成膜物质对水性防火涂料膨胀阻燃性能的影响

以硅丙、纯丙、苯丙、醋叔聚合物乳液为成膜物质分别制备了多种用于钢结构的水性超薄型防火涂料,并从成膜聚合物的热稳定性和高温流变性方面研究了不同乳液对涂料阻燃性能的影响.模拟大板燃烧测试结果显示,醋叔防火涂料的膨胀倍率最高(为17.4倍),防火性能最好,燃烧30min后钢板背温为304℃.热重分析表明,醋叔乳胶膜的热稳定性好,平均热降解速率最慢,使得其与聚磷酸铵的脱水成炭反应充分,生成的致密膨胀层能显著提高防火阻燃性能.动态流变测试结果表明:纯丙、苯丙熔体的储存模量(G ′)大于损耗模量(G″),以弹性流动为主,复合黏度大于1000 Pa·s；醋叔熔体的G″大于G′,以黏性流动为主,复合黏度为33Pa·s,在低频区域表现出牛顿型流体特征,在高频区域末端,复合黏度稍有减小.以上结果表明,热稳定性好、复合黏度低的黏性流体更适合做防火涂料的成膜物质,有利于涂层的膨胀阻燃.     

UMF树脂对膨胀型乳液防火涂料的改性研究

以不同配比的UMF树脂与纯丙乳液混溶组成主要成膜基料，用P-C—N阻燃体系制备膨胀型防火涂料，并对其防火性能进行了测试。实验结果表明：UMF树脂与纯丙乳液按2：3组成基料，且在涂料中的重量份数为25％时，涂料阻燃性能和施工性能良好，     

聚磷酸铵与季戊四醇协效成炭及其对防火涂料性能的影响

通过比较不同质量比的聚磷酸铵(APP)与季戊四醇(PER)混合物的理论热失重曲线和实际热失重曲线的差别,探究了两者之间的协效作用与发生的化学反应。随后以醋丙乳液为基体配制了膨胀型防火涂料,研究了APP与PER的质量比对涂料防火性能的影响,结果表明:在混合物热解过程中存在3个过程,所发生的反应为180℃~320℃时APP与PER形成磷酸酯,320℃~550℃时生成的磷酸酯脱水环化,600℃~750℃时环状结构炭化形成石墨化片段;当mAPP/mPER为3∶1时,协效作用最佳,生成炭量最多,配制的防火涂料膨胀倍率最大,防火性能最好。     

环氧膨胀型钢结构防火涂料的性能测试

以酒精喷灯模拟火灾现场的高温环境,对一种双组分环氧树脂膨胀型钢结防火涂料的耐火极限和膨胀倍数进行测试.采用热重/差热(TG-DTG)对环氧防火涂料的热稳定性进行分析,采用红外光谱(FT-IR)、X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等对燃烧后炭层的组分、结构和形貌进行表征.结果表明,该涂料耐火极限为170 min,此时膨胀倍数为8.4.TG-DTG分析发现,该防火涂料热稳定性良好,最大失重温度为330℃,最终质量残留45.4%;FT-IR分析暗示,炭层主要由—NH,—CH—,C=O,P—O—C,Ti—O等构成;XRD分析说明炭层中的无机物主要为TiO_2,TiP_2O_7以及硅酸铝纤维;SEM形貌观察发现,炭层呈现"蜂窝状"结构,这些多孔结构是由直径为6.5μm的棒状硅酸铝纤维固定.该涂料是一种性能优异的钢结构防火涂料.     

