超薄膨胀型钢结构防火涂料的研制

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本论文通过将阻燃元素溴的高分子化,合成了低分子量高溴含量溴碳环氧树脂,将溴碳环氧树脂应用于防火涂料中,使得含溴本体阻燃高分子材料在防火涂料中既是基体树脂,又是高分子阻燃剂,双重功效不仅提高了防火涂料的阻燃时效性,而且增强了树脂与阻燃材料的相容性。以溴化钠-溴酸钠为溴化试剂,在乙醇溶液中,酸性条件下合成了四溴双酚A;以四溴双酚A与环氧氯丙烷在碱性条件下通过逐步聚合得到低分子量高溴含量四溴双酚A环氧树脂;对合成条件进行了探索,确定了原料配比与反应温度,并对影响产物性能与产率的因素进行了分析;确定合成四溴双酚A反应温度为室温,反应温度控制在25~30℃,NaBr以饱和水溶液形式加入,物料配比为BPA∶NaBr∶NaBrO3/(mol)=3.0∶8.8∶4.35,回流反应温度控制在70~80℃之间;通过正交试验设计,以反应温度、四溴双酚A与环氧氯丙烷及加碱量之比设计四因素三水平正交试验,确定了当反应温度为60℃、TBA/环氧氯丙烷(mol)=1/8、TBA/NaOH(mol)=1/3时,合成的四溴双酚A环氧树脂环氧值为0.158,环氧当量约为623,平均分子量为1266,聚合度约为2,且产率最大。并对合成四溴双酚A和四溴双酚A环氧树脂的官能团进行了红外光谱表征。用高氯化聚乙烯树脂对四溴双酚A环氧树脂进行冷拼改性,当mTBA环氧树脂/mHCPE(重量比)=1/3、树脂占涂层干膜重量为1/3、聚磷酸铵的含量为16%~18%、三聚氰胺的含量为10%~11.5%、季戊四醇的含量为5%~6.5%时防火涂料耐火阻燃时间达150min。采用自制模拟燃烧试验装置对防火涂料的阻燃性能进行了测试,确定了防火涂料的最优配方;运用热重分析法和扫描电镜对防火涂料中P-C-N体系、氯化石蜡、三氧化二锑、硼酸锌、三氧化钼等的多元协效阻燃机理进行较深入的研究,为防火涂料的研究及工业生产提供有效的理论依据。通过对溴碳环氧树脂水性化的研究,选用苯基缩水甘油醚对三乙烯四胺封端,然后再与四溴双酚A环氧树脂加成得到自乳化型四溴双酚A环氧树脂固化剂。实验发现当苯基缩水甘油醚∶三乙烯四胺=2~2.2∶1时,表干时间30min,实干时间15h,耐碱时间360h,抗冲击强度45Kg·cm,涂层性能达最佳;当用四溴双酚A环氧树脂作为封端剂时所得涂层氧指数达35.4。通过对防火涂料基料、阻燃助剂、功能性添加剂等因素的分析,以正交试验确定了水性钢结构防火涂料的最佳配方,并对水性钢结构防火涂料进行了性能检测,开发出了环境友好型涂料,拓展了溴碳环氧树脂的应用领域。
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