防火涂料如何吸熱降低基材的溫度

　　防火涂料在受熱時(shí)，由于涂料體系中的阻燃劑發(fā)生分解吸熱反應，使基材溫度延緩上升，起到延緩和阻止可燃基材燃燒或性能下降的作用。防火涂料的吸熱作用主要表現在如下一些方面。


　　一.無(wú)機阻燃劑分解吸熱


　　防火涂料組成中為了提高涂料的防火性能，同時(shí)又能減少燃燒過(guò)程中有毒、有害氣體的產(chǎn)生，常選用添加無(wú)機阻燃劑。無(wú)機阻燃劑主要有氫氧化鋁、氫氧化鎂以及高嶺土、蒙脫土、黏土等無(wú)機填料。


　　1.氫氧化鋁氫氧化鋁受熱分解出A120和水。


　　在240～500℃范圍內測得的數據表明，該反應的吸熱量為1967.2kJ/kg，吸熱是氫氧化鋁阻燃劑的主要作用。氫氧化鋁的TG-DTA圖譜（見(jiàn)圖）明顯地顯示出其失水吸熱的3個(gè)階段。


　　防火涂料


　　2.氫氧化鎂圖3-4為氫氧化鎂的TG-DTAC圖譜。氫氧化鎂約在340℃開(kāi)始逐漸吸熱。


　　430℃時(shí)分解吸熱達到好，490℃時(shí)分解吸熱完畢，留下氧化鎂。在吸熱分解反應中，氫氧化鎂的吸熱量為44.8kJ/mol，吸熱是氫氧化鎂抑制燃燒的主要原因。


　　防火涂料\


　　3.高嶺土、蒙脫土、黏土等無(wú)機填料高嶺土、蒙脫土、黏土等具有良好的耐熱、耐酸堿性，且廉價(jià)易得，添加在涂料中，方面能起到阻燃充填劑的作用，另一方面，它能涂層的物理、機械性能。近年來(lái)由于納米技術(shù)和表面處理技術(shù)的發(fā)展使其在防火涂料配制過(guò)程中的分散性得到，在涂料成膜階段可均勻地分布在基材表面，因而能地發(fā)揮其防火作用。下面以改性高嶺土為例分析其冷卻阻燃作用。


　　高嶺土是自然界存在的一種水合硅酸鋁礦物，其分子式為Al2O3·2SiO2·2H2O，結構式為A14(Si4O10)(OH)8高嶺土在受熱溫度接近500℃時(shí)，晶體結構中的水分逸出，650℃左右完成脫羥基，這時(shí)水合鋁硅酸鹽變成主要由三氧化二鋁和二氧化硅形成的偏高嶺石，溫度繼續升高，偏高嶺石經(jīng)過(guò)硅鋁尖晶巖相，產(chǎn)物是莫來(lái)石和無(wú)定形二氧化硅。


　　從受熱過(guò)程中看出，涂料中的高嶺土受熱分解出水蒸氣，并能吸收大量的熱，而其中的A12O3也是一種吸熱的惰性載體。因此，通過(guò)降低了熱量向基材的傳遞與水蒸氣的沖稀作用以及熔融涂層的隔氧作用一起提高了涂層的防火性能


　　二.含硼阻燃劑


　　含硼阻燃劑的阻燃作用一是能形成玻璃態(tài)無(wú)機膨脹涂層，二是生成的硼酸鹽能成炭，三是高溫下吸熱、發(fā)泡及沖稀可燃物的功效。


　　作為重要阻燃劑和抑煙劑的硼酸鋅水合物，分子式為2ZnO·3B2O3·3.5H2O,在290～450℃之間放出13.5％的水，并吸收503KJ/kg的熱量，在無(wú)鹵體系中，含水硼酸鹽主要是以脫水機理進(jìn)行阻燃。當含硼阻燃劑與鹵素阻燃劑合用時(shí)，盡管具有多重阻燃作用，但同樣存在脫水吸熱作用，反應方程式顯示了含硼阻燃劑的脫水吸熱功能。


　　三.含硅化合物


　　防火涂料的無(wú)機成膜物質(zhì)有水玻璃、硅酸鹽（Li2 Si03、K2Si03、Na2 Si03）、硅溶膠等含硅化合物。當水玻璃和水合硅酸鹽迅速加熱時(shí)，由于硅氧鏈上的羥基縮合而迅速脫水。


　　四.含磷無(wú)機阻燃劑


　　磷酸二氫銨、磷酸氫二銨等含磷無(wú)機阻燃劑受熱分解時(shí)均具有吸熱、稀釋可燃氣體的作用。但由于小分子銨鹽熱穩定性差、易遷移、吸潮，因此目前在防火涂料中已被聚磷酸銨所取代。聚磷酸銨在防火涂料中主要作為膨脹型阻燃成分的脫水劑及發(fā)泡劑，它的阻燃作用主要是形成膨脹炭層，但在受熱過(guò)程中，由于聚磷酸銨分解，同樣存在有利于阻燃的吸熱過(guò)程。


　　五.含氮阻燃劑


　　目前已獲得廣泛應用的含氮阻燃劑有三聚氰胺及其衍生物（三聚氰胺氰尿酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽、胍鹽、雙氰胺鹽），它們既可以作為混合膨脹型阻燃劑的組分，也可單獨使用。這類(lèi)阻燃劑主要通過(guò)分解吸熱及生成不燃性氣體發(fā)揮作用。如三聚氰胺在250～450℃范圍內發(fā)生分解，吸收大量的熱；三聚氰胺的氰尿酸鹽440～450℃分解吸熱，而將其加人在醋酸乙烯酯乳液、丙烯酸酯乳液及橡膠乳液中制得的涂料，不但阻燃性能好，而且其涂膜密著(zhù)性和平滑性均優(yōu)。