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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(xué)珠海學(xué)院化工與材料學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	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(cái)產(chǎn)造成巨大威脅。因此生產(chǎn)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(xì)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(jù)文獻(xiàn)，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(shí)驗(yàn)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(mào)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(fù)精細(xì)化工
研究所；成炭劑：季戊四醇（分析純），天津市大茂化學(xué)試
劑廠；抑煙劑：氫氧化鋁,天津市大茂化學(xué)試劑廠；耐火
填料：碳酸鈣；溶劑：蒸餾水，北京理工大學(xué)珠海學(xué)院實(shí)
驗(yàn)室；阻燃抑煙劑：粉煤灰，珠海發(fā)電廠。粉煤灰主要成
分（質(zhì)量百分比）：Fe2O3-2.93%，Al2O3-5.32%，CaO-4.46%，
MgO-0.99%，SiO2-57.11%。
2.2 儀器設(shè)備
CZF-3 水平垂直燃燒測定儀，南京雷炯儀器設(shè)備有
限公司；JCY-2 建材煙密度測試儀, 南京雷炯儀器設(shè)備
有限公司；電熱恒溫鼓風(fēng)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(xué)儀器有
限公司；游標(biāo)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(chǔ)配方中各藥品的質(zhì)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(chǔ)配方的質(zhì)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?jǐn)嚢瑁?
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(xué)珠海學(xué)院化工與材料學(xué)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(jìn)行耐火性能及煙密度
的測試。結(jié)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(yàn)條件下抑煙效果較佳、燃燒后最
高溫度最低。
【關(guān)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(chǔ)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(yīng)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(fù)進(jìn)行涂刷、烘
干步驟，并使用游標(biāo)卡尺測量涂料的厚度，直至涂料厚
度在2mm±0.2mm 時結(jié)束涂刷。涂刷好的木板放在通風(fēng)
處晾置12h 左右即可用于實(shí)驗(yàn)。
2.5 實(shí)驗(yàn)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(jì)，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(jìn)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(dá)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(dá)到的最
高溫度見圖1。
由圖1 可知，在90min 內(nèi)，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(dá)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(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，試樣燃燒過
程所達(dá)到的最高溫度與阻燃涂料中粉煤灰的含量不呈
線性關(guān)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(zhì)量越多阻
燃效果越好，當(dāng)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(jìn)行煙密度測試，燃?xì)鉃槊簹?，調(diào)節(jié)燃?xì)鈮毫?
為0.1MPa。10 組阻燃涂料煙密度測試數(shù)據(jù)見表3。
由表3 可知，當(dāng)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(dāng)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(guān)系。
試樣數(shù)據(jù)表明：在試驗(yàn)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?，加入粉煤灰對涂
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(xiàn)，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(jié)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(yàn)條
件下抑煙效果較佳、燃燒后最高溫度最低?！?
【參考文獻(xiàn)】
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[4] 張崇,何小芳,戴亞輝,等.聚合物／粉煤灰復(fù)合材料研究進(jìn)
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* 基金項(xiàng)目：北京理工大學(xué)珠海學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目（DC2015051）；
北京理工大學(xué)珠海學(xué)院教改項(xiàng)目“與廣東省經(jīng)濟(jì)發(fā)展相適應(yīng)的安全工程
應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的探索與實(shí)踐”；2014 年度廣東教育教學(xué)成果獎（高
等教育）培育項(xiàng)目（1273）；北京理工大學(xué)珠海學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目
“基于粉煤灰的復(fù)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(dá)到的最高溫度
材料研究與應(yīng)用
C M Y K

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