8.特種涂料(防火防污)

1、特種涂料第八章 2001年震驚世界的911事件, 發(fā)生時(shí),仍有18000人得以逃生。 來(lái)自美國(guó)世貿(mào)大樓保安公司的消息表明,疏散人群時(shí),世貿(mào)大樓中采用的自發(fā)光緊急疏散系統(tǒng)發(fā)揮了非常重要的作用。911 事件后,生產(chǎn)自發(fā)光緊急疏散系統(tǒng)的企業(yè)的訂單大量增加, 難怪有媒體稱 “ 911 事件催熟自發(fā)光涂料 ” 。使廣大民眾對(duì)特種涂料有了一定的認(rèn)識(shí)。-什么是特種涂料、有哪些類型和作用呢？一.特種涂料的定義 特種涂料是指為特殊用途設(shè)計(jì)的涂料或稱功能性涂料。二.特種涂料的分類 特種涂料按其功能可以分為以下幾種類型。 包括電氣絕緣涂料、導(dǎo)電性涂料、磁性涂料等。1.電、磁功能涂料 包括耐高溫涂料、防火涂料，溫控涂

2、料，燒蝕，隔熱涂料等。3.機(jī)械功能涂料 包括防碎裂涂料、潤(rùn)滑涂料、可剝涂料、阻尼涂料（隔音防震涂料）、彈性涂料等。2.熱功能涂料 包括發(fā)光涂料、熒光涂料、反光涂料、太陽(yáng)能選擇性吸收涂料、各種特殊用途的光敏涂料、偽裝涂料、光刻涂料等。4.光學(xué)功能涂料 包括防菌涂料、防污涂料、滅蠅涂料、牙科涂料等。5.界面功能涂料 包括防霧涂料、防水涂料、防結(jié)冰涂料、防雪涂料、防粘紙涂料等。6.生物功能涂料 瞄準(zhǔn)器本章主要內(nèi)容1. 防火涂料2.變色涂料3.防污涂料4.發(fā)光涂料5.導(dǎo)電涂料和導(dǎo)磁涂料6.航空航天涂料8.1.防火涂料 火災(zāi)給人類的生命財(cái)產(chǎn)和文明帶來(lái)了巨大的災(zāi)難。火焰和由他引起的高溫可以使木材、塑料等化

3、為灰燼，使鋼材等失去強(qiáng)度而彎曲變形，使混凝土碎裂，玻璃熔化，巨大的財(cái)富化為烏有。8.1.1 防火涂料的主要性能 防火涂料除具有涂料的一般性能，即裝飾性能和保護(hù)性能外，還有兩個(gè)主要的性能：1.涂料本身具有不燃燒或難燃燒性，即能防止被焰火點(diǎn)燃。2.涂料能阻止底材燃燒或?qū)ζ淙紵穆佑凶铚饔谩?防火涂料是怎樣來(lái)實(shí)現(xiàn)這兩種功能的呢？一.燃燒的必備條件 燃燒的必備條件有三個(gè)：可燃物質(zhì)、助燃劑和火源。 1.可燃物質(zhì)-如木材、塑料、纖維等；2.助燃劑-如空氣、氧氣或氧化劑等；3.火源-如火焰或高溫的作用。 燃燒是一種快速的、有火焰發(fā)生的氧化反應(yīng)，反應(yīng)非常復(fù)雜，但大多為鏈?zhǔn)阶杂苫磻?yīng)。8.1.2 燃燒與阻燃

