防火涂料贮存稳定性和耐水性研究
游潘丽1, 2, 姚亚东1, 尹光福1, 杨振华1, 程小伟1, 李协吉1
( 1. 四川大学材料学院, 成都610064; 2. 西昌学院工程系, 四川西昌615013)
实验中发现, 贮存后白乳胶溶液水分明显减少, 增稠明显; APP溶液中出现少量细小颗粒。从表3可看出, 贮存后基料的pH 值变小, APP的pH 值增大, 出现返粗等现象。白乳胶的主要成分是聚醋酸乙烯酯[ 4] , 聚醋酸乙烯酯容易水解, 生成醋酸和甲醛, 生成的酸又促进聚醋酸乙烯酯水解。APP在膨胀阻燃体系中起催化剂和阻燃剂的作用, 其阻燃性、吸湿性和溶解度等性能与其生产工艺和聚合度有关[5] 。生产中用的APP吸湿性较大, 在水溶液中易发生降解反应, 产生氨气, 降低APP的聚合度, 使其溶解度增加, 阻燃性能降低,溶液pH 值由中性变为碱性, 出现返粗。可见, 基料是造成涂料耐水性能差和增稠的主要原因, APP是造成涂料阻燃性能下降和贮存返粗的主要原因。针对以上问题, 对基料和阻燃剂进行改性。
从表5可知, 通过对基料乳液和膨胀阻燃剂改性, 防火涂料贮存后的耐水性能和阻燃性能明显提高, 耐水时间由12 h提高到32 h, 阻燃时间由23 m in提高到58 m in, 很好地解决了生产中的实际问题。
0 引 言
膨胀型饰面防火涂料是一种既有装饰功能又有防火阻燃功能的功能性涂料。涂料在常温下成膜, 对涂覆基材起装饰作用。在火焰或高温下涂膜膨胀, 形成体积比原来大几十倍甚至几百倍的海绵状或蜂窝状泡沫炭化层, 起到很好的阻燃作用, 阻止火灾的发生和蔓延, 为火灾的救助赢得宝贵的时间[ 1] 。近年来, 由于建筑装饰材料的大量采用, 火灾呈上升趋势, 给国家和个人造成了极大的经济损失[ 2] 。对质量好、经济适用、性价比高的膨胀型饰面防火涂料需求日益增加[ 3] 。本文研究了以白乳胶为基料, 聚磷酸铵( APP)、季戊四醇( PE)、三聚氰胺(MEL)为膨胀阻燃剂的工业化生产的膨胀型饰面防火涂料。探讨了涂料贮存后产生的阻燃性能下降, 耐水性能变差, 涂料返粗、增稠的原因, 并通过对基料和膨胀阻燃剂改性, 提高了涂料的耐水性和贮存稳定性。
1 实验部分
1 实验部分
1. 1 原料及仪器
贵州水晶牌白乳胶、聚磷酸铵( APP, n> 20) 、季戊四醇( PE )、三聚氰胺(MEL)、硅灰石、二氧化钛、二氧化硅、尿素:均为工业级。
QJF型两用机: 天津伟达试验机厂; QNZ型斯托默黏度计: 天津伟达试验机厂; pHS- 25数显pH 计(雷磁); 美的微波炉; 恒温干燥箱; 刮板细度计: 天津伟达试验机厂; 五层胶合板; 天平; 羊毛刷; 马口铁等。
1. 2 实验配方及涂料制备工艺流程
采用厂家生产的实际配方, 主要组分和用量范围见表1,涂料制备工艺流程见图1。
1. 3 性能测试标准及方法
1. 3. 1 防火涂料耐水性能测试
按国家标准GB /T1733) 1993甲法进行耐水性测试。
1. 3. 2 防火涂料贮存稳定性检测
将防火涂料放入恒温干燥箱中, 在( 50 士 2)ºC条件下贮存30 d, 30 d后检测黏度、细度和pH 值。
1. 3. 3 防火涂料阻燃和理化性能测试
防火涂料按GB /T12441) 1998 进行理化性能测试; 按GB /T1544212) 1995进行耐燃时间测试(大板燃烧法); 按GB /T1544213) 1995进行火焰传播比值测试(隧道燃烧法);按GB /T1544214) 1995进行阻燃性测试(小室燃烧法) 。
2 结果与讨论
2 结果与讨论
2. 1 涂料耐水性差和贮存返粗原因探讨
将按厂家配方生产的防火涂料(样品1)和在( 50士 2)ºC 恒温干燥箱中贮存30 d的防火涂料(样品2), 按标准制样检测耐水性、阻燃性, 并检测其pH 值、黏度和细度, 检测结果见表2。
从表2可见, 防火涂料人工加速贮存30 d后, 阻燃性能和耐水性能下降, 涂料的pH 值由中性变为碱性, 涂料粒径增大,黏度增大。
为了探讨防火涂料贮存后存在问题产生的主要原因, 将基料白乳胶( 简称基料) 加入适量水配成溶液; 阻燃剂APP、PE、MEL加入适量水, 砂磨成细度小于90 Lm 的浆料, 分别检测贮存前后基料、APP、PE 和MEL 的pH 值和细度, 其检测结果见表3。
