饰面膨胀型防火涂料的研制

1、第 18卷第 6期 2001年 6月 精 细 化 工FINE CHEMICA LSV ol. 18, N o. 6 June 2001建筑用化学品饰面膨胀型防火涂料的研制 3吕九琢 , 徐亚贤 , 竺栋荣 , 张 雳(北京石油化工学院 材料与化工分院 , 北京 102600摘要 :报道了一种水性双组分膨胀型饰面防火涂料的研制 。 涂料的组分 由基料 (A 、 填料和添 加剂组成 ; 组分 为磷酸 。 基料是特制的双氰胺 -尿素 -甲醛共聚物的胶体溶液化钛 (B , 添加剂是三氧化二锑 (C 、 季戊四醇 (D 、 氯化石腊 (E 。当组分 m (B m (C m (D m (E =1100 0

2、130 0104 0106 01, m ( ( 0025时 , 性能达到饰面防火涂料一级标准 。 , 10m 2时 , 耐火时间超过 2h , 、 不污染环境 、 适用范围广 , , 。关键词 :;7:A 文章编号 :1003-5214(2001 06-0341-04 , 许多建筑物在施 工设计时就规定必须使用防火涂料 。 防火涂料除具 备一般涂料的保护性和装饰性外 , 还能防火隔热 , 保 护基材 , 起到小火不燃 、 在较大火势时阻止火灾蔓延 扩大的作用 , 为灭火赢得宝贵时间 , 减少火灾损 失 1。我国生产防火涂料的工厂不下百家 , 市场上销 售的防火涂料品种也不少 , 但真正做到既防

3、火 , 又具 有普通涂料的装饰性的防火涂料为数不多 2,3。作 者早在 80年代就开发并工业化生产兼具防火和装 饰性能的防火涂料 (商品名 :IFRC -871防火涂料 , 被国 家 科 委 列 为 国 家 级 科 研 成 果 , 证 书 编 号 : 011043, 国家登记号 :891295 , 但未公开报道 。近来 作者对原有防火涂料作了进一步的系统研究 , 使其 性能更加完善 , 通过调整配方 , 大幅度提高防火性 能 , 涂覆比为 110kg/m 2时 , 耐火时间超过 2h , 达到 超薄型钢结构防火涂料合格标准 。 其防火性能和装 饰性能都好 , 彻底根除了钢结构防火涂料表面粗糙

4、、 无装饰性 、 涂层厚 、 施工困难等弊病 。 委托天津消防 科学研究所对该涂料作了饰面型和钢结构防火涂料 两类防火涂料的全项检验 , 检验结论为 :饰面型防火 涂料 , 理化性能合格 , 防火性能一级 。 钢结构防火涂 料性能合格 (钢结构防火涂料只有合格 、 不合格两个 级别 。 因为两类防火涂料的使用和检测方法差别 比较大 , 这里仅对饰面型防火涂料的研制作如下报 道 。 该涂料属水性膨胀型 , 既有良好的防火性能 , 又 有很好的装饰性和无毒无污染 、 环境友好的特点 , 平 时起普通涂料的装饰保护作用 , 遇火发挥防火减灾 功能 。1 实验1. 1 主要试剂尿素 :北京化工实验厂

5、; 双氰胺 :兰州窑街矿务 局双氰胺厂 ; 甲醛 :北京化工厂 ; 二氧化钛 (锐钛型 :衡阳市钛白粉厂 ; 季戊四醇 :北京化工原料公司 ; 氯 化石腊 w (Cl 2 =70%:北京化工原料公司 ; 三氧 化二锑 :北京化工原料公司 ; 磷酸 w (H 3PO 4 = 85%:北京化工厂 。 以上试剂均为工业级 。 1. 2 仪器501超级恒温水浴 , 电动搅拌器 , 均为上海市实 验仪器厂产品 。1. 3 基料和组分 的制备在装有电动搅拌器 、 冷凝管 、 温度计的 1000m L 四口烧瓶中 , 加入 42g 双氰胺 、 30g 尿素 、 103m L w (CH 2O =37%的甲醛

