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1、塑料用阻燃涂料及 影响阻燃性因素的研夯 口张世珍，孙春龙，张善贵，郭长青，王红 ( 海洋化工研究院，山东青岛2 6 6 0 7 1 ) 摘要：塑料尉阻端冷静黪繁舞i 弩戆攀i 零黪翟麟拳爨鬻i 燃磐薰黪掣粤攀铡。黟铡等钮成，固漆l 主要由含氟树脂、颜壤特j ：瑚獭j 警霉隧黎謦蘩嚣嚏渗零謦誊藜谚謦零侉系lP 黪誉朦謦度对阻燃l 性的影响以及热损失重与潼麓畿舞豢鬟旗赣豢潼瀵鬻姥簿酶磐舞璧遴糕雾疑究。结果表魄，通过塑料表i 面喷涂膨胀型阻燃涂料氧指数够，j 避凄雾蘩謦謦黪够菇i 誊j i 鬻誉囊攀誊誊j j j 0 ij ：；j i 关键词：塑料；涂料；阻燃；氧撵凝j 羹磐雾蔓。釜曩爱i 毫鬟蠹戆
2、簟j ；一 。 。 中图分类号：下Q 6 3 7 。分文献糠谶礴雾黪警j 誊蘩薰鞠謦誊j l 一2 5 参擘e 2 8 一0 0 2 6 0 3l S t u d y o nf i r e - r e t a r ( I a n tc o a t i n g sf b rp l a s t i ca n t I n nJnJ1JJ l n n U e n C l n gl a C t o r S0 nn r e - r e t a r d a n tD r o p e r t y Z h a n gS h i z h e n ，S u nC h u n I O n g ，Z h a n gS
3、h a n g u i ，G u OC h a n g q i n g ，W a n gH o n g f 4 a r f n 已C 仇P ，竹i c a Z 尺P 5 P 口，c ，z 砌J f i m 地，Q i ，z g d 以D2 6 6 0 71 ，S 讫以n l 牙o n gP ，D v i n c 8 J A b s t r a c t ：C o a t i n g sf o rp l a s t i ci n c l u d e sp r i m e ra n df i n i s h P r i m e ri sc o m p o s e do fc h l o r i n
4、ec o n t a i n i n 2r e s i n ，i n t u m e s c e n tf l a m e r e t a r d a n t ，a n da d d i t i v e s ：F i n i s hi sc o m p o s e do fc h l o r i n ec o n t a i n i n gr e s i n ，p i g m e n ta n da d d i t i v e s T h i sp a p e rn a r r a t e st h e 矗r e p r o o f i n 2m e c h a n i s m ，t h ei
5、 n f l u e n c eo ff l a m er e t a r d a n t ，P Ba n df i l mm i c k n e s so nf i r e r e t a r d a n tp r o p e r t y ，t h er e l a t i o no ft h e r m a l w e i 2 h t1 0 s sa n dt e m p e r a t u r ea n dt h er e l a t i o no fh e a tc o n d u c t i o nt e m p e r a t u r ea n dt i m e ，g e t t
6、i n gt h er e s u l tt h a tp l a s t i cs u r f a c e s p r a y e db yi n t u m e s c e n tf i r e r e t a r d a n tc o a t i n g s ，i t so x y g e ni n d e xc a nb e 3 0 ，g e t t i n gt h ea i mo fp r o o f i n gf l a m e K e y w o r d s ：p l a s t i c ，c o a t i n g s ，f i r e r e t a r d a n t ，
