0引言

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,一旦火災發生,則能夠阻止火勢蔓延,達到保護基材、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60年代以來,飾面型防火涂料在國外已經得到廣泛應用,我國自70年代開始研發,目前也已得到廣泛應用和推廣[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、三聚氰胺等來優化防火涂料性能。

酚醛樹脂具有優異的機械性、耐熱性、耐燒蝕性、電絕緣性、尺寸穩定性、成型加工性以及阻燃性,在飛機和航空領域、軍事裝備領域、汽車及運輸業、建筑業等方面得到了廣泛的應用。但是酚醛改性丙烯酸樹脂在防火涂料領域的應用很少,相關研究未見文獻報道。

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行了優化,并依據GB12441—2005[3]對涂料的理化性能和防火性能進行了測試,為酚醛改性丙烯酸樹脂在防火涂料領域的應用奠定了一定的基礎。

1實驗部分

111原料及儀器

丙烯酸樹脂:工業品,遼寧三環樹脂有限公司生產;氨酚醛樹脂、鋇酚醛樹脂:工業品,北京玻璃鋼復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℃);阻燃協效劑[5-6]:自制;硅酸鋁:市售工業品,廊坊市長海化工有限公司;乙酸乙酯、乙酸丁酯、無水乙醇、正丁醇:分析純。

       QFZ型漆膜附著力實驗儀、QCJ型漆膜沖擊實驗儀:天津市偉達實驗機廠;模擬大板燃燒法實驗裝置[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;將漿料按照國標要求分別涂于一定規格的馬口鐵板上,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及其他相關國家標準,分別進行了涂料在容器中的狀態、干燥時間、附著力、耐沖擊性及耐水性5項實驗。

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煙情況和膨脹炭化層高度。

 2結果與討論

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,實驗結果見表1。

表1 丙烯酸樹脂 酚醛樹脂實驗涂料性能

 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正交試驗設計及結果

本試驗選擇涂料的耐燃時間作為評價指標,指標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鍵,根據前期預備實驗的結果,分別以硼酚醛樹脂、阻燃協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

        根據實驗需要,選擇用L₉(3⁴)正交表來安排實驗,L₉(3⁴)正交試驗表及其結果分析見表3。

表3 L₉(3⁴)正交試驗表及其結果分析

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

       R是各列數據的極差,從表中看到,A因素的極差RA=7.666最小,說明在該實驗用量范圍內,A因素對耐燃時間影響不大;B因素的極差RB=8.334大小居中,說明B因素對耐燃時間有一定的影響,但其影響程度也不太大;C因素的極差RC=14.334最大,表明C因素對耐燃時間的影響程度最大。 

      即各因素對耐燃時間的影響程度依次為C>B>A。

A1B1C2是依據正交試驗結果得到的理論最優配方,還可以通過補充實驗對配方進行進一步優化,比較將硼酚醛樹脂和阻燃協效劑在防火涂料體系中的添加量減小后的實驗效果。但是由于按照現有實驗結果得到的涂料耐燃時間已經大大優于國家標準的要求,防火效果理想,考慮到降低實驗成本和縮短實驗周期,故未做進一步探討。

213防火涂料最優配方

在前期預備試驗的基礎上,根據正交試驗結果,確定了酚醛改性丙烯酸樹脂飾面防火涂料的最優配方,見表4。

表4 酚醛改性丙烯酸樹脂飾面防火涂料最優配方

涂料平均耐燃時間為43min,遠遠超過了國家標準中耐燃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越,說明該配方是確實可行的。  

214涂料理化性能和防火性能評價

    根據GB12441—2005規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,并與國家標準所規定的指標進行了比較,實驗結果見表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均已達到或超過國家標準的要求,附著力能夠達到1級,耐沖擊性40cm,耐燃時間43min,明顯優于市場上的同類產品。

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

3結語

(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%、阻燃協效劑10%、硅酸鋁14%。

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