阻燃涂料又称防火涂料，属于特种功能涂料，能有效阻断火焰或延缓燃烧。当火灾发生时，防火涂料能阻止火焰的传播，控制火势的发展，对内部结构起到有效的保护作用。
膨胀型防火涂料在受热时能生成膨胀炭层，起到隔热隔氧作用，阻碍和降低了内部基材的热降解速度，因而可以阻止材料的引燃或延缓火焰的传播速度，相对于卤系阻燃剂具有不释放有毒和腐蚀性的卤化氢气体等优点中国机械网okmao.com。但膨胀型阻燃涂料在燃烧时烟雾仍然较大，给人们在火灾中的逃亡和施救带来很大困难，因此开展膨胀型阻燃涂料抑烟研究具有重要的意义。
氢氧化镁属于添加型无机阻燃剂，除具有阻燃、消烟和填充三重功能，同时赋予材料无毒性、无腐蚀性。但单独添加氢氧化镁时，添加量大，将影响涂料的涂饰性能和成膜性能，因此将膨胀型阻燃剂与氢氧化镁复配成复合阻燃剂来阻燃涂料，将使涂料在受热或火灾现场同时具有阻燃和抑烟作用。同时，纳米粒子引入涂料可以改善材料的热稳定性和化学稳定性，提高涂料抗氧化性能。
有些纳米粒子还可以提高涂料的耐洗刷性、光洁度、对比率和涂膜的表面硬度及自洁能力。
本研究将制备的超细氢氧化镁应用到膨胀阻燃涂料中，通过氧指数、锥形量热分析研究了氢氧化镁粒径、氢氧化镁和膨胀型阻燃剂的配比、复合阻燃剂的添加量等因素对复合阻燃涂料阻燃和抑烟性能的影响规律。
１ 实验部分
１．１ 原料和设备
原材料：醇酸清漆（ｃ０１－１），湖南湘江涂料集团有限公司；季戊四 醇 （ＰＥＲ），国 药 集 团 化 学 试 剂 有 限 公 司；三 聚 氰 胺（Ｍｅｌ），国药集团化学试剂有限公司；聚磷酸铵（ＡＰＰ），国药集团化学试剂有限公司；聚氨酯稀释剂，湖南创新有限公司；超细氢氧化镁（平均粒径２００ｎｍ），自制；普通氢氧化镁 （分析纯），天津市光复精细化工研究所；涂饰用木条或木块。
仪器设备：氧指数测定仪（ＪＦ－３型），南京市江宁区分析仪器厂；锥形量热仪：（Ｓｔａｎｔｏｎ Ｒｅｄｃｒｏｆｔ），英国ＦＴＴ公司；
１．２ 醇酸清漆固含量的测定
在恒重的表面皿中准确称取醇酸树脂清漆１．５～２ｇ（精确到０．００１ｇ），已调节到（１２０±２）℃温度的恒温鼓风烘箱内焙烘一定时间后，取出放入干燥器中冷却至室温，称重；然后再放入烘箱内焙烘３０ｍｉｎ，取出放入干燥器中冷却至室温，称重，直至前后２次称量的质量差不大于０．０１ｇ为止。试验平行测定３个试样，取平均值。
１．３ 氢氧化镁阻燃涂料试样的制备
按固含量测定结果设计阻燃涂料配方；将膨胀型阻燃剂的聚磷酸安、季戊四醇和三聚氰胺混合均匀后，再与不同添加量的氢氧化镁混合均匀，获得的复合阻燃剂添加到醇酸树脂清漆中，充分搅拌分散均匀后，涂于准备好的木条或木块上，每个配方涂料涂制８个样条（氧指数测试样规格１３０ｍｍ×１０ｍｍ×３．０ｍｍ；每面涂饰，每个样条涂饰量０．４８～０．５１ｇ）和３个 木 块 （锥 形 量 热 测 试 用，试 样 规 格１００ｍｍ×１００ｍｍ×１０ｍｍ）；放置２０ｄ，自然晾干，待完全固化后进行氧指数和锥形量热测试。
１．４ 阻燃涂料的性能测试
１．４．１ 氧指数测试
按ＧＢ／Ｔ ２４０６－１９９３在ＪＦ－３型氧指数测试仪上进行。试样基本尺寸为１３０ｍｍ×１０ｍｍ×３ｍｍ。