6、水溶液 , 水浴加热并控制在 80 , 搅拌下加入 w (NaOH =10%水溶液 , 使反应 液维持在 pH =1012, 搅拌反应至无游离甲醛为 止 。 撤下水浴 , 立即用 c (盐酸 =3m ol/L 的溶液快 速中和至 pH 7, 得到基料 。按实验方案加入填料 和各种添加剂 , 搅拌均匀 , 制得组分 。收稿日期 :2000-12-181. 4 涂料的配制与涂装采用正交设计方法优化配方 。 基料 、 填料 、 添加剂组成组分 , 磷酸为组分 , 把组分 中的各种原料 按正交设计表中计算的量搅匀研细后备用 。 涂板前 加入组分 , 使之混合均匀 ,15min 后涂板 。板长 1215

7、cm , 宽 810cm 。每次涂三块板 , 涂覆比分别为 015kg/m 2、 110kg/m 2、 210kg/m 2, 配制的涂料必须在 3h 内用完 。 涂刷完后放置至实干后进行耐火性能测试 。 1. 5 耐火性能测试对防火涂料的耐火性能测试应该使用国际通用 的标准方法 4, 由于条件限制和实际需要 , 在筛选防 火涂料配方时 , 易评价 。 采用的垂直燃烧法是 :, 离为 6101000, 将测试板 置铁圈上 , , 背面出现裂缝 时 , 记下时间 , 。 垂直燃烧法虽 然不能作为标准方法 , 但是可以得到定性规律 。由 于在设计测试方法时已经考虑到两种方法的数值之 间的关系 , 所

8、以用简易方法测得的耐火时间和标准 方法基本吻合 。2 结果与讨论膨胀型防火涂料是由成膜物质、 成炭剂 、 成炭催 化剂 、 发泡剂 、 阻燃剂 、 颜填料及其他助剂组成的 。各种成分对防火涂料的性能都有影响 。 其中成膜物 质 (基料 影响最大 5。 该防火涂料的成膜物质是作 者自己合成的双氰胺 -甲醛 -尿素共聚物 , 漆膜光 滑 、 平整 , 本身不燃 , 遇火分解 , 放出不燃气体 , 是非 常好的成膜剂 , 前面已介绍了这种共聚物的合成 。 这里首先做了基料和二氧化钛用量单因素考察 , 然 后使用正交优化设计法 , 对多因素进行考察 , 找出最 佳配方 。 2. 1 基料量的影响 该防

9、火涂料的基料既是成膜物质 , 又是发泡剂 。 基料的主要成分是线型聚合物 , 与组分 作用生成 体型聚合物 。 基料和组分 之间比值为 m (基料 m (组分 =1100 0138。在其他组分一定量的 情况下 (其他组分用量为 :季戊四醇 210g ; 二氧化钛 710g ; 三氧化二锑 110g ; 氯化石腊 110g ; 涂覆比 110kg/m 2 , 加入不同量的基料及相应的组分 , 配成涂料 , 按上述方法涂板 , 并分别测试其耐火时间 , 结果见表 1和图 1。表 1 基料量对涂料防火性能的影响基料用量 /g12253852623513 4 和图 1看出 :基料用量较少时 , 防火时

10、间 短 , 因为基料本身是发泡剂 , 用量少时 , 影响涂层膨胀 , 炭质泡沫层薄 , 防火性能差 。 但基料用量超过一 定极限时 , 涂料的防火性能迅速下降 , 其原因是该基 料形成的膜的熔融软化温度较低 , 当基料占的比例 大时 , 高温下涂层软化流动脱落失去防火性能 。 2. 2 二氧化钛用量的影响二氧化钛在该防火涂料中起填料和颜料作用 。 填料和颜料对防火涂料的防火性能和物理性能都有 很大影响 。 二氧化钛是最好的填料 , 是制备高性能 防火涂料不可缺少的 。作者做了 w (T iO 2 =5%30%加入量 (二氧化钛在涂料中质量百分比 , 简称填 料比 的实验 , 测得的耐火时间列在

