Fe2 O3 与可膨胀石墨对膨胀防火涂料热降解与防火性能的影响

0 引言
膨胀型防火涂料是防火涂料中的主要类型, 它在受热时发生膨胀, 生成导热系数较小的炭质层, 延缓热量向基材的蔓延, 为灭火赢得宝贵的时间。目前以聚磷酸铵( APP) – 季戊四醇( PER) – 三聚氰胺(MEL) 为膨胀阻燃体系( IFR )的膨胀防火涂料已经被广泛用于建筑结构的防火处理[ 1] , 但是该体系具有残炭率较低、耐高温性较差等缺点, 近年来常采用其他热稳定性优异或隔热性更好的物质来对该类膨胀阻燃体系进行改性。
作者曾采用在受热过程中能获得优异热稳定性的M oS i2、M oO3与可膨胀石墨( EG) 对APP- PER – MEL膨胀阻燃体系进行了改性研究, 发现可显著提高该类防火涂料的热稳定性和防火性能[ 2- 3] 。但是由于M oS i2和M oO3市场价格较高, 而前期研究表明, Fe2O3也可以大幅度提高APP- PER – MEL阻燃体系的热稳定性[ 4]。本研究以Fe2O3取代MoS i2和M oO3, 配制APP- PEL- MEL 膨胀防火涂料, 并研究向APP- PEL -M EL涂料体系中掺入一定量的Fe2O3、EG、Fe2O3 /EG 对防火涂料耐火极限、残炭率、残炭物元素组成和微观形貌的影响。

1 实验部分
1. 1 实验材料
BD801B 型丙烯酸树脂、582- 2 型氨基树脂: 上海新大树脂厂; 聚磷酸铵(聚合度> 1 000, 磷质量分数31% ~ 32% ): 都江堰康安防火阻燃实业有限公司; 季戊四醇、Fe2O3: 化学纯,天津市博迪化工有限责任公司; 三聚氰胺: 工业品, 纯度99%,南京霞安化工公司; EG ( 80 目, 低硫型): 青岛天和石墨有限公司。

1. 2 样品制备
经过优选得到了涂料最佳配料比: 基料与IFR 质量比为2 3, 基料为丙烯酸树脂和氨基树脂按质量比3 1 混合而得,IFR为APP、PER和MEL按质量比2 1 1 混合而成。Fe2O3和EG的掺量为它们占干燥后涂料的质量分数, 其中Fe2O3选取的掺量为3%、6%、9%、12%, EG 选取的掺量为5%。详细配比见表1。

涂料的配制过程为: 对树脂基料、IFR、Fe2O3和EG进行配料, 预混合, 研磨分散, 最后调节至适当的黏度, 装入密闭容器中待用。

样品制备过程为: 在已除锈并以丙酮处理过的尺寸为75 mm *75 mm*6 mm 的Q235B钢板上涂刷配制好的防火涂料, 每隔12 h涂刷1次, 至涂膜厚度为( 2 +- 0.1) mm; 待涂层实干后在通风干燥的环境下放置10 d, 作为耐火极限测试的样
品。将配制好的涂料涂刷在洁净的玻璃板上, 待自然干燥后,用小刀刮下研磨成粒径小于0. 16 mm 的粉末, 作为热质分析( TGA) 测试的样品。耐火极限测试后的膨胀炭层, 作为X -光电子能谱( XPS)和扫描电镜( SEM )测试的样品。

1. 3 测试研究方法
隔热性能测试: 采用自制的带温控系统的高温电炉( 炉体为轻质保温砖), 参照GB15442.2- 1995[ 5] 规定的升温速度和GB14907-2002[ 6] 规定的极限温度( 538 ^oc) 测试耐火极限。在该炉的上方开一个70 mm ! 70 mm 的试验口, 将钢板涂层面向炉内覆盖其上, 钢板与高温炉接触处垫有矿棉, 钢板背面贴上可数字显示的热电偶, 并覆盖100 mm*100 mm* 20 mm 的矿棉板(阻止热量经钢板迅速向空气中传导), 详见图1。自开始升温起每5 m in测试1次钢板背面温度和炉温, 温度升至800 ^oc 后保持温度为( 800 +- 5 )^oc , 直至钢板背面温度达到538^oc或测试时间达到120 m in。本实验将自升温到钢板背面达到538^oc的时间定为耐火极限。

热质分析: 采用SDTQ600热分析仪( 美国TA 仪器公司),升温速率为10^oc /m in, 空气气氛, 测试温度为50~ 800^oc 。
光电子能谱分析: 美国PE 公司生产的PH I- 5400型, 全图通能89. 45 eV, 高分辨通能35. 75 eV。
扫描电镜分析: 采用美国FEZ Quanta 2000环境扫描电镜的形貌分析, 分析电压为20 kV。