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使用低壓冷等離子體技術(shù)制備防火涂料，可以大大提高涂料的耐火性能，涂層的熱釋放速率降低約 50 ％ ；在防火涂料中添加少量納米顏填料，可以提高耐火性能，減少阻燃劑用量；使用環(huán)保新材料制造防火涂料，也是防火涂料發(fā)展的一個重要方向。
防火涂料是指涂覆于木材、纖維、紙、塑料等易燃建筑基材或涂于電纜、金屬構(gòu)件的表面，能降低被涂材料表面的可燃性，阻止火災(zāi)的迅速蔓延，或是涂覆于結(jié)構(gòu)材料表面，用以提高構(gòu)件耐火極限的一類物質(zhì)。隨著建筑的高層化、集群化發(fā)展，防火涂料在建筑消防安全方面的應(yīng)用日益廣泛，并且正隨著整個涂料行業(yè)向“五 E ”方向邁進，即提高涂膜質(zhì)量 (Excellence) 、方便施工 (Easyof application) 、節(jié)省資源 (E conomics) 、節(jié)省能源 (Energysaving) 、生態(tài)平衡 (Ecolohy) 。本文介紹了近年來低壓冷等離子體技術(shù)、納米技術(shù)以及環(huán)保新材料等新技術(shù)、新材料在改進防火涂料性能方面的應(yīng)用情況。
l 低壓冷等離子體技術(shù)
低壓冷等離子體技術(shù)是近年來用于改進防火涂料性能的一種新技術(shù)。該技術(shù)是將涂層沉積在聚合物表面，這種涂層能改進基料的耐水和耐濕熱性能或者提高纖維的耐火性能，還能提高聚合物之間粘合力。擁有特殊物化性質(zhì)的氟化聚合物正引起人們越來越多的關(guān)注。尤其是氟化聚合物優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性、光化學穩(wěn)定性以及耐候性使得氟化聚合物在涂料工業(yè)具有實際應(yīng)用價值。氟化聚合物表面張力很低，在耐水和耐油性的紡織品生產(chǎn)工藝中也得到了廣泛應(yīng)用。例如，1，1 ，2 ，2 -四氫全氟化丙烯酸癸酯 (AC8) 的均相聚合傳統(tǒng)工藝中使用到了乙二醇二異丁烯酸酯(EGDMA) 作為嫁接助劑， EGDMA 是聚合 AC8 鏈之間的交聯(lián)劑，同時能使聚合 AC8 鏈與 PAN 表面發(fā)生耦合。要想提高聚合物 PA6 的防火性能，就必然要想辦法去除生產(chǎn)工藝中一些易燃物質(zhì)。低壓冷等離子體技術(shù)不使用易燃的 EGDMA ，由微波氬等離子體誘導氟化單體 AC8 發(fā)生嫁接、聚合反應(yīng)，生成聚酰胺- 6(PA6) ，從而大大提高了 PA6 的防火性能。
低壓冷等離子體技術(shù)的裝置包括 3 個部分：一臺功率(0～600W) 可調(diào)的微波發(fā)生器 (2.46 GHz) 用于激發(fā)等離子體；一個輝光發(fā)電管；一臺一級真空泵。該裝置的體積達到 27 L 。氣體流量由質(zhì)量流量計控制。
2 納米技術(shù)
