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聚氨酯透明防火涂料

文檔作者：李世榮曹艷霞文檔來源：武漢化I學(xué)院化I系		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年11月20日
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· 試驗(yàn)研究·
聚氨酯透明鼢
李世榮，曹艷霞① (武漢化I學(xué)院化I系，430073)
_ _ - _ 。 一● - — _ 一
s 7
摘要：研究了聚氯酯透明膨脹型防火涂料的配方及眭能，探列了發(fā)泡劑、脫水成炭催化劑、成炭劑三者的配比及
用量對(duì)防火涂料性能的影響。 ．
關(guān)鍵詞：透明鬯 鐾復(fù) 發(fā)泡劑；氯化石蠟 奢斛、喲己鳥l
I
PoLYURETHANE TRANSPARENT FIRE RETARDANT COATINGS
LI Shirong．CAO Yanxia
Abstract：The formulation and performance of fhe polyurethane lransparenl dilatant fire retardanl coatings have been
studied The influences of fhe ratio and amoHnt of mixture of foaming agent，dehydration and carbon—forming catalyst，and
carbo／l forming agPn~on the pe rIormance of the fire retardant coatings vlerP discussed．
Key Words：transparem fire retardant coatings；po lyurethmae cc~tings；~aming agent：chbrinmed w8x
1 前言
防火涂料除具有一般涂料所共有的裝飾性和保
護(hù)性外，還有兩個(gè)特殊性能，其一是涂層本身具有不
燃性和難燃性，即能防止被火焰點(diǎn)燃；其二是能阻止
燃燒或?qū)鹧娴穆佑醒訙饔?，即在一定的時(shí)間內(nèi)
阻止燃燒和抑制火焰的蔓延，從而使人們有充分的時(shí)
① 現(xiàn)為中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)化所研究生
間進(jìn)行滅火工作。
防火涂料按其阻燃機(jī)理，可以分為膨脹型防火涂
料和非膨脹型防火涂料兩大類。非膨脹型防火涂料
主要是通過涂層自身的難燃性和不燃性，同時(shí)在火焰
或高溫下能釋放出滅火性氣體，并形成不燃性的無機(jī)
“釉膜”層隔絕空氣，以防止或延滯被涂物著火燃燒。
膨脹型防火涂料是其涂層在火焰或高溫下發(fā)生膨脹
的輻射率較小。而吸收率主要受顏料影響，它吸收太
陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能后，主要以熱傳導(dǎo)的方式傳遞給底
材，所以光潔度對(duì)吸收率影響較小。
3．6 涂層的性能指標(biāo)
涂層的性能指標(biāo)見表2。
表2 涂屢的性能指標(biāo)
4 結(jié)語(yǔ)
采用丙烯酸樹脂改性硅氧烷作為基料，F(xiàn)eMnCu04
半導(dǎo)體復(fù)合氧化物作為顏料，制備出耐熱、耐候性優(yōu)
良的光熱轉(zhuǎn)換吸收涂層。隨顏基比的增大，涂層的吸
收率、輻射率增大，而耐沖擊性則先隨顏基比增大而
增加，達(dá)最大值后急劇降低；涂層的厚度增加，輻射率
升高，吸收率／輻射率降低；溫度升高，涂層輻射率增
大；底材對(duì)涂層的光學(xué)性能有一定的影響，隨底材光
潔度(△)的提高，涂層的輻射率下降，而吸收率變化不
大。
參考文獻(xiàn)
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收稿日期：1998—10—30
溶料工業(yè)1999年第3期 9 ·
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· 試驗(yàn)研究·
炭化，形成一個(gè)比原來膜厚大幾卜倍甚至上百倍的不
易燃的海綿狀炭質(zhì)層，以隔斷外界火焰對(duì)基材的加
熱，從而起到防火作用。以傳熱公式表示為：
Q=A· ·At／L
式中：A—— 傳熱面積；
— — 傳熱介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)；
△t——介質(zhì)(涂層)兩側(cè)的溫度差；
I一傳熱距離(即涂層厚度)；
Q—— 傳導(dǎo)的熱量。
