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粉煤灰对木材防火涂料的影响

文档作者：甘林儒刘英炎邓贞贞徐文捷房珊珊谭小群文档来源：北京理工大学珠海学院化工与材料学院		点击数：	更新时间： 2021年07月09日
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1 前言
木材行业在迅速发展，它固有的易燃特性同时也对
人们的生命财产造成巨大威胁。因此生产阻燃木材和研
究木材的抑烟性能是十分重要的课题，阻燃的目的是为
了减少木材的燃烧动力和事故发生的可能性，减缓火焰
的燃烧，增加救援的可能性和降低损失[1-2]。
通常使用的抑烟剂有金属氧化物、硼化物、金属氢
氧化物等。粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中收集下来的
细灰，是燃煤电厂排出的主要固体废物，主要组成为：
SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2 等。笔者以粉煤灰为阻
燃抑烟剂，通过改变粉煤灰用量，根据文献，加入到已有
的阻燃涂料配方中，测定涂料烟密度以及阻燃性能，研
究粉煤灰对木材阻燃涂料的影响[3-5]。
2 实验部分
2.1 主要原料
基材：木板（长6cm、宽6cm、厚0.44cm），珠海市金
鼎建材；基料：苯乙烯丙烯酸酯乳液（简称苯丙乳液），广
州市沣凌贸易有限公司；脱水催化剂：磷酸氢二铵，爱丽
化工有限公司；发泡剂：三聚氰胺，天津市光复精细化工
研究所；成炭剂：季戊四醇（分析纯），天津市大茂化学试
剂厂；抑烟剂：氢氧化铝,天津市大茂化学试剂厂；耐火
填料：碳酸钙；溶剂：蒸馏水，北京理工大学珠海学院实
验室；阻燃抑烟剂：粉煤灰，珠海发电厂。粉煤灰主要成
分（质量百分比）：Fe2O3-2.93%，Al2O3-5.32%，CaO-4.46%，
MgO-0.99%，SiO2-57.11%。
2.2 仪器设备
CZF-3 水平垂直燃烧测定仪，南京雷炯仪器设备有
限公司；JCY-2 建材烟密度测试仪, 南京雷炯仪器设备
有限公司；电热恒温鼓风干燥箱，嘉兴市中新医疗仪器
有限公司；热电偶、电子天平，上海舜宇恒平科学仪器有
限公司；游标卡尺，上海力衡仪器仪表有限公司。
2.3 膨胀型木材防火涂料的制备
基础配方中各药品的质量和比例如表1 所示：
加入粉煤灰含量如表2 所示：
用电子天平按表1 基础配方的质量和表2 粉煤灰
含量精确称取后加入适量蒸馏水，用玻璃棒充分搅拌，
配制成10 组阻燃涂料。
2.4 木板上防火涂料的涂刷
用刷子将配好的涂料均匀的涂刷在木板表面上，刷
涂时要注意保证涂层光滑平整。将涂好的木板放入
60℃的电热恒温干燥箱里干燥，烘干后取出木板继续涂
粉煤灰对木材防火涂料的影响
甘林儒刘英炎邓贞贞徐文捷房珊珊谭小群
（北京理工大学珠海学院化工与材料学院）
【摘要】以苯丙乳液为基料，以磷酸氢二铵、季戊四醇、三聚氰胺、氢氧化铝、碳酸钙为阻燃体系，
加入粉煤灰作为阻燃抑烟剂，制备粉煤灰含量不同的膨胀型木材防火涂料并进行耐火性能及烟密度
的测试。结果表明，以苯丙乳液11.28g、磷酸氢二铵14.72g、三聚氰胺12.24g、季戊四醇8.00g、氢氧
化铝2.48g、碳酸钙1.28g、粉煤灰含量为11.2g 为配方的试样在试验条件下抑烟效果较佳、燃烧后最
高温度最低。
【关键词】粉煤灰；阻燃；抑烟；涂料；木材
组分加量/g 各药品比例
苯丙乳液11.28 22.6
磷酸氢二铵14.72 29.4
三聚氰胺12.24 24.5
季戊四醇8.00 16.0
氢氧化铝2.48 5.0
碳酸钙1.28 2.5
表1 木材防火涂料的基础配方
表2 阻燃剂中粉煤灰含量
组号粉煤灰/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
材料研究与应用
C M Y K
表3 不同粉煤灰含量的阻燃涂料烟密度
组号
粉煤灰用量
（g）
最大烟密度值
（MSD）
烟密度等级
