研究阻燃剂在膨胀型防火涂料中的应用<<涂料技术<<涂料频道<<艺术涂料网

涂料技术

研究阻燃剂在膨胀型防火涂料中的应用

时间:2011-06-28 13:21:47 来源: 作者:孙慧点击:次

MoO3和钼酸钠可与Al(OH)3、Sb2O3拼用,产生协同阻燃和抑烟作用。其他主要用于阻燃消烟、抗腐蚀体系的无机物,如三水合铝(ATH)、镁化物及硼化物等,其发展趋势是粒径分布窄,且粒径趋向于微小或亚微化。Alcaa化学品公司通过对ATH进行处理,缩小其粒径范围,以期改善其混合流变性,目前正在开发0·25μm超细品种。该公司的超细硼酸锌(ZB)Flamtardz系列产品,其粒径小于1μm,可用作良好的阻燃抑烟剂。Aluchem公司通过提高天然氢氧化镁的纯度,其成本可与磨细的ATH竞争,现在已有平均粒径小于3μm的品种。另外,包覆技术日益发展,改善了阻燃添加剂的润湿性和耐冲击性。

我国阻燃剂的研究和生产起步较晚,但发展较快,已形成了从科研到生产,从无机到有机,从单一型到复配型的阻燃剂体系。从事阻燃剂研究的单位有北京化工研究院、天津合成材料研究所、上海化工研究院、浙江省化工研究院、北京理工大学、四川消防所等二十多个,主要进行溴、氯、磷、氮以及无机阻燃剂的研究。生产厂有50多家,品种有100多个,专用阻燃剂品种约20~30个。我国阻燃剂生产虽然发展较快,但产量并不大,1987年我国阻燃剂产量为3·5万t,其中氯系阻燃剂高达3·1万t,且几乎全是42型和52型氯化石蜡(CR)阻燃剂。

3·膨胀型涂料的阻燃体系及应用

在膨胀型涂料中所使用的阻燃剂一般称为阻燃体系,随着防火涂料的研究从非膨胀型向膨胀型过渡,相应的阻燃剂也从非膨胀型向膨胀型防火阻燃体系过渡,并进入稳步发展阶段。在膨胀型防火涂料的研究及应用方面,基本上形成了P—C—N阻燃体系,该体系根据其机能包括脱水催化剂、炭化剂和发泡剂三部分,分述如下。

3·1脱水催化剂

作为膨胀型防火涂料的关键组分,脱水催化剂的主要功用是促进和改进涂层的热分解进程,促进形成不易燃的三维炭质层结构,减少热分解产生的可燃性焦油、醛、酮的量;促进产生不燃性气体反应的发生。以前曾经采用磷酸氢二铵和磷酸二氢铵作为脱水催化剂,但由于它们具有较高的水溶性和较低的热稳定性,在70年代后期被淘汰。现在普遍采用聚磷酸铵(APP)、磷酸铵镁和磷酸三聚氰胺(MP),这些物质受热分解产生磷酸而对多元醇进行脱水。APP是一种优良的脱水剂,分子式为(NH4)n+2PnO3n+1,经红外光谱、31P核磁共振等分析,已证明其结构为一个没有支链的链状聚合物大分子,结构简式为:

结构简式

其中,n为聚合度,20 实验证明,磷酸、聚磷酸等的盐、酯、酰胺类物质,只要它在100~250℃下能够分解产生相应的酸,都可以作为脱水催化剂。几种磷酸盐(酯)的物化性质如表1所示。

表1

在防火涂料的研究和工业生产中,应综合考虑其水溶性、热稳定性、磷含量和原材料价格等因素,然后决定采用何种脱水催化剂。

3·2炭化剂

当涂层遇到火焰或高温作用时,在催化剂的作用下,炭化剂脱水炭化形成炭质层。炭化剂的有效性,主要决定于它的炭含量和羟基的数目。炭化剂中炭含量决定其炭化速度,而羟基含量决定其脱水和成泡速度。几种炭化剂及其物性如表2所示。

表2

由表2可见,采用高炭含量、低反应速度的物质作炭化剂较为适宜。当采用APP作为脱水催化剂时,就应该采用热稳定性较高的季戊四醇(PE)或二季戊四醇(DPE)与之配用,否则不能形成理想的膨胀炭质层;如选用淀粉作为炭化剂,则在APP热分解之前,淀粉早已分解并产生大量的焦油,故不能形成理想的膨胀体。事实上,由于PE的价格比DPE低,所以PE广泛用作炭化剂。

3·3发泡剂

这类物质遇火受热分解放出不燃性气体(如HCl、NH3、H2O等),使涂层膨胀形成海绵状炭质层。常用的发泡剂有:三聚氰胺、双氰胺、氯化石蜡等,防火涂料中采用两种或多种发泡剂拼用,效果较好。例如,采用含氯与含磷化合物拼用,不仅可以从固相到气相广泛抑制燃烧的进行,而且由于氯、磷两元素间会产生协同效应,燃烧时生成PCl3、POCl3等化合物,它们在高温下成为气体,其密度比空气大,可附着在底材表面而形成较均匀的覆盖层,将空气与可燃物隔开,从而达到抑制或阻止燃烧的目的。部分发泡剂分解温度如表3所示。