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粉煤灰對木材防火涂料的影響

文檔作者：甘林儒劉英炎鄧貞貞徐文捷房珊珊譚小群文檔來源：北京理工大學珠海學院化工與材料學院		點擊數：	更新時間： 2021年07月09日
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1 前言
木材行業(yè)在迅速發(fā)展，它固有的易燃特性同時也對
人們的生命財產造成巨大威脅。因此生產阻燃木材和研
究木材的抑煙性能是十分重要的課題，阻燃的目的是為
了減少木材的燃燒動力和事故發(fā)生的可能性，減緩火焰
的燃燒，增加救援的可能性和降低損失[1-2]。
通常使用的抑煙劑有金屬氧化物、硼化物、金屬氫
氧化物等。粉煤灰，是從煤燃燒后的煙氣中收集下來的
細灰，是燃煤電廠排出的主要固體廢物，主要組成為：
SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2 等。筆者以粉煤灰為阻
燃抑煙劑，通過改變粉煤灰用量，根據文獻，加入到已有
的阻燃涂料配方中，測定涂料煙密度以及阻燃性能，研
究粉煤灰對木材阻燃涂料的影響[3-5]。
2 實驗部分
2.1 主要原料
基材：木板（長6cm、寬6cm、厚0.44cm），珠海市金
鼎建材；基料：苯乙烯丙烯酸酯乳液（簡稱苯丙乳液），廣
州市灃凌貿易有限公司；脫水催化劑：磷酸氫二銨，愛麗
化工有限公司；發(fā)泡劑：三聚氰胺，天津市光復精細化工
研究所；成炭劑：季戊四醇（分析純），天津市大茂化學試
劑廠；抑煙劑：氫氧化鋁,天津市大茂化學試劑廠；耐火
填料：碳酸鈣；溶劑：蒸餾水，北京理工大學珠海學院實
驗室；阻燃抑煙劑：粉煤灰，珠海發(fā)電廠。粉煤灰主要成
分（質量百分比）：Fe2O3-2.93%，Al2O3-5.32%，CaO-4.46%，
MgO-0.99%，SiO2-57.11%。
2.2 儀器設備
CZF-3 水平垂直燃燒測定儀，南京雷炯儀器設備有
限公司；JCY-2 建材煙密度測試儀, 南京雷炯儀器設備
有限公司；電熱恒溫鼓風干燥箱，嘉興市中新醫(yī)療儀器
有限公司；熱電偶、電子天平，上海舜宇恒平科學儀器有
限公司；游標卡尺，上海力衡儀器儀表有限公司。
2.3 膨脹型木材防火涂料的制備
基礎配方中各藥品的質量和比例如表1 所示：
加入粉煤灰含量如表2 所示：
用電子天平按表1 基礎配方的質量和表2 粉煤灰
含量精確稱取后加入適量蒸餾水，用玻璃棒充分攪拌，
配制成10 組阻燃涂料。
2.4 木板上防火涂料的涂刷
用刷子將配好的涂料均勻的涂刷在木板表面上，刷
涂時要注意保證涂層光滑平整。將涂好的木板放入
60℃的電熱恒溫干燥箱里干燥，烘干后取出木板繼續(xù)涂
粉煤灰對木材防火涂料的影響
甘林儒劉英炎鄧貞貞徐文捷房珊珊譚小群
（北京理工大學珠海學院化工與材料學院）
【摘要】以苯丙乳液為基料，以磷酸氫二銨、季戊四醇、三聚氰胺、氫氧化鋁、碳酸鈣為阻燃體系，
加入粉煤灰作為阻燃抑煙劑，制備粉煤灰含量不同的膨脹型木材防火涂料并進行耐火性能及煙密度
的測試。結果表明，以苯丙乳液11.28g、磷酸氫二銨14.72g、三聚氰胺12.24g、季戊四醇8.00g、氫氧
化鋁2.48g、碳酸鈣1.28g、粉煤灰含量為11.2g 為配方的試樣在試驗條件下抑煙效果較佳、燃燒后最
高溫度最低。
【關鍵詞】粉煤灰；阻燃；抑煙；涂料；木材
組分加量/g 各藥品比例
苯丙乳液11.28 22.6
磷酸氫二銨14.72 29.4
三聚氰胺12.24 24.5
季戊四醇8.00 16.0
氫氧化鋁2.48 5.0
碳酸鈣1.28 2.5
表1 木材防火涂料的基礎配方
表2 阻燃劑中粉煤灰含量
組號粉煤灰/g
1 10.4
2 11.2
3 12
4 12.8
5 13.6
6 14.4
7 15.2
8 16
9 16.8
10 17.6
材料研究與應用
C M Y K
表3 不同粉煤灰含量的阻燃涂料煙密度
組號
粉煤灰用量
（g）
最大煙密度值
（MSD）
煙密度等級
（SDR）
光吸收指示
（mV）
1 10.4 24.99 7.86 187.2
2 11.2 11.64 4.58 232.0
3 12.0 16.45 12.81 215.9
4 12.8 42.38 16.72 145.0
5 13.6 42.35 9.99 204.2
6 14.4 27.19 9.94 198.2
7 15.2 41.76 18.30 139.4
8 16.0 38.92 15.61 169.8
9 16.8 32.22 14.69 152.3
10 17.6 36.33 14.37 159.9
刷第二層，再放入烘箱烘干，這樣連續(xù)重復進行涂刷、烘
干步驟，并使用游標卡尺測量涂料的厚度，直至涂料厚
度在2mm±0.2mm 時結束涂刷。涂刷好的木板放在通風
處晾置12h 左右即可用于實驗。
2.5 實驗與分析
2.5.1 耐火性能測試
以CZF-3 水平垂直燃燒測定儀作為燃燒裝置，用熱
電偶測量燃燒時的溫度計，連接到電腦自動記錄?；鹧?