納米的小尺度效應(yīng)會使材料的性能發(fā)生突變，研究納米乳液防火涂料、納米填料可改善涂料表面成膜物性能，改善防火涂料的防火性能和物化性能，減少阻燃劑用量，降低成本，屬防火涂料高新技術(shù)。層狀雙氫氧化物 (LDHs) 是一類片層固體，其化學組成可用通式表示，其中 M II 為二價金屬陽離子， LDHs 具有與水鎂石類似的正八面體結(jié)構(gòu)，層間填充陰離子及結(jié)晶水分子。由于層間陰離子的可交換性和水分子的可移動性，且陰離子和水分子被驅(qū)除后不破壞原來的層狀結(jié)構(gòu)，從而可對LDHs 的層間進行改性。 LDHs 的層間距一般為幾個埃，因此被嵌入的客體只能從分子尺寸進入層間，即在微波結(jié)晶的條件下主客體之間形成納米復合材料一納米晶體結(jié)構(gòu)的層狀雙氫氧化物 (nano — LDHs) ，顆粒尺寸在 10 ～ 40 nm左右。
nano — LDHs 在防火涂料中能起到填料的作用。膨脹型防火涂料的耐火性能與燃燒時膨脹炭化層的質(zhì)量性能有關(guān)。 nano — LDHs 以及高溫下產(chǎn)生的氧化鋁和氧化鎂將充滿在炭化層的狹小空穴內(nèi)，從而提高膨脹時的強度。這就使得炭化層變得很堅硬，在火中不會坍塌。而且， nano — LDHs 以及氧化鋁和氧化鎂在涂層中含氧條件下還能催化生成一層更緊密的碳化層。由此可見，納米技術(shù)在防火涂料中的應(yīng)用不僅可以改善涂料表面成膜物性能，還可以大大提高防火涂料的耐火性能，并且改善了物化性能，減少了阻燃劑用量，最終降低了防火涂料的成本。
3 環(huán)保新材料
涂料中樹脂的耐紫外線性能是一項重要指標。以往加入添加劑改善耐紫外線性能的同時出現(xiàn)涂料的耐火性能明顯下降的情況。為了解決這一矛盾，采用一些含鹵素的單體或低聚物。但是這些含鹵素的單體或低聚物在燃燒時會產(chǎn)生劇毒氣體和腐蝕性極強的濃煙，對環(huán)境產(chǎn)生嚴重破壞，嚴重危及人身安全。所以，尋找不含鹵素的單體或低聚物耐火材料 ( 如含膦材料 ) 是刻不容緩的任務(wù)。最近，一類稱作環(huán)三膦氮烯的綠色環(huán)保新材料被合成并用于木質(zhì)底材或其他可燃材料的透明防火涂料。其中一種環(huán)三膦氮烯 (n — Propoxy)(2 -hydroxyethylmethacrlate)cyclotriphosphazene(HPCP) 的合成路
將 HPCP 涂抹在一塊木板 ( 30 cm × 15 cm × 1( 3m ) 上。涂抹前，木板放置在相對濕度控制在 (5O ± 5) ％范圍、溫度在 (23 ± 2) ℃的環(huán)境中 14 d 。涂抹后，木板處在紫外線照射下直到表面完全干燥。然后，用丙酮洗去剩余 HPCP 。木板再次放置在上述環(huán)境中。在進行燃燒測試前，木板還要放在爐子 (50 ± 0 ． 2) ℃ 中 40 h 。
燃燒測試結(jié)果表明，木板燃燒后形成膨脹的木炭，燃燒過程中膨脹機理在于有丙烯 ( 來自 HPCP 結(jié)構(gòu)中的丙氧基 ) 氣體產(chǎn)生而形成炭化層是木板燃燒的結(jié)果。從 HPCP 結(jié)構(gòu)分析， HPCP 交聯(lián)密度很高阻止泡沫過分膨脹， HPCP結(jié)構(gòu)中含有大量的丙氧基團使得 HPCP 成為優(yōu)良的防火涂料。環(huán)保新材料作為防火涂料在保證防火性能的前提下，不會因防火涂料的使用帶來嚴重的環(huán)境污染。這是防火涂料的一個主要的發(fā)展方向。
4 總結(jié)
新型防火涂料的研發(fā)需要有新技術(shù)的支持。低壓冷等離子體技術(shù)、納米技術(shù)以及環(huán)保新材料等在改進防火涂料性能方面的應(yīng)用必將有力推動防火涂料朝著節(jié)能、環(huán)保的方向快速發(fā)展。 |