11、表 2中 , 填料比 对涂料耐防火性能的影响如图 2所示 。表 2 二氧化钛用量对涂料耐火性能的影响w (T iO 2 /%5101516. 51717. 51818. 5202530耐火时间/min 8图 2 填料用量对耐火性能的影响实验条件 :基料 20. 0g ; 季戊四醇 210g ; 氯化石 腊 110g ; 三氧化二锑 110g ; 组分 :716g 。调整二243 精 细 化 工 FI NE CHE MIC A LS 第 18卷 氧化钛用量 , 制得不同涂料 , 涂覆比为 210kg/m 2。 从图 2可以看出 , w (T iO 2 =10%20%时涂 料的耐火性能好 , w

12、(T iO 2 =17%18%为最佳值 。 实验发现 , 二氧化钛用量太少时 , 涂层易脱落 , 而太 多时 , 会造成发泡少或发泡不明显 , 所以二氧化钛用 量太多和太少都会严重降低涂料的防火性能 。 2. 3 正交优化 -确定最佳配方为得到防火涂料各组分的最佳配伍 , 制定了多 因素多水平的正交设计表 , 按正交表的量制备涂料 和制板 , 逐一进行耐火时间的测定 , 比较耐火时间 , 确定最佳配方 。最佳配方为 :组分 组成为 m (基 料 m (季戊四醇 m (二氧化钛 m (三氧化二锑 m (氯化石腊 =1100 0119 0140 0108 0108; m 分 m (组分 =1100

13、 0122涂覆比 /(kg/m 20. 51. 02. 0耐火时间 /min 87120 120 指超过 120min 后停止测试。从表 3数据看出 , 可以通过调整配方 , 制备出耐 火时间很长的防火涂料 。涂覆比为 110kg/m 2时 , 耐火时间超过 120min , 达到了钢结构防火涂料耐火 合格标准 , 成为超薄型钢结构防火涂料 。用它作钢 结构防火涂料 , 用量少 、 涂层薄 , 表面光洁 、 有装饰 性 , 可以彻底改变钢结构防火涂料涂层厚 、 表面粗 糙 、 施工困难的状况 。2. 4 国标检测结果使用最佳配方制备的防火涂料具有非常好的防 火性能 , 但是生产成本比较高 。作

14、为饰面型防火涂 料 , 耐火时间超过 20min 就是一级 。所以把饰面型 防火涂料耐火时间控制在 2030min 。用组分 组 成为 m (基料 m (季戊四醇 m (二氧化钛 m (三氧化二锑 m (氯化石蜡 =1100 0106 013 0104 0104; m (组分 m (组分 =1100 0125配方制备的防火涂料 , 垂直燃烧法耐火时间为 23 min (涂覆比为 015kg/m 2 。 将这种防火涂料送到国 家固定灭火系统和耐火构件质量监督检验中心 天 津消 防 科 学 研 究 所 进 行 检 测 , 检 验 报 告 号 :No : Y Z99077。 检验结论 :送检的饰面型

15、防火涂料 , 按 G B 15442. 1 1995 饰面型防火涂料防火性能分级及试 验方法 检验 , 理化性能合格 , 防火性能一级 。详细 检测结果如表 4。表 4 国标检验结果序号检验项目名称标准要求及标准条款号实测结果 本项结论 理化性能 4. 1条1在容器中的状态无结块 , 搅拌后成均匀状态无结块 , 搅拌后成均匀状态合格 2细度 /m 10070合格 3干燥时间 /h表干实干 4 2426合格 合格 4附着力 /级 33合格 5柔韧性 /mm 33合格 6耐冲击性 /(kg cm 2020合格 7耐水性 /h 24h无起皱 , 无剥落 , 24h 无起皱 , 无剥, 合格 8/48

16、, ,48, 不脱, 合格 4. 条2026一级 2 2519一级 阻火性 一级 质量损失 /g 543 25213 结论该饰面型防火涂料具有以下特点 :为水基涂料 , 不含有机溶剂 , 无毒无味 , 安全无危害产品 ; 防火性 能好 , 根据需要 , 可以调整配方和涂层厚度 , 使其达 到一级饰面防火涂料标准或超薄型钢结构防火涂料 合格标准 ; 装饰性好 , 具有普通涂料的表面平整 、 有 光泽的特点 , 装饰效果可以达到中档油漆水平 ; 这种 防火涂料可以在零下 20 至零上 40 温度范围内 储存和使用 , 这点是一般水基涂料做不到的 ; 根据需 要本防火涂料可以做成从透明到各种颜色的产

