阻燃型硝基清漆的研制
邓朝霞1, 杨岳森2, 谢德龙1, 唐文静1, 傅和青1, 黄 洪1, 陈焕钦1
( 1. 华南理工大学化工与能源学院化工研究所, 广州510640;2. 广东嘉宝莉化工有限公司, 广东江门529085)
0 引 言
阻燃涂料是一种涂装在物体表面、可以阻止或延缓基材着火时间或提高隔热性能以推迟结构破坏时间的一类涂料的总称, 属于特种涂料[ 1] 。硝基漆作为传统的室内装饰装修的木器涂料品种之一, 其优点是施工方便, 干燥迅速, 具有良好的装饰效果, 涂层修补、翻新容易, 涂膜透明度高等, 所以近年虽出现许多性能优异的涂料新品种, 但硝基漆的应用仍然很广泛。然而普通硝基漆的主要成膜物是高分子的硝基纤维素, 极易燃烧, 而且配制时所使用的溶剂中也含有一定量的乙醇和丁醇等易燃的有机溶剂, 这就容易引起火灾。有关硝基漆阻燃涂料的合成和应用则很少有报道。本文研制了一种木器阻燃硝基清漆。
1 实验部分
1. 1 原料
硝基纤维素( 1 /4 s)、氨基树脂、复合阻燃剂FAV( 自制)、混丁酯、乙酸乙酯、甲基异丁基酮、丁醇、乙醇, 以上溶剂均为工业级, 原料均由广东嘉宝莉涂料有限公司提供。
1. 2 试验仪器
单相串激电动机( u400 /80- 220), 上海上微金丽电机有限公司; 精密电子天平( G & G JJ型), 美国双杰兄弟(集团)有限公司, 常熟双杰测试仪器厂; 电热鼓风干燥箱( CS101 - A型), 重庆试验设备厂; 光电光泽度计(WGG60 - Y4 ), 福建泉州市科士佳光电仪器研究所; 旋转黏度计( BrookfieldDV _ II+ ), B rookfie ld公司; 摆杆阻尼试验仪( QHB 型)、漆膜冲击试验器( QCT型)、漆膜附着力试验仪( QFZ- ˜型), 均用天津材料试验机厂产品。
1. 3 混合溶剂的配制
硝基漆是挥发性漆, 硝基漆的干燥是靠溶剂的挥发来完成的。根据木器漆的溶剂配方设计[ 2] , 为求得挥发性、流平性及溶解性的平衡, 本试验将采用混合溶剂。其中真溶剂酯、酮类占65%, 助溶剂醇类占35%。
1. 4 配方
阻燃硝基清漆的基本配方见表1。
表1 阻燃硝基清漆的基本配方
1. 5 工艺操作说明
依次投入上述配方中的原料, 边加边缓慢搅拌, 10 m in加完料后再快速搅拌20 m in左右, 后缓慢搅拌5 m in, 即可。
2 分析与测试结果
2. 1 理化性能的测试
根据国标GB 12411) 1998《饰面型阻燃涂料通用技术条件》要求, 阻燃涂料作为保护层与饰面材料, 应具有使用对象所要求的理化性能。硝基清漆阻燃涂料的理化性能测试结果见表2。
2. 2 阻燃性能的测试
2. 2 阻燃性能的测试
按照企业标准测定了涂膜的阻燃性能。其结果见表2。
表2 阻燃硝基清漆的理化和阻燃性能
( 1)阻燃剂在凝聚相中的阻燃作用: 燃烧过程中, 由于热量传递会引起更加激烈的燃烧, 要阻止燃烧就要求自身的燃烧热要低, 不足以使未燃部分持续燃烧下去。有机磷酸酯本身就是固相反应区中生成的促进剂。受热后, 有机磷酸盐分解释放出偏磷酸, 而后缩合成聚偏磷酸。由于受热分解的过程是吸热的, 这样使凝聚相内温度上升减慢, 延缓了木材的热分解速度。同时多磷酸可以熔融, 在固相表面上流淌, 覆盖在可燃性基材表面, 形成绝热层, 且还促进焦化状物质的形成。从而对热传导起妨碍作用, 也能起到一定的阻燃作用。
3 结果与讨论
3. 1 阻燃剂的作用机理
