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水性超薄膨脹型防火涂料的制備與性能研究,以水性乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液為基體,中國建材網,cnprofit.com
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水性超薄膨脹型防火涂料的制備與性能研究,以水性乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液為基體
2019年12月08日    閱讀量:523    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

水性防火涂料主要以聚合物乳液為基料。聚合物一方面要有較強的粘結作用,能把涂料中的各種組分粘合在一起,防火涂料干燥后能形成堅固的涂層,對涂料的性能有重要的影響; 另一方面,涂層遇火時,作為高分子材料,在分解炭化時與小分子不同的是它的炭化物強度要高得多,因此,通常需要添加一些高分子聚合物作為輔助基料。


添加聚合物的原則主要有下面幾點: 第一,加入聚合物體系不產生凝膠現象; 第二,在高溫( 800 ~ 1 000 ℃) 下,高分子聚合物可以提高防火涂料體系與鋼材的粘合強度,并且有利于或至少是不影響防火涂料體系的防火隔熱效果; 第三,聚合物具有良好的耐水性、附著力強,并且常溫穩定,對金屬無腐蝕性; 第四,應考慮選用的聚合物對涂料的炭化膨脹高度及炭質層強度的影響; 第五,來源充足,價格適宜中國建材網cnprofit.com。


由于目前水性防火涂料存在易龜裂、易脫落以及防水性差等問題,所以本研究通過對比添加不同的聚合物后,來解決目前水性防火涂料存在的普遍問題。以水性乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液為基體,采用APP-MEL-PER 為防火阻燃體系,通過添加一些高分子聚合物,考察聚合物對涂料性能的影響,采用紅外測溫儀在鋼板散熱良好的情況下對鋼板的背部升溫曲線進行了測定,研究涂料防火性能。


1 實驗部分

1. 1 主要原料

乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液( BJ-707 乳液) : 北京中匯聯合新型材料有限公司; 聚磷酸銨( APP) 、三聚氰胺( MEL) 、季戊四醇( PER) : 濟南泰星精細化工有限公司; 聚丙烯酸鈉、聚丙烯酰胺: 聊城市潤啟環??萍加邢薰? 羧甲基纖維素、聚乙烯醇、聚乙二醇:濟南樂邦化工有限公司; 助劑均為市售。

1. 2 防火涂料制備

按照配方稱取一定量的固體組分混合,將各組分放在研缽充分研磨,然后加入到用水稀釋好的乳液當中,放到機械攪拌器中攪拌低速攪拌10 min,再高速攪拌30 min 得到防火涂料。

1. 3 性能檢測

1. 3. 1 耐火性能測試樣品的制備

將制備好的防火涂料均勻涂刷在打磨除銹后尺寸為150 mm×70 mm×2 mm 的鋼板上。每次涂刷厚度約0. 1 mm,將涂刷好的鋼板放在50 ℃的鼓風干燥箱中干燥后涂刷下一層。直至厚度達到( 2. 0±0. 2) mm,在室溫下進行干燥養護3 d 直至鋼板質量不再變化。

1. 3. 2 防火涂料耐火時間的測試

采用自行設計的簡易燃燒測試裝置( 如圖1) 測試耐火時間。

燃燒測試裝置

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將涂料樣板固定于鐵架臺的鐵圈上方,涂層朝下,樣板與酒精噴燈口的垂直距離為5 cm 左右,采用紅外測溫槍測量燃燒過程中鋼板背后的溫度變化。將酒精噴燈放到測試樣板的下方,使火焰直接燃燒防火涂層,并開始計時,用紅外測溫儀每隔5 min 測量1次涂膜背面溫度,把鋼板背面溫度升至500 ℃的時間作為涂層的耐火極限時間。

1. 3. 3 防火涂料膨脹度的測試

采用NSTL-2 型防火涂料試驗爐( 見圖2) 測試涂膜的膨脹度。

NSTL-2 型防火涂料試驗爐

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將涂層涂覆在鋼板上,待完全干燥后,用數顯游標卡尺測量燃燒前的涂層厚度,一般為2 mm,放入試驗爐內。爐溫設定值為750 ℃。試驗時間定為5 min。5 min 后拿出鐵燒杯用游標卡尺測量涂層膨脹后的厚度。

 

2 結果與討論

2. 1 阻燃膨脹體系各組分對防火涂料性能的影響

為了研究APP、MEL、PER 三組分對涂料防火性能的影響,在其他組分比例不變的條件下,選用L9( 33 ) 正交實驗設計,考察了膨脹型阻燃體系中APP /MEL /PER 三組分對涂料耐火性能的影響。正交實驗的因素水平表如表1 所示。以涂層的耐火時間為評價標準。把鋼板背面溫度達到500 ℃的時間作為涂層的耐火極限,所得數據結果如表2 所示。

