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使用低压冷等离子体技术制备防火涂料，可以大大提高涂料的耐火性能，涂层的热释放速率降低约 50 ％ ；在防火涂料中添加少量纳米颜填料，可以提高耐火性能，减少阻燃剂用量；使用环保新材料制造防火涂料，也是防火涂料发展的一个重要方向。
防火涂料是指涂覆于木材、纤维、纸、塑料等易燃建筑基材或涂于电缆、金属构件的表面，能降低被涂材料表面的可燃性，阻止火灾的迅速蔓延，或是涂覆于结构材料表面，用以提高构件耐火极限的一类物质。随着建筑的高层化、集群化发展，防火涂料在建筑消防安全方面的应用日益广泛，并且正随着整个涂料行业向“五 E ”方向迈进，即提高涂膜质量 (Excellence) 、方便施工 (Easyof application) 、节省资源 (E conomics) 、节省能源 (Energysaving) 、生态平衡 (Ecolohy) 。本文介绍了近年来低压冷等离子体技术、纳米技术以及环保新材料等新技术、新材料在改进防火涂料性能方面的应用情况。
l 低压冷等离子体技术
低压冷等离子体技术是近年来用于改进防火涂料性能的一种新技术。该技术是将涂层沉积在聚合物表面，这种涂层能改进基料的耐水和耐湿热性能或者提高纤维的耐火性能，还能提高聚合物之间粘合力。拥有特殊物化性质的氟化聚合物正引起人们越来越多的关注。尤其是氟化聚合物优良的热稳定性、化学稳定性、光化学稳定性以及耐候性使得氟化聚合物在涂料工业具有实际应用价值。氟化聚合物表面张力很低，在耐水和耐油性的纺织品生产工艺中也得到了广泛应用。例如，1，1 ，2 ，2 -四氢全氟化丙烯酸癸酯 (AC8) 的均相聚合传统工艺中使用到了乙二醇二异丁烯酸酯(EGDMA) 作为嫁接助剂， EGDMA 是聚合 AC8 链之间的交联剂，同时能使聚合 AC8 链与 PAN 表面发生耦合。要想提高聚合物 PA6 的防火性能，就必然要想办法去除生产工艺中一些易燃物质。低压冷等离子体技术不使用易燃的 EGDMA ，由微波氩等离子体诱导氟化单体 AC8 发生嫁接、聚合反应，生成聚酰胺- 6(PA6) ，从而大大提高了 PA6 的防火性能。
低压冷等离子体技术的装置包括 3 个部分：一台功率(0～600W) 可调的微波发生器 (2.46 GHz) 用于激发等离子体；一个辉光发电管；一台一级真空泵。该装置的体积达到 27 L 。气体流量由质量流量计控制。
2 纳米技术
纳米的小尺度效应会使材料的性能发生突变，研究纳米乳液防火涂料、纳米填料可改善涂料表面成膜物性能，改善防火涂料的防火性能和物化性能，减少阻燃剂用量，降低成本，属防火涂料高新技术。层状双氢氧化物 (LDHs) 是一类片层固体，其化学组成可用通式表示，其中 M II 为二价金属阳离子， LDHs 具有与水镁石类似的正八面体结构，层间填充阴离子及结晶水分子。由于层间阴离子的可交换性和水分子的可移动性，且阴离子和水分子被驱除后不破坏原来的层状结构，从而可对LDHs 的层间进行改性。 LDHs 的层间距一般为几个埃，因此被嵌入的客体只能从分子尺寸进入层间，即在微波结晶的条件下主客体之间形成纳米复合材料一纳米晶体结构的层状双氢氧化物 (nano — LDHs) ，颗粒尺寸在 10 ～ 40 nm左右。
nano — LDHs 在防火涂料中能起到填料的作用。膨胀型防火涂料的耐火性能与燃烧时膨胀炭化层的质量性能有关。 nano — LDHs 以及高温下产生的氧化铝和氧化镁将充满在炭化层的狭小空穴内，从而提高膨胀时的强度。这就使得炭化层变得很坚硬，在火中不会坍塌。而且， nano — LDHs 以及氧化铝和氧化镁在涂层中含氧条件下还能催化生成一层更紧密的碳化层。由此可见，纳米技术在防火涂料中的应用不仅可以改善涂料表面成膜物性能，还可以大大提高防火涂料的耐火性能，并且改善了物化性能，减少了阻燃剂用量，最终降低了防火涂料的成本。
3 环保新材料
涂料中树脂的耐紫外线性能是一项重要指标。以往加入添加剂改善耐紫外线性能的同时出现涂料的耐火性能明显下降的情况。为了解决这一矛盾，采用一些含卤素的单体或低聚物。但是这些含卤素的单体或低聚物在燃烧时会产生剧毒气体和腐蚀性极强的浓烟，对环境产生严重破坏，严重危及人身安全。所以，寻找不含卤素的单体或低聚物耐火材料 ( 如含膦材料 ) 是刻不容缓的任务。最近，一类称作环三膦氮烯的绿色环保新材料被合成并用于木质底材或其他可燃材料的透明防火涂料。其中一种环三膦氮烯 (n — Propoxy)(2 -hydroxyethylmethacrlate)cyclotriphosphazene(HPCP) 的合成路
将 HPCP 涂抹在一块木板 ( 30 cm × 15 cm × 1( 3m ) 上。涂抹前，木板放置在相对湿度控制在 (5O ± 5) ％范围、温度在 (23 ± 2) ℃的环境中 14 d 。涂抹后，木板处在紫外线照射下直到表面完全干燥。然后，用丙酮洗去剩余 HPCP 。木板再次放置在上述环境中。在进行燃烧测试前，木板还要放在炉子 (50 ± 0 ． 2) ℃ 中 40 h 。
燃烧测试结果表明，木板燃烧后形成膨胀的木炭，燃烧过程中膨胀机理在于有丙烯 ( 来自 HPCP 结构中的丙氧基 ) 气体产生而形成炭化层是木板燃烧的结果。从 HPCP 结构分析， HPCP 交联密度很高阻止泡沫过分膨胀， HPCP结构中含有大量的丙氧基团使得 HPCP 成为优良的防火涂料。环保新材料作为防火涂料在保证防火性能的前提下，不会因防火涂料的使用带来严重的环境污染。这是防火涂料的一个主要的发展方向。
4 总结
新型防火涂料的研发需要有新技术的支持。低压冷等离子体技术、纳米技术以及环保新材料等在改进防火涂料性能方面的应用必将有力推动防火涂料朝着节能、环保的方向快速发展。 |
