水滑石在膨胀阻燃涂料中的阻燃抑烟性能的研究_韩易_谷晓昱_扈中武_马文俊_张胜

２ 结 果 与 讨 论
２．１ 耐 燃 时 间 测 试 环氧树脂为 １００份，ＬＤＨ 添 加份数在 ０～６２．５ 份 之 间，
测 定 环 氧 树 脂 阻 燃 涂 料 的 耐 燃 时 间 ，结 果 见 图 １。
图１ ＬＤＨ 添加量与阻燃涂料耐燃时间的关系 Ｆｉｇ．１ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ＬＤＨ ａｍｏｕｎｔ ｏｎ ｆｉｒｅ－ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｔｉｍｅ ｏｆ
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａ ｆｌａｍｅ ｒｅｔａｒｄａｎｔ ｃｏａｔｉｎｇ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｅｐｏｘｙ ｒｅｓｉｎ ｌａｔｅｘ ａｎｄ ｉｎｔｕｍｅｓｃｅｎｔ ｆｌａｍｅ ｒｅｔａｒｄａｎｔ ｓｙｓｔｅｍ （ａｍ－ ｍｏｎｉｕｍ ｐｏｌｙｐｈｏｓｐｈａｔｅ（ＡＰＰ），ｐｅｎｔａｅｒｙｔｈｒｉｔｏｌ（ＰＥＲ），ａｎｄ ｍｅｌａｍｉｎｅ （ＭＥＬ）ｗａｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ．Ｍｇ／Ａｌ ｌａｙｅｒｅｄ ｄｏｕｂｌｅ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ（ＬＤＨ）ｗａｓ ｕｓｅｄ ａｓ ｓｙｎｅｒｇｉｓｔｉｃ ａｎｄ ｓｍｏｋｅ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ａｇｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｔｕｍｅｓｃｅｎｔ ｆｌａｍｅ ｒｅｔａｒｄａｎｔ ｃｏａｔｉｎｇ．Ｂｉｇ ｐａｎｅｌ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｅｖａｌｕａｔｅ ｔｈｅ ｆｌａｍｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｉｍｅ．Ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ （ＴＧＡ）．Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈａｒ ｌａｙｅｒ ｗａｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ（ＦＴＩＲ），ａｎｄ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ ｗａｓ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｂｙ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ （ＳＥＭ）．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｈａｖｅ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ＬＤＨ ｃａｎ ｉｍｐｒｏｖｅ ｆｌａｍｅ ｒｅｔａｒｄａｎｃｙ ａｎｄ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｓｍｏｋｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ．Ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｃｅ ｏｆ ＬＤＨ ｃｏｕｌｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｆｌａｍｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｉｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｔｏ １６５ｍｉｎ，ａｎｄ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｓｍｏｋｅ ｄｅｎｓｉｔｙ ｒａｎｋ （ＳＤＲ） ｂｙ ３３％ ．