17、品 , 可以用于高档建筑的内部装修 。该防火涂料主要用于建筑物内部防火 , 不适于 长期暴露于室外的场合使用 。 用作钢结构防火涂料 时 , 须对钢铁表面作预处理 。透明防火涂料涂覆比 不能超过 013kg/m 2, 因涂层较薄 , 防火性能不及有 色防火涂料 。参考文献 :1 毛立信 . 膨胀阻燃涂料概况 J.涂料技术 ,1992, (4 :4-8. 2 徐桂芹 , 贾伟华 . FSF -1水性膨胀型防火涂料 J.涂料工业 , 1990, (6 :17-19.3 曾宪文 , 丁海深 . 膨胀型透明防火涂料的研制 J.涂料工业 , 1996, (3 :22-23.4 邵如根 . 我国现行防火涂

18、料标准及检测方法 J.化学建材 , 1998, (4 :22,32.5 洪啸吟 , 冯汉保 . 涂料化学 M.北京 :科学出版社 ,1997. 273-277.作者简介 :吕九琢 (1944- , 男 (汉 , 辽宁省喀左县人 , 北京 3 4 3第 6期 吕九琢 , 等 :饰面膨胀型防火涂料的研制石油化工学院教授 ,1968年清华大学毕业 ,1981年清华大学 研究生毕业 , 获硕士学位 , 完成柴油添加剂 、 抗氧剂 、 阻燃剂 ,防火涂料等多项课题的研究 , 发表论文数十篇 , 主要从事有 机化学 、 精细化工等领域科学研究 , 电话 Preparation

19、of Decorating I ntumescent Fireproof CoatingL Jiu 2zhuo ,X U Y a 2xian ,ZH U Dong 2rong ,ZH ANGLi(Department o f Materials and Chemical Engineering , Beijing Institute o f Petrochemical Engineering , Beijing 102600, China Abstract :An aqueous binary decorating intumescent fireproof coating was prepa

20、red. C om ponent was constituted withbase material (A ,packing and additives ,and com ponent was phosphoric acid. The base material was tailor 2made colloidal s olution of dicyandiamide 2urea 2formaldehyde copolymer. The packing was titanium ( . The additives were antim onous oxide (C ,pentaerythrit

21、ol (D and chlorinated (E . As I was m (A m (B m (C m (D m (E =1100 0130 0104 0106 01and m ( performance of coating reached grade A criterion of decorating technology was optimizedby orthog onal experiment , and it was as 2,the fireproof time was over 2h ,which proved that the coating The fireproof c

22、oating not only had advantages of g ood pollution ,wide applicability ,but als o showed fine decorating effect ,which could be com on K ey w ords :;decorating coating ;intumescent coating ;orthog onal experiment(上接 336页 参考文献 :1 Binnigen H M ,Riehen S R. S tabilizing poly olefines with diacyldihydraz

23、idesP.US :4038247,1977-07-26.2 范 平 , 吕通健 , 李鸿图 , 等 . 脂肪族双酰基己二酰二肼衍生物的合成及其金属减活作用 J.精细化工 ,2000,17(5 :274.3 孙春光 , 曲 烁 , 陈立功 , 等 . 金属减活剂 N , N 2二乙酰基己二酰二肼的合成及应用 J.塑料工业 ,1995, (6 :34.4 章思规 , 辛 忠 . 精细有机化工制备手册 M.北京 :科学技术出版社 ,1997. 128.作者简介 :范 平 (1955- , 女 , 辽宁大学副教授 , 硕士学位 。 现主要从事化工助剂和相关中间体的合成及分析工作 , 已发表论文多篇

24、, 电话 Synthesis of Long Chain Aliphatic Diacyl Adipic Dihydrazides andTheir Metal DeactivationFAN Ping ,L T ong 2jian ,GE Chun 2hua ,CHE N H ong 2mei ,LI H ong 2tu(Institute o f Chemical Science &Engineering , Liaoning Univer sity , Shenyang 110036, China Abstract :F our com pounds possessing metal deactivation ability were synthesized. They were N , N 2divaleryl adipicdihydrazide , N , N 2diheptanoyl adipic dihydrazide , N , N 2dioctanoyl adipic dihydrazide and N , N