7、o x y g e ni n d e X U 刖吾 塑料用阻燃涂料是一种涂覆在塑料表面起阻燃 作用的特种涂料。塑料的防火阻燃比木材、钢结 构等具有更大的难度，因为塑料本身是易燃材料， 氧指数( O I ) 约为1 7 ，而且其软化点低，受热后A B s 达 9 3 、P P 达1 4 0 时就软化流淌，遇火即能燃烧。 通过喷涂该膨胀型阻燃涂料，当受热遇火时，涂料首 先膨胀炭化，阻止了热量向内部的传递，延缓了塑 料软化时间和燃烧时间，从而有效地解决了阻燃问 题。某些对塑料强度要求较高，不能添加阻燃剂来 阻燃塑料的特殊应用领域，可喷涂该涂料达到氧指 数O I 3 0 的阻燃目的。 1 试验部分 1
8、 1 原料 高氯化聚乙烯( H C P E ，C I = 6 5 ) 、六溴环十二 团裂烂器攫紫函 烷、十溴二苯醚、三氧化二锑( S b ，O ，C W T I I 型) 、三氯乙基磷酸酯( TCE P ) 、甲基膦酸二甲酯 ( D M M P ) 、溴氯化石蜡( L BC 一6 1 0 ) 、十溴联苯醚 ( Z R 一1 0 ) 、膨胀型阻燃剂( I F R 一5 ) 、聚磷酸铵( A P P ) 、 芳烃、钛白粉R 9 3 0 、高色素炭黑，以上均为工业品。 1 2 设备仪器 HC 一2 型氧指数测定仪、S RJ X 一3 9 型电阻 炉、热电偶或精密温度计、4 5 5 型涂膜测厚仪、分
9、析天平、酒精喷灯、小球磨机。 1 3 试验方法 1 。3 1 制漆：在装有研磨介质的小球磨机中按配方 量投入物料密封，开动球磨研磨分散，检测、调整，合 格后出料过滤。 1 3 2 制板：在1 5 0m m 6m m 3m m 的塑料条 上喷涂该阻燃涂料，干燥3d 后再进行检测。 万方数据 氧指数测定：按G B T 2 4 0 6 9 3 进行； 由表1 可以看出，由普通的阻燃剂制成的阻燃 热损失重：用电阻炉、分析天平进行；涂料本身阻燃性虽颦，尽管氧指擎粤譬高，粤与警 热传导温度：用酒精喷灯、热电偶进行。 料复合后，在遇火受热时，由于隔热性差，温度很快 升尚剑型料的软化点，塑料软化耍彤，l J
10、时徐膜5 虽 2 结果和讨j 沧 度因遇火燃烧而大大降低，这样塑料液就会从涂膜 2 1 阻燃剂体系对阻燃性能的影响( 见表1 ) 的裂缝处流出并遇火燃烧，如此循环，不会有太高 去1蔡列阳燃剂的阳燃情况 赢却毒蔷攀攀鬟糍巍燮邈鳖遴整爱9 骥 紫“裴鬈羹鬈裴鬈裴鬈薰鬈蒌鬈膨胀型膨胀型膨胀型膨胀型膨胀型膨胀型 类型胀型胀型胀型胀型胀型胀型一“ 一 “ 一 莩詈麓 s 。 s 。 。 s 。 3 。 3 ；5 2 9 s 3 妇 3 s 3 s 等冀膜 3 83 84 04 04 14 2 6 0 5 0 6 0 6 0 6 0 6 0 的O I 的氧指数，而用膨胀型阻燃剂的却可以达到氧指数 3 0
11、以上。用膨胀型防火涂料的防火原理可以很好 地解释这一问题：涂膜在遇火受热时，其中的酸源 与多元醇化合物酯化脱水炭化，生成大量的水蒸气 及不燃性气体，使炭化层膨胀发泡，形成均匀致密 的膨胀炭化层的厚度是未膨胀前的数十倍( 见图1 ) ， 隔绝空气和火焰并减少热量传递，从而起到保护阻 燃的作用。 图1涂膜膨胀前后的状态示意图 再用热传导方程说明膨胀型防火涂料的隔 热效果，使物体保持较低温度，也是很明显的： Q = A 入了1 L ，式中：Q ，传递热量；A ，传热面积5 A ，导热系数；丁，热源与底材间的温度差；L ，传 热距离。 涂膜厚度为2 0 0 “m 的膨胀型涂料，受热膨胀 后可形成约1
12、5m m 厚的充满了气体的泡沫层，厚度 增大约8 0 倍，受热前涂膜的导热系数接近普通的结 构紧密固体物质的导热系数，与泡沫层的接近空气 的导热系数相比，泡沫层的导热系数约降低了1 5 倍， 在传递热量Q 与传热面积A 基本一致的情况下，热源 与涂料保护的底材前后的温度差了1 可达12 0 0 以上，由此可见防火涂料受热后形成的泡沫层的显 著隔热效果。涂料膨胀炭化后，在塑料的周围形成 一层致密的隔热效果良好的泡沫层，阻止了热量向 塑料的传递，延缓了塑料的软化时间，同时，形成的 泡沫层隔绝了塑料与氧气的接触，阻止了燃烧，而 且，由于基料树脂中含有氯素，遇热分解出的Hc l 气体和膨胀型涂料酯化时
13、形成的水蒸气，稀释了可 燃气体的浓度，从而使得燃烧性减慢或熄灭。膨胀 型阻燃剂的阻燃效果依次为：I F R 一5 六溴环十二 烷，I F R 一5 Z R 一1 0 I F R 一5 S b 2 0 3 I F R 一5 I F R 一5 T C E P A P P 。 2 2P B 对阻燃性的影响 高氯化聚乙烯树脂可填充大量填料的性能，为 膨胀型阻燃涂料的制备提供了有利条件。膨胀型阻 燃剂是在膨胀型阻燃涂料中起主要作用的原材料， 只有添加到一定的数量时才能够起到应有的作用， 表2 给出了不同阻燃剂用量的阻燃情况。 表2P B 对氧指数( o I ) 的影响 鎏鋈鎏鋈塑霆鎏鋈堕蒌堑塑查羹薹 薯