2. 2 改性基料的影响
2. 2. 1 乳液共混改性的影响
将一定量的不同乳液缓慢加入白乳胶中搅拌60 m in, 用制得的改性基料制备不同的防火涂料, 人工加速贮存30 d后,检测耐水性能和阻燃性能, 测试结果见图2、3(乳液编号1~ 3为丙烯酸类乳液; 4~ 6为苯丙类乳液)。
从图2 可看出乳液改性白乳胶后, 涂料耐水性能明显提高, 均大于12 h, 其中乳液1、2、3、5对应的防火涂料耐水时间\ 24 h。从图3可见, 乳液改性后的防火涂料阻燃性能下降,均小于23 m in。阻燃性能是防火涂料的重要指标, 综合考虑耐水、阻燃、性价比等因素, 确定乳液5为基料的改性乳液。
2. 2. 2 改性温度和用量的影响
从图2 可看出乳液改性白乳胶后, 涂料耐水性能明显提高, 均大于12 h, 其中乳液1、2、3、5对应的防火涂料耐水时间\ 24 h。从图3可见, 乳液改性后的防火涂料阻燃性能下降,均小于23 m in。阻燃性能是防火涂料的重要指标, 综合考虑耐水、阻燃、性价比等因素, 确定乳液5为基料的改性乳液。
2. 2. 2 改性温度和用量的影响
用乳液5在不同的温度和不同用量改性白乳胶, 制备防火涂料, 人工加速贮存后, 检测其耐水和阻燃性能, 结果见图4、5。
从图4可知, 50 ºC 时, 涂料耐水性好, 但阻燃性较差; 在( 20~ 35)ºC 时, 涂料耐水、阻燃性能均能符合要求, 改性温度的影响不是很大, 考虑实际生产情况, 确定在室温条件下进行改性。从图5可见, 随着改性乳液用量的增加, 涂料耐水性能提高, 阻燃性能降低。说明随着涂膜致密性和耐水性的不断提高, 将会导致涂膜膨胀发泡性能降低, 从而影响阻燃性能。该乳液和基料白乳胶之间有一个适量的搭配关系。
从图4可知, 50 ºC 时, 涂料耐水性好, 但阻燃性较差; 在( 20~ 35)ºC 时, 涂料耐水、阻燃性能均能符合要求, 改性温度的影响不是很大, 考虑实际生产情况, 确定在室温条件下进行改性。从图5可见, 随着改性乳液用量的增加, 涂料耐水性能提高, 阻燃性能降低。说明随着涂膜致密性和耐水性的不断提高, 将会导致涂膜膨胀发泡性能降低, 从而影响阻燃性能。该乳液和基料白乳胶之间有一个适量的搭配关系。
综合考虑耐水、阻燃性能及改性乳液的价格和生产实际情况, 确定基料共混改性工艺:
改性温度: 室温;
改性剂: 乳液5(苯丙乳液);
改性剂用量: 白乳胶质量的8% ~ 12%。
2. 3 改性膨胀阻燃剂的影响
按配方分别称取APP、PE、MEL, 在室温下加入装有适量水的容器中, 高速搅拌30 m in, 混合均匀后, 用高温微波辐射30 m in, 取出粉碎, 再用中温微波辐射30 m in, 研磨至平均粒径小于90 um 的粉体, 制得改性膨胀阻燃剂。用改性膨胀阻燃剂与未改性的白乳胶和已改性的白乳胶分别制备防火涂料,检测其耐水、阻燃和贮存稳定性能, 检测结果见表4。
从表4可看出, 微波辐射改性阻燃剂能显著提高贮存后防火涂料的阻燃性能, 对涂料的耐水性和贮存返粗的问题有较好的改善。
微波是非离子化辐射能, 它作用于分子上时, 促进了分子的转动运动, 产生瞬时极化, 并以24.5亿次/s的速度进行极性变换运动, 从而产生键的振动、撕裂和粒子之间的相互摩擦、碰撞, 促进分子更好地接触和反应[ 6- 7] 。微波辐射是一种内加热方式, 与外加热方式相比, 内加热具有加热速度快、受热体系温度均匀等特点。由于微波的特性, 可使PE、MEL 均匀包覆于APP上或与APP 反应, 生成溶解度更低、吸湿性能更小、阻燃性能更好的阻燃剂。实验中发现, 改性阻燃剂的阻燃效果与阻燃剂用量和微波改性时间有关。选取8% ~ 12%的乳液5在室温改性白乳胶, 用微波辐射改性阻燃剂制备防火涂料, 其综合理化性能检测结果见表5。
从表5可知, 通过对基料乳液和膨胀阻燃剂改性, 防火涂料贮存后的耐水性能和阻燃性能明显提高, 耐水时间由12 h提高到32 h, 阻燃时间由23 m in提高到58 m in, 很好地解决了生产中的实际问题。
3 结 语
( 1) 基料和膨胀阻燃剂的性能对防火涂料的贮存稳定性和耐水性起主要作用。
( 2) 微波辐射技术与乳液共混技术联合作用是改善防火涂料贮存稳定性和耐水性的有效方法。
