防火涂料
介绍聚丙烯酸酯结构对防火涂料防火性能的影响
基料树脂是防火涂料中的主要成膜物质,要求其能与涂料的其他组分匹配,它对涂层的物理化学性质起到了决定作用,对炭化层的结构和性能也都有着重要的影响[1-3]。ZhenyuWang[4]对比研究了相对分子质量分别为34100和15200的2种不同型号的聚丙烯酸酯树脂对防火涂料性能的影响,结果发现相对分子质量越大,理化性能越好,但相对分子质量过大,树脂的溶解性、与防火助剂及颜填料的润湿性欠佳。王铁宝,等[5]研究了3种软硬单体种类相同,组成比例不同的聚丙烯酸酯树脂对防火涂料性能的影响,结果表明不同比例的软硬单体组成对涂料防火性能有着明显的影响。游潘丽,等[6]研究了纯丙、乙丙、苯丙等不同类型树脂玻璃化转变温度(Tg)对膨胀型防火涂料耐火性能的影响,结果发现不同Tg基料树脂制备的防火涂料耐火性能不同,炭化层高度和致密程度不同,Tg高的防火涂料防火性能较差。此外,DuquesneS,等[7-8]研究发现,苯乙烯/丙烯酸酯共聚物树脂为线型和交联共聚物复合时,涂料的防火性能优于只用线型共聚物作为基质树脂的防火涂料,当基质树脂用部分苯乙烯取代丙烯酸酯时,可以提高基质树脂的熔融黏度,部分交联的基质树脂得到的防火性能较好,而完全采用交联体系时,黏度过高,从而抑制了涂层发泡,得到的防火涂料防火性能相对较差。陈志梅,等[9]也研究了聚丙烯酸酯树脂和高性能高氯化聚乙烯树脂由于表观黏度不同,形成了泡孔分布不同的炭化层结构,涂料的最终防火性能也有着明显的差异。本文主要研究了聚丙烯酸酯基料树脂的Tg、相对分子质量、粒径分布等结构参数和理化性能与水性超薄型钢结构防火涂料炭化层结构性能以及涂料最终防火性能之间的关系。__
1实验部分
1.1原料
1.1.1合成聚丙烯酸酯乳液的原料
甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、丙烯酰胺、碳酸氢钠、阴离子乳化剂(FS-345、A-68)、反应乳化剂UCAN-1:工业级;过硫酸铵、氨水:分析纯。
1.1.2其他原料
聚磷酸铵(DP=1000):工业级,山东寿光卫东化工有限公司;三聚氰胺、季戊四醇:化学纯,上海化学试剂公司;二氧化钛:化学纯,国药集团化学试剂有限公司;高岭土(CKT-1型):内蒙古三保高岭土有限公司。
1.2实验
1.2.1聚丙烯酸酯乳液的合成
本文使用乳液聚合的预乳化单体滴加法,步骤如下:先将单体、部分乳化剂和水在室温下经45min预乳化制得乳液,倒出放置在一边待用。将一定量的水升温至78℃,一次性加入阴离子乳化剂FS-345和反应乳化剂UCAN-1的水溶液作为“底料”,继续升温至80℃时,加入部分引发剂过硫酸铵,然后继续升温至84℃,同时滴加先前制得的预乳化液和引发剂水溶液,在3h内滴完。滴完后,保温1h,降温到50℃时,用氨水调节乳液的pH值为7~8,最后降温到室温后,出料。表1是通过改变软硬单体比例制备得到的不同Tg的丙烯酸酯乳液样品T1~T5。选用T5的单体组成比例,在引发剂用量分别为0.2%、0.3%、0.4%时,得到3种相对分子质量不同的丙烯酸酯乳液样品M1、M2、M3。

表1不同软硬单体组成的丙烯酸酯乳液
1.2.2试样制作
按表2配制防火涂料。
1实验部分
1.1原料
1.1.1合成聚丙烯酸酯乳液的原料
甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、丙烯酰胺、碳酸氢钠、阴离子乳化剂(FS-345、A-68)、反应乳化剂UCAN-1:工业级;过硫酸铵、氨水:分析纯。