4、機(jī)理有機(jī)物燃燒的過(guò)程 有機(jī)物燃燒時(shí)，一般均有如下過(guò)程：在高溫下可燃固體發(fā)生熔融和熱分解，形成一個(gè)凝聚相的熱分解區(qū)，析出可燃性氣體，同時(shí)放出熱量；可燃性氣體和助燃劑（如空氣）混合并受到進(jìn)一步加熱（預(yù)熱）；經(jīng)預(yù)熱的混合氣體達(dá)到燃點(diǎn)后開(kāi)始燃燒，同時(shí)放出大量的熱。 由于燃燒時(shí)放出的熱量又反過(guò)來(lái)對(duì)可燃固體及其分解放出的氣體進(jìn)行加熱，于是形成一個(gè)循環(huán)過(guò)程，使燃燒更加劇烈。-防火涂料是怎樣阻止燃燒的？二.防火涂料的基本原理1.用難燃或不燃的涂料將可燃物封閉起來(lái)，避免與空氣接觸。 一般說(shuō)來(lái)，有機(jī)聚合物是可燃的或易燃的。所以在制備防火涂料時(shí)一般要選用難以燃燒的有機(jī)聚合物為基料。同時(shí)，還要在涂料中加入阻燃劑。2.

5、必須隔絕對(duì)被保護(hù)物體的任何形式的熱量傳播，如形成膨脹隔熱層，或利用高導(dǎo)熱和高反射性能的涂層排除熱量或利用吸熱的化學(xué)反應(yīng)抵消外部熱源的作用。-防火涂料是怎樣制備的呢？8.1.3 防火涂料的制備 防火涂料要具備防火阻燃功能，首先要求防火涂層防火自身是不燃或難燃的。但有機(jī)涂料的基料-有機(jī)聚合物一般都是可燃的或易燃的。解決成膜物質(zhì)燃燒的方法：1.采用難以燃燒的有機(jī)聚合物為基料或無(wú)機(jī)基料2.在涂料中加入阻燃劑-哪些有機(jī)聚合物是難以燃燒的呢？一.防火涂料中的成膜物質(zhì) 為了使涂料本身不燃或難燃，可以在聚合物中引入難燃燒的元素，如鹵素、磷化合物。（1）鹵代酸酐 主要有四鹵代鄰苯二甲酸酐、氯茵酸酐和多鹵代多氫化

6、橋氯亞甲基萘二甲酸酐等。（2）四鹵代雙酚（3）鹵代乙烯基類 也可以用無(wú)機(jī)成膜物代替有機(jī)聚合物。主要的無(wú)機(jī)成膜物質(zhì)是可溶性的硅酸鹽、磷酸鹽等。（4）含磷多元醇和含鹵素多元醇二.防火涂料中的阻燃劑 防火涂料中的阻燃劑很多，但主要是氫氧化鋁、氫氧化鎂、鹵化合物、磷酸酯和含鹵磷酸酯、硼化合物、氧化銻等。1.阻燃劑的種類2.阻燃劑的阻燃原理（1）阻燃劑在高溫或火焰作用下，發(fā)生吸熱反應(yīng)，使被燃物凝聚相升溫速率減慢。 如：氫氧化鋁在200300C之間會(huì)急劇分解，脫水量可達(dá)到其含量的35%，分解的水汽時(shí)又能吸收大量的熱。（2）阻燃劑分解出自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的阻斷劑，使火焰反應(yīng)的速度減慢。 含鹵素的有機(jī)物在分解時(shí)放

7、出鹵化氫HX，HX能把高能量的HO.捕獲，并轉(zhuǎn)換低能量的自由基X.和H2O，同時(shí)自由基可與可燃?xì)怏w（RH）反應(yīng)重新生成HX，如此循環(huán)下去，可將HO.自由基反應(yīng)的連鎖反應(yīng)切斷。（3）催化可燃物發(fā)生脫水和碳化作用，形成碳化層。 碳化層可以阻礙熱點(diǎn)傳導(dǎo)，阻擋外部火源直接作用，可使可燃物溫度降低。碳是單質(zhì)，它不能發(fā)生火焰也無(wú)可燃?xì)怏w放出，所以將有機(jī)物迅速脫水成為炭，不停留在可燃階段，可以使燃燒停止。 無(wú)機(jī)磷酸酯和有機(jī)磷酸酯均可使有機(jī)物碳化。（4）阻燃劑分解形成不揮發(fā)的覆蓋層，隔絕可燃物與空氣的接觸。 聚磷酸銨、硼酸鹽、硼酸、鎢酸鹽等在火焰或高溫下可形成不燃性的粘稠熔融體，它能將可燃物表面覆蓋起來(lái)，也能

