膨胀型钢结构防火涂料的酸碱性对性能影响（三）

lee2005

从表 3 可以看出 , 当有机胺的用量比较少的时候 , 炭化体的膨胀高度高于空白试样的膨胀高度 , 但随有机胺量的增加 , 炭化体的膨胀高度下降 , 而且当有机胺量超过一定程度时 , 炭化体的膨胀高度迅速下降 , 甚至大大低于空白试样。因为当有机胺量比较少时 , 膨胀型钢结构防火涂料此时达到最佳 pH 值 , 聚磷酸铵最稳定 , 其酸催化脱水剂、成炭剂和发气剂之间的协同作用发挥得最佳 , 所以炭化体膨胀得比较高。但随有机胺量继续增加 , 膨胀型钢结构防火涂料碱性也随之增加 , 过量的有机胺在浆料中破坏了聚磷酸铵 , 并且消耗了聚磷酸铵 , 因此破坏酸催化脱水剂、成炭剂和发气剂之间的协同作用 , 从而降低了炭化体的膨胀高度。当有机胺量继续增加时 , 有机胺对聚磷酸铵的破坏作用大大增强 , 所以炭化体的膨胀高度迅速下降。
有机胺涂层的烧失率比空白涂层的烧失率大 , 且随有机胺量的增加其烧失率呈增加趋势。因为膨胀型钢结构防火涂料呈碱性时 , 碱组分破坏了部分聚磷酸铵的酸催化脱水作用 , 削弱了聚磷酸铵酯化脱水的催化作用 , 此时的生成物代替了酯化脱水成炭的磷 - 碳结构物质 , 在高温下这些生成物更易挥发。
% A5 P; y: U7 m' ~# |9 c: h. |/ N, N从表 3 可以看出 , 试样背温相同时 , 各试样的时间间隔随有机胺量的增加而缩短。由于炭化体的高度下降 , 涂层的烧失率增加 , 因此传递到炭化体内部的热量多 , 炭化体内温度下降的幅度小 , 各试样的时间间隔缩短。然而 , 有机胺用量为 1% 的试样的背温到 300 ℃ 和 400 ℃ 时 , 试样的时间间隔显然比空白的长 , 而且实验进行到 120 min 时 , 1% 的有机胺试样背温比较低。因为膨胀型钢结构防火涂料此时达到最佳 pH 值 , 这时聚磷酸铵最稳定 , 其酸催化脱水剂、成炭剂和发气剂之间的协同作用发挥得最佳 , 使其形成具有较好隔热结构的炭化体 , 提高膨胀型钢结构防火涂料的防火隔热性能。当有机胺量增加到一定程度后 , 试样的时间间隔大大缩短 , 如当用量增加到 3 . 5% 以后 , 实验时间在小于 85 min 时试样背温就达到了 510 ℃ 。这就说明随有机胺量的增加 , 聚磷酸铵热分解后的酸催化脱水的性能下降 , 炭化体的高度降低 , 隔热性能下降 , 传递的热量多。
+ {+ ?9 o9 S! k% h. y! Z/ o2. 2. 2 炭化体结构分析
+ e# G( ^4 H) `图 2 为不同碱性的膨胀型钢结构防火涂料碱性形成炭化体的形貌图。

a — 0; b — 1%; c — 1 1 5%; d — 2%; e — 2 1 5%; f — 3%; g — 3 1 5%; h — 4%
图 2 　试样炭化体形貌
从图 2 可以看出 , 炭化体 ( b) 、 ( c) 、 ( d) 的密实度和强度都比炭化体 ( a) 好 , 尤其炭化体 ( d) 具有比较完好的膨胀隔热结构 , 但炭化体 ( b) 、 ( c) 的底部与钢板存在脱离的现象。这说明有机胺改善了膨胀防火体的酸催化脱水化剂、成碳剂和气化剂之间的协调关系 , 形成了试样背温降低。而随有机胺用量继续增加 , 炭化体的结构明显地出现了严重的隔热缺陷。从炭化体 ( e) 、 ( f) 、 ( g) 、 ( h) 来看 , 炭化体的密实度和强度明显下降 , 而且炭化体 ( f) 从中部断裂 , 炭化体的脆性增大。因为有机胺使聚磷酸铵热分解后的酸催化脱水的能力下降 , 不能与多羟基醇形成复杂的磷—碳结构 , 从而使酸催化脱水剂、成炭剂和发气剂之间的协调性被破坏 , 炭化体不能充分膨胀 , 不能形成良好的隔热结构。因此 , 随有机胺量的增加 , 在相同的背温下试样的时间间隔缩短 , 到 120 min 时试样背温升高。
3 　结语
当膨胀型钢结构防火涂料酸性较强时 , 酸介质加速了聚磷酸铵的降解 , 降解后的聚磷酸铵热解并与多羟基化合物酯化脱水成炭 , 形成一些小分子结构产物 , 使涂层软化时黏度大大降低 , 在发气剂的作用下形成孔径比较大、膨胀高度较高、密实度和强度低的炭化体 , 此炭化体在实际火场中非常容易脱落而失去隔热保护作用。因此 , 当膨胀型钢结构防火涂料酸性较强时 , 其本身的防火隔热性能降低。
, M- {, F% S# E: j一定用量的有机胺使膨胀型钢结构防火涂料的 pH 值最佳 , 此时改善了酸催化脱水剂、成炭剂和发气剂之间的协调作用 , 形成具有较好隔热结构的炭化体 , 提高膨胀型钢结构防火涂料的防火隔热性能。当有机胺的用量继续增加时 , 其碱性继续增加 , 破坏了酸催化脱水剂、成炭剂和发气剂之间的协调作用 , 所以炭化体的膨胀速度下降、膨胀高度降低 , 降低膨胀型钢结构防火涂料防火隔热性能。
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