（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
刷第二层，再放入烘箱烘干，这样连续重复进行涂刷、烘
干步骤，并使用游标卡尺测量涂料的厚度，直至涂料厚
度在2mm±0.2mm 时结束涂刷。涂刷好的木板放在通风
处晾置12h 左右即可用于实验。
2.5 实验与分析
2.5.1 耐火性能测试
以CZF-3 水平垂直燃烧测定仪作为燃烧装置，用热
电偶测量燃烧时的温度计，连接到电脑自动记录。火焰
温度测得950℃。把试样垂直放在燃烧测定仪上固定
好，把热电偶固定在木板背面，用本生灯对涂料进行灼
烧，每30s 记录木板背面温度，共记录90min。
测得未涂刷涂料的裸木板只需18min 即完全烧穿，
此时木板背面温度达到300℃。加入不同含量粉煤灰的
防火涂料试样在90min 燃烧过程中木板背面达到的最
高温度见图1。
由图1 可知，在90min 内，加入粉煤灰的10 组试样
最高温度在93℃至122℃之间，10 组试样最高温度明
显低于裸木板烧穿时达到的300℃。最高温度最低的试
样是第4 组，为93℃。而最高温度比较低的试样是2 至
4 组，在93℃至96℃之间。在实验范围内，试样燃烧过
程所达到的最高温度与阻燃涂料中粉煤灰的含量不呈
线性关系。加入粉煤灰的量处于特定比例时，能降低涂
料燃烧后的最高温度。但并非加入粉煤灰的质量越多阻
燃效果越好，当添加量超过一定量时，防火涂料的阻燃
效果反而降低。
2.5.2 烟密度的测试
用JCY-2 建材烟密度测试仪对已制备完成的10 组
耐火木板进行烟密度测试，燃气为煤气，调节燃气压力
为0.1MPa。10 组阻燃涂料烟密度测试数据见表3。
由表3 可知，当涂料其他组分确定时，改变粉煤灰
的比例，烟密度等级在18.30 至4.58 之间变化。当粉煤
灰添加量为11.2g 时，防火涂料的最大烟密度值和烟密
度等级均为最小。烟密度等级与粉煤灰的用量不呈线性
关系。
试样数据表明：在试验条件下，除了试样4、7、8，其
他组号的试样的烟密度等级低于A 级阻燃材料烟密度
等级(SDR)必须≤15 的规定值。可见，加入粉煤灰对涂
料烟密度影响显著。由图1 可以看出，最高温度比较低
的试样是2 至4 组。综合比较可发现，试样2 有较好的
抑烟效果，其烟密度等级值为4.58，而其在燃烧过程中
的最高温度也比较低。
3 结论
以苯丙乳液11.28g、磷酸氢二铵14.72g、三聚氰胺
12.24g、季戊四醇8.00g、氢氧化铝2.48g、碳酸钙
1.28g 为基本配方，加入粉煤灰10.4～17.6g 时，涂料
烟密度等级在4.58～18.30 之间变化，涂刷2mm 涂料的
木板燃烧90min 过程中木板背面最高温度在93℃至
122℃之间。其中，粉煤灰含量为11.2g 的试样在试验条
件下抑烟效果较佳、燃烧后最高温度最低。●
【参考文献】
[1] 嘠力巴,刘姝,王鲁英,等.木材阻燃研究及发展趋势[J].化
学与黏合,2012,35(4):68-71.
[2] 张浩宇,宋国林,唐国翌,等.环保型阻燃组合木材料的制备
与性能[J].中国粉体技术，2014,20(1):17-21.
[3] 郭丽君，宫晋英.膨胀型木材阻燃涂料的研制[J].天津化工，
2012,26（2）：33-35.
[4] 张崇,何小芳,戴亚辉,等.聚合物／粉煤灰复合材料研究进
展[J].化工新型材料,2013,41(2):12-14.
[5] 刘栋，张玉龙.功能涂料配方设计与制造技术[M].北京：中国
石化出版社，2009：194-200.
* 基金项目：北京理工大学珠海学院大学生创新训练项目（DC2015051）；
北京理工大学珠海学院教改项目“与广东省经济发展相适应的安全工程
应用型人才培养模式的探索与实践”；2014 年度广东教育教学成果奖（高
等教育）培育项目（1273）；北京理工大学珠海学院大学生创新训练项目
“基于粉煤灰的复配抑烟剂研究”。
图1 涂刷不同粉煤灰含量的防火涂料木板
背面在90min 燃烧过程中达到的最高温度
材料研究与应用
C M Y K

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