8、將可燃物表面覆蓋起來(lái)，還可以與有機(jī)可燃物脫水形成的碳結(jié)合起來(lái)，形成一層牢固的固化層。（5）分解放出惰性氣體，將可燃性氣體稀釋。 含氮的化合物（胺鹽和有機(jī)胺）、碳酸鹽和含鹵素有機(jī)物及金屬氫氧化物分解時(shí)產(chǎn)生大量不燃?xì)怏w，如NH3、H2O、CO2、HCl、HBr等，可將熱分解生成的可燃性氣體和空氣中的氧的濃度沖淡，從而延緩燃燒的發(fā)生。（6）協(xié)同作用。 阻燃劑的復(fù)配，可以大大提高阻燃效果，因?yàn)樗鼈冇袇f(xié)同作用。氧化銻單獨(dú)使用并沒(méi)有什么阻燃效果，只有與鹵素復(fù)配，通過(guò)協(xié)同作用才能得到優(yōu)良的阻燃效果。8.1.4 防火涂料的分類和組成按防火原理，防火涂料可分為兩大類:一.防火涂料的分類膨脹型防火涂料（難燃型）難

9、燃性（有機(jī)涂層）非膨脹型不燃性（無(wú)機(jī)涂層）防火涂料1.非膨脹型的防火涂料 非膨脹型防火涂料是通過(guò)涂層自身的難燃性或不燃性，在火焰或高溫下釋放出滅火性氣體及形成無(wú)機(jī)釉狀保護(hù)層，隔絕空氣來(lái)達(dá)到防火目的的。（1）無(wú)機(jī)非膨脹型（2）有機(jī)非膨脹型2.膨脹型的防火涂料 膨脹型防火涂料的涂層是通過(guò)在火焰或高溫下可以膨脹碳化，而形成均勻執(zhí)迷的蜂窩狀或海綿狀的碳質(zhì)泡沫層，這層泡沫比原來(lái)膜厚達(dá)到幾十倍甚至上百倍以上。8.2 變色涂料8.2.1 變色涂料簡(jiǎn)介一.變色涂料的含義 變色涂料是指涂層的顏色隨環(huán)境條件如光，溫度，濕度，PH值，電場(chǎng)，磁場(chǎng)等變化而變化的一種特殊涂料。受光，溫度，濕度，PH值，電場(chǎng)，磁場(chǎng)等影響二

10、.變色涂料的分類變色涂料示溫涂料1變色龍涂料2 示溫涂料變色龍涂料一.示溫涂料簡(jiǎn)介8.2.2 示溫涂料1.示溫涂料的概念 示溫涂料是一種利用顏色變化測(cè)量物體表面溫度及溫度分布的特種涂料，即因受熱而發(fā)生顏色變化以指示溫度的涂料。示溫涂料通常也稱為熱敏涂料。超溫后，顯示超溫?cái)?shù)字 示溫涂料有較寬的測(cè)量范圍其使用方便，操作簡(jiǎn)單。2.示溫涂料的性能特點(diǎn)3.示溫涂料的分類根據(jù)示溫涂料變色后出現(xiàn)顏色的穩(wěn)定性可分為 可逆不可逆根據(jù)示溫涂料涂層隨溫度變化出現(xiàn)的顏色的多少分為 單變色多變色 根據(jù)變色物質(zhì)可分為無(wú)機(jī)液晶有機(jī)4.示溫涂料的主要用途1.特別適宜在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)件和復(fù)雜結(jié)構(gòu)物件進(jìn)行測(cè)溫，這些部件往往是溫度計(jì)，毫

