料,其成膜物一般是有机高分子树脂。用于水性饰面防火涂料成膜物质的树脂主要有丙烯酸树脂、氯丁乳液、醋酸乙烯乳液、苯丙乳液等,一般以乳液型饰面防火涂料居多。上述水性高分子化合物,加入发泡剂、催化剂、成炭剂及其他填料组成防火体系,受火时形成均匀而致密的蜂窝状或海绵状的碳质泡沫层,对可燃基材有良好的保护作用。水性饰面防火涂料以水为介质,无毒、不燃烧、无三废公害,而且在生产、储存、运输和施工过程都十分安全和方便。此外水性饰面防火涂料还具有易干燥、施工速度快的优点。但水溶性饰面防火涂料涂层的耐水和防潮性能不如溶剂型饰面防火涂料,因此,一般宜用于室内,并尽量避免在较潮湿的部位使用。
随着中国加入WTO以及市场的国际化,对涂料的环境友好性能提出了更高的要求,挥发性有机物(VOC)含量很高的溶剂型涂料的使用越来越受到严格的控制,而水性涂料在这方面发挥了自身的优势,占据了大部分市场,也是今后防火涂料发展的方向。
3 国内外饰面型防火涂料性能测试标准现状
3.1 我国饰面型防火涂料性能测试标准
我国的饰面型防火涂料质量检验按照GB12441-2005《饰面型防火涂料》进行。饰面型防火涂料技术要求应符合表1规定要求。
表1 饰面型防火涂料技术指标

项目
技术指标
缺陷
类别
容器中的状态
吴结块,搅拌后成均匀状态
C
细度/um
≤90
C
干燥时间/h
表干
≤5
C
实干
≤24
附着力/级
≤3
A
柔韧性/mm
≤3
B
耐冲击性/(kg·cm)
≥20
B
耐水性(24 h)
无起皱、无剥落,允许轻微失光和变色
B
耐湿热性(48 h)
不起泡、不脱落,允许轻微失光和变色
B
耐燃时间/min
≥15
A
火焰传播比值
≤25
A
质量损失/g
≤5.0
A
炭化体积/cm3
≤25
A

最新颁布的G B 12441-2005《饰面型防火涂料》标准相比于G B 12441-1998,其技术指标取消了饰面型防火性能的等级划分,引入了缺陷类别。从现行防火技术指标来看,除了耐燃时间采取了折中的形式外,其他各项指标都采取了相当于G B12441-1998中一级防火涂料的指标。所以,从总体上来说,现行国标的执行标准更加地严格。
3.2 国外饰面型防火涂料性能测试标准
目前国际上对饰面型防火涂料性能的评价标准,较为著名的主要有美国的ASTM E84和ASTMD1360;日本的JISA1321、JISA1322和JISK5661等。ASTM E84是对建筑物内装饰材料的防火性能进行测试,测试项目有火焰传播速度、烟浓度和燃烧温度;ASTMD1360是对木质底材涂料防火性能进行测试,测试的项目有失重率和炭化指数等。日本的JISA1321也是针对建筑内装饰材料防火性能试验,测试的指标主要有延燃性、残焰时间熔融、变形损坏程度、发烟量、底材温度和阻燃时间;JISK5661是对建筑饰面型防火涂料燃烧性能进行测试,它是按JISA1321难燃2级和难燃3级来判定的。表2是日本JIS标准中规定的建筑用防火涂料技术指标。
表2 建筑用防火涂料技术指标

指标
炭化长/cm
延燃时间/s
余烬时间/min
单位面积发烟系数(CA)
合计加热时间/min
难燃一级
5
≤1
≤1
≤30
≥10
难燃二级
10
≤5
≤1
≤60
≥10
难燃三级
15
≤5
≤1
≤120
≥6

注:延燃时间为有火焰的火熄灭以后,维持火焰燃烧时间;余烬时间为有火焰的火熄灭以后,维持没有火焰燃烧的时间。
对比国内外防火涂料标准可见,美国的ASTME84将烟密度纳入测试范围,而日本的JIS A1321更是将单位面积发烟系数(CA)作为一项重要的技术指标,用此来划分材料的防火等级。而国内GB 12441-2005并没有涉及材料产烟的问题,另外国内绝大多数科研单位、科研工作者在进行新材料的研制、开发过程中也很少提及产烟问题,这在一定程度上限制了我国防火涂料的发展。
4前景
4.1 纳米技术在饰面型防火涂料中的应用
随着世界各国纳米技术的不断发展,在饰面型防火涂料体系中加入纳米级材料将会使饰面型防火涂料的耐水性、耐沾污性和装饰性得到大幅度的提高,因此,开发各种纳米防火涂料助剂,将会是涂料行业的一个发展趋势。另外,原P-C-N膨胀阻燃体系燃烧时有烟气释放,因此开发无烟无毒新型膨胀体系将成为膨胀型防火涂料的主要发展趋势。
4.2 开发透明饰面型防火涂料
饰面型防火涂料目前主要用于木制装饰和木制家具的表面上,而就装修工程而言,人们希望所装修的物体在安全的基础上,也应体现美观的特征。目前国内市场上销售的饰面型防火涂料基本上是非透明型的,即一旦涂上防火涂料以后,被涂物体的原有色泽和花纹将无法显示,这显然不是装修设计者和使用者的本意。虽然最近几年,市面上出现了几种透明防火涂料,但其综合性能都不太理想,为此开发优质透明型的饰面型防火涂料是这类涂料发展的方向。
4.3研究涂料专用阻燃-抑烟剂
饰面型防火涂料的消烟问题是制约其质量和品位的关键。近几年来人们对阻燃-消烟协同效果和阻燃增效剂的开发研究十分重视,并已取得了较好的结果。使阻燃剂的用量大为节省,减少了对氧化锑的依赖,甚至完全取代了氧化锑,降低了价格,并提高了阻燃和消烟效果。但是从目前来看,阻燃-抑烟剂的研究主要集中在含卤聚合物上,专门用于涂料的阻燃-抑烟剂种类非常少,因此涂料专用阻燃-抑烟剂的开发将是未来膨胀阻燃体系重要的研究方向。
4.4 对国家标准加强完善
我国目前饰面型防火涂料技术标准在制定的过程中参考了国际上通用的标准,但在某些方面仍有明显的不足,尤其是没有将发烟量、烟密度方面考虑进去,另外CO、NH3等一些有毒气体的含量也没有统一的标准,这在一定程度上降低了我国饰面型防火涂料的生产标准,显然不利于我国防火涂料在国际上的竞争。因此,需要对国家标准进行加强完善。
5 总结
随着我国建筑业的迅速发展,各类高层建筑、娱乐场所逐渐向复杂化、高档化发展。但火灾的隐患也随之而来,为了更好地防患于未然,人们对饰面型防火涂料的要求也越来越高,其应用也越来越大。因此饰面型防火涂料将会具有更加广阔的应用发展前景。
 
 
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