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1、纳米阻燃剂对饰面型防火涂料性能影响研究方璐 2，张佳璐 1，王美琴 1，张华文 1（浙江海洋学院石化与能源工程学院，浙江 舟山 316000；重庆科技学院安全工程学院，重庆 401331）摘要：饰面型防火涂料是保护建筑物、避免火灾事故发生的一种重要方法，被广泛应用于各行各业。无机纳米阻燃剂作为当今世界各国研究的重点，可改善饰面型防火涂料在应用中存在的问题，提高涂料的性能。为了研究纳米阻燃剂对饰面型防火涂料的性能影响，本文以纳米氢氧化铝阻燃剂为例，通过运用隧道燃烧法测量火焰传播比值来对普通饰面型防火涂料和添加不同比例量纳米氢氧化铝阻燃剂的改性涂料的耐火性能进行对比分析，得出纳米氢氧化铝对饰面型防
2、火涂料性能的影响规律，以对纳米阻燃剂对防火涂料的影响有一个更直观的认识，并对纳米防火涂料的未来发展趋势进行展望。关键词：饰面型防火涂料；纳米氢氧化铝；阻燃机理；耐火性能the Effect of Nano Flame Retardant on the Performance of Decorated Fire-retardant CoatingFang Lu2， Zhang Jia-lu1，Wang Mei-qin 1，Zhang Hua-wen 1（ 1 Zhejiang Ocean University School of Petrochemica1 & Energy Engineerin
3、g,Zhejiang Zhoushan 316000；2 Chongqing University of Science and Technology of Safety Engineering,Chongqing 401331,China）Abstract:Decorated fire-retardant coating is an important method to protect the buildings and to avoid fire accidents,which is widely used in all walks of life.Inorganic nanometre
4、 fire-retardant as a focus of the research around the world today can solve the problems existing in the application of decorated fire-retardant coating and improve the performance.In order to research the effect of nano flame retardant on the performance of decorated fire-retardant coating,based on
5、 the nanometer aluminum hydroxide flame retardant,this paper adopts the method of tunnel ignition to test the fire performance of ordinary decorating fire-retardant coatings and the fire performance of the decorating fire-retardant coatings adding different proportion of nanometer aluminum hydroxide
6、,and then through comparative analysis of experimental results,obtains the inference rule of nanometer aluminum hydroxide flame retardant.Then we can have a more intuitive understanding of the inference of nano flame retardant.Finally,fire retardant coatings for nano future trends are forecasted.Key
7、 words:decorating fire-retardant coatings; nano-aluminum hydroxide; fire proofing mechanism; refractory performance随着世界经济的快速发展和各类建筑物的不断建成，建筑物已逐步走向大型化、高层化和集群化，有机合成材料也被广泛应用于建筑领域。由于有机合成材料可燃且耐火极限低，1作者简介：方璐(1991-)，女，硕士研究生在读；张佳璐(1992-)，女，安全工程专业本科四年级学生；王美琴(1990-) ，女，安全工程专业本科四年级学生；张华文(1983-)，通讯作者，讲师，主要从事石油化
8、工安全教学及科研工作。I建筑物的防火也愈加重要。防火涂料作为一种特殊的消防安全产品被广泛应用于各行各业。其中饰面型防火涂料集装饰与防火为一体，涂覆于可燃基材表面，在起装饰作用的同时，在发生火灾时能起到阻燃作用，有效延缓燃烧时间，提高可燃基材的耐火极限。现经研究发现将纳米阻燃剂添加到饰面型防火涂料中，能够有效提高涂料的防火性能、理化性能和装饰性能。因此，新型纳米防火涂料将是今后防火涂料的研究方向和发展趋势之一。1 饰面型纳米防火涂料及其阻燃机理1.1 饰面型纳米防火涂料饰面型防火涂料是保护建筑物，避免火灾事故发生的一种重要方法，不但具有很高的防火效果，而且涂装方便，已经被广泛应用于各行各业中 1