物质在空气中燃烧, 可燃性物质受热和空气中的氧发生反应, 同时物质分解, 产生更多的可燃物质, 就发生了燃烧现象。任何物质燃烧都需要3个条件, 即可燃物、氧气(空气)和点火源(热量) 。物质的阻燃就是采取措施削弱或消除燃烧的条件。材料的阻燃性常通过气相阻燃、凝聚相阻燃及中断热交换阻燃等机理实现。对于本实验所采用的复合阻燃剂, 其阻燃作用基于以下两个机理。
( 2)阻燃剂在气相中的阻燃作用: 氯代磷酸酯类阻燃剂分子结构中含有氯和磷, 受热释放出大量的难燃气体卤化氢, 覆盖在被燃物的表面, 从而降低了可燃气体或空气的氧化浓度,达到燃烧中断或延缓燃烧速度的目的。另外所形成的卤化物还可以捕获在燃烧过程中生成的高能量的H# 游离基及HO#游离基, 致使火焰中的H # 和HO# 浓度大为下降, 切断游离基的链锁反应, 从而起到抑制燃烧链式反应的作用。因此能有效地控制燃烧, 防止火焰的传播。
3. 2 阻燃剂种类对涂膜性能的影响
本实验对收集的几种阻燃剂分别进行了单一组分阻燃效果试验和有机、无机阻燃剂复配试验, 结果见表3。
表3 阻燃剂的阻燃效果及对漆膜外观的影响
表3 阻燃剂的阻燃效果及对漆膜外观的影响
由表3可知, 阻燃剂选用是否得当, 与阻燃性能有着密切的联系。在量相同的情况下, 有些阻燃剂的阻燃效果更明显,同时阻燃剂的加入对漆膜的透明度也有较大的影响。无机阻燃剂由于在高聚物中的填充量大及其固有的特性, 会降低高聚物的加工性能, 影响其透明度。有机阻燃剂则具有如下优点: ( 1)使用方便, 流动性好, 添加进去仅分散在阻燃体系中;( 2)多为液体, 有增塑性和润湿性, 又是高聚的加工助剂; ( 3)高聚物中有5%以上有机磷就能产生显著的阻燃效果。结合表3可知, 加入氯代磷酸酯类和无机阻燃剂所得的复合阻燃剂时涂膜的透明度和阻燃性能均佳。
3. 3 阻燃剂加量对涂膜硬度的影响
一般来说, 阻燃剂加量越大, 阻燃效果则越好。但加量过大对涂料的理化性能也有一定的影响。阻燃剂的加入可增加膜的柔韧性, 使膜干后不会太硬而发脆。这可能是因为氯代磷酸酯作为增塑剂结合到树脂中去改善了树脂的柔韧性。图1为阻燃剂加量对涂膜硬度的影响。
如图1所示, 阻燃剂的加入量对涂料硬度的影响较为明显。在其他条件相同的情况下, 漆膜的硬度与有机阻燃剂的加入量成反比, 阻燃剂加的越多, 其涂料的硬度越低。由于木器漆在使用的过程中是要求具备一定硬度的, 故有机阻燃剂的量不宜加得过多。
3. 4 涂层厚度对阻燃效果的影响
图2为涂层厚度对阻燃效果的影响。
从图2可知, 在配方相同时, 涂层越厚, 阻燃效果越好。然而, 涂层太厚, 则会造成浪费。在本实验中, 当涂层的厚度约为27~ 30 um即可起到一定的阻燃效果。
3. 5 涂刷次数对阻燃效果的影响
多次实验发现, 相同厚度的涂层, 一次涂成和分多次涂成阻燃效果明显不同。多次涂成的阻燃效果明显较好, 这样, 在条件允许的情况下, 分多次涂刷, 可大大增强耐燃性和阻燃性。
剂用量对阻燃效果的影响见表4。
阻燃性能和阻燃剂的加入量成正比, 随阻燃剂添加量的增大而提高。如表4所示, 当添加量在7%以下时, 阻燃效果不佳, 添加量在7% ~ 9%之间时阻燃效果较为明显, 添加量大于81 5%时, 阻燃效果增长缓慢。阻燃剂的用量如太少, 起不到阻燃的目的; 用量太多, 则涂膜的理化性能差, 硬度降低。因此, 综合图1和表4可知, 当阻燃剂的用量为7.5% ~ 8.5%时既有一定的阻燃性, 涂膜的硬度也较为理想。
4 结 语
4 结 语
在硝基漆中加入复合阻燃剂和多种助剂得到一种效果好的阻燃硝基漆, 研究结果表明: 当阻燃剂的添加量为7.5% ~8.5%时所得到的阻燃硝基漆既有较好的阻燃性, 又有较好的涂膜理化性能。