１．４．２ 锥形量热测试
按照ＧＢ／Ｔ １６１７或ＩＳＯ ５６６０测试。试样尺寸１００ｍｍ×１００ｍｍ×１０ｍｍ除试样的加热面外，将其所有面用铝箔纸包裹，水平放置在不锈钢试样固定架中，在铝箔底部用隔热棉隔断热量从样品背面向外传递。水平样品在垂直方向上加热的热辐射强度为５０ｋＷ／ｍ２，采集时间间隔为５ｓ，采用Ｅｘｃｅｌ进行数据处理。
２ 结果与讨论
２．１ 醇酸树脂固含量的测定
醇酸树脂固含量的两组平行实验测定结果见表１。
醇酸树脂的固含量
２．２ 超细氢氧化镁添加量对阻燃涂料氧指数的影响
膨胀型阻燃剂由聚磷酸铵、季戊四醇和三聚氰胺组成，三者的质量比是５∶３∶１．７。将膨胀型阻燃剂与纳米氢氧化镁按不同比例复配组成复合型阻燃剂，复合阻燃剂添加量基于醇酸树脂的固含量保持不变，研究不同配比的膨胀型阻燃剂／超细氢氧化镁对醇酸树脂阻燃涂料协效作用的影响。配方设计表见表２。
不同配方阻燃涂料氧指数
由表２数据可知：涂有醇酸清漆样条的氧指数要比纯木条的低，说明醇酸清漆属于易燃漆；在自制氢氧化镁添加量为４％以下时，随着超细氢氧化镁添加量的增加，试样的极限氧指数提高，即涂料阻燃性能增强；但随着超细氢氧化镁添加量继续增加，氧指数先是缓慢下降，接着是明显下降，即涂料阻燃性能先缓慢变弱，超细氢氧化镁添加量增加到７％时，其阻燃性能骤减。
这是因为当超细氢氧化镁添加量较低时，超细氢氧化镁在涂料中分散性较好，且超细氢氧化镁具有催化成炭作用，对膨胀型阻燃剂的成炭具有促进作用，而且可以改善炭层质量，提高阻燃效果，具有好的协同作用。超细氢氧化镁粉体粒径小，比表面积相对较大，阻燃活性增强，阻燃效率高，使得阻燃剂发生阻燃作用更加充分有效。但当超细氢氧化镁添加量超过５％时，超细粒子的团聚作用明显，分散性变差，因而阻燃效果反而下降，特别是当超细氢氧化镁添加量超过７％时，阻燃效果下降明显。因而合适的超细氢氧化镁添加量对提高涂料的阻燃效果。是明显的。
２．３ 超细氢氧化镁对复合阻燃涂料热释放速率和总热释放量的影响
为更加全面评价超细氢氧化镁对复合阻燃涂料阻燃效果的影响，采用锥形量热仪对纯木板、清漆涂覆木板（试样１配方）、膨胀型阻燃清漆涂覆木材（试样２配方）、复合阻燃清漆Ⅱ涂覆木材（试样６配方）、复合阻燃清漆Ⅰ涂覆木材（同试样６配方、用普通氢氧化镁代替超细氢氧化镁）的燃烧性能进行测试。热释放速率曲线和总热释放量曲线见图１和图２。
不同组成涂料涂覆木板热释放速率曲线
不同组成涂料涂覆木板总热释放量曲线
热释放速率（ＨＲＲ）被认为是测量火灾发展和传播最重要的参数，它提供了火灾尺寸的量度，因此ＨＲＲ也被称为火强度。ＨＲＲ或热释放峰值（ｐｋＨＲＲ）越大，单位时间内反馈给材料表面的热量越多，材料热解速度加快、挥发性可燃物生成量增多，从 而 加 速 了 火 焰 的 传 播，因 此ＨＲＲ或 热 释 放 峰 值（ｐｋＨＲＲ）越大，材料在火灾中的危险性就越大。从图１可知木材涂覆清漆后，可燃性增加，最高热释放速率峰值（ｐｋＨＲＲ）从１８２．７５ｋＷ／ｍ２增大到４７０．