11、伏計(jì)難以測(cè)溫或不可能測(cè)溫的（高溫時(shí)）。2.適宜測(cè)量物體大表面積的溫度分布又可同時(shí)測(cè)量許多元件部位的溫度4.低溫可逆示溫涂料廣泛應(yīng)用于民用方面，有著很好的裝飾美化和示警作用。3.是一種很好的報(bào)警材料，例如化工反應(yīng)釜，石油裂解釜等的超溫報(bào)警。 最早的示溫涂料德國(guó)的I.G法貝寧達(dá)公司的熱色線1938年20世紀(jì)40年代20世紀(jì)70年代高溫單變色不可逆涂料和高溫多變色不可逆示溫涂料70年代至今出現(xiàn)了靈敏變色的示溫片和可逆示溫涂料逐漸向低溫幾可逆示溫涂料方向發(fā)展5.示溫涂料的發(fā)展示溫涂料的發(fā)展大體上可以分為四個(gè)階段： 國(guó)家 領(lǐng)先領(lǐng)域德國(guó). 法國(guó).美國(guó). 高溫單 變不可逆 示溫涂料俄羅斯 高溫多 變色示溫

12、涂料日本 低溫和可逆示溫涂料發(fā)達(dá)國(guó)家的發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)發(fā)展現(xiàn)狀 我國(guó)對(duì)變色涂料的研究始于60 年代, 在研究和應(yīng)用方面取得了可喜的進(jìn)展, 但是, 其研究的產(chǎn)品大都屬于高溫不可逆變色涂料, 至于低溫可逆變色涂料研究還很少, 幾乎是空白. 近年來(lái)我國(guó)某些高校和科研單位（浙江大學(xué)，復(fù)旦大學(xué)）研制可逆型示溫涂料其產(chǎn)品正在應(yīng)用推廣中.二.示溫涂料的變色機(jī)理不可逆示溫涂料1.升華靛藍(lán)+二氧化鈦藍(lán)色涂層白色涂層靛藍(lán)二氧化鈦升華1.晶型轉(zhuǎn)變2.失去結(jié)晶水值變化4.電子轉(zhuǎn)移略可逆變色示溫變色機(jī)理紅色正方體藍(lán)色斜方體126CHgI2晶型轉(zhuǎn)變示意圖晶體轉(zhuǎn)變10H2OCoCl22C6H12N 4三.典型的示溫涂料 是目前

13、正在開(kāi)發(fā)的一類可逆示溫涂料。其具有顏色溫度變化靈敏、艷、示溫誤差極小、反復(fù)性好等其他類示溫涂料無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。另外,因其涂層具有強(qiáng)度高、耐溫性好等特點(diǎn),將是可逆示溫涂料今后發(fā)展的一個(gè)方向。目前,高分子液晶聚合物可逆示溫涂料已小范圍地應(yīng)用。如日本開(kāi)發(fā)的顏色隨溫度變化的汽車涂料就是利用液晶聚合物和水性樹脂乳液等物質(zhì)的組成物,其涂膜呈現(xiàn)良好的耐候性和色差.1.高分子液晶可逆示溫涂料2.有機(jī)可逆示溫涂料特點(diǎn)：是當(dāng)前應(yīng)用最廣,技術(shù)條件最成熟,其變色溫度范圍很寬-50C到150C變化的溫度和顏色的種類可以進(jìn)行多種組合，自由的選擇通常是由有色（低溫）到無(wú)色（高溫）的可逆變化熱敏可逆變色有機(jī)顏料的基本組成及其

14、功能決定顯色深淺電子給予體電子接受體調(diào)節(jié)劑和增感劑其他助劑熱敏可逆變色有機(jī)顏料決定顏色決定變色溫度調(diào)節(jié)變色靈敏度組分物質(zhì)電子給予體一般為可供電子的熱敏染料電子接受體 一般為酚羥基化合物及其衍生物和 合羧基化合物及其衍生物調(diào)節(jié)劑和增感劑 為醇 酯 酮醚酰胺 羧酸類化合物典型配方A組分3-二乙氨基-7，8-苯并呋喃 4，4-異亞丙基雙酚 十六烷醇 乙烯-馬來(lái)酸酐共聚物 B組分結(jié)晶紫內(nèi)酯 鎵酸十二烷基酯 月桂酸 異醛萘 3.0g A B組分分別制成微膠囊，再與基料混合研磨，配制成品變色情況：紅色藍(lán)色 變溫溫度：30C熱色材料研磨填料基料微膠囊硬化37%甲醛冷卻10CNaCO3調(diào)節(jié)乳化阿拉伯膠混合明膠

