防火涂料的防火機(jī)理
功能性涂料的市場(chǎng)不斷擴(kuò)大,涂料家將不斷傳播新的市場(chǎng)技術(shù)。防火涂料的防火類型分膨脹型防火涂料和非膨脹型防火涂料,它們有著不同的防火機(jī)理,分別敘述。
一、非膨脹型防火涂料的防火機(jī)理
非膨脹型防火涂料是由不燃或者難燃性基料、阻燃劑和防火填料等涂料組分組成的。在火焰或高溫的作用下,涂膜因阻火隔熱而對(duì)被涂覆的基材起到保護(hù)作用。有機(jī)物的燃燒被認(rèn)為是自由基引發(fā)的連鎖反應(yīng),在其燃燒過程中,燃燒物分解,其中的自由基在燃燒反應(yīng)中放出大量的熱量,并引起連鎖反應(yīng)。
CO+HO· → CO2+H· (放熱)
H·+O2 → OH+O· (連鎖反應(yīng))
非膨脹型防火涂料加有含氮、磷等的防火阻燃劑,在受熱時(shí)能夠分解出一些活性自由基,與燃燒物分解的自由基化合,中斷燃燒的連鎖反應(yīng),降低燃燒速度。
HO·+HX → H2O+X·
X·+RH → HX+R·
總之,無機(jī)非膨脹型防火涂料遇火不燃,因其形成的無機(jī)涂膜在高溫下形成釉狀保護(hù)層,覆蓋基材,隔絕氧氣而避免或延緩燃燒反應(yīng)。有機(jī)非膨脹型防火涂料遇火受熱分解出不燃的惰性氣體,沖淡、覆蓋和捕獲被保護(hù)基材因受熱而分解的易燃?xì)怏w和空氣中的氧氣,抑制燃燒。非膨脹型防火涂料的防火性能不如膨脹型防火涂料,一般用在對(duì)防火要求不高的場(chǎng)合,在火災(zāi)的初期較短的時(shí)間內(nèi)能夠抑制和延緩火焰的傳播。
二、膨脹型防火涂料的防火機(jī)理
膨脹型防火涂料又稱發(fā)泡型防火涂料,涂層遇火時(shí)能夠膨脹發(fā)泡,產(chǎn)生出一層比原來涂層的厚度大幾十倍甚至上百倍的泡沫炭化層,產(chǎn)生良好的隔熱隔氣作用,封閉被保護(hù)的基材,阻止基材燃燒。膨脹型防火涂料的組成材料中含有發(fā)泡劑、成炭劑(碳源)、成炭催化劑(酸源)。發(fā)泡劑一般為含氮化合物,在火焰作用下會(huì)散發(fā)出氮?dú)?、氨氣和一氧化氮等氣體;發(fā)泡催化劑在高溫下可分解產(chǎn)生無機(jī)酸,使含羥基的化合物脫水焦化,并對(duì)產(chǎn)生發(fā)泡層起到催化作用;成炭劑在高溫和酸的作用下失水炭化成炭質(zhì)骨架,形成疏松的發(fā)泡層結(jié)構(gòu),這種以氣孔為主的發(fā)泡層有很強(qiáng)的隔熱能力。這三個(gè)組分在高溫或火焰作用下協(xié)同效應(yīng),缺一不可。這樣,當(dāng)涂層遇到火焰時(shí),酸源材料首先分解,放出無機(jī)酸。這些無機(jī)酸促使碳源材料失水炭化,先形成無機(jī)酸鹽,繼而隨著溫度的升高而分解形成大量的炭、水、二氧化碳等物質(zhì),其殘留物為發(fā)泡層提供了炭質(zhì)骨架。同時(shí),發(fā)泡劑分解時(shí)產(chǎn)生的氣體使軟化的涂層發(fā)泡脹大,體積增大。上述反應(yīng)為吸熱反應(yīng),能消耗許多熱量而有利于涂層體系的溫度降低,更由于發(fā)泡層本身的熱阻很大,因而阻滯了熱量向基材的傳播,延緩了火勢(shì)的蔓延,為撲救工作贏得時(shí)間。
通過對(duì)最常用的聚磷酸鹽-季戊四醇-三聚氰胺阻燃體系的研究發(fā)現(xiàn),其差示熱分析(DTA)曲線和熱重量分析(TG)曲線在280~400℃時(shí)出現(xiàn)有較大的吸熱峰和明顯的失重現(xiàn)象,說明阻燃劑的熔融、分解、脫水和成炭等各種物理反應(yīng)(如發(fā)泡劑分解放出氣體、成炭催化劑分解放出無機(jī)酸和氣體、成炭劑失水炭化)等均發(fā)生在這同一溫度范圍內(nèi),從而確保涂膜能夠形成均勻致密的發(fā)泡層。在同一研究中利用透射電子顯微(TEM)可以清晰地看到這種均勻致密的發(fā)泡層。發(fā)泡層對(duì)基層的隔熱保護(hù)還可以從下面的原理得到解釋。在涂層受熱發(fā)泡后,其熱阻有兩個(gè)因素,即涂層厚度和涂層的熱阻比原涂層顯著提高。
由于發(fā)泡后的泡沫狀涂層厚度比原涂層增大幾十倍甚至上百倍,而熱導(dǎo)率由原來密實(shí)涂膜的1W/(m·K)左右降低到接近空氣的熱導(dǎo)率0.023W/(m·K),因而使涂層的熱阻增大數(shù)千倍乃至更高。而單位時(shí)間內(nèi)通過涂層傳導(dǎo)至基層的熱量與熱阻成反比。因而炭化層形成了一層熱屏障,保護(hù)了基層。
三、夢(mèng)能服務(wù)與支持
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