炭化膨脹時(shí)，L變化幾十甚至上百倍，而傳熱介
質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)卻在下降。最后通過膨脹層傳遞到基
材的熱量只有未膨脹涂層的幾十分之一甚至幾百分
之。膨脹型防火涂料通常含有粘合劑、發(fā)泡劑、成
炭劑、脫水成炭催化劑、防火添加劑、無機(jī)顏填料、助
劑等 在以前的研究中，對(duì)以聚醋酸乙烯乳液、氯乙
烯一偏二氯乙烯共聚物乳液、聚丙烯酸酯乳液、氯丁
橡膠乳液、水溶性三聚氰胺甲醛樹脂、聚乙烯醇為基
料的防火涂料的研究較多，對(duì)以脲醛樹脂為基料的防
火涂料也在進(jìn)行開發(fā)。本工作欲以聚氨酯清漆為基
料來考察聚氨酯防火涂料的性能．并探討其在家具及
裝飾材料飾面漆方面應(yīng)用的可能性。
2 實(shí)驗(yàn)部分
將脫水成炭催化劑、成炭劑、發(fā)泡劑按比例混合
研磨，再加入聚氨酯清漆甲組分(武漢雙虎涂料公刮
生產(chǎn))進(jìn)一步研磨，待研磨到所需細(xì)度后，加入聚氨酯
清漆乙組分(武漢雙虎涂料公司生產(chǎn))，研磨均勻后涂
刷在1 C[I'I×1 cm×25 cm木棒上，懸掛風(fēng)干。待涂層
完全干燥后，在自制的半圓型鐵皮筒內(nèi)進(jìn)行懸掛燃燒
試驗(yàn)，桶內(nèi)放一燒杯．燒杯的高度為9 cm，口徑為
7 errl。杯內(nèi)盛有2．0 ml無水乙醇。木棒的下端與杯
口處于同一平面，且木棒的下端處于杯口的中心。離
木棒下端水平0．5 cm處放置一熱電偶，燃燒時(shí)用點(diǎn)
火棒點(diǎn)燃，并測(cè)量著火溫度、明火燃燒時(shí)間、炭化高
度、絕對(duì)失重、失重率。該燃燒實(shí)驗(yàn)為非標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)。
3 結(jié)果與討論
脫水成炭催化劑、成炭劑以及發(fā)泡劑是膨脹型防
火涂料的重要組分。其中脫水成炭催化劑的主要功
能是促進(jìn)和改變涂層的熱分解進(jìn)程，促進(jìn)涂層內(nèi)含羥
基的有機(jī)化合物脫水，形成不易燃的三維空間結(jié)構(gòu)的
炭質(zhì)層，減少熱分鋸產(chǎn)生的可燃性焦油、醛、酮的量，
阻止放熱量大的炭氧化反應(yīng)發(fā)生；成炭劑是形成三維
空間結(jié)構(gòu)不易燃的泡沫炭化層的基礎(chǔ)，對(duì)泡沫炭化層
起著骨架的作用；發(fā)泡劑的作用是使涂層內(nèi)形成海綿
狀結(jié)構(gòu)。因此，上述3種助劑之間的適合配比非常重
要。同時(shí)，填料與漆料的比例，也是生產(chǎn)防火涂料時(shí)
需要研究的重要問題。我們通過選用不同的填料及
與漆料的不同配比、不同的成炭劑來考察不同的配方
對(duì)防火涂料性能的影響(見表1)。
表1 脫水成炭催化劑：成炭劑：發(fā)泡荊為6：1：3時(shí)
填料與漆料不同配比對(duì)防火涂料性能的影響
由表1可以看出，當(dāng)脫水成炭催化劑 成炭劑：發(fā)
泡劑為6：1：3時(shí)．填料與漆料的質(zhì)量比對(duì)防火涂料的
性能有著非常大的影響。若選用氯化石蠟作為成炭
劑，隨著防火填料用量的增加，涂料的防火性能得到
改善 若選定季戊四醇作為成炭劑，則情況有所不
同。因?yàn)榫郯滨デ迤嶂泻幸着c羥基反應(yīng)的異氰酸
酯基團(tuán)．季戊四醇又含有較多的羥基．填料量的增加，
即季戊四醇用量的增加，均對(duì)涂料的成膜性產(chǎn)生影
響，也就直接影響到防火性能。相對(duì)而言，季戊四醇
作為成炭劑，以填料／漆料(質(zhì)量)=6／4較為適宜。
淀粉的分子中雖有一定量的羥基，但相對(duì)季戊四醇的
羥基而言活性較低．故對(duì)涂料的綜合性能的負(fù)面影響
并不明顯。在所研究的成炭劑范圍內(nèi)無論何種成炭
劑．含5O％填料的防火涂料的配方均不可取，失重
率、炭化高度均較大。將上述試驗(yàn)結(jié)果同兩組空白試
驗(yàn)進(jìn)行比較，一組空白試驗(yàn)是純木棒的燃燒，失重率
為84％，在同樣條件下全部燒盡；另一組空白試驗(yàn)是
涂刷純聚氨酯清漆的木棒，失重率為83．8％，亦全部
燒盡，其燃燒速度亦超過了純木棒。將表1中的試驗(yàn)
結(jié)果與涂刷純聚氨酯清漆的木棒的燃燒實(shí)驗(yàn)結(jié)果比
較發(fā)現(xiàn)：表l中失重率最小的樣品(氯化石蠟作為成
炭劑，填料／漆料質(zhì)量比=7／3)的失重率只有髂刷純
聚氨酯清漆木棒的1．8％．炭化高度也只有涂刷純聚
氨酯清漆木棒的10％。顯然氯化石蠟大大地改善了
聚氨酯清漆的防火性能。
如前所述，脫水成炭催化劑、成炭劑、發(fā)泡劑的比
例是非常重要的。改變脫水成炭催化劑、成炭荊、發(fā)
