东北林业大学:适用于各种建筑材料的超高效有机-无机杂化膨胀型阻燃涂层
2025-07-24 11:33:32 作者:本网发布 来源:涂料驿站 分享至:

 据报道,全球能源消耗总量约有40%来自建筑物。因此,使用建筑保温材料有利于节能和可持续发展。硬质聚氨酯泡沫(RPUF)因其密度低、尺寸稳定性好和良好的隔热性能而被广泛用作外墙保温材料。然而,易燃的RPUF在燃烧时会产生大量热量和有毒烟雾,对生命和财产安全构成严重威胁。因此,开发阻燃RPUF材料至关重要。

传统上,通过物理混合的方式添加型阻燃剂(FRs是提高RPUF防火性能的常见方法,各种添加型FRs已被广泛报道,如磷酸酯化合物、三聚氰胺化合物、DOPO 衍生物和纳米填料。然而,添加型FRs的高添加量往往会导致不可避免的问题,比如机械性能降低和阻燃耐久性差。能够参与RPUF发泡反应的反应型FRs能够赋予持久的阻燃性。然而,引入反应型FRs通常会使工艺更加复杂,并导致工业接受度降低。

在RPUF上应用热阻涂层(TRC)是一种很有前景的方法,其优点在于易调控且对机械性能的影响可以忽略不计。TRC主要由成膜剂、阻燃剂和增强填料组成。如何使TRC在燃烧过程中生成高强度、致密的炭层是实现高效防火的关键因素。

目前,陶瓷化添加剂已被广泛应用于提高TRC的焦炭强度和防火性能。粉煤灰(FA)是一种常见的工业废料。FA的多孔结构具有较低的热导率,可以作为炭骨架的支撑点,以提高炭层的隔热性和密度。因此,利用粉煤灰作为增效剂是提高TRC半焦质量的有效方法。

近期,东北林业大学李斌/许苗军团队、南昆士兰大学成功制备了一种超高效有机-无机杂化膨胀型防火涂层

以市售三聚氰胺脲醛树脂(MUF)、哌嗪焦磷酸盐(PPAP)、焦磷酸二三聚氰胺(DMPY)和工业废料粉煤灰(FA)为原料,制得超高效有机-无机杂化膨胀型防火涂层(MPDF5),并通过刷涂法用于硬质聚氨酯泡沫(RPUF)表面。

该防火涂层不仅具有高附着力铅笔硬度,而且还显著提高了RPUF的抗压强度。值得注意的是,涂覆100µm防火涂层的RPUF(RPUF@MPDF5)表现出优异的自熄性能,达到UL-94 V-0等级,与未经处理的RPUF相比,RPUF@MPDF5总热释放量(THR)总产烟量(TSP分别降低了89.1%和76.4%,表现出优异的阻燃和抑烟性能。此外,该防火涂层还可以显著提高木材和钢材的阻燃性能,可以应用于不同的建筑材料。因此,本研究为开发高效且通用的膨胀型阻燃涂料提供了一种可行的废弃物利用策略。



阻燃涂层的组成及燃烧过程













多种协同有机-无机杂化阻燃涂层的组成及燃烧过程。



防火示意图













(a)RPUF和RPUF@MPDF5建筑模型燃烧过程的数字图像;(b)外部火灾下涂层防火示意图。



燃烧行为示意图













RPUF和RPUF@MPDF燃烧行为示意图。


数据来源与出处


 

相关研究成果以“Ultra-efficient, organic-inorganic hybrid, highly-intumescent fire-retardant coatings for various construction materials”为标题发表在《Construction and Building Materials》上。

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