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粉煤灰对木材防火涂料的影响
甘林儒,刘英炎,邓贞贞,徐文捷,房珊珊,谭小群（北京理工大学珠海学院化工与材料学院）
1 前言
木材行业在迅速发展，它固有的易燃特性同时也对人们的生命财产造成巨大威胁。因此生产阻燃木材和研究木材的抑烟性能是十分重要的课题，阻燃的目的是为了减少木材的燃烧动力和事故发生的可能性，减缓火焰的燃烧，增加救援的可能性和降低损失。通常使用的抑烟剂有金属氧化物、硼化物、金属氢氧化物等。粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中收集下来的细灰，是燃煤电厂排出的主要固体废物，主要组成为：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2 等。笔者以粉煤灰为阻燃抑烟剂，通过改变粉煤灰用量，根据文献，加入到已有的阻燃涂料配方中，测定涂料烟密度以及阻燃性能，研究粉煤灰对木材阻燃涂料的影响。
2 实验部分
2.1 主要原料
基材：木板（长6cm、宽6cm、厚0.44cm），珠海市金鼎建材；基料：苯乙烯丙烯酸酯乳液（简称苯丙乳液），广州市沣凌贸易有限公司；脱水催化剂：磷酸氢二铵，爱丽化工有限公司；发泡剂：三聚氰胺，天津市光复精细化工研究所；成炭剂：季戊四醇（分析纯），天津市大茂化学试剂厂；抑烟剂：氢氧化铝,天津市大茂化学试剂厂；耐火填料：碳酸钙；溶剂：蒸馏水，北京理工大学珠海学院实验室；阻燃抑烟剂：粉煤灰，珠海发电厂。粉煤灰主要成分（质量百分比）：Fe2O3-2.93%，Al2O3-5.32%，CaO-4.46%，MgO-0.99%，SiO2-57.11%。
2.2 仪器设备
CZF-3 水平垂直燃烧测定仪，南京雷炯仪器设备有限公司；JCY-2 建材烟密度测试仪, 南京雷炯仪器设备有限公司；电热恒温鼓风干燥箱，嘉兴市中新医疗仪器有限公司；热电偶、电子天平，上海舜宇恒平科学仪器有限公司；游标卡尺，上海力衡仪器仪表有限公司。
2.3 膨胀型木材防火涂料的制备
2.3 膨胀型木材防火涂料的制备
基础配方中各药品的质量和比例如表1 所示：
加入粉煤灰含量如表2 所示：
加入粉煤灰含量如表2 所示：
用电子天平按表1 基础配方的质量和表2 粉煤灰含量精确称取后加入适量蒸馏水，用玻璃棒充分搅拌，配制成10 组阻燃涂料。
2.4 木板上防火涂料的涂刷
用刷子将配好的涂料均匀的涂刷在木板表面上，刷涂时要注意保证涂层光滑平整。将涂好的木板放入60℃的电热恒温干燥箱里干燥，烘干后取出木板继续涂刷第二层，再放入烘箱烘干，这样连续重复进行涂刷、烘干步骤，并使用游标卡尺测量涂料的厚度，直至涂料厚度在2mm±0.2mm 时结束涂刷。涂刷好的木板放在通风处晾置12h 左右即可用于实验。
2.5 实验与分析
2.5.1耐火性能测试
以CZF-3 水平垂直燃烧测定仪作为燃烧装置，用热电偶测量燃烧时的温度计，连接到电脑自动记录。火焰温度测得950℃。把试样垂直放在燃烧测定仪上固定好，把热电偶固定在木板背面，用本生灯对涂料进行灼烧，每30s 记录木板背面温度，共记录90min。测得未涂刷涂料的裸木板只需18min 即完全烧穿，此时木板背面温度达到300℃。加入不同含量粉煤灰的防火涂料试样在90min 燃烧过程中木板背面达到的最高温度见图1。
由图1 可知，在90min 内，加入粉煤灰的10 组试样最高温度在93℃至122℃之间，10 组试样最高温度明显低于裸木板烧穿时达到的300℃。最高温度最低的试样是第4 组，为93℃。而最高温度比较低的试样是2 至4 组，在93℃至96℃之间。在实验范围内，试样燃烧过程所达到的最高温度与阻燃涂料中粉煤灰的含量不呈线性关系。加入粉煤灰的量处于特定比例时，能降低涂料燃烧后的最高温度。但并非加入粉煤灰的质量越多阻燃效果越好，当添加量超过一定量时，防火涂料的阻燃效果反而降低。
2.5.2烟密度的测试
用JCY-2 建材烟密度测试仪对已制备完成的10 组耐火木板进行烟密度测试，燃气为煤气，调节燃气压力为0.1MPa。10 组阻燃涂料烟密度测试数据见表3。
由表3 可知，当涂料其他组分确定时，改变粉煤灰的比例，烟密度等级在18.30 至4.58 之间变化。当粉煤灰添加量为11.2g 时，防火涂料的最大烟密度值和烟密度等级均为最小。烟密度等级与粉煤灰的用量不呈线性关系。
试样数据表明：在试验条件下，除了试样4、7、8，其他组号的试样的烟密度等级低于A 级阻燃材料烟密度等级(SDR)必须≤15 的规定值。可见，加入粉煤灰对涂料烟密度影响显著。由图1 可以看出，最高温度比较低的试样是2 至4 组。综合比较可发现，试样2 有较好的抑烟效果，其烟密度等级值为4.58，而其在燃烧过程中的最高温度也比较低。
3 结论
以苯丙乳液11.28g、磷酸氢二铵14.72g、三聚氰胺12.24g、季戊四醇8.00g、氢氧化铝2.48g、碳酸钙1.28g 为基本配方，加入粉煤灰10.4～17.6g 时，涂料烟密度等级在4.58～18.30 之间变化，涂刷2mm 涂料的木板燃烧90min 过程中木板背面最高温度在93℃至122℃之间。其中，粉煤灰含量为11.2g 的试样在试验条件下抑烟效果较佳、燃烧后最高温度最低。
