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饰面型防火涂料之“保护层”及其阻燃剂的应用
发布者:baishg 发布时间:2013/6/3 8:57:09 阅读:469

随着社会的发展和物质财富的不断增加,人们的生活和工作条件日益改善,建筑物外部及室内装饰材料广泛采用涂饰技术,饰面型防火涂料是一种集装饰和防火为一体的新型涂料品种。当它涂覆于可燃基材表莫时,平时可起到一定的装饰作用,一旦发生火灾则能够阻止火势蔓延,达到保护基材,使人们有足够时间离开火场和组织抢救的目的。但是在饰面型防火涂料的质量方面还存着一些问题,利用纳米阻燃剂提高饰面型防火涂料的性能具有非常重要的理论价值和现实意义。

1.饰面型防火涂料的阻燃机理

固态物质在空气中燃烧一般可分为3个阶段:(1)物质受热分解产生可燃性气体产物;(2)可燃气体在空气中燃烧;(3)燃烧产生的部分热量使固态物质或熔融态物质继续分解,并使燃烧继续。阻燃机理的目的就是使上述3个阶段中的一个或者数个终止。例如用难燃或不燃的涂料将可燃物表面封闭起来,避免基材与空气接触,就可使可燃物表面变成难燃或不燃的表面。要实现涂层自身的难燃或不燃,可以把阻燃元素连接到有机高聚物分子中去,实现成膜物质的难燃化;或可以添加不燃性添加剂到涂料中去,增强涂料的难燃性;也可以采用不燃性的无机黏合剂作为涂层的成膜物质来实现涂层的不燃性。

纳米级三氧化二锑阻燃材料由于其粒度的变小具有特殊的延展性能,在阻燃性能方面比微米级三氧化二锑有了数量级的提高。聚合物/层状无机物纳米复合材料具有比传统填充材料优异得多的力学性能、热性能、阻燃性能、各向异性等。

1.1非膨胀型防火涂料的阻燃机理

非膨胀型防火涂料主要通过两条途径发挥防火作用:(1)是涂层自身的难燃性或不燃性;(2)在火焰或高温作用下分解释放出不可燃气体(如水蒸气、氨气、氯化氢、二氧化碳等)以冲淡空气中氧气的浓度,并形成结构致密的不燃性“釉质层”,达到隔绝空气的目的。此过程是吸热反应,能消耗大量的热,有利于降低体系的温度。防火涂料中低密度耐高温的无机物或中空微球材料成膜时形成热导率低的隔热阻燃涂层,起到良好的防火隔热效果。

1.2膨胀型防火涂料的阻燃机理

膨胀型防火涂料成膜后,常温下与普通漆膜无异。但在火焰或高温下,涂层剧烈发泡炭化,形成一个比原涂膜厚几十倍甚至几百倍的难燃的泡沫碳化层。它可以隔绝外界火源对基材的直接加热,起到阻燃作用。涂层炭化膨胀时,涂层厚度增大几十倍甚至上百倍,而涂层的导热系数却在下降,最后通过膨胀炭层传递到基材的热量只有原涂层的几十分之一甚至几百分之一,使基材得以较好的保护。从宏观上看,炭质层的形成对防火作用有4个方面的贡献:(1)隔断火焰对底材的直接加热;(2)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的热量;(3)隔绝底材和空气的接触;(4)分解出的不燃性气体能冲淡空气中氧气的浓度。在防火涂料中,通常膨胀型防火涂料的防火性能比非膨胀型防火性能优异。

2.纳米阻燃剂的优点

研究中发现,有些纳米材料具有阻止燃烧的功能,如果将它们作为阻燃剂添加到可燃材料中,可以改变这些可燃材料的燃烧性能,使其成为难燃烧材料。

2.1纳米超细粉阻燃材料

阻燃剂在高分子材料加工过程中的重要助剂之一,如果采用纳米技术对高分子材料进行阻燃处理,可以实现难燃性和自息性。目前,使用的阻燃剂大多数为无机阻燃剂,它们包括锑系阻燃剂、铝系阻燃剂、磷系阻燃剂和硼系阻燃剂等。由于这些阻燃剂添加到聚合物中,会引起聚合物的加工工艺及产品性能发生改变,特别是对模塑产品、挤型产品和薄膜产品的表面光洁度影响较大,故需要使所有添加型无机阻燃剂的粒度超细化。像目前使用最多的一种添加型阻燃剂三氧化二锑,其颗粒大小和形态对塑料制品和纺织织物的性能和阻燃效果影响非常大。粒度是三氧化二锑的重要指标,只有当三氧化二锑的粒度处于纳米量级时才会使其本身具有较大的比表面积,对织物的渗透性大,黏附力高,具有很强的耐洗牢度,阻燃效果也非常明显。

超细化的阻燃剂可以改善材料的力学性能,减少阻燃剂的用量,满足工艺要求。

纳米级三氧化二锑阻燃材料由于其粒度的变小具有特殊的延展性能,在阻燃性能方面比微米级三氧化二锑有了数量级的提高。尤其重要的是由于纳米级三氧化二锑粒子直径小于化纤纤维的直径,有可能加入到化纤原料母粒中,这样纺丝后在化纤中均匀分布阻燃材料,从而使得纤维本身具有高效阻燃性。

2.2阻燃纳米复合材料

尽管使用超细阻燃剂能有效地提高聚合物的阻燃性能,但也存在一些问题,如不能有效控制有毒气体的释放及大量盐雾的生成,添加阻燃剂后会影响聚合物的机械性能,还会造成一定的环境影响。因此,研究并使用聚合物/层状无机物纳米复合材料将能同时满足上述要求并具有良好的阻燃性能。纳米复合材料实际上是将材料中的一个或多个以纳米尺寸或分子水平均匀分散在另一组分的基体中。据国外资料报道,由于这样处理后的材料存在超细的尺寸,所以其性质比其相应的宏观或微米级复合材料均有较大的改善。目前在实验室已经制备出纳米级环氧树脂、聚苯乙烯、聚丙烯、尼龙—6、丙烯酸等复合材料。如尼龙—6/蒙脱土(4.2%)纳米复合材料的拉伸强度比纯尼龙—6增强50%,玻璃化温度比纯尼龙—6提高约90;同时热释放效率也比纯尼龙—6要低得很多。

聚合物/层状无机物纳米复合材料具有比传统填充材料优异得多的力学性能、热性能、阻燃性能、各向异性等。国外已将聚合物/层状无机物纳米复合材料用于制造汽车发动机的配件,并准备应用于飞机内部材料、燃料舱、电子或电子部件、护罩内的结构部件、制动器和轮胎制造等。

 
 
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