６２ｋＷ／ｍ２，将膨胀型阻燃剂引入清漆中，降低了热释放速率峰值５０％，将氢氧化镁与膨胀型阻燃剂复配后阻燃效果进一步提高，特别是超细氢氧化镁与膨胀型阻燃剂复配阻燃效果更好，热释放速 率 峰 值 降 低为２０６．９４ｋＷ／ｍ２，比膨胀型阻燃清漆涂覆木材的热释放速率峰值降低了１０％，比普通氢氧化镁与膨胀型阻燃剂复配阻燃清漆涂覆木材的热释放速率峰值降低了５％。虽然不同组成涂料涂覆木材燃烧时热释放速率曲线都有２个峰，但第２个峰出现的时间和高度不同。纯原木出现第２个峰时间最早，峰值最大，其次是清漆涂覆木材，膨胀型阻燃清漆涂覆木材和普通氢氧化镁复合膨胀阻燃清漆涂覆木材出现峰值的时间相当，前者比后者的峰值略大，超细氢氧化镁复合膨胀阻燃清漆涂覆木材出现峰值的时间最后，峰值最小，图２的总热释放量曲线表明清漆涂覆木材的总热释放量（８４．０５ＭＪ／ｍ２）最大，纯木材、膨胀型阻燃清漆涂覆木材、普通氢氧化镁与膨胀型阻燃剂复配阻燃清漆涂覆木材的总热释放量相当［（约６０±１）ＭＪ／ｍ２］，但膨胀型阻燃清漆涂覆木材和普通氢氧化镁与膨胀型阻燃剂复配阻燃清漆涂覆木材比纯木材燃烧时间长，单位时间内释放热量少；超细氢氧化镁复合膨胀阻燃清漆涂覆木材总热释放量 最低 （５１．９０ＭＪ／ｍ２），特 别 是 在 开 始 燃 烧 阶 段 （＜２００Ｓ），总热释放量比其他几种涂料配方都低得多。说明了超细氢氧化 镁 与 膨 胀 阻 燃 剂 在 阻 燃 清 漆 时 具 有 良 好 的 协 效作用。
２．４ 超细氢氧化镁对复合阻燃涂料抑烟性能的影响
由于材料在火灾中释放烟雾对人类逃生和救援工作带来很大困难，因此抑烟性是选择理想阻燃剂时需要考虑的一个非常重要的方面。不同组成涂料涂覆木板的总烟释放曲线见图３。从图３可知纯木材总烟释放量较低（１０３．８９Ｍ２／ｍ２），清漆涂覆木材的总烟释放量增大到２９４．７５Ｍ２／ｍ２。但膨胀型阻燃清 漆 涂 覆 木 材 的 发 烟 量 显 著 增 加，总 烟 释 放 量 为１７１１．２３Ｍ２／ｍ２；将氢氧化镁与膨胀型阻燃剂复配阻燃清漆涂覆木材的发烟量显著下降，特别是超细氢氧化镁与膨胀型阻燃剂复配阻燃清漆涂覆木材的总烟释放量为４２１．７９Ｍ２／ｍ２，比普通氢氧化镁与膨胀型阻燃剂复配阻燃清漆涂覆木材的总烟释放量（５４６．９２Ｍ２／ｍ２）降低２０％以上，说明超细氢氧化镁引入膨胀型阻燃清漆可以显著降低其发烟量，大大降低了火灾的危险性。
不同组成涂料涂覆木板总烟释放曲线
３ 结论
（１）膨胀型阻燃剂对清漆涂覆木板具有较好的阻燃效果，但体系燃烧时发烟量大，给人民的逃生和救援带来 很大 的困难。
（２）超细氢氧化镁对膨胀型阻燃清漆具有良好的阻燃协效作用，降低了其热释放速率和总热释放量，特别是具有很强的抑烟作用，可以解决膨胀型阻燃清漆发烟量大的问题。
（３）超细氢氧化镁比普通氢氧化镁具有更好的阻燃抑烟作用，可能是超细粒子分散更加均匀，同时超细纳米粒子的催化成炭效应及对炭层质量的提升作用，具体作用机制尚待进一步研究。
王贵武１ 丁礼金２ 柳婷１ 丁二毛２ 吴志平１＊（１．中南林业科技大学材料科学与工程学院，长沙４１０００４；２ ．南雄市松林树脂有限公司，韶关５１２４００）