Nano-SiO2/丙烯酸酯核壳乳液制备及外墙涂料耐沾污性

采用种子乳液聚合技术制备了nano-SiO2/丙烯酸酯核壳复合乳液,并以此乳液配制耐沾污外墙乳胶涂料.研究了nano-SiO2掺量和壳层丙烯酸酯聚合物玻璃化温度对乳液成膜和外墙涂料耐沾污性的影响.结果表明,相比较纯丙乳液和纯丙与胶体SiO2共混乳液,以nano-SiO2/丙烯酸酯核壳复合乳液配制的外墙乳胶涂料在漆膜致密性、硬度、耐水性、耐沾污性等方面都大大改善.SiO2最佳掺量为乳液配方总量的5%左右,高于此掺量,乳液的稳定性大大降低,漆膜变得硬而脆.随着壳层丙烯酸聚合物Tg的降低,乳液最低成膜温度显著降低,但漆膜耐沾污性也随之较大幅度降低.     

Nano-SiO2／N烯酸酯核壳乳液制备及外墙涂料耐沾污性

采用种子乳液聚合技术制备了nano-SiO2／丙烯酸酯核壳复合乳液，并以此乳液配制耐沾污外墙乳胶涂料。研究了nano-SiO2掺量和壳层丙烯酸酯聚合物玻璃化温度对乳液成膜和外墙涂料耐沾污性的影响。结果表明，相比较纯丙乳液和纯丙与胶体SiO2共混乳液，以nano-SiO2／丙烯酸酯核壳复合乳液配制的外墙乳胶涂料在漆膜致密性、硬度、耐水性、耐沾污性等方面都大大改善。SiO2最佳掺量为乳液配方总量的5％左右，高于此掺量，乳液的稳定性大大降低，漆膜变得硬而脆。随着壳层丙烯酸聚合物Tg的降低，乳液最低成膜温度显著降低，但漆膜耐沾污性也随之较大幅度降低。     

防火涂层材料研究及产业化中的关键技术开发的研究进展

综述了近年来钢结构建筑防火涂料、隧道防火涂料领域的国内外研究进展,重点叙述了本课题组在该领域近10年来取得的研究成果和产业化情况.在防火涂层材料的研究中,本课题组凝练出以下关键技术:功能性填料复配技术,提高功能组分的协同作用;功能性填充料的表面处理技术,解决了涂料相结构稳定性和膨胀炭层强度、均匀性、膨胀倍率等制约涂层防火性能的关键技术;聚合物/层状硅酸盐纳米插层技术在隧道防火涂料领域的首次应用;聚合物粘结剂和无机凝胶材料复配技术,提高涂层粘结性能的高温连续性,改善涂层耐水性、柔韧性;复合纤维自替代技术,实现耐火性能的连续性;超细活性粉料低温烧结技术,使涂层在较宽的温度下烧结形成陶瓷面(体),极大地提高了涂层高温下的强度和耐火性能.     

石墨烯/二氧化锆纳米复合材料的制备及其防腐性能研究

采用静电吸附与水热法制备一种石墨烯/二氧化锆（rGO/ZrO₂）复合材料,将所制备的rGO/ZrO₂作为填料加入环氧树脂涂料中,得到环氧复合防腐涂料。通过X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）及红外光谱（FI-IR）分析rGO/ZrO₂的结构及微观形貌,采用电化学阻抗谱（EIS）分析rGO/ZrO₂环氧涂层的防腐性能。结果表明：ZrO₂纳米颗粒均匀分散在rGO上,平均粒径约为5~10 nm;与纯环氧涂层、rGO环氧涂层、ZrO₂环氧涂层相比,rGO/ZrO₂环氧涂层的防腐性能最好,其阻抗值为7.00 GΩ·cm²。     

Ymer N120改性非离子型水性环氧乳液的制备与性能研究

为克服当前水性环氧乳液的环氧基团含量和固含量低导致的涂料和涂膜性能差的缺点，本文从分子结构设计的角度出发，首先以聚乙二醇400（PEG400）为软段，制备了非离子型水性环氧（WEP）乳液；然后以侧基亲水扩链剂（Ymer N120）对其进行改性，合成了改性非离子型水性环氧（YWEP）乳液，研究了Ymer N120的用量对YWEP乳液和涂膜性能的影响.结果表明，WEP乳液的环氧基团含量（以环氧值表示）最高可达0.36,引入侧基亲水基团后YWEP乳液可在保持较高环氧值的条件下进一步将固含量由30%提高至52%,提高了73.3%.固化后涂膜的拉伸强度由57.3 MPa增大至64.8 MPa.腐蚀电流密度由7.97×10^-8 mA·cm^-2减小至9.99×10^-9 mA·cm^-2.综上所述，亲水基团由主链转移至侧基后可有效提高水性环氧乳液、涂料和涂膜的性能.     

