CN109913048A - 一种环境友好型p-n-c阻燃体系防火涂料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环境友好型P‑N‑C阻燃体系防火涂料，具体涉及防火涂料领域。本发明的涂料基于传统的P‑N‑C阻燃体系的基础上，可形成良好的焦炭层，通过添加粉煤灰、香蕉树皮和甘蔗渣的组合成分，与成炭剂季戊四醇发生协同作用，从而形成良好的焦炭层，有效组织火焰的进一步蔓延；成分中含有木质素，促使可燃材料脱水成炭，进而可有效减缓燃烧的剧烈程度；通过对复合的成分进行定量的配比，并经过烟密度试验与耐火性能试验，形成具有烟密度等级低，抑烟效果好，满足国标在GB/T8627—1999关于A级防火涂料的标准，且该配方有效利用到工业废料和不常用的植物材料，起到变废为宝、资源再利用的效果。
Description
技术领域
本发明涉及防火涂料领域，具体为一种环境友好型P-N-C阻燃体系防火涂料。
背景技术
火灾，是指在时间或空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。目前，我们采取的防火措施主要分为两种：主动性防火措施和被动性防火措施。被动性防火措施是指采用现代化监测设备及消防设施对火灾形势进行控制。主动性防火措施是指提高建筑物本身的耐火阻燃性能。主动性防火措施又分为两个方面，一是选用具有阻燃作用的建筑基材，另一个则是在建筑基材表面涂、贴或镶具有良好耐火性能的防火涂料或薄膜。防火涂料除了具有良好的防火性能以外，还具有防锈、防水、防腐、耐磨、耐热、着色性、黏附性、易干性和一定的光泽等性能而广泛应用于各种民用建筑中。
膨胀型防火涂料是目前使用最广泛的一种防火涂料。以聚磷酸铵+季戊四醇+三聚氰胺为配方的经典膨胀型阻燃剂(P-N-C阻燃体系)是目前应用最为成熟和广泛的膨胀型阻燃体系。P-N-C阻燃体系具有高阻燃性，由于其阻燃的高分子材料具有抗熔滴行为，长时间或重复暴露在火焰中仍具有极好的抵抗性，无卤、无锑、低毒、低烟、无腐蚀性气体等优点，被誉为阻燃技术的一次革命。但是，P-N-C阻燃体系也有不少的缺陷，如：(1)易吸湿，各成分之间易发生醇解，导致阻燃聚合物抗水性下降；(2)相对分子量低，使材料的热稳定性差，抗迁移性差，最终导致阻燃产品的物理性能降低，外观变差。
发明内容
有鉴于此，本发明为了提高阻燃涂料的抗水性能及热稳定性等性能，从本质上改变其配方成分或含量来对P-N-C阻燃体系进行改良设计，遵循环保高效的原则，寻找无毒无危害、成本低、效率高的绿色原材料，提供了一种环境友好型P-N-C阻燃体系防火涂料。
本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的，本发明公开了一种环境友好型P-N-C阻燃体系防火涂料，该涂料包括苯丙乳液基料，聚磷酸铵脱水催化剂，三聚氰胺发泡剂，季戊四醇成炭剂，六偏磷酸铵分散剂和阻燃剂，所述阻燃剂包括甘蔗渣，香蕉树皮和粉煤灰。
上述的环境友好型P-N-C阻燃体系防火涂料，作为优选的，该涂料按质量份数计包括：苯丙乳液基料含量为12.5份，聚磷酸铵脱水催化剂含量为12份，三聚氰胺发泡剂含量为5.6份，季戊四醇成炭剂含量为3份。
上述的环境友好型P-N-C阻燃体系防火涂料，作为优选的，该涂料按质量份数计还包括：甘蔗渣含量为3.5-6份，香蕉树皮含量为2.5-5份，粉煤灰含量为12.5-13.5份。
上述的环境友好型P-N-C阻燃体系防火涂料，作为优选的，该涂料按质量份数计包括：苯丙乳液基料含量为12.5份，聚磷酸铵脱水催化剂含量为12份，三聚氰胺发泡剂含量为5.6份，季戊四醇成炭剂含量为3份，甘蔗渣含量为5份，香蕉树皮含量为4.5份，粉煤灰含量为13份。
上述的环境友好型P-N-C阻燃体系防火涂料，作为优选的，该涂料还包括溶剂，所述溶剂使该涂料变成粘稠状。
上述的环境友好型P-N-C阻燃体系防火涂料，作为优选的，所述溶剂为水。
上述的环境友好型P-N-C阻燃体系防火涂料，作为优选的，该涂料用于钢铁结构。
