飾面型防火涂料涂覆于可燃基材表面,平時可起到一定的裝飾作用,一旦火災(zāi)發(fā)生,則能夠阻止火勢蔓延,達(dá)到保護(hù)基材、使人們有足夠的時間離開火場和組織搶救的目的[1]。自20世紀(jì)60年代以來,飾面型防火涂料在國外已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用,我國自70年代開始研發(fā),目前也已得到廣泛應(yīng)用和推廣[2]。目前,飾面型防火涂料大多為膨脹型防火涂料,其研發(fā)基本還是建立在對P-C-N阻燃體系的改性研究上,通過添加不同配比的聚磷酸銨、季戊四醇、三聚氰胺等來優(yōu)化防火涂料性能。

酚醛樹脂具有優(yōu)異的機(jī)械性、耐熱性、耐燒蝕性、電絕緣性、尺寸穩(wěn)定性、成型加工性以及阻燃性,在飛機(jī)和航空領(lǐng)域、軍事裝備領(lǐng)域、汽車及運(yùn)輸業(yè)、建筑業(yè)等方面得到了廣泛的應(yīng)用。但是酚醛改性丙烯酸樹脂在防火涂料領(lǐng)域的應(yīng)用很少,相關(guān)研究未見文獻(xiàn)報道。

本工作以酚醛樹脂為主要防火改性劑,制備了改性丙烯酸樹脂防火涂料,基于正交試驗對涂料配方進(jìn)行了優(yōu)化,并依據(jù)GB12441—2005[3]對涂料的理化性能和防火性能進(jìn)行了測試,為酚醛改性丙烯酸樹脂在防火涂料領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了一定的基礎(chǔ)。

1實(shí)驗部分

111原料及儀器

丙烯酸樹脂:工業(yè)品,遼寧三環(huán)樹脂有限公司生產(chǎn);氨酚醛樹脂、鋇酚醛樹脂:工業(yè)品,北京玻璃鋼復(fù)合材料有限公司提供;硼酚醛樹脂[4]:自制,B含量4%,凝膠速度70～100s(200℃);阻燃協(xié)效劑[5-6]:自制;硅酸鋁:市售工業(yè)品,廊坊市長?；び邢薰?乙酸乙酯、乙酸丁酯、無水乙醇、正丁醇:分析純。

       QFZ型漆膜附著力實(shí)驗儀、QCJ型漆膜沖擊實(shí)驗儀:天津市偉達(dá)實(shí)驗機(jī)廠;模擬大板燃燒法實(shí)驗裝置[7]:自制。

112試樣的制備

用溶劑將酚醛樹脂、丙烯酸樹脂分別制成50%溶液;按比例共混后加入阻燃協(xié)效劑和硅酸鋁等添加劑,研磨制成漿液;將漿料涂于150mm×150mm×3mm的膠合板上,涂覆量為500g/m2,室溫干燥固化,得到防火性能待測樣板;將漿料按照國標(biāo)要求分別涂于一定規(guī)格的馬口鐵板上,室溫干燥固化,得到待測樣板。

113性能測試

理化性能測試:參照GB12441—2005及其他相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn),分別進(jìn)行了涂料在容器中的狀態(tài)、干燥時間、附著力、耐沖擊性及耐水性5項實(shí)驗。

防火性能測試:參照GB12441—2005附錄A,采用模擬大板燃燒法測試,以耐燃時間評價防火性能。具體操作是將涂有改性樹脂的待測樣板樹脂面向下水平放置,調(diào)整高度使酒精燈外焰恰好直接接觸涂層,待測試件背火面出現(xiàn)穿火時終止試驗,記錄火焰接觸涂層到背面穿火的時間即為耐燃時間,同時可以觀察涂料發(fā)煙情況和膨脹炭化層高度。

211酚醛樹脂種類對涂料性能的影響

       分別考察了氨酚醛、鋇酚醛及硼酚醛樹脂3種常用酚醛樹脂與丙烯酸樹脂共混涂料的防火性能和理化性能,實(shí)驗結(jié)果見表1。

表1 丙烯酸樹脂 酚醛樹脂實(shí)驗涂料性能

 從表1看出,3種酚醛樹脂中,以硼酚醛樹脂與丙烯酸樹脂的拼用效果最好,其耐燃時間明顯長于其他2種共混涂料,且成膜性能良好,發(fā)煙量少,炭層膨脹明顯,是防火涂料樹脂基料的理想選擇。

