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膨胀型防火涂料的防火机理
发布者:百事化工 发布时间:2013/7/9 11:09:13 阅读:654

膨胀型防火涂料又称为发泡型防火涂料,涂层遇火时能够膨胀发泡,产生出一层比原来涂层的厚度大几十倍甚至上百倍的泡沫炭化层,产生良好的隔热隔气作用,封闭被保护的基材,阻止基材燃烧或延缓温度升高。

膨胀型防火涂料的组成材料中含有发泡剂、成炭剂(炭源)、成炭催化剂(酸源)、发泡剂一般为含氮化合物,在火焰作用下会散发出氮气和一氧化氮等惰性气体;成炭剂在高温和酸的作用下失水炭化形成炭质骨架,形成疏松的泡层结构,这种以气孔为主的泡层有很强的隔热能力;成炭催化剂在高温下可分解放出无机酸,使含羟基的化合物脱水焦化,并对产生发泡层起到催化作用。这三个组分在高源或火焰作用下协同效应,缺一不可。这样,当涂层遇到火焰时,酸源材料首先分解,放出无机酸。这些无机酸促使炭源材料失水炭化,先形成无机酸盐,继而随着温度的升高而分解形成大量的炭、水、二氧化碳等物质,其残留物为发泡层提供了炭质骨架。同时,发泡剂分解时产生的气体使软化的涂层发泡胀大,体积增大。上述反应为吸热反应,能消耗许多热量而有利于涂层体系的温度降低,更由于发泡层本身的热阻很大,因而阻滞了热量向基材的传播,延缓了火势的蔓延,为扑救工作赢得时间。

通过对最常用的聚磷酸盐—季戊四醇—三聚氰胺阻燃体系的研究发现,其DTA(差热分析)曲线和TG(热重量分析)曲线在280~400出现有较大的吸热峰和明显的失重现象,说明阻燃剂熔融、分解、脱水和成炭等各种物理反应(如发泡剂分解放出气体、成炭催化剂分解放出无机酸和气体、成炭剂失水炭化)等均发生在这同一温度范围内,从而确保涂膜能够形成均匀致密的发泡层。在同一研究中利用TEM(透射电子显微镜)可以清晰地看到这种均匀致密的发泡层。

对膨胀型防火涂料在受火作用过程中行为的研究发现,涂料的作用可以概括为四个阶段。

第一阶段为平稳阶段。该阶段温度范围为20~230,该阶段的失重仅为2%左右,主要是涂料中未挥发的溶剂和其他易挥发分,在涂料的耐火试验时看到涂膜的表面起火,即为涂膜内的挥发分,在涂料的耐火试验时看到涂膜的表面起火,即为涂膜内的挥发分着火所致。此时,涂料中的成膜物质开始熔融软化。

第二阶段为发泡炭化阶段。该阶段的作用温度范围为230~420。在该阶段的涂料失重约43%,是涂料发挥作用的过程。主要是涂料中防火阻燃体系中的发泡剂(三聚氰胺)首先产生热分解,释放出不燃性气体NH3,同时成膜物质中部分成分分解产生NH3HCl和水蒸气等,促使第一阶段已经熔融软化的成膜物质持续地膨胀发泡,形成泡沫层。此时,脱水催化剂(多聚磷酸铵)分解出聚偏磷酸,与成炭剂(季戊四醇)和成膜物质等含羟基有机化合物发生化学反应,脱水成炭,在泡沫层中形成炭骨架,最后生成致密的、厚度比原涂膜厚度大几十倍的黑色蜂窝状炭化层。

第三阶段为失炭阶段,该阶段的温度范围为770~1000,该阶段的失重为0.24%左右。该阶段主要是炭化层中的炭被氧化并逸出后,剩余的约37%的无机材料形成了白色无机骨架。防火涂料在火场后期(大约45min以后)主要是这些无机骨架在起到防火隔热的作用。通过对该类白色物质的X射线衍射分析,发现其主要成分是焦磷酸钛形成的多孔物质,它是由聚磷酸铵和颜料、填料(如TiO2等)反应生成的。

 
 
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