14、詈餮蓦 s 。 s 。2 9 s s 。ss ss ss ss s 6 由表2 可见，随着P B 的增加，复合后的氧指数 O I 也随之增大。 2 3 涂膜厚度对氧指数o l 的影响 膨胀型涂料，受热后膨胀体积的大小与涂膜的 厚度成正比。同样，该阻燃涂料与塑料复合后的氧 指数也受底漆涂膜厚度的影响，图2 是底漆涂膜厚度 与氧指数( O I ) 的曲线图。 由图2 可以看出，当底漆的涂膜厚度L 5 0um 时，氧指数几乎是直线上升，当L 达到 1 0 0 “m 时，即可使氧指数达到3 0 以上。底漆的涂 膜厚度与氧指数成正比。 菇是凝罂篙团2 0 0 8 年第2 3 卷第1 期叠 万方数据 o
15、o 纂 踞 坼 涂膜厚度L “m 图2 底漆涂膜厚度与氧指数( 0 f ) 的关系 2 4 涂料的热损失重与温度的关系 以不同温度下涂料的热损失率做出如下的曲线 ( 见图3 ) 。 图3H c P E 、I F R 一5 、阻燃底漆、面漆的热损失重与温度的关系 2 4 1 H C P E t 曲线 由曲线( 1 ) 可以看出，H C P E 的热分解与分解温 度几乎呈线性增长，以2 0 0 2 5 0 尤为剧烈，当温 度达4 5 0 分解完全。 2 4 2 面漆一t 曲线 由曲线( 4 ) 可知：以1 5 0 2 0 0 的热失率最高， 这主要是由助剂损失引起的，当达到4 5 0 时，热解 完
16、全，即HC P E 分解完全，所以HC P E 与面漆尤其在 高温段具有相似的热解曲线。这与配方用料上应得 的结果相吻合。 2 4 3 I F R 一5 一t 曲线 膨胀型阻燃剂I F R 一5 在2 0 0 开始热分解，以 3 0 0 4 0 0 时的热解最快，直到6 0 0 仍未分解完 全，在很大的温度范围内都有热分解产生。 2 4 4 底漆一t 曲线 在2 0 0 2 5 0 时损失率最高，这也是由助剂损 失引起的，与面漆相比，助剂损失的温度高，是因为 图裂尝器摆磐嘉 I F R 5 受热后膨胀炭化，阻止了热量向内部的传递， 要使助剂达到分解汽化温度，与面漆比就必须达到更 高的温度。与I
17、FR 一5 相似之处是在6 0 0 仍未分解 完全，是一条与H C P E 、I F R 一5 具有相似性的曲线，即 低温阶段与H C P E 相似，高温阶段与I F R 一5 相似。 2 5 热传导温度一时间曲线 在温度计或热电偶上喷涂底漆、面漆，然后在 同一火焰上加热，考察热传递性能，即升温情况，同 时做空白试验，做出如下的4 条温度一时间曲线。 图4 热传导温度一时间曲线 2 。5 1 曲线( 1 ) ：空白的温度一时间曲线，可以看出， 随着用火焰加热时间的增加，温度上升很快。 2 5 2 曲线( 2 ) ：只喷涂面漆的温度一时间曲线，与曲 线( 1 ) 相比，具有很大的相似性，因为阻燃
18、面漆及H C P E 分解后形成的炭化层比玻璃及金属的导热率低，因而 达到同样的温度需要较长的时间，具有滞后效应。 2 5 3 曲线( 3 ) ：只喷涂底漆的温度一时间曲线；曲 线( 4 ) ：喷涂底漆后再喷涂面漆的温度一时间曲线。 可以看出，曲线( 3 ) 与( 4 ) 几乎完全吻合，这表明面 漆与底漆配套后，面漆对底漆的阻燃性几乎没有影 响。对这两个体系进行氧指数测定，结果也证明：面 漆对底漆的阻燃影响甚小。 2 5 4 曲线( 3 ) 、( 4 ) 与曲线( 1 ) 、( 2 ) 相比，达到同一温 度时，具有明显的滞后时间，而且具有显著的隔热效 果，阻止了热量向内部的传递，降低了底材的温
19、度，即 底漆及底面漆配套的涂料体系具有优异的隔热效果， 对塑料有良好的阻燃陛。 3 结语 通过上述试验，提供了选择阻燃剂体系的依据， 给出了阻燃剂体系、P B 、涂膜厚度与氧指数的关 系。通过涂料热损失重一温度曲线、热传导温度一 时间曲线验证了该阻燃涂料具有明显的阻燃性能。 收稿日期2 0 0 7 一0 9 1 1 万方数据 塑料用阻燃涂料及影响阻燃性因素的研究塑料用阻燃涂料及影响阻燃性因素的研究 作者：张世珍， 孙春龙， 张善贵， 郭长青， 王红， Zhang Shizhen， Sun Chunlong， Zhang Shangui， Guo Changqing， Wang Hong 作者单位：海洋化工研究院,山东青岛,266071 刊名： 中国涂料 英文刊名：CHINA COATINGS 年，卷(期)：2008,23(1) 本文链接：