15、水稀釋10%醋酸調(diào)節(jié)PH值工藝過(guò)程涂料的性能測(cè)試 項(xiàng)目:懸浮性涂層外觀遮蓋力干燥時(shí)間耐水性耐堿性復(fù)色時(shí)間 涂料種類 應(yīng)用領(lǐng)域單色高溫不可逆示溫涂料測(cè)量航空發(fā)動(dòng)機(jī)及炮彈等動(dòng)態(tài)部件多變色不可逆示溫涂料航天航空及國(guó)防可逆示溫涂料家用電器及汽車等裝飾品上示溫涂料的應(yīng)用測(cè)量溫度初始狀態(tài)超溫時(shí)顯示超溫后，隨著溫度的升高，顏色顏色發(fā)生了顯著改變 ，同時(shí)顯示超溫?cái)?shù)字超溫后，顏色發(fā)生了顯著改變 ，可選60度70度80度示溫涂料的未來(lái)研究方向需要解決的問(wèn)題是: 微膠囊化技術(shù)的進(jìn)一步研究液晶聚合物技術(shù)的研究;新的熱變色物質(zhì)的開(kāi)發(fā)開(kāi)發(fā)低溫.長(zhǎng)壽可靠無(wú)毒無(wú)污染的示溫涂料 8.3.3 變色龍涂料 變色龍涂料是偽裝涂料的一

16、種，主要用于軍事上在各種設(shè)施和儀器上涂一層偽裝涂料后，在可見(jiàn)光，紅外光紫外光，雷達(dá)等偵察條件下，可不被敵人發(fā)現(xiàn)。最普通的偽裝涂料是迷彩涂料屬于可見(jiàn)光偽裝他是通過(guò)減少后消除目標(biāo)與背景的顏色區(qū)別來(lái)實(shí)現(xiàn)的。隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，偵察手段也越來(lái)越復(fù)雜越來(lái)越精確，因此更加新型的偽裝涂料也相繼出現(xiàn)，變色龍涂料是一種可隨環(huán)境自動(dòng)變色而達(dá)到與不同背景色調(diào)一致的涂料。變色手表變色衣服根據(jù)光學(xué)原理和熱學(xué)原理研制而成，分為光敏變色和熱敏變色兩種 變色汽車據(jù)福特公司的設(shè)計(jì)者說(shuō)，當(dāng)你在公路上遠(yuǎn)遠(yuǎn)地看到一輛野馬汽車駛來(lái)時(shí)，它先是紫色的；慢慢靠近時(shí)，它會(huì)變成紅色；從你面前駛過(guò)時(shí)，它是黑色；然后又變成綠色；最后，當(dāng)它遠(yuǎn)離時(shí)，又成了琥珀色。汽車神奇莫測(cè)的色彩變化，給人一種視覺(jué)上的享受，遺憾的是，正如漂亮衣服是為了愉悅別人的眼目一樣，變色汽車的效果也只有旁觀者才看得見(jiàn)，在司機(jī)眼中，這輛車始終是黑色。 福特野馬從不同角度看有不同的顏色法拉利跑車 玻璃車頂采用了利用電場(chǎng)變化來(lái)改變顏色的電致變色(Electrochromic)技術(shù)，可對(duì)透過(guò)率進(jìn)行5級(jí)調(diào)整。該技術(shù)由法國(guó)圣戈班公司（Saint-Gobain）提供。 變色龍涂料主要根據(jù)光色互變現(xiàn)象設(shè)計(jì)的，所謂光色互變是指某些化合物受到電磁波(包括紅外線，可見(jiàn)光，紫外光)照射時(shí)可以變色，但無(wú)照射