正交實驗因素水平表

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膨脹型阻燃體系正交試驗結果表

由表2 的正交實驗結果表明,因素APP 的極差最大,為7. 96,因素MEL 次之,為3. 9,因素PER 的極差最小,為1. 83。所以,影響防火性能的順序為: APP>MEL>PER,即是APP 對水性膨脹型防火涂料的耐火性能影響最大,MEL 次之,PER 最小。由表2 可以看出,最優組合是APP、MEL、PER 的質量分數分別為25%、15%和10%,此組合接近于5 號試驗配方的配比,按照該比例進行試驗重現,當鋼板背面溫度達到500 ℃時,耐火時間為32. 4 min。


2. 2 聚合物對涂料性能的影響

乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液與聚合物溶液的體積比為5 ∶1,保持其他原料一定條件下,通過對比添加不同聚合物,考察聚合物對涂料性能的影響。本實驗選用聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酰胺、羧甲基纖維素,分別編號為A1、A2、A3、A4、A5,將聚合物進行熱溶( 70 ~80 ℃) 。聚合物溶液的濃度為0. 2 g /mL,取5 mL 加入到25 mL 乙酸乙烯酯-乙烯共聚物乳液中混合均勻,再加入到100 g 其他原料組成的混合物中。

用涂料粘結強度測試儀測量涂層的附著力,涂層測試區為50 mm×50 mm,由公式fb =F/A 得出粘結強度,試中fb為粘結強度,F 為附著力,A 為粘結面積。聚合物種類對涂料性能的影響見表3、表4。

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聚合物種類對涂料理化性能的影響

聚合物種類對防火性能的影響

從表3 和表4 可以看出,雖然羧甲基纖維素能形成平整光滑的涂層,但是與鋼材的附著力較差,形成的炭層容易脫落,降低防火作用; 聚乙二醇的膨脹倍率最高,但涂層容易龜裂,導致炭化層質量不好,所以其耐久性不強。聚丙烯酸鈉雖然附著力較好,但因為該聚合物黏度太高,加熱到80 ℃時,其水溶液仍然是果凍狀,涂刷有一定難度,且炭質層較疏松。


從綜合性能看,添加聚丙烯酰胺的涂層性能最好,并且粘結強度也滿足GB 14907—2002 中>0. 2 MPa 的要求。這是因為聚丙烯酰胺是多功能線性高分子化合物,其結構單元中含有酰胺基,易形成氫鍵,使其具有良好的水溶性。


由于傳統涂料干燥后固體顆粒間的連接作用大多是靠物理吸附,即范德華引力作用,當接觸到大量水時,固體顆粒易發生解吸等水化作用,導致固體顆粒相互之間分散開,從而使涂膜易發脫落或龜裂。


本研究所用聚丙烯酰胺呈正電,它可將顆粒間普通的范德華引力轉變為靜電吸引,再通過高分子鏈的作用將分散開的細小顆粒牢牢連接在一起,這大大地提高了涂料的防水性及成膜性,有效地防止了龜裂?;弦约爸鷦┎蛔?,當m( APP) ∶ m( MEL) ∶ m( PER) = 5 ∶3 ∶2 時,分別添加5 種聚合物制備涂料。涂層燃燒的時間和溫度的關系如圖3 所示。

不同聚合物對防火涂料耐火性能的影響

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由圖3 可以看出,添加聚丙烯酰胺的防火涂料防火性能最好,受熱后形成的炭質層與鋼板粘附性好,強度高,膨脹倍率大,持續耐火性能最好,受熱40 min后鋼板背面溫度維持在276 ℃左右。

 

3 結語

( 1) 防火涂料膨脹體系中,聚磷酸銨對涂料的防火性能影響最大,三聚氰胺次之,季戊四醇的影響最小。聚磷酸銨、三聚氰胺和季戊四醇的最佳質量配比為5 ∶3 ∶2。

( 2) 聚合物的加入可以使涂料的理化性能及防火性能有所改善。

( 3) 當m( APP) ∶m( MEL) ∶m( PER) = 5 ∶3 ∶2時,添加聚合物聚丙烯酰胺時制備的防火涂料受熱后形成的炭質層與鋼板粘附性好,強度高,膨脹倍率大,持續耐火性能最好,受熱40 min 后鋼板背面溫度維持在276 ℃左右。


周娟,李惠萍* ,胡子昭,茹春( 新疆大學石油天然氣精細化工教育部,自治區重點實驗室,烏魯木齊830046)

標簽:行業資訊,原料動態,建材百科,產品資訊,建材應用,市場評論,技術中心,成品材料,建筑基材,建筑施工,涂料油漆,建筑材料
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