简介

为了满足木材的防火和装饰性能要求，开发综合性能优异的透明防火涂料至关重要。合成了一类新型有机磷接枝α-磷酸锆（α-ZrP）作为功能性阻燃剂，与三聚氰胺甲醛树脂结合制备了涵盖防火、抑烟、抗菌、耐候等综合性透明防火涂料。结果表明，添加α-ZrP在保证涂层高透明度的前提下，有效提高了涂层的力学性能、防火抑烟性能。特别是，与 MZrPPB0 相比，磷酸酯与改性 α-ZrP 质量比为 98:2 的 MZrPPB3 样品在 900 s 时的火焰蔓延等级、烟雾密度等级和平衡背面温度分别降低了 55.2%、76.2% 和 23.7%不含 α-ZrP 的样品分别具有 4B 级的优异附着力分类和 2H 的铅笔硬度评级。 FTIR 和 SEM-EDS 分析表征证实，含 α-ZrP 涂料的高效防火性能归功于稳定交联和芳香结构形成的高质量膨胀炭。此外，在涂料中添加α-ZrP使其具有非凡的耐候性，在加速老化测试后具有丰富的外观完整性和防火性能。同时，涂层获得令人满意的抗菌性能与α-ZrP的存在有关，MZrPPB3对大肠杆菌的抗菌率高达99.0%。

木材以其能耗低、易加工、可自然降解、可回收利用等环保特性成为人类发展中不可缺少的材料之一，但易燃性带来的火灾危险限制了其利用。随着木材阻燃技术的发展，防火涂料已成为减轻木材火灾风险的重要媒介。特别是透明防火涂料保持基材的原有外观，兼具装饰性和防火性，满足建筑装饰、文物保护、高品质家具等特定领域的需求。传统的透明防火涂料长期受到外部环境的影响，导致其使用寿命有限，而纳米粒子被用作涂料中的填料来突破这一挑战。 然而，无机纳米颗粒与基材的相容性较差，通常通过改性来解决。一方面，它缓解了涂层机械性能下降的问题。另一方面，它减少了纳米颗粒团聚引起的散射现象，避免了涂层透明度的降低。

材料

α-ZrP、乙胺（溶液质量分数：68.0%~72.0%）、γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）、无水乙醇 (AR)、硼酸 (BA, AR) 、磷酸 (PA, 85.0 wt%) 、聚乙二醇200、季戊四醇（PER、AR）、正丁醇（n-BA，AR）、三聚氰胺-甲醛树脂。

制备

1、阻燃剂和透明防火涂料的制造

首先，将2g α-ZrP、131.8g乙醇和32.8g水的混合溶液超声搅拌30min，然后加入1.1g乙胺，持续反应约1小时。然后将0.5g KH550加入上述混合物中，连续反应4h，最后过滤、洗涤、干燥得到目标产物ZrP-NH 2 。随后，将不同质量比的ZrP-NH 2与参考文献[ 31 ]的方法合成的柔性磷酸酯(PPB)在50℃下超声分散约30min，并将所得混合物移入三元反应器中。 120℃反应4小时，得到标记为ZrPPBs的阻燃剂。

主要研究结论

图1、 ZrPPB 的数码照片 (a) 及其所得涂层样品

图2、MZrPPB0 (a) 和 MZrPPB3 (b) 样品的炭化 SEM-EDS 图像

图3、 MZrPPBs 样品的HRR (a) 和 THR (b) 曲线

图4、MZrPPBs燃烧过程中炭样品的数码照片

图5、经过时效处理的 MZrPPB0 和 MZrPPB3 样品的数码照片 (a) 和显微照片(b)

图6、含α-ZrP的透明防火涂料阻燃的可能机制

结论

通过化学接枝成功合成了有机磷酸酯接枝的α-ZrP标记的ZrPPB。然后，ZrPPBs作为功能阻燃剂与氨基树脂结合制备MZrPPBs涂料，并将其应用于木质基材进行综合性能测试。力学性能分析表明，添加α-ZrP可有效提高铅笔硬度和附着力，并保持MZrPPB4样品的高透光率，最低透明度高达85.4%。燃烧行为分析表明，添加α-ZrP在涂料的防火、抑烟方面取得了显着的进步，其效率与其含量有关。在所有样品中，阻燃剂中含有 2 wt% 改性 α-ZrP 的 MZrPPB3 样品在 900 秒内获得了 160.5 °C 平衡背面温度和 2.5 % 烟密度等级的最小值。结合焦层的 FTIR 和 SEM-EDS 分析，含 α-ZrP 涂层的高效防火和抑烟主要归功于 α-ZrP 优异的成炭效果，促进了高阻燃性能的生产。 -含有稳定交联结构和芳香结构的优质膨胀炭。此外，α-ZrP的加入减轻了外部环境对涂层结构完整性和防火性能的不利影响，并抑制细菌生长，MZrPPB3样品对大肠杆菌的抗菌率高达99.0%。耐候性和抗菌性对于有效延缓涂料的劣化、延长其使用寿命起着至关重要的作用，这对涂料的实际应用至关重要。 综上所述，α-ZrP透明防火涂料具有综合力学、耐火、耐候、抗菌等性能，为透明防火涂料的制备、改进和实施提供了新的策略。