212正交試驗設(shè)計及結(jié)果

本試驗選擇涂料的耐燃時間作為評價指標(biāo),指標(biāo)值越大防火性能越好。同時,正確選擇因素和水平是試驗成功的關(guān)鍵,根據(jù)前期預(yù)備實(shí)驗的結(jié)果,分別以硼酚醛樹脂、阻燃協(xié)效劑和填料在防火涂料體系中的添加量作為3個因素,每個因素取3個水平,得到因素與水平表(表2)。

表2 正交試驗因素與水平表

表3 L₉(3⁴)正交試驗表及其結(jié)果分析

表3中,T1、T2、T3表示各因素在每一水平下的平均耐燃時間,據(jù)此可以從理論上計算出涂料最優(yōu)配方為A1B1C2,也就是用各因素平均耐燃時間最長的水平組合的配方。

A1B1C2是依據(jù)正交試驗結(jié)果得到的理論最優(yōu)配方,還可以通過補(bǔ)充實(shí)驗對配方進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化,比較將硼酚醛樹脂和阻燃協(xié)效劑在防火涂料體系中的添加量減小后的實(shí)驗效果。但是由于按照現(xiàn)有實(shí)驗結(jié)果得到的涂料耐燃時間已經(jīng)大大優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)的要求,防火效果理想,考慮到降低實(shí)驗成本和縮短實(shí)驗周期,故未做進(jìn)一步探討。

213防火涂料最優(yōu)配方

在前期預(yù)備試驗的基礎(chǔ)上,根據(jù)正交試驗結(jié)果,確定了酚醛改性丙烯酸樹脂飾面防火涂料的最優(yōu)配方,見表4。

表4 酚醛改性丙烯酸樹脂飾面防火涂料最優(yōu)配方

涂料平均耐燃時間為43min,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了國家標(biāo)準(zhǔn)中耐燃15min的要求。同時,通過與其他防火涂料耐燃時間的比較實(shí)驗表明,該酚醛改性丙烯酸樹脂飾面防火涂料的防火性能明顯優(yōu)越,說明該配方是確實(shí)可行的。  

214涂料理化性能和防火性能評價

    根據(jù)GB12441—2005規(guī)定的方法檢測了防火涂料的理化性能,通過模擬大板燃燒法檢測了涂料的防火性能,并與國家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的指標(biāo)進(jìn)行了比較,實(shí)驗結(jié)果見表5。

表5 酚醛改性丙烯酸樹脂飾面防火涂料理化性能和防火性能檢測結(jié)果

從表5可知,酚醛改性丙烯酸樹脂飾面防火涂料的各項理化性能和防火性能指標(biāo)均已達(dá)到或超過國家標(biāo)準(zhǔn)的要求,附著力能夠達(dá)到1級,耐沖擊性40cm,耐燃時間43min,明顯優(yōu)于市場上的同類產(chǎn)品。

該涂料施工簡便,涂層粘結(jié)強(qiáng)度大,對底材的處理要求不高;涂層實(shí)干后,漆膜光滑透明,呈淺黃色,色澤飽滿,光澤好,對木質(zhì)基底具有很好的裝飾效果;涂層附著力強(qiáng),耐水性好,是一種綜合性能優(yōu)越的防火涂料,而且其原料充足,價格低廉,具有很好的開發(fā)前景。

3結(jié)語

(1)幾種常用酚醛樹脂中,以硼酚醛樹脂改性丙烯酸樹脂的防火性能最佳,耐燃時間20min。

(2)各因素對耐燃時間的影響程度為:硅酸鋁>阻燃協(xié)效劑>酚醛樹脂。

(3)涂料各組分最佳用量為:硼酚醛樹脂34%、丙烯酸樹脂42%、阻燃協(xié)效劑10%、硅酸鋁14%。

       (4)涂料的各項理化性能指標(biāo)均已達(dá)到或超過國家標(biāo)準(zhǔn)的要求,附著力達(dá)到1級,耐沖擊性40cm,耐燃時間43min。