9、。饰面型防火涂料按其遇火后涂层的变化状态可分为膨胀型和非膨胀型两大类 2，如下表 1 所示。由于膨胀型防火涂料形成的膨胀层厚且其热导率较低，它的阻火性能要优于非膨胀型防火涂料，因而应用更为广泛。表 1 饰面型防火涂料分类Table 1 The classification of decorating fire-retardant coatings类型 现象 组成 阻燃机理膨胀型遇小火不燃，离开火源熄灭，较大火势下减缓火源传递速度。主要由基料、颜料、填料、助剂和防火助剂等几部分组成3。形成膨胀炭化层，阻止传热。涂层软化、膨胀，颜料、填料等组分发生反应，吸热，降低基材表面的温度。一些组分高温分解出
10、惰性气体，稀释气体浓度，阻止基材燃烧。非膨胀型 本身不燃或难燃以硅酸盐、水玻璃为基料，掺入云母、硼化物等难燃或不然材料混合而成。形成致密的釉状保护层，隔绝空气，涂层体积基本不变，分解出不燃气体，冲淡气体浓度。现经研究发现，一些纳米材料也具有阻燃功能，将这些纳米材料添加到可燃或者易燃材料中，可以使这些可燃或易燃材料变得难燃或不燃 4。纳米阻燃材料主要包括有无机纳米阻燃材料，聚合物/层状硅酸盐纳米复合阻燃材料，纳米碳管阻燃聚合物和聚合物/ 二氧化硅纳米复合材料。这些纳米材料对涂料有着很好的改善作用，可以改进涂膜的表面、机械、光学、防腐蚀、清污、阻燃等性能，提高涂料斥水性、防灰尘吸附性、自修复功能，
11、对涂膜的致密性、韧度、硬度以及耐候性、防渗透性、耐火性、膨胀型等也有提高作用，延长耐火时间，降低涂膜的空隙率，防治细菌黏附在涂膜上，清楚涂膜表面污染物，净化环境 5。纳米材料不仅可以改善涂料的理化性能和防火性能，同时也有助于解决防火涂料存在的环保问题。现如今饰面型纳米防火涂料是一种重要的发展趋势之一。1.2 无机纳米氢氧化铝阻燃剂及其阻燃机理无机阻燃剂有来源丰富、价格低廉、无毒、低烟等特点，有很好的经济价值，但仍存在添加量大、恶化基材的物理机械性能等不足。现利用纳米技术研发出了无机纳米阻燃剂，对性能进行了改善。常见的无机纳米阻燃剂有纳米氢氧化铝阻燃剂、纳米氢氧化镁阻燃剂和纳米三氧化二锑阻燃剂等
12、。本文以纳米氢氧化铝阻燃剂为例进行实验。II纳米氢氧化铝阻燃剂是当今世界各国研究的重点，也是用量最大的一种无卤无机阻燃剂之一 6，粒径更细、分散性好，有阻燃、消烟的功效，其阻燃机理主要包括以下几个方面：促进防火涂料遇火时发生炭化。纳米氢氧化铝脱水后会生成氧化铝，促进生成炭化保护层，同时会减少膨胀型防火涂料的排烟量。能够使防火涂料生成一层玻璃形态的保护层；能够终止气相阶段自由基的作用；可发生吸热反应迅速将防火涂料冷却。在明火或高温条件，纳米氢氧化铝分解会吸收大量的热能，降低被保护基材表面的温度。2 纳米阻燃剂改姓涂料性能测试实验测试饰面型防火涂料性能的方法有大板法、隧道法和小室法。大板法测试的是
13、涂料的耐燃时间（min），小室法测试的是涂料的质量损失（g）与碳化体积（ cm3），隧道法测试的是涂料的火焰传播比值。本文通过采用隧道燃烧法测量涂料的火焰传播比值来测试其防火性能。2.1 参数（1）耐燃时间：在规定的基材和特定的燃烧条件下，试件板背火面温度达到 220 或试件板出现穿透现象所需的时间（min）。（2）火焰传播比值：当石棉板的火焰传播比值为 0，橡树木板的火焰传播比值为 100 时，受试材料具有的表面火焰传播特性数据。2.2 实验设备及材料（1）实验设备：隧道炉；燃烧器；点火器；盖板；温度监测仪表；计时器；液化天燃气瓶；涂料刷；低温培养器熔炉等。（2）实验材料：试件板（见表 2）
14、；西子 PC60-3 饰面型木结构防火涂料；纳米氢氧化铝阻燃剂；疏松脱脂棉球；蒸馏水等。表 2 试件板尺寸Table 2 the size of the specimen plate 试件板 长/mm 宽/mm 厚/mm石棉板 600 90 8橡树木标准板 600 90 8五层胶合板 600 90 52.3 实验步骤本次实验根据 GB/T15442.31995饰面型防火涂料防火性能分级及试验方法隧道燃烧法 7进行。（1）实验准备对试件板进行防火涂料涂覆作业，试件的湿涂覆比值为 500 g/m2，涂覆误差不超过2 %，分次涂覆，两次涂覆间隔时间不小于 24 h，涂覆尽量保持均匀。（2）实验条件温
15、度：(232) ；相对湿度：50 %5 % ；实验用燃料：液化石油气。（3）实验程序用标准板校准装置。III开启燃气阀，调整燃气供量至大约 850 mL/min，调节空气量使火焰内部颜色为蓝色，在热电偶测得中部火焰温度约为 900 时关闭燃气开关阀。将实干试件板涂覆有防火涂料的一面向下放置于隧道炉的试件支架内，盖上绝热盖板。打开燃气阀，点燃喷灯，同时启动计时仪，观察火焰在试件板底部的延展情况，每隔15s 记录火焰最前沿所达到的最大距离，反复记录数据到 4 min 末，关闭燃气阀，依次取下盖板和试件板，观察试件板的燃烧情况。整理并记录数据，分别取相邻 3 个最大火焰传播读数的平均值，根据式（1）
16、计算出石棉板 La（cm）、橡树木板 Lr（cm）和五层胶合板 Ls（ cm）的火焰传播比值。反复多次试验取平均值，并记录有关数据。（4）计算公式试板火焰传播比值：（1）saFSRKL式中：FSR火焰传播比值，K 隧道炉校正常数（cm -1），L s试板火焰传播值（cm），L a石棉标准板火焰传播值（cm）。隧道炉较正常数：（2）ra10KL式中：Lr橡树木标准板火焰传播值（cm），L a石棉标准板火焰传播值（cm）。3 实验结果及讨论3.1 实验结果如下表 3、4、5 所示，分别为涂覆有 A、B、C 三种涂料的试件板的实验结果。（A 为西子 PC60-3 饰面型木结构防火涂料，B 为加入了 6 %纳米阻燃剂的改性涂料，C 为加入了 20 %纳米阻燃剂的改性涂料。以下简称（A/B/C）试件板。）表 3 涂覆 A 涂料的试件板的火焰传播值Table 3 Specimen plate with A coating of flame spread valu
