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水性聚氨酯膨脹型阻燃涂料的研究

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2020/10/29 瀏覽次數(shù)：

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21 世紀(jì)以來，隨著高聚物材料阻燃技術(shù)的不斷發(fā)展，對阻燃劑的綜合性能的要求也越來越高，既要達(dá)到規(guī)定的難燃級別，又要有良好的物理性能和機(jī)械強(qiáng)度、非腐蝕性、少煙性、光穩(wěn)定性、耐老化性及熱穩(wěn)定性等。由于膨脹型阻燃體系可均勻地分散于聚合物中，聚合物在燃燒時各組分又能協(xié)同起作用，能夠滿足對阻燃劑越來越高的要求，故未來的水性聚氨酯阻燃涂料必然向膨脹型阻燃發(fā)展。但膨脹型阻燃劑仍存在許多不足之處：膨脹型阻燃劑與聚氨酯相容性差，并且膨脹型阻燃劑的相對分子量低，聚氨酯涂料在干燥過程中，阻燃劑易向表面遷移，產(chǎn)生“霜白”現(xiàn)象，使聚氨酯的力學(xué)性能大幅度下降，另外，外觀變差；膨脹型阻燃劑易吸濕，導(dǎo)致聚氨酯耐水性能下降。未來的發(fā)展趨勢和研究方向為：

（1）阻燃劑的表面處理

為了使材料既具有阻燃性又能使其機(jī)械性能達(dá)到實用標(biāo)準(zhǔn)，用表面活性劑處理阻燃劑以增加阻燃劑與聚氨酯的相容性是一條很重要的途徑。常用的表面處理劑有硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸偶聯(lián)劑、硬脂酸鈉等。

（2）阻燃劑的微細(xì)化處理

阻燃劑因其顆粒太大而容易產(chǎn)生應(yīng)力集中會影響材料的機(jī)械性能，因此阻燃劑的微細(xì)化處理是阻燃技術(shù)中的關(guān)鍵一環(huán)。

（3）研究各種阻燃劑之間的協(xié)同效應(yīng)

阻燃劑之間的協(xié)同效應(yīng)是指某些阻燃劑進(jìn)行復(fù)配后，可降低阻燃劑用量，并且提高阻燃劑的阻燃性能，使材料物理機(jī)械性能的損失降到最小程度。

膨脹型阻燃劑具備無鹵、低煙、低毒的獨特特性，是近年來國內(nèi)外廣為關(guān)注的新型復(fù)合型阻燃劑。膨脹型阻燃劑包括 3 個組分，即酸源、碳源和發(fā)泡源，對于特定的體系，有時并不需要 3 個組分同時存在，此時聚合物本身可以充當(dāng)其中的某一組分。由于具有膨脹產(chǎn)生多孔泡沫層的特性，故可廣泛用于木材、塑料等易燃基材的保護(hù)，亦可用于鋼材的保護(hù)，防止鋼材由于受熱和火焰的作用導(dǎo)致其力學(xué)強(qiáng)度減弱。膨脹型阻燃涂料在火焰或高溫下，體系中的酸源、碳源和發(fā)泡源與熔體相互作用膨脹而形成具有隔熱、隔質(zhì)作用的多孔狀碳阻擋層，能有效地阻止火焰的蔓延，是目前應(yīng)用比較廣泛的阻燃涂料。

水性聚氨酯涂料膨脹型和非膨脹型阻燃體系的性能差別進(jìn)行了研究。試驗中膨脹型阻燃體系選擇 APP-PER-MEL 復(fù)合膨脹型阻燃體系，非膨脹型阻燃體系選用 Mg（OH） 2/Al （OH） 3，試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)APP-PER-MEL 膨脹型阻燃體系比 Mg（OH） 2/Al （OH） 3非膨脹型阻燃體系對水性聚氨酯涂料的阻燃效果要好， APP-PER-MEL 膨脹型阻燃體系添加量為 50%時碳化時間為 263 s，而同樣添加量的 Mg（OH） 2/Al （OH） 3體系僅為 123 s。用丙烯酸丁酯改性蒙脫土，然后將改性后的蒙脫土來改性聚氨酯，再添加膨脹型阻燃劑，制得的聚氨酯具有較好的阻燃防火性能和較高熱穩(wěn)定性，燃燒等級達(dá)到 FV-0 級。用丙烯酸酯改性水性聚氨酯，然后加入三聚氰胺和季戊四醇，明顯提高涂料的阻燃性能，而且不會破壞涂料的耐水性能并且無毒無污染，工藝簡單。參考國外文獻(xiàn)，以新戊二醇、三氯氧磷及苯并咪唑衍生物等為原料，合成得到 3 種新型單組分磷氮膨脹阻燃劑，此阻燃劑集酸源、碳源和發(fā)泡源于一身，可避免因配比誤差而引起的阻燃效果下降的問題。

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