金属氧化物对镁粉尘层火蔓延的增强机制

易分解的固体惰化剂会增加镁粉尘层的燃烧强度,为探究不易分解的金属氧化物对镁粉尘层燃烧是否具有抑制效应,选用TiO₂,MgO,CaO进行实验研究.结果表明：TiO₂,MgO,CaO在质量分数小于75%时均大幅增强镁粉尘层火蔓延的燃烧强度,火焰相态由纯镁粉尘层燃烧时的表面非均相燃烧转变为气相燃烧;TiO₂通过与镁粉发生化学反应增强火蔓延行为,在TiO₂和Mg恰好完全反应(TiO₂质量分数为63%)的工况下粉尘层火蔓延速率增加了50余倍;MgO,CaO通过增大镁粉颗粒间距,减缓了镁粉燃烧产物形成致密氧化层,从而增强镁粉尘层火蔓延行为.实际生产过程应高度关注镁粉尘与金属氧化物的接触工况,研究结果能够为镁粉尘防护提供理论基础.     

含氟乳液的制备及其热反射涂料的性能评价

合成一种含氟丙烯酸酯乳液,首先采用常规乳液聚合法考察了乳液合成工艺对乳液性能的影响,然后采用种子乳液聚合法研究了核壳层质量比对乳液和成膜物性能的影响。采用扫描电镜(SEM)、降温值及耐沾污等级和反射率降低率分别表征涂层形貌、降温效果及耐沾污性能。结果表明,当预乳化转速300 r/min,聚合反应转速200 r/min,反应温度85℃时所得乳液性能较优。核壳层质量比为7∶1时,乳液稳定性好且成膜物疏水性和耐水性较好。以该乳液为成膜基料制备的热反射涂料,平整性较好,TiO_2、SiO_2粒子分散均匀,具有良好的降温效果、耐水性和耐沾污性能。     

高SiO2含量硅溶胶/聚丙烯酸酯复合乳液的制备

用硅溶胶、丙烯酸酯类单体，以过硫酸钾为引发剂，配以适当的乳化剂，采用乳液聚合法制成了高SiO₂含量硅溶胶-聚丙烯酸酯复合乳液。系统的研究了温度、乳化剂种类及用量、单体SiO₂质量比等因素对乳液稳定性的影响。结果表明：75℃为最佳反应温度；十二烷基硫酸钠(SDS)为最佳乳化剂；当SDS质量分数为0.45%～0.7%、单体SiO₂质量比为3时，可制得SiO₂质量分数为10%的复合乳液，且乳液的稳定性达到使用要求，此法制得的复合乳液的涂膜水白性较共混改性乳液（硅溶胶和纯丙乳液）和纯丙乳液的涂膜有显著的提高；TEM图片显示，复合乳液中，硅溶胶粒子是以纳米SiO₂粒子存在的，且在复合乳液中比在共混改性乳液（硅溶胶和纯丙乳液）中分散的更均匀。     

