PUA_SA共混乳液防火涂料_杨守生

　灭火剂与阻燃材料　

ＰＵＡ／ＳＡ共混乳液防火涂料

杨守生

（中国人民武装警察部队学院，河北廊坊０６５０００）

摘　要：以ＰＵＡ／ＳＡ共混乳液为成膜物质，制备了以聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇为膨胀阻燃体系（ＡＭＰ膨胀阻燃体系）的水性饰面型防火涂料。考察了配方中各重要组分对涂料防火性能及理化性能的影响。结果表明，丙烯酸聚氨酯共聚乳液与苯丙乳液按２∶１比例的共混乳液（ＰＵＳＡ），质量分数为３０％，聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇质量比为２１∶１１∶９，质量分数为６０％时，涂料的防火性能和理化性能达到标准要求。

关键词：丙烯酸聚氨酯共聚乳液；苯丙乳液；防火涂料；阻燃剂

中图分类号：Ｘ９２４．４，ＴＱ３１４．２４８，ＴＵ５４５文献标志码：Ａ

文章编号：１００９－００２９（２０１５）０３－０３６６－０４

防火涂料中的成膜物质通常是高分子化合物，是防火涂料的重要组成部分，其性质对涂料的硬度、柔性、耐磨性、耐冲击性、耐候性、耐水性、耐热性等物理化学性能起决定性的作用，并影响涂料的防火性能。选用的成膜物质不同，防火涂料的理化性能、防火性能有较大差异。乳液是水性膨胀型防火涂料常用成膜物质。笔者采用丙烯酸—聚氨酯共聚乳液（ＰＵＡ）与苯丙乳液（ＳＡ）复配的共混乳液为成膜物质，聚磷酸铵（ＡＰＰ）／三聚氰胺（ＭＥＬ）／季戊四醇（ＰＥＲ）为防火体系，研究树脂基料及防火组分对膨胀型防火涂料性能的影响。

１　试验部分

１．１　原　料

ＳＡ（固体质量分数为４８％±２％）；ＰＵＡ（固体质量分数为４０％）；聚磷酸铵，工业级；季戊四醇，分析纯；三聚氰胺，分析纯；钛白粉，工业级；消泡剂，工业级；增稠流变剂，工业级；分散剂，工业级；润湿剂，工业级。

１．２　涂料配制

防火涂料按图１所示工艺流程制备。按表１称取阻燃剂，混合，在研钵中充分研磨，加水并搅拌，再加入乳液以及适量的分散剂、消泡剂等助剂，用搅拌器在３００ｒ／ｍｉｎ的速度下搅拌１５ｍｉｎ，搅拌器转速调到６００ｒ／ｍｉｎ搅拌１．０ｈ。

表１　防火涂料基准配方

组　分用　量／ｇ组　分用　量

乳　液２０增稠流变剂适　量阻燃剂（ＡＭＰ）４１分散剂适　量钛白粉５消泡剂适　量

去离子水１５润湿剂适　量１．２　性能测试

（１）涂料的防火性能

。可参考ＧＢ／Ｔ　１５４４２．２－１９９５《饰面型防火涂料防火性能分级及试验方法大板燃料法》，自行设计实验模拟大板法（见图２），其温升曲线如图３所示。

图１　防火涂料制备工艺流程

图２　模拟大板法燃烧实验装置

图３　模拟大板法温度－时间曲线

将试件涂有防火涂料的一面朝下，喷灯口正对试样的中心，试件背火面按照图４布置热电偶。点火的同时开始计时，直至５根热电偶中的任意一支达到２２０℃或背火面出现穿火时为止，定义为耐燃时间。

（２）涂料的理化性能。涂料耐水性按ＧＢ／Ｔ　１７３３－１９９３《漆膜耐水性测定法》测试；涂料干燥时间按ＧＢ／Ｔ１７２８－１９７９《漆膜，腻子膜干燥时间测定法》测试、涂料涂膜硬度按照ＧＢ／Ｔ　６７３９－１９９６《涂膜硬度铅笔测定法》测

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３Ｆｉｒｅ

　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍａｒｃｈ　２０１５，Ｖｏｌ　３４，Ｎｏ．３

试；涂料黏度按ＧＢ／Ｔ　１７２３－１９９３《涂料粘度测定法》测定；涂料的附着力按ＧＢ　１７２０－１９７９《漆膜附着力测定法》测试

。

图４　背火面热电偶布置图

２　结果与讨论

２．１　ＰＵＡ／ＳＡ配比及用量的影响２．１．１　ＰＵＡ／ＳＡ配比的选择

以ＰＵＡ／ＳＡ的复配乳液为成膜物质配制防火涂料，制作５组比例（质量分数）复配乳液的防火涂料，测试其理化性能与防火性能，结果如表２、表３所示。

表２　复配乳液防火涂料的防火性能

样品

编号ＰＵＡ乳液∶ＳＡ乳液

耐燃时间／ｓ发泡倍数／倍炭层致密度炭层硬度Ａ１　３∶１　４４７　１７较疏松较软Ａ２　２∶１　４８１　１５较致密较硬Ａ３　１∶１　４５４　１４较致密较硬Ａ４　１∶２　４１６　９较致密较硬Ａ５　