摘要 以 环 氧 树 脂 为 基 料，聚 磷 酸 铵 （ＡＰＰ）／季 戊 四 醇 （ＰＥＲ）／三 聚 氰 胺 （ＭＥＬ）为 阻 燃 体 系，镁 铝 水 滑 石 （ＬＤＨ）为阻燃抑烟协效剂制备了膨胀型阻燃涂料，重点研究了水滑石在膨胀阻燃涂料中的阻燃抑烟作用。通过大 板 燃烧法及烟密度分析了 ＬＤＨ 对阻燃涂料的耐燃性能及烟密度的影响，采用热失重分析评估了涂料的热稳定性，运用 扫描电镜（ＳＥＭ）和红外光谱（ＦＴＩＲ）表征了涂料燃烧后炭层的微观结 构 及 残 炭 成 分 组 成 。 实 验 结 果 表 明，ＬＤＨ 的 加 入明显提高了涂料的阻燃性能与抑烟性 能。ＬＤＨ 添 加 量 为 ５０ 份 时，涂 料 的 耐 燃 时 间 延 长 到 １６５ ｍｉｎ，烟 密 度 等 级 （ＳＤＲ）降 低 了 ３３％ 左 右 。
（１）大 板 燃 烧 法 ——— 耐 燃 时 间 测 试 参考 ＧＢ／Ｔ１５４４２．２－１９９５ 规定执行。实验基材 选 用 １００ ｍｍ×１００ｍｍ×２ｍｍ 的木板，经制备的阻燃涂料涂覆 后，在 通风环境下保养７ｄ。将覆有阻燃涂料的木板水平倒放 置 于 酒精喷灯垂直向上的喷射火焰上，调整高度使火 焰 外 焰 恰 好 接触涂层中心。当木板背面因受热出现裂纹时记录燃烧时 间 ，此 为 耐 燃 时 间 。 （２）烟 密 度 测 试 采用建 材 烟 密 度 仪 （ＪＣＹ－２ 型，南 京 江 宁 区 分 析 仪 器 厂），具体步骤参照 ＧＢ／Ｔ ８６２７－２００７《建筑材料燃烧或分解的 烟密度试验方法》，对涂料产生的烟雾浓度进 行 测 试，样 品 为 尺寸２５ｍｍ×２５ｍｍ×２ ｍｍ 的 小 钢 片，涂 覆 涂 料 厚 度 约 为 １ ｍｍ。 以 下 为 烟 密 度 等 级 （ＳＤＲ）计 算 方 法 ： ＳＤＲ＝（Ｓ１／Ｓ总 ）×１００ 式中：Ｓ１ 为４ｍｉｎ内测量曲线与时间 轴 所 形 成 的 面 积，Ｓ总 为 ４ ｍｉｎ 内 ０～１００％ 的 光 吸 收 总 面 积 。 （３）热 失 重 分 析 （ＴＧＡ） 采用 ＨＴＣ－１热重分析仪（ＴＧＡ，北京恒久科学仪 器厂）， 升温速率为１０ ℃／ｍｉｎ，空气气氛，样品质量５～８ｍｇ，温度范 围２５～８００ ℃。 （４）红 外 光 谱 分 析 （ＦＴＩＲ） 采用 Ｔｈｅｒｍｏ Ｎｉｃｏｌｅｔ ＩＳ ５ 红 外 光 谱 分 析 仪。 扫 描 波 数 范 围 为 ４００～４０００ｃｍ－１，样 品 采 用 溴 化 钾 压 片 。 （５）扫 描 电 镜 （ＳＥＭ） 采用日本日立 ＨＩＴＡＣＨＩ－Ｓ４８００型（加速电压为 ２０ｋＶ） 扫描电子显微镜，对燃烧后的涂料的内表面和断 面 残 炭 形 貌 进行微观分析。
向研 磨 机 中 按 配 比 加 入 膨 胀 型 阻 燃 体 系、ＬＤＨ、去 离 子 水及分散剂，高速搅拌４５ｍｉｎ；然后将溶液倒入１００ｍＬ 烧杯 中，加入环氧树脂、环氧树脂固化剂、增 稠 剂、成 膜 助 剂、消 泡 剂、流平剂，放入磁子，将烧杯置于磁力搅拌器上低速搅拌 ３０ ｍｉｎ，充 分 混 合 ，出 料 。 １．２．２ 阻 燃 涂 料 的 涂 覆
ＨＡＮ Ｙｉ １，ＧＵ Ｘｉａｏｙｕ１，２，ＨＵ Ｚｈｏｎｇｗｕ１，３，ＭＡ Ｗｅｎｊｕｎ１，２，ＺＨＡＮＧ Ｓｈｅｎｇ１，２
（１ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ ａｎｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００２９； ２ Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ａｎｔａｉ Ｎｅｗ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｗｅｉｆａｎｇ ２６１０４１）
将配制好的涂料 分 别 涂 覆 于 打 磨 平 滑 的 方 形 木 板 （１００ ｍｍ×１００ｍｍ×２ｍｍ）和钢板（２５ｍｍ×２５ ｍｍ×２ｍｍ）上， ４ｈ后涂覆第二次，干燥 固 化 后 涂 膜 厚 度 为 １ ｍｍ 左 右，每 组 样品木板涂刷２块、钢板涂刷 ３块为 样 板。干 燥 通 风 环 境 下 晾 干 ７ｄ 后 进 行 测 试 。 １．３ 性 能 测 试 及 结 构 表 征