本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明基于传统的P-N-C阻燃体系的基础上，通过添加粉煤灰、香蕉树皮和甘蔗渣的组合成分，与成炭剂季戊四醇发生协同作用，从而形成良好的焦炭层，有效组织火焰的进一步蔓延。并且由于成分中含有木质素，其完全燃烧放出的燃烧热是分解为炭和水的分解反应放热的6倍，促使可燃材料脱水成炭，进而可有效减缓燃烧的剧烈程度。本发明通过对复合的成分进行定量的配比，并经过烟密度试验与耐火性能试验，形成具有烟密度等级低，抑烟效果好，满足国标在GB/T8627—1999的规定中，防火涂料属于A级材料，烟密度等级(SDR)必须≤15的条件，且具有具有较好的膨胀倍率，膨胀迅速，炭层较密，发泡情况最为乐观，耐火性能理想等优点。此外，该配方有效利用到工业废料和不常用的植物材料，如粉煤灰亦称飞灰，我国粉煤灰累计堆存量达8亿吨，这么多的粉煤灰如果不加以合理利用和良好处理，将会造成环境污染和生态危害；香蕉树皮，亦称香蕉茎秆，每年总产量近600万吨；甘蔗渣是甘蔗经破碎和提取蔗汁后的甘蔗茎的纤维性残渣，每生产出1t的蔗糖就会产生约1t的蔗渣，起到变废为宝、资源再利用的效果。
具体实施方式
下面将本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种环境友好型P-N-C阻燃体系防火涂料，苯丙乳液基料含量为12.5份，聚磷酸铵脱水催化剂含量为12份，三聚氰胺发泡剂含量为5.6份，季戊四醇成炭剂含量为3份，甘蔗渣含量为3.5-6份，香蕉树皮含量为2.5-5份，粉煤灰含量为12.5-13.5份，溶剂为水，所述溶剂使该涂料变成粘稠状。
更为具体地有，该涂料按质量份数计包括：苯丙乳液基料含量为12.5份，聚磷酸铵脱水催化剂含量为12份，三聚氰胺发泡剂含量为5.6份，季戊四醇成炭剂含量为3份，甘蔗渣含量为5份，香蕉树皮含量为4.5份，粉煤灰含量为13份。
上述型防火涂料经过烟密度试验和耐火性能测试验证，甘蔗渣取量3～6g，香蕉树皮取量2～5g，粉煤灰取量11.5～13.5g。各自
以0.5g为梯次递增，可得到245组防火涂料配方。由于组别较多，为了方便表示，采用a表示粉煤灰，则a1、a2、a3、a4、a5分别代表11.5g、12g、12.5g、13g、13.5g；b表示香蕉树皮，则b1、b2、b3、b4、b5、b6、b7分别代表2g、2.5g、3g、3.5g、4g、4.5g、5g；表示甘蔗渣，则c1、c2、c3、c4、c5、c6、c7分别代表3g、3.5g、4g、4.5g、5g、5.5g、6g。总体配方如下表：
以上述防火涂料配比制成防火涂料后，对钢板进行处理和涂刷，构成试验用的样品。具体步骤如下：(1)准备实验所需药品及材料，检查实验仪器是否能够正常工作；(2)将甘蔗渣、香蕉树皮剪碎放入设定温度为70℃的电热恒温鼓风干燥箱中干燥10小时。(3)将烘干后的甘蔗渣及香蕉树皮使用球磨机以70的转速研磨15小时，随后用300目的分子筛进行筛分，使粉末细度达到48微米，原料混合能够更加均匀。(4)用电子天平按基础配方的20倍精确称量聚磷酸铵、季戊四醇、六偏磷酸钠、三聚氰胺和苯丙乳液并混合于一个2000ml的烧杯中，加入适量的蒸馏水，并记录所加入的蒸馏水的质量，使用搅拌机充分搅拌使其均匀混合，再按照所加入的物质总质量的二十分之一分装到20个一次性塑料杯中。(5)在所配置好基础配方的一次性塑料杯中按配方加入甘蔗渣、香蕉树皮和粉煤灰，再搅拌均匀，即可得到所需防火涂料。(6)取用钢板除锈、清洁并干燥，在使用油画铲将所配置好的防火涂料均匀涂在钢板的一面上，然后放在通风处自然晾干，要求确保涂层厚度一致。
上述方法制得样品后进行烟密度实验，烟密度是指材料在规定的试验条件下发烟量的量度，它是用透过烟的光强度衰减量来描述的。本研究使用JCY-3型建材烟密度测试仪严格按照以下实验步骤对所配置的防火涂料进行烟密度测试，测试结果如下：
续上
续上
| a4b7c2 | 7.11 | 2.41 | a5b7c2 | 11.74 | 3.12 | a4b5c7 | 8.84 | 3.16 |
| a4b1c3 | 4.27 | 1.36 | a5b1c3 | 13.1 | 3.87 | a4b6c7 | 5.42 | 1.88 |
| a4b2c3 | 7.23 | 2.43 | a5b2c3 | 17.27 | 4.98 | a4b7c7 | 5.05 | 1.6 |