1.1.2其他原料
聚磷酸铵(DP=1000):工业级,山东寿光卫东化工有限公司;三聚氰胺、季戊四醇:化学纯,上海化学试剂公司;二氧化钛:化学纯,国药集团化学试剂有限公司;高岭土(CKT-1型):内蒙古三保高岭土有限公司。
1.2实验
1.2.1聚丙烯酸酯乳液的合成
本文使用乳液聚合的预乳化单体滴加法,步骤如下:先将单体、部分乳化剂和水在室温下经45min预乳化制得乳液,倒出放置在一边待用。将一定量的水升温至78℃,一次性加入阴离子乳化剂FS-345和反应乳化剂UCAN-1的水溶液作为“底料”,继续升温至80℃时,加入部分引发剂过硫酸铵,然后继续升温至84℃,同时滴加先前制得的预乳化液和引发剂水溶液,在3h内滴完。滴完后,保温1h,降温到50℃时,用氨水调节乳液的pH值为7~8,最后降温到室温后,出料。表1是通过改变软硬单体比例制备得到的不同Tg的丙烯酸酯乳液样品T1~T5。选用T5的单体组成比例,在引发剂用量分别为0.2%、0.3%、0.4%时,得到3种相对分子质量不同的丙烯酸酯乳液样品M1、M2、M3。

表1不同软硬单体组成的丙烯酸酯乳液
1.2.2试样制作
按表2配制防火涂料。
上述原料经过高速搅拌、三辊研磨、高速搅拌3道工序后,倒入容器中添加相关添加剂。将制得的涂料均匀涂刷于钢板并45°倾斜放置,涂刷10次左右达到所要求的厚度(1.5~2mm)。
1.2.3测试与分析
(1)性能测试
根据方润,等[10]提出的膨胀型防火涂料炭化层结构与其防火性能的四参数评价体系,耐火性能测试是将制得的样板用模拟大板燃烧试验装置测试耐火性能。用热电偶测试钢板背面温度,并记录30min时钢板背面达到的温度,并用数码相机拍摄发泡层的表面状况,然后通过图像分析系统测定该横截面泡孔面积比例以及单位面积泡孔总数等指标,从而定量表征炭化层内部泡孔的数量、泡孔的体积大小及其分布均匀程度。在测试结束后用游标卡尺测量受火点的厚度为发泡层膨胀厚度。
(2)差示扫描量热分析(DSC)
采用美国TA公司的STA449C型差示扫描量热分析仪进行测试。
(3)相对分子质量测定
采用WATERS150C(美国)的凝胶色谱仪,使用四氢呋喃做溶剂,测试相对分子质量。
(4)粒径及其分布
采用BECKMANCOULTER公司的LS粒径分析仪测试粒径及其分布。
2结果与讨论
1.2.3测试与分析
(1)性能测试
根据方润,等[10]提出的膨胀型防火涂料炭化层结构与其防火性能的四参数评价体系,耐火性能测试是将制得的样板用模拟大板燃烧试验装置测试耐火性能。用热电偶测试钢板背面温度,并记录30min时钢板背面达到的温度,并用数码相机拍摄发泡层的表面状况,然后通过图像分析系统测定该横截面泡孔面积比例以及单位面积泡孔总数等指标,从而定量表征炭化层内部泡孔的数量、泡孔的体积大小及其分布均匀程度。在测试结束后用游标卡尺测量受火点的厚度为发泡层膨胀厚度。
(2)差示扫描量热分析(DSC)
采用美国TA公司的STA449C型差示扫描量热分析仪进行测试。
(3)相对分子质量测定
采用WATERS150C(美国)的凝胶色谱仪,使用四氢呋喃做溶剂,测试相对分子质量。
(4)粒径及其分布
采用BECKMANCOULTER公司的LS粒径分析仪测试粒径及其分布。
2结果与讨论
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