本研 究 则 是 以 金 属 氢 氧 化 物 ＬＤＨ 为 阻 燃 抑 烟 剂，聚 磷 酸铵（ＡＰＰ）、季戊 四 醇 （ＰＥＲ）、三 聚 氰 胺 （ＭＥＬ）为 膨 胀 阻 燃 体系，制备环氧树 脂 阻 燃 涂 料；寻 找 有 效 改 善 涂 料 阻 燃 抑 烟 性能的最佳配比，延 长 膨 胀 型 阻 燃 涂 料 的 耐 燃 时 间，并 降 低 涂料燃烧过程中的生烟量。
韩易：女，１９９２年生，硕士生，研究方向为 阻 燃 涂 料 及 树 脂 Ｅ－ｍａｉｌ：ｈａｎｎａｈｅ０７０１＠１６３．ｃｏｍ 张 胜：通 讯 作 者，男，１９６６ 年 生，教 授 ，博 士 生 导 师 ，研 究 方 向 为 高 分 子 阻 燃 Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｚｈａｎｇ１９６６＠１６３．ｃｏｍ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｅｐｏｘｙ ｒｅｓｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ，ｌａｙｅｒｅｄ ｄｏｕｂｌｅ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ，ｉｎｔｕｍｅｓｃｅｎｔ ｆｌａｍｅ ｒｅｔａｒｄａｎｃｅ，ｓｍｏｋｅ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ
０ 引 言
在木基材等表面涂覆阻燃涂料是最经济实用和简便有 效的防火安全措施。膨胀型阻燃涂料具有涂料的装饰性和 保护性，而且涂层 本 身 具 有 不 燃 性 或 难 燃 性，能 有 效 防 止 基 材被火焰点燃，并 且 在 燃 烧 中 能 发 泡 膨 胀 阻 隔 热 量 的 传 递、 延滞火焰的蔓延。
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材料导报 Ｂ：研究篇
２０１６ 年 ４ 月 （Ｂ）第 ３０ 卷 第 ４ 期
司；环氧树脂 固 化 剂，ＲＳ－２００３Ｂ，广 州 锐 升 合 成 材 料 有 限 公 司；有 机 硅 流 平 剂，工 业 品，广 东 石 油 化 工 研 究 院；水 滑 石 （ＬＤＨ），工 业 品 ，上 海 纽 唯 丝 化 工 有 限 公 司 。 １．２ 阻 燃 涂 料 的 制 备 １．２．１ 阻 燃 涂 料 的 配 方 及 制 备
ｆｉｒｅ－ｒｅｔａｒｄａｎｔ ｃｏａｔｉｎｇ 由图１可见，环 氧 树 脂 阻 燃 涂 料 的 耐 燃 时 间 随 着 ＬＤＨ 添加量的增 大 呈 现 先 增 大 后 减 小 的 趋 势，但 都 高 于 未 添 加 ＬＤＨ 的涂料，说 明 ＬＤＨ 的 添 加 延 长 了 防 火 涂 料 的 耐 燃 时 间。原因可能是 ＬＤＨ 在 受 热 时 释 放 大 量 的 Ｈ２Ｏ、ＣＯ２ 等 非 可燃性气体，这些气体稀释了可燃性气体和表 面 氧 气 的 浓 度 减缓了燃烧的 趋 势，起 到 气 相 阻 燃 效 果 。 ［４］ 此 外 ＬＤＨ 热 降 解产物促进聚合 物 表 面 迅 速 脱 水 炭 化，进 而 形 成 炭 化 层，灼 烧后致密的炭层更能有效保护基体免于分解，较 好 地 隔 绝 燃 烧材料表面的氧气，从而在一定程度上提高了 涂 料 的 阻 燃 效 果。当水滑石添加 为 ５０ 份 时，阻 燃 涂 料 的 耐 燃 时 间 从 不 含 ＬＤＨ 的５８ｍｉｎ延长到 １６５ ｍｉｎ。但当 ＬＤＨ 用量过多时，耐 燃时间有所下降。可能是因为纳米粒子具有较大的表面能， 粒子容易团聚，随着 ＬＤＨ 纳米粒子含量的增加，团聚的几率 增加［５］，影响了涂 层 的 理 化 现 象，使 燃 烧 中 原 有 的 致 密 炭 层 出 现 了 裂 痕 ，故 而 耐 燃 时 间 明 显 缩 短 。
膨胀型阻燃涂料在燃烧膨胀 中会产 生 较 多 的 烟、腐 蚀 性 气体和有毒 气 体，大 量 的 烟 和 毒 气 是 火 灾 中 致 死 的 主 要 原 因 ，所 以 降 低 阻 燃 涂 料 的 生 烟 量 非 常 重 要 。 水 滑 石 （ＬＤＨ）是 一种层柱状双金 属 氢 氧 化 物和 ＣＯ２ 能稀释阻隔可 燃 性 气 体，分解后的残留产物为碱性多孔性 物质，可 有 效 吸 附 酸 性、 有害气体，具有阻燃抑烟双重功效 。 ［１－３］