１∶３　

４００　

８

致密

硬

表３　复配乳液防火涂料的理化性能

编号乳液

质量

分数涂膜

硬度

／Ｈ附着力／级

涂膜耐水性表干

时间／ｍｉｎ实干涂层状态Ａ１　２５％２　２　２４ｈ后，

涂膜无变化５２

涂膜平整光滑Ａ２　３３％２　２

２４ｈ后涂膜无脱落，略变色

５６

涂膜平整光滑Ａ３　５０％１　３　２

４ｈ后涂膜部分脱落６３涂膜平整光滑Ａ４　６７％１　３　２

４ｈ后涂膜部分脱落６９稍有龟裂现象Ａ５　７

５％１　

４　１

０ｈ后涂膜开始脱落７４

稍有龟裂现象

由表２可以看出，

ＳＡ乳液的加入使炭层的致密性和硬度逐渐增强，发泡高度逐渐下降，当ＰＵＡ乳液与ＳＡ乳液的复配比例为２∶１（Ａ２）时，耐燃时间为４８１ｓ，发泡倍数为１５倍，防火性能优于其他比例的防火涂料。当ＳＡ乳液质量分数在２５％～３３％，随用量的增加耐燃时间由４４７ｓ提升至４８１ｓ，发泡倍数由１７倍降低至１５倍；ＳＡ乳液质量分数超过３３％后，耐燃时间呈线性下降，耐燃时间由４８１ｓ降至４００ｓ，发泡倍数降至８倍。Ａ１、Ａ２、Ａ３防火涂料的防火性能优于单独使用ＰＵＡ乳液的防火性能，Ａ４、Ａ５防火涂料炭层致密性和炭层硬度虽有较大提高，但膨胀高度较低，耐燃时间低于单独使用ＰＵＡ乳液的防火涂料。试验发现，ＰＵＡ乳液与ＳＡ乳液相容性较好，少量ＳＡ乳液的加入有助于提高防火涂料炭层的

致密性和硬度，ＳＡ乳液过多虽提高了炭层的致密性和硬度，但膨胀高度降幅较大，防火性能降低。Ａ２防火涂料虽没有Ａ３防火涂料发泡效果好，但由于炭层硬度和致密性的增加，耐燃时间有所提高。ＰＵＡ乳液与ＳＡ乳液的复配增强了防火涂料的防火阻燃性能。

由表３可知，Ａ２防火涂料涂膜硬度为２Ｈ，附着力为２级，表干时间为５２ｍｉｎ，耐水实验２４ｈ后涂膜无变化，理化性能优于其他比例的防火涂料。当ＳＡ乳液用量在２５％～３３％时，涂膜理化性能没有太大变化；当ＳＡ乳液用量在３３％～６７％时，涂膜硬度由２Ｈ降至Ｈ，

附着力由２级降为３级，涂膜耐水性变差，耐水试验２４ｈ后涂膜发生脱落；当ＳＡ乳液添加量超过６７％时，附着力降低为４级，干燥后的涂层出现龟裂现象。随着ＳＡ乳液用量的增加，表干时间逐渐增加，从５２ｍｉｎ升至７４ｍｉｎ。ＳＡ乳液的加入降低了涂料的理化性能。２．１．２　共混乳液用量的影响

保持防火涂料中膨胀阻燃体系、颜填料以及助剂的用量不变，考察双组分共混乳液基料（ＰＵＡ乳液与ＳＡ乳液的质量比为２∶１）用量对涂料防火性能和理化性能的影响。按表４分别配制成乳液质量分数为１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％的６组涂料，

将配制后的涂料以５００ｇ／ｍ２

用量涂刷于１００ｍｍ×１００ｍｍ×（４±０．２）ｍｍ

的５层胶合板上，涂层厚度约为１ｍｍ，涂膜干燥后测试其性能，结果如表５、表６、图５所示。

表４　不同比例乳液用量的防火涂料配方

编号乳液用量／ｇ

乳液质

量分数ＡＰＰ

／ｇＭＥＬ

／ｇＰＥＲ

／ｇＴｉＯ２

／ｇ１　８　１５％２０　１２　８　５２　１１　２０％２０　１２　８　５３　１５　２５％２０　１２　８　５４　２０　３０％２０　１２　８　５５　２４　３５％２０　１２　８　５６　

３０　

４０％

２０　

１２　

８　

５

表５　不同乳液含量对涂层防火性能的影响编号乳液质量

分数耐燃时间

／ｓ发泡倍数

／倍膨胀致密性

炭层硬度

１　１５％３４２　１８疏松软２　２０％３７６　１８疏松较软３　２５％４４４　１６较疏松适中４　３０％４８１　１５较致密较硬５　３５％３６５　１０致密较硬６　

４０％

３４５　

９

致密

硬

由表５可知，

当乳液质量分数在１５％～４０％时，耐燃时间随着乳液用量的增加呈现出先增加后减小的变化趋势，

炭层的致密性与炭层硬度逐渐提高。乳液质量分数为３０％时，耐燃时间为４８１ｓ，形成的炭层发泡倍数高，致密性好，炭层不易被火焰冲破，防火效果较好。当乳液质

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６３消防科学与技术２０１５年３月第３４卷第３期