【2017年整理】膨胀型防火涂料防火组分热分析.docVIP

膨胀型防火涂料防火组分热分析武警学院消防工程系 杨守生 潘璐 ［摘要］本文利用DSC25型差示扫描量热仪对膨胀型防火涂料中阻燃剂各主要成分的热性能进行分析，研究它们的热分解过程及其相互作用的情况，探讨其阻燃机理，以便为阻燃剂配方的合理选择提供依据。［关键词］膨胀型防火涂料热性能 DSC 　　1 前言　　作为重要的功能涂料，优质防火涂料的研制是目前涂料科学界较为热门的研究课题之一。膨胀型防火涂料属发泡型，主要由酸源，炭源和发泡剂等组成，遇火或高温时，在上述三种主要成分的协同作用下，涂层可急速膨胀几十倍成泡沫状炭化层，从而有效地阻止底材着火，可用于防火等级高的场所。　　膨胀型防火涂料主要在凝聚相起作用，在材料受热时，聚合物阻燃体系形成一层蓬松多孔的炭层，从而起到隔热、隔氧的作用；减少了聚合物热降解时挥发性可燃物质的生成量，进而达到阻燃和抑烟的目的。正是由于膨胀炭层的生成克服了聚合物燃烧时的滴落现象，制止了火焰的传播和蔓延，才赋予了该防火涂料优于其它防火涂料的独特的性质。　　九十年代以来，热分析技术已广泛应用于材料可燃性和阻燃评价的研究。热分析法可分为热重法TGA、差示扫描量热法DSC、和差热分析DTA以及机械热分析法TMA等方法。DSC可定量分析聚合物材料在不同热解阶段的热效应情况，为评价材料的阻燃性能和研究阻燃机理提供了有效的手段。本文利用差示扫描量热仪研究膨胀型防火涂料中阻燃体系各组成成分的热性能，初步分析其阻燃机理，为阻燃剂配方的合理选择提供理论依据。2 实验部分21 试验仪器　　差示扫描量热仪：瑞士METTLE TA4000，DSC25型，升温速率10.0℃/min，空气气氛，标准 铝坩锅，以α——Al2O3为参比物，电子分析天平，DSC曲线由GraphWear TA72软件处理 22 实验药品　　(1)成炭剂：季戊四醇、淀粉、糖　　(2)催化剂：多聚磷酸铵、磷酸二氢铵　　(3)发泡剂：三聚氰胺、双氰胺　　(4)试样1：LF溶剂型钢结构膨胀防火涂料 　　(5)试样2：季戊四醇+多聚磷酸铵+三聚氰胺(混合比例为1∶1∶1)　　(6)试样3：淀粉+多聚磷酸铵+双氰胺(混合比例为1∶1∶1)3 结果与讨论31 单一组分的热性能情况　　阻火剂主要由成炭剂、催化剂、发泡剂三部分组成。因此，对单一组分热性能的考察是研究阻火剂性能的基础。能用做阻火剂的物质种类很多，本文仅对其中应用较广的几种进行研究。311 成炭剂　　成炭剂是防火涂料的重要防火组分，其热分解行为直接影响涂料的防火性能。图1、2、3分 别为季戊四醇、淀粉、糖的DSC曲线。　　由图1可知，季戊四醇在186℃、241℃、345℃分别有三个吸热峰，第一个吸热峰为脱水峰， 第二个吸热峰为熔融峰，第三个吸热峰为分解峰。这种呈梯度分解吸热的特性，用于涂料的防火体系是有积极意义的。　　从图2可看出，淀粉在98℃、308℃分别有两个吸热峰，第一个峰为脱水峰，第二个峰为分解峰，分解的同时产生大量的煤焦油。　　图3表明：糖在189℃、229℃有两个吸热峰，第一个吸热峰为熔融峰，第二个吸热峰为分解峰。312 催化剂　　图4、5分别为多聚磷酸铵、磷酸二氢铵的DSC曲线。从图4可看出，多聚磷酸铵在123℃、185℃有两个吸热峰，在290℃左右开始了一个持续的吸 热阶段。第一个吸热峰是脱水造成，第二个吸热峰是熔融峰，持续的吸热阶段为多聚磷酸铵 的分解阶段，即从290左右多聚磷酸铵开始分解并起催化作用。由图5可知，磷酸二氢铵在207℃有一个吸热峰，在216℃有一个放热峰。吸热峰表示磷酸二氢铵在207℃时熔融分解，放热峰可能是由于分解放出的氨气氧化所致。313 发泡剂　　图6、7分别为三聚氰铵、双氰胺的DSC曲线。　　图6表明，三聚氰只在360℃时有一个吸热峰，此峰表示三聚氰铵在360℃时升华的同时分解释放氨气。　　由图7可知，双氰胺在209℃、325℃有两个吸热峰，在252℃有一个放热峰。第一个吸热峰是熔融峰，放热峰是与三聚氰胺互变时放出热量造成的，第二个吸热峰是它的分解峰。 图1 季戊四醇的DSC图谱 图2 淀粉的DSC图谱 图3 糖的DSC图谱 32 阻燃体系热性能分析321 阻燃组分混合后的热解情况　　图9、10为试样2的DSC曲线。　　将图9、10与前面的单一组分热分解图谱比较可以发现，将发泡剂、催化剂、成炭剂混合后，各组分的分解行为有所改变。因此，在实际应用中既要考虑单一组分的热分解和彼此的匹配程度情况，又要考虑组分间的相互影响。322 膨胀型防火涂料的热解情况　　取市售的LF溶剂型钢结构膨胀防火涂料进行热分析，其结果如图8。 　　LF溶剂型钢结构膨胀防火涂料是防火性能较好的一种膨胀