| a4b3c3 | 10.67 | 3.16 | a5b3c3 | 17.01 | 4.8 | a5b6c5 | 7.3 | 1.9 |
| a4b4c3 | 4.86 | 1.59 | a5b4c3 | 5.56 | 1.62 | a5b7c5 | 8.6 | 3.43 |
| a4b5c3 | 4.03 | 1.53 | a5b5c3 | 11.99 | 3.36 | a5b1c6 | 12.15 | 3.22 |
| a4b6c3 | 4.74 | 1.79 | a5b6c3 | 14.13 | 5.19 | a5b2c6 | 12.15 | 3.62 |
| a4b7c3 | 4.03 | 1.41 | a5b7c3 | 3.91 | 1.21 | a5b3c6 | 15.72 | 4.36 |
| a4b1c4 | 3.09 | 0.95 | a5b1c4 | 7.77 | 2.14 | a5b4c6 | 10.72 | 3.06 |
| a4b2c4 | 11.73 | 3.21 | a5b2c4 | 2.41 | 0.27 | a5b5c6 | 10.41 | 2.22 |
| a4b3c4 | 6.28 | 2.24 | a5b3c4 | 12.84 | 3.87 | a5b6c6 | 8.98 | 1.95 |
| a4b4c4 | 2.85 | 0.97 | a5b4c4 | 7.92 | 2.58 | a5b7c6 | 7.56 | 1.59 |
| a4b5c4 | 3.68 | 1.25 | a5b5c4 | 8.34 | 2.82 | a5b1c7 | 7.12 | 2.16 |
| a4b6c4 | 4.15 | 1.33 | a5b6c4 | 13.16 | 4.97 | a5b2c7 | 6.21 | 1.86 |
| a4b7c4 | 4.03 | 1.32 | a5b7c4 | 6.93 | 2.08 | a5b3c7 | 5.63 | 1.8 |
| a4b1c5 | 2.31 | 0.83 | a5b1c5 | 15.77 | 4.4 | a5b4c7 | 8.24 | 1.97 |
| a4b2c5 | 2.93 | 0.85 | a5b2c5 | 7.03 | 2.58 | a5b5c7 | 11.34 | 3.44 |
| a4b3c5 | 5.61 | 1.94 | a5b3c5 | 5.19 | 1.74 | a5b6c7 | 4.75 | 1.4 |
| a4b4c5 | 2.94 | 1.22 | a5b4c5 | 3.53 | 1.14 | a5b7c7 | 2.14 | 0.23 |
| a4b5c5 | 16.76 | 4.29 | a5b5c5 | 13.91 | 4.06 |
由上述烟密度试验结果中可以看出，大部分配方的SDR值均在5以下，a1b1c4之后的烟密度等级大多偏小，即甘蔗渣设定值在4.5g后能与香蕉树皮及11.5g的粉煤灰发挥良好的协同作用，但配方随着甘蔗渣及香蕉树皮的添加量不同并未呈现规律性的变化，在甘蔗渣和香蕉树皮用量均为3g时，配方抑烟效果最好。香蕉树皮、甘蔗渣及粉煤灰的混合添加的确能够使膨胀型防火涂料获得良好的抑烟效果，但并未呈现出任何规律，烟密度等级一直在0-8之间来回波动，在基本配方一致的情况下，甘蔗渣、香蕉树皮及粉煤灰三者混合添加所得的任意配方的烟密度等级都比添加其中单一组分所测得的烟密度等级要低，烟密度等级越低，抑烟效果越好。
通过进行烟密度测试后，可以初步判定甘蔗渣、香蕉树皮和粉煤灰在防火涂料中在抑烟方面具有协同作用。粉煤灰作为抑烟剂在其中起到主要作用，但添加的量并不是越多越好。根据实验数据显示，挑选出烟密度等级最低的5组配方进行下一步的耐火性能测试，分别为：a5b7c7(甘蔗渣：6g、香蕉树皮：5g、粉煤灰：13.5g)、a5b2c4(甘蔗渣：4.5g、香蕉树皮：2.5g、粉煤灰：13.5g)、a4b6c5(甘蔗渣：5g、香蕉树皮：4.5g、粉煤灰：13g)、a3b3c2(甘蔗渣：3.5g、香蕉树皮3g、粉煤灰：12.5g)、a3b4c7(甘蔗渣：6g、香蕉树皮：3.5g、粉煤灰：12.5g)。H1、H2、H3、H4、H5分别表示组别a5b7c7、a5b2c4、a4b6c5、a3b3c2、a3b4c7。
