环境友好型无机水性防火涂料的研制

论文摘要

本文首先通过一系列的正交实验和横向比较实验完成了防火涂料配方的设计和优化,配制成JS-01环境友好型无机水性防火涂料。该防火涂料的防火阻燃时间经检验远超过国家一级品标准要求。同时,它具有无毒、零VOC、耐湿热性和耐水性优良,对人体及环境无危害等特性。另外,由于原材料来源丰富,生产工艺简便,施工方便,成本低廉等特点,使其成为具有较强的市场竞争优势和良好开发应用前景的功能性防火涂料。该涂料以磷酸和氢氧化铝经过加热、搅拌、反应生成的透明粘稠的磷酸铝混合物为无机基料。同时,以脱水成炭催化剂（聚磷酸铵APP）、成炭剂（季戊四醇PER）和发泡剂（三聚氰胺MEL）即传统的P-C-N体系作为本配方的阻燃体系。本配方首次选用超细矿渣粉作为无机填料,添加颜料TiO2,辅以水为溶剂和其他助剂共同配制而成。其次,本文合理选用二氧化锰和锌粉作为复合催干剂,获得表干时间和实干时间均符合国家标准要求的防火涂料配方。另外,加入纳米SiO2阻燃母液不仅大大提高防火涂料的耐水性（超过24小时不脱落、不变色、不起泡）,而且有效保持了原配方的防火性能（阻燃时间超过52分钟）。最后,借助照片、SEM,XRD、热重分析（TG）和差热分析（DTA）等分析手段,对由最佳配方合成的防火涂料进行了防火阻燃机理的初步探讨。重点考察、分析防火涂料燃烧后炭化层的形貌,并对炭质层的形成和结构进行了理论分析,说明其在涂层防火阻燃过程中所起的作用。涂层经灼烧后,在某一温度范围内体系发生一系列复杂的物理、化学变化,形成致密而多孔的炭质层,炭质层的导热系数小,阻燃隔热效果优良。试验结果表明,膨胀炭质层表面形成的白色物质是ZiP2O7与锐钛型TiO2在较高温度下形成的的混合物。该白色物质对膨胀炭质层起着增强作用,使炭质层在火焰冲击下不易塌陷,增强其防火阻燃效果。这种白色物质越多,分布越均匀,其涂料的耐火时间越长、防火性能越好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的由来和意义
• 1.2 矿渣的综合利用
• 1.3 防火涂料的历史与现状
• 1.3.1 防火涂料的历史
• 1.3.2 防火涂料的现状
• 1.4 防火涂料的分类
• 1.5 防火涂料应具备的基本条件
• 1.6 防火涂料的性能评价
• 1.7 防火涂料的基本原理
• 1.7.1 防火涂料的防火隔热原理
• 1.7.2 膨胀型防火涂料的膨胀发泡原理
• 1.7.3 防火涂料膨胀炭层作用机理
• 1.8 本论文研究的主要内容
• 2 环境友好型无机水性防火涂料配方设计
• 2.1 配方设计原则
• 2.2 防火涂料的组成和制备
• 2.2.1 防火涂料的组成
• 2.2.2 防火涂料的制备工艺
• 2.3 各种原材料类型的确定
• 2.3.1 基料类型的确定
• 2.3.2 膨胀阻燃体系各组分的选择
• 2.3.3 颜料、填料类型的选择
• 2.3.4 溶剂类型的选择
• 2.4 实验方法及测试标准
• 2.4.1 实验方法
• 2.4.2 正交试验设计法
• 2.4.3 实验方法及性能测试
• 3 环境友好型无机水性防火涂料实验研究
• 3.1 涂料配方的确定
• 3.1.1 正交试验测试研究
• 3.1.2 涂料配方的初步确定
• 3.1.3 防火涂料理化性能测试
• 3.2 防火涂料理化性能实验研究
• 3.2.1 干燥时间的实验研究
• 3.2.2 耐水性的实验研究
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 实验研究结果
• 3.3.2 新配方的总结与讨论
• 4 防火阻燃机理研究
• 4.1 阻燃体系在阻燃膨胀过程中的化学反应
• 4.2 防火涂料膨胀过程分析
• 4.3 膨胀炭层防火阻燃机理分析
• 4.3.1 膨胀炭层形成过程分析
• 4.3.2 膨胀炭层的照片和炭质层表面白色物质的X射线分析
• 4.3.3 膨胀炭层的SEM分析
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 5.2.1 JS-01防火涂料的产业化趋势展望
• 5.2.2 对发展无机水性防火涂料优势的展望
• 5.2.3 防火涂料的生态化趋势展望
• 参考文献
• 致谢