抗静电超薄型钢结构防火涂料的研制

超薄(CB)型钢结构膨胀防火涂料(UFRC)在燃烧过程中可形成耐火隔热保护层,提高钢结构耐火极限。选用氨基树脂、改性丙烯酸树脂为基体树脂,以多聚磷酸铵(APP)、季戊四醇(PER)、三聚氰胺(MEL)为膨胀阻燃体系,以氢氧化铝(AH)为协效剂,制备了抗静电膨胀型防火涂料(AUFRC)。用红外(FTIR)、XRD等方法对防火涂料及其燃烧残渣进行了分析,初步探讨了阻燃机理。当基体树脂(wt(氨基树脂)∶wt(丙烯酸树脂)=1∶2)为80份,APP为25份,PER为15份,MEL为10份,AH为5份时,制备的防火涂料阻燃、抗静电等综合性能最佳。     

阻燃硬质聚氨酯泡沫燃烧热值对阻燃性能的影响

将聚磷酸铵(APP)、磷酸三(β-氯异丙基)酯(TCPP)、氰尿酸三聚氰胺(MCA)、可膨胀石墨(EG)及EG与APP复合阻燃剂分别添加于硬质聚氨酯泡沫(RPUF),采用氧弹量热仪、氧指数仪、燃烧背温测试仪及锥形量热仪研究了阻燃RPUF燃烧热值(HoC)与氧指数、炭层阻隔作用及热释放等阻燃性能参数的相关性;采用X射线光电子能谱表征了RPUF/APP及RPUF/EG/APP体系燃烧热值测试后残炭表面P元素的化学状态. 研究表明,各阻燃RPUF的HoC由低到高的顺序为RPUF/APP,RPUF/EG/APP,RPUF/TCPP,RPUF/MCA,RPUF/EG,其中RPUF/EG/APP的氧指数相对最高,炭层阻隔效应较好,热释放及质量损失相对最低,产烟量适中,综合阻燃性能最好. RPUF/EG/APP燃烧热值测试残炭表面五氧化二磷比例(57.9%)大于RPUF/APP(35.9%). 阻燃RPUF的HoC主要与体系元素组成及阻燃剂HoC的贡献有关,也与膨胀阻燃体系中组分的相互作用有关;而氧指数、炭层的阻隔作用、热及烟释放等阻燃性能主要取决于阻燃机理.      

硼酸锌协同膨胀阻燃环氧涂层耐火作用及其机理研究

将硼酸锌(ZB)作为促进成炭的协同剂与双环笼状磷酸酯Trimer膨胀阻燃剂(T-IFR)复配,应用于膨胀阻燃环氧涂层,研究了ZB的协同耐火行为及作用机理.燃烧背温测试仪及锥形量热仪燃烧测试表明,适量添加ZB可产生良好的协同耐火作用,涂层的耐火时间由17 min提高到30 min,最大热释放速率由379.8 kW/m2降低到258.5 kW/m2,最大烟释放速率由0.11 m2/s降低到0.05 m2/s.热失重分析、傅里叶红外光谱、X-射线光电子能谱及扫描电镜研究表明,涂层耐火作用的提高与ZB增加了T-IFR热解残炭量,在残炭中形成了BPO4等耐热产物及改善了涂层燃烧产生的膨胀炭层的均匀性和致密性有关.     

季戊四醇磷酸酯蜜胺盐阻燃剂的合成及其在聚乙烯中的应用

采用磷酸、P2O5、季戊四醇、三聚氰胺为原料合成季戊四醇磷酸酯蜜胺盐阻燃剂.根据该阻燃剂的膨胀度、剩炭率及吸水率,确定最优合成条件为:n(聚磷酸)∶n(季戊四醇)∶n(三聚氰胺)=3∶1∶1;中间产品的合成温度100℃,合成时间120 min;固化温度200℃,固化时间120min.阻燃剂各组分物质的量比为3∶1∶1时的膨胀体系效果最好,其膨胀率为121.5 cm3/g,剩炭率63.6%,吸水率5.5%.该阻燃剂应用于聚乙烯中,以氧指数法、水平燃烧法考察了聚乙烯膨胀阻燃体系的阻燃性能.结果表明,膨胀度、剩炭率可以反映膨胀型阻燃剂在聚乙烯中的阻燃效果.以m(阻燃剂)∶m(聚乙烯)=30∶70混合,可使复合材料达到水平阻燃级别FH-1,氧指数29,自熄时间30 s,具有良好的阻燃效果.     

