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超薄型钢结构防火涂料的膨胀过程


通过对超薄型钢结构防火涂料的分析,上海浦奥消防科技集团防火涂料专家将涂料的膨胀过程细分为以上4个阶段:

第一,平稳阶段(20~230℃)。这期间热失重仅2%左右,主要是涂料中尚未挥发的溶剂和其它易挥发小分子化合物挥发所致。在耐火实验时看到涂层表层起火燃烧,这主要是涂料内的挥发分着火所致。此时,涂层中的成膜物质开始熔融软化,可以看出:在180℃有一小的吸热峰,约47 J/g,这主要是成膜物质熔融软化吸收了外部能量所致。

第二,发泡炭化阶段(230~420℃)。这期间热失重为43%左右。该阶段是涂料挥发的过程,防火阻燃体系中的三聚氰胺发泡剂首先热分解,释放出非燃性气体NH3,同时成膜物质中部分组分分解产生NH3、HCl和水蒸汽等,促使第一阶段已熔融软化的成膜物质持续地膨胀发泡,形成泡沫层。此时脱水催化剂聚磷酸铵分解,释放出能酯化多元醇和作为脱水剂的无机聚偏磷酸,与多元醇成炭剂季戊四醇、成膜物质等含羟基有机化合物发生酯化反应,生成强吸水性物质,在空气中的吸水率达到原物质量的55%左右。体系中的胺则作为酯化反应的催化剂,使酯化反应加速进行。与此同时,多元酸和酯脱水炭化,形成无机物及炭化残余物,使体系进一步膨胀发泡。反应接近完成时,体系胶化和固化,脱水成炭,生成的不饱和主链再进行环化架桥反应,最后生成致密坚硬的黑色蜂窝状炭化层。蜂窝状炭化层的厚度比原有涂层厚度大几十倍,其导热系数接近于空气的导热系数,可以有效地隔绝外部热源,保护钢结构基材。成膜物质、发泡剂、脱水催化剂、成炭剂必须具有良好的匹配性,否则就不能形成理想的炭化层。由DTA曲线可以看出:在330℃左右,有一强吸热峰,约为350 J/g,主要为这阶段的发泡炭化过程吸收的外部能量,以使反应得以顺利进行。

第三,失炭阶段(420~770℃)。这期间热失重为18%左右,主要是炭化层中的碳逐渐被氧化成CO2而逸出体系,同时有一部分炭化层由于附着力欠佳而被气流带走。从DTA曲线可以看出:在560℃、670℃左右分别有一强放热峰,约为830 J/g、250 J/g,主要是炭化层中的碳逐渐被氧化而释放出能量。

第四,无机层阶段(770~1 000℃以后)。这期间热失重为0.24%左右,主要是炭化层中碳被氧化逸出后,剩余的约37%无机材料形成白色无机骨架。超薄型钢结构防火涂料防火后期,主要是这些无机骨架组成的无机隔热层在起防火隔热作用。其主要成分是焦磷酸钛形成的多孔物质,它由聚磷酸铵和TiO2反应所生成。