上述的烟密度等级最低的组份进行耐火性能测试，本研究采用CZF-3型水平垂直燃烧测试仪作为燃烧装置，多通道USB热电偶采集卡记录燃烧过程中的温度变化，每1min记录一次温度。测试结果如下：
续上
由上表可知，H1、H2、H3、H4、H5的恒定温度分别为136℃、125℃、108℃、171℃、172℃，裸钢的最高温度为200℃，因此，各组配方均具有一定的阻燃效果，若根据恒定温度的高低来衡量涂层阻燃效果，可得到以下排序：H3>H2>H1>H4>H5。但仅仅根据来判断涂层的阻燃性能过于片面，若发生火灾时，涂层达到的恒定温度不是最高，而升温速率较快，则火场释放热量的速率过快，会从客观环境上缩短人员的逃生时间，对人员生命安全构成威胁。各组升温速率如下：H1为4.7℃/min、H2为4.25℃/min、H3为3.35℃/min、H4为6.7℃/min、H5为6.25℃/min。根据以上各组升温速率结果，可知H3升温速率最慢，同时，其恒定温度最低，所以H3的阻燃性能最好。
综上所述，香蕉树皮、甘蔗渣及粉煤灰的混合添加能够给膨胀型阻燃涂料(P-N-C阻燃涂料)带来很好的抑烟效果，且比其单一组分的添加的抑烟效果更好；含甘蔗渣、粉煤灰和香蕉树皮的膨胀型阻燃涂料的最佳比例配方为苯丙乳液基料含量为12.5份，聚磷酸铵脱水催化剂含量为12份，三聚氰胺发泡剂含量为5.6份，季戊四醇成炭剂含量为3份，甘蔗渣含量为5份，香蕉树皮含量为4.5份，粉煤灰含量为13份。
本实施例基于传统的P-N-C阻燃体系的基础上，通过添加粉煤灰、香蕉树皮和甘蔗渣的组合成分，与成炭剂季戊四醇发生协同作用，从而形成良好的焦炭层，有效组织火焰的进一步蔓延。并且由于成分中含有木质素，其完全燃烧放出的燃烧热是分解为炭和水的分解反应放热的6倍，促使可燃材料脱水成炭，进而可有效减缓燃烧的剧烈程度。本实施例通过对复合的成分进行定量的配比，并经过烟密度试验与耐火性能试验，形成具有烟密度等级低，抑烟效果好，满足国标在GB/T8627—1999的规定中，防火涂料属于A级材料，烟密度等级(SDR)必须≤15的条件，且具有较好的膨胀倍率，膨胀迅速，炭层较密，发泡情况最为乐观，耐火性能理想等优点。此外，该配方有效利用到工业废料和不常用的植物材料，如粉煤灰亦称飞灰，我国粉煤灰累计堆存量达8亿吨，这么多的粉煤灰如果不加以合理利用和良好处理，将会造成环境污染和生态危害；香蕉树皮，亦称香蕉茎秆，每年总产量近600万吨；甘蔗渣是甘蔗经破碎和提取蔗汁后的甘蔗茎的纤维性残渣，每生产出1t的蔗糖就会产生约1t的蔗渣，起到变废为宝、资源再利用的效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.本发明公开了一种环境友好型P-N-C阻燃体系防火涂料，该涂料包括苯丙乳液基料，聚磷酸铵脱水催化剂，三聚氰胺发泡剂，季戊四醇成炭剂，六偏磷酸铵分散剂和阻燃剂，所述阻燃剂包括甘蔗渣，香蕉树皮和粉煤灰。
2.上述的环境友好型P-N-C阻燃体系防火涂料，作为优选的，该涂料按质量份数计包括：苯丙乳液基料含量为12.5份，聚磷酸铵脱水催化剂含量为12份，三聚氰胺发泡剂含量为5.6份，季戊四醇成炭剂含量为3份。
3.上述的环境友好型P-N-C阻燃体系防火涂料，作为优选的，该涂料按质量份数计还包括：甘蔗渣含量为3.5-6份，香蕉树皮含量为2.5-5份，粉煤灰含量为12.5-13.5份。
4.上述的环境友好型P-N-C阻燃体系防火涂料，作为优选的，该涂料按质量份数计包括：苯丙乳液基料含量为12.5份，聚磷酸铵脱水催化剂含量为12份，三聚氰胺发泡剂含量为5.6份，季戊四醇成炭剂含量为3份，甘蔗渣含量为5份，香蕉树皮含量为4.5份，粉煤灰含量为13份。
5.上述的环境友好型P-N-C阻燃体系防火涂料，作为优选的，该涂料还包括溶剂，所述溶剂使该涂料变成粘稠状。
6.上述的环境友好型P-N-C阻燃体系防火涂料，作为优选的，所述溶剂为水。
7.上述的环境友好型P-N-C阻燃体系防火涂料，作为优选的，该涂料用于钢铁结构。
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