一种环保水性发光防火涂料的研究

以曱基丙稀酸曱酯(MMA)、丙稀酸丁酯(BA)和曱基丙稀酸(MAA)为单体,采用梯度乳液聚合法制备了水性丙稀酸酯乳液,并以聚磷酸铵(APP)-季戌四醇(PER)-三聚氰胺(MEL)为协同阻燃体系,以长余辉发光材料为储能发光物质,制备了一种环保水性发光防火涂料。结果表明,乳液合成配方中的不同单体配比对合成乳液的成膜性能有很大影响。mAPP:mPER:mMEL=7:3:4时,配制的涂料具有较好的防火阻燃性能;向防火涂料中引入长余辉发光粉后,所得产品耐酒精喷灯燃烧时间可达18min,防火等级为一级,且具有一定的光致发光功能。     

掺杂锰氧化物的聚乙烯醇基碳包覆复合材料的制备及界面改良优化机制

采用掺杂锰氧化物MnO_x的聚乙烯醇(polyvinylalcohol,PVA)基碳包覆(CF_0.79@C-MnO_x)对氟化碳(CF_0.79)进行改性.为提升锂氟化碳电池倍率性能,进一步探讨碳化温度、氧化温度和包覆层厚度对制备的CF_0.79@C-MnO_x复合材料电化学性能的影响,以此优化氟化碳包覆层获得界面改良最佳优化机制.实验结果表明:优化碳化温度,可得到导电性最好的碳层;优化氧化温度,可得到结晶性好的锰氧化物;优化PVA和Mn(NO₃)₂浓度来调控包覆层厚度,可进一步改善氟化碳的界面,促进锂离子扩散到氟化碳电极上.微观形貌表征及电化学性能分析均表明,CF_0.79@C-MnO_x-350℃氩气-400℃氧气-0.25mol/LMn(NO₃)₂-0.25mol/LPVA具有最佳的性能,在高的放电倍率下,无论在倍率性能还是电压平台,...     

双羟基四配位硅改性苯丙乳液的合成及性能研究

通过乳液聚合方法,制备了双羟基四配位硅改性苯丙乳液;测定了乳液的粘度、粒径分布、凝胶率、稳定性等;测定了乳液成膜后的各种性能,如吸水率、热性能分析、玻璃化转变温度、附着力、硬度等.结果表明改性的苯丙乳液比纯苯丙乳液的热性能有所提高,玻璃化转变温度有所降低,附着力提高.并得出2%含量的双羟基四配位硅改性2%乳化剂、40%固含量的苯丙乳液性能最佳.     

SiO2改性热交联型丙烯酸酯乳液的合成及性能

将阴离子型乳化剂和非离子型乳化剂复配为乳化体系,以过硫酸铵(APS)为引发剂,使用有机硅KH-560对纳米SiO2进行表面接枝改性,并与丙烯酸酯单体进行原位共聚制备种子乳液。在壳层预乳液中添加活性交联单体丙烯酸(AA)和丙烯酸羟乙酯(HEA),采用预乳化半连续种子乳液聚合工艺制备热交联型丙烯酸酯乳液。考察了乳化剂配比和纳米SiO2用量对涂膜耐水性和耐热性能的影响,利用透射电镜(TEM)和傅立叶红外光谱(FTIR)对乳液的形态、粒径分布及组成进行了表征。结果表明,乳液粒子具有明显的核壳结构特征;通过加入氨基树脂配成热交联涂料,涂膜的热稳定性、耐水性和硬度均得到了明显提高。阴离子、非离子乳化剂质量比为1∶3,HEA和纳米SiO2质量分数分别为成膜物质的11.0%和9.97%时,得到的热交联型丙烯酸酯乳液性能较佳。