溫度測得950℃。把試樣垂直放在燃燒測定儀上固定
好，把熱電偶固定在木板背面，用本生燈對涂料進行灼
燒，每30s 記錄木板背面溫度，共記錄90min。
測得未涂刷涂料的裸木板只需18min 即完全燒穿，
此時木板背面溫度達到300℃。加入不同含量粉煤灰的
防火涂料試樣在90min 燃燒過程中木板背面達到的最
高溫度見圖1。
由圖1 可知，在90min 內，加入粉煤灰的10 組試樣
最高溫度在93℃至122℃之間，10 組試樣最高溫度明
顯低于裸木板燒穿時達到的300℃。最高溫度最低的試
樣是第4 組，為93℃。而最高溫度比較低的試樣是2 至
4 組，在93℃至96℃之間。在實驗范圍內，試樣燃燒過
程所達到的最高溫度與阻燃涂料中粉煤灰的含量不呈
線性關系。加入粉煤灰的量處于特定比例時，能降低涂
料燃燒后的最高溫度。但并非加入粉煤灰的質量越多阻
燃效果越好，當添加量超過一定量時，防火涂料的阻燃
效果反而降低。
2.5.2 煙密度的測試
用JCY-2 建材煙密度測試儀對已制備完成的10 組
耐火木板進行煙密度測試，燃氣為煤氣，調節(jié)燃氣壓力
為0.1MPa。10 組阻燃涂料煙密度測試數據見表3。
由表3 可知，當涂料其他組分確定時，改變粉煤灰
的比例，煙密度等級在18.30 至4.58 之間變化。當粉煤
灰添加量為11.2g 時，防火涂料的最大煙密度值和煙密
度等級均為最小。煙密度等級與粉煤灰的用量不呈線性
關系。
試樣數據表明：在試驗條件下，除了試樣4、7、8，其
他組號的試樣的煙密度等級低于A 級阻燃材料煙密度
等級(SDR)必須≤15 的規(guī)定值?？梢姡尤敕勖夯覍ν?
料煙密度影響顯著。由圖1 可以看出，最高溫度比較低
的試樣是2 至4 組。綜合比較可發(fā)現，試樣2 有較好的
抑煙效果，其煙密度等級值為4.58，而其在燃燒過程中
的最高溫度也比較低。
3 結論
以苯丙乳液11.28g、磷酸氫二銨14.72g、三聚氰胺
12.24g、季戊四醇8.00g、氫氧化鋁2.48g、碳酸鈣
1.28g 為基本配方，加入粉煤灰10.4～17.6g 時，涂料
煙密度等級在4.58～18.30 之間變化，涂刷2mm 涂料的
木板燃燒90min 過程中木板背面最高溫度在93℃至
122℃之間。其中，粉煤灰含量為11.2g 的試樣在試驗條
件下抑煙效果較佳、燃燒后最高溫度最低?！?
【參考文獻】
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[3] 郭麗君，宮晉英.膨脹型木材阻燃涂料的研制[J].天津化工，
2012,26（2）：33-35.
[4] 張崇,何小芳,戴亞輝,等.聚合物／粉煤灰復合材料研究進
展[J].化工新型材料,2013,41(2):12-14.
[5] 劉棟，張玉龍.功能涂料配方設計與制造技術[M].北京：中國
石化出版社，2009：194-200.
* 基金項目：北京理工大學珠海學院大學生創(chuàng)新訓練項目（DC2015051）；
北京理工大學珠海學院教改項目“與廣東省經濟發(fā)展相適應的安全工程
應用型人才培養(yǎng)模式的探索與實踐”；2014 年度廣東教育教學成果獎（高
等教育）培育項目（1273）；北京理工大學珠海學院大學生創(chuàng)新訓練項目
“基于粉煤灰的復配抑煙劑研究”。
圖1 涂刷不同粉煤灰含量的防火涂料木板
背面在90min 燃燒過程中達到的最高溫度
材料研究與應用
C M Y K

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