泡劑的比例來觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果的變化．見表2。
l0 · 案抖工業(yè)l9蚋年第3期
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表2 脫水成炭催化劑：成炭劑：發(fā)泡劑為5：1．5：3．5
時(shí)填料與漆料不同配比對(duì)防火涂料性能的影響
由表2中數(shù)據(jù)可知：當(dāng)脫水成炭催化劑、成炭劑、
發(fā)泡劑的比例發(fā)生變化時(shí)，具有最佳防火性能的填料
／漆料(質(zhì)量比)仍然是7／3。這一組實(shí)驗(yàn)中的最佳配
方(淀粉作為成炭劑，填料／漆料(質(zhì)量比)=7／3)的失
重率只有涂刷純聚氯酯清漆空白試驗(yàn)的3．1％，而炭
化高度也明顯降低，只有空白試驗(yàn)的11．5％ 詳細(xì)
分析表2后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)脫水成炭催化劑、成炭劑、發(fā)泡劑
的比例變化時(shí)，從失重率看，氯化石蠟總是優(yōu)于季戊
四醇和淀粉 從炭化高度看，以選用淀粉為佳。對(duì)于
季戊四醇作為成炭劑而言，雖然表觀上隨著填料／漆
料(質(zhì)量比)的變化，防火性能在改善，但該清漆的成
膜性較差．附著力也很差，完全不能作為涂料使用。
基于我們研究酚醛清漆、醇酸清漆防火涂料的經(jīng)
驗(yàn)，我們進(jìn)一步降低脫水成炭催化劑、成炭劑、發(fā)泡劑
的比例來觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如表3所示。
表3 脫水成炭催化劑：成炭劑：發(fā)泡劑為4：2：4時(shí)
填辯與漆料不同配比對(duì)防火涂料性能的影響
由表3可見，顯然季戊四醇作為成炭劑時(shí)，填料／
漆料(質(zhì)量比)=6／4的涂料的防火性能具有相對(duì)較
好的結(jié)果。但如上所述，基于涂料成膜性、附著力的
考慮，該配方?jīng)]有工業(yè)價(jià)值
綜合比較表1、表2、表3的數(shù)據(jù)可以看出：提高
填料中成炭劑、發(fā)泡劑的比例，不利于改善涂料的防
火性能，而且還導(dǎo)致防火涂料原料成本的增大
4 結(jié)語(yǔ)
(1)以選用脫水成炭催化劑：成炭劑：發(fā)泡
6：1：3、氯化石蠟作為成炭劑時(shí)聚氯酯透明防火涂料
的防火性能為最佳；
(2)當(dāng)脫水成炭催化劑、成炭劑、發(fā)泡劑之間的比
例一定時(shí)．何種成炭劑較為適宜，取決于填料／漆料的
質(zhì)量比；
(3)由于采用非標(biāo)準(zhǔn)燃燒實(shí)驗(yàn)以及未全部考察防
火涂料成膜后的其他性能，故所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)只能作為
工業(yè)應(yīng)用的參考依據(jù)，不能作為標(biāo)準(zhǔn)。
參考文獻(xiàn)
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收稿日期：1998—11 29
· 會(huì) 訊·
為了適應(yīng)我國(guó)建筑涂料及涂裝的飛速發(fā)
展．中國(guó)化工學(xué)會(huì)涂料涂裝專業(yè)委員會(huì)、全國(guó)
涂料顏料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)、國(guó)家涂料質(zhì)量監(jiān)
督檢驗(yàn)測(cè)試中心和化工部涂料工業(yè)信息中心
聯(lián)合舉辦“中國(guó)建筑涂料涂裝技術(shù)交流會(huì)及標(biāo)
準(zhǔn)、檢測(cè)研討會(huì)”。會(huì)議主要議程有4個(gè)方面：
①涂料、涂裝技術(shù)交流；② 建筑涂料國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)
現(xiàn)狀及實(shí)施情況研討；③歷年建筑涂料產(chǎn)品國(guó)
家監(jiān)督抽查情況通報(bào)及質(zhì)量現(xiàn)狀分析；④ 建筑
涂料專家咨詢。會(huì)議擬定于4月下旬在上海
華東飯店舉行，歡迎相關(guān)人士光臨。
聯(lián)系人：傅雪雁；
電話：0519—3270095—2041
傳真：0519—3273017；
地址：江蘇常州市機(jī)場(chǎng)路；
郵編：213016。
涂料工業(yè)1999年第3期

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