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防火涂料如何吸热降低基材的温度

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防火涂料如何吸热降低基材的温度

发布日期:2019-01-14 作者: 点击:


防火涂料在受热时,由于涂料体系中的阻燃剂发生分解吸热反应,使基材温度延缓上升,起到延缓和阻止可燃基材燃烧或性能下降的作用。防火涂料的吸热作用主要表现在如下一些方面。


  一.无机阻燃剂分解吸热


  防火涂料组成中为了提高涂料的防火性能,同时又能减少燃烧过程中有毒、有害气体的产生,常选用添加无机阻燃剂。无机阻燃剂主要有氢氧化铝、氢氧化镁以及高岭土、蒙脱土、黏土等无机填料。


  1.氢氧化铝氢氧化铝受热分解出A120和水。


  在240~500℃范围内测得的数据表明,该反应的吸热量为1967.2kJ/kg,吸热是氢氧化铝阻燃剂的最主要作用。氢氧化铝的TG-DTA图谱(见图)明显地显示出其失水吸热的3个阶段。


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  2.氢氧化镁图3-4为氢氧化镁的TG-DTAC图谱。氢氧化镁约在340℃开始逐渐吸热。


  430℃时分解吸热达到顶峰,490℃时分解吸热完毕,留下氧化镁。在吸热分解反应中,氢氧化镁的吸热量为44.8kJ/mol,吸热是氢氧化镁抑制燃烧的主要原因。


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  3.高岭土、蒙脱土、黏土等无机填料高岭土、蒙脱土、黏土等具有良好的耐热、耐酸碱性,且廉价易得,添加在涂料中,方面能起到阻燃充填剂的作用,另一方面,它能改善涂层的物理、机械性能。近年来由于纳米技术和表面处理技术的发展使其在防火涂料配制过程中的分散性得到改善,在涂料成膜阶段可均匀地分布在基材表面,因而能有效地发挥其防火作用。下面以改性高岭土为例分析其冷却阻燃作用。


  高岭土是自然界存在的一种水合硅酸铝矿物,其分子式为Al2O3·2SiO2·2H2O,结构式为A14(Si4O10)(OH)8高岭土在受热温度接近500℃时,晶体结构中的水分逸出,650℃左右完成脱羟基,这时水合铝硅酸盐变成主要由三氧化二铝和二氧化硅形成的偏高岭石,温度继续升高,偏高岭石经过硅铝尖晶岩相,最终产物是莫来石和无定形二氧化硅。


  从受热过程中看出,涂料中的高岭土受热分解出水蒸气,并能吸收大量的热,而其中的A12O3也是一种吸热的惰性载体。因此,通过降低了热量向基材的传递与水蒸气的冲稀作用以及熔融涂层的隔氧作用一起提高了涂层的防火性能


  二.含硼阻燃剂


  含硼阻燃剂的阻燃作用一是能形成玻璃态无机膨胀涂层,二是生成的硼酸盐能促进成炭,三是高温下吸热、发泡及冲稀可燃物的功效。


  作为重要阻燃剂和抑烟剂的硼酸锌水合物,分子式为2ZnO·3B2O3·3.5H2O,在290~450℃之间放出13.5%的水,并吸收503KJ/kg的热量,在无卤体系中,含水硼酸盐主要是以脱水机理进行阻燃。当含硼阻燃剂与卤素阻燃剂合用时,尽管具有多重阻燃作用,但同样存在脱水吸热作用,反应方程式显示了含硼阻燃剂的脱水吸热功能。


  三.含硅化合物


  防火涂料的无机成膜物质有水玻璃、硅酸盐(Li2 Si03、K2Si03、Na2 Si03)、硅溶胶等含硅化合物。当水玻璃和水合硅酸盐迅速加热时,由于硅氧链上的羟基缩合而迅速脱水。


  四.含磷无机阻燃剂


  磷酸二氢铵、磷酸氢二铵等含磷无机阻燃剂受热分解时均具有吸热、稀释可燃气体的作用。但由于小分子铵盐热稳定性差、易迁移、吸潮,因此目前在防火涂料中已被聚磷酸铵所取代。聚磷酸铵在防火涂料中主要作为膨胀型阻燃成分的脱水剂及发泡剂,它的阻燃作用主要是形成膨胀炭层,但在受热过程中,由于聚磷酸铵分解,同样存在有利于阻燃的吸热过程。


  五.含氮阻燃剂


  目前已获得广泛应用的含氮阻燃剂有三聚氰胺及其衍生物(三聚氰胺氰尿酸盐、磷酸盐、硼酸盐、胍盐、双氰胺盐),它们既可以作为混合膨胀型阻燃剂的组分,也可单独使用。这类阻燃剂主要通过分解吸热及生成不燃性气体发挥作用。如三聚氰胺在250~450℃范围内发生分解,吸收大量的热;三聚氰胺的氰尿酸盐440~450℃分解吸热,而将其加人在醋酸乙烯酯乳液、丙烯酸酯乳液及橡胶乳液中制得的涂料,不但阻燃性能好,而且其涂膜密着性和平滑性均优。


  此外,卤-锑协同过程中会产生吸热作用,生成的SbX3在火焰的上空结成液滴或固体微粒,其壁效应散射大量热能,有利于促使燃烧速度减缓或停止。

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关键词:防火涂料,钢结构刚防火涂料,厚型钢结构防火涂料

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