8.特种涂料(防火防污)

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,特种涂料,第八章,2001年震惊世界的911事件, 发生时,仍有18000人得以逃生。,来自美国世贸大楼保安公司的消息表明,疏散人群时,世贸大楼中采用的自发光紧急疏散系统发挥了非常重要的作用。911 事件后,生产自发光紧急疏散系统的企业的订单大量增加, 难怪有媒体称 “ 911 事件催熟自发光涂料 ” 。,使广大民众对特种涂料有了一定的认识。,-什么是特种涂料、有哪些类型和作用呢？,一.特种涂料的定义,特种涂料是指为特殊用途设计的涂料或称功能性涂料。,二.特种涂料的分类,特种涂料按其功能可以分为以下几种类型。,包括电气绝缘涂料、导电性涂料、磁性涂料等。,1.电、磁功能涂料,包括耐高温涂料、防火涂料，温控涂料，烧蚀，隔热涂料等。,3.机械功能涂料,包括防碎裂涂料、润滑涂料、可剥涂料、阻尼涂料（隔音防震涂料）、弹性涂料等。,2.热功能涂料,包括发光涂料、荧光涂料、反光涂料、太阳能选择性吸收涂料、各种特殊用途的光敏涂料、伪装涂料、光刻涂料等。,4.光学功能涂料,包括防菌涂料、防污涂料、灭蝇涂料、牙科涂料等。,5.界面功能涂料,包括防雾涂料、防水涂料、防结冰涂料、防雪涂料、防粘纸涂料等。,6.生物功能涂料,瞄准器,本章主要内容,1.,防火涂料,2.变色涂料,3.防污涂料,4.发光涂料,5.导电涂料和导磁涂料,6.航空航天涂料,8.1.防火涂料,火灾给人类的生命财产和文明带来了巨大的灾难。火焰和由他引起的高温可以使木材、塑料等化为灰烬，使钢材等失去强度而弯曲变形，使混凝土碎裂，玻璃熔化，巨大的财富化为乌有。,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，即装饰性能和保护性能外，还有两个主要的性能：,1.涂料本身具有不燃烧或难燃烧性，即能防止被焰火点燃。,2.涂料能阻止底材燃烧或对其燃烧的蔓延有阻滞作用。,-防火涂料是怎样来实现这两种功能的呢？,一.燃烧的必备条件,燃烧的必备条件有三个：可燃物质、助燃剂和火源。,1.可燃物质,-如木材、塑料、纤维等；,2.助燃剂,-如空气、氧气或氧化剂等；,3.火源,-如火焰或高温的作用。,燃烧是一种快速的、有火焰发生的氧化反应，反应非常复杂，但大多为,链式自由基反应,。,8.1.2 燃烧与阻燃机理,有机物燃烧的过程,有机物燃烧时，一般均有如下过程：在高温下可燃固体发生熔融和热分解，形成一个凝聚相的热分解区，析出可燃性气体，同时放出热量；可燃性气体和助燃剂（如空气）混合并受到进一步加热（预热）；经预热的混合气体达到燃点后开始燃烧，同时放出大量的热。,由于燃烧时放出的热量又反过来对可燃固体及其分解放出的气体进行加热，于是形成一个循环过程，使燃烧更加剧烈。,-防火涂料是怎样阻止燃烧的？,二.防火涂料的基本原理,1.用难燃或不燃的涂料将可燃物封闭起来，避免与空气接触。,一般说来，有机聚合物是可燃的或易燃的。所以在制备防火涂料时一般要选用难以燃烧的有机聚合物为基料。同时，还要在涂料中加入阻燃剂。,2.必须隔绝对被保护物体的任何形式的热量传播，如形成膨胀隔热层，或利用高导热和高反射性能的涂层排除热量或利用吸热的化学反应抵消外部热源的作用。,-防火涂料是怎样制备的呢？,8.1.3 防火涂料的制备,防火涂料要具备防火阻燃功能，首先要求防火涂层防火自身是不燃或难燃的。但有机涂料的基料-有机聚合物一般都是可燃的或易燃的。,解决成膜物质燃烧的方法：,1.采用难以燃烧的有机聚合物为基料或无机基料,2.在涂料中加入阻燃剂,-哪些有机聚合物是难以燃烧的呢？,一.防火涂料中的成膜物质,为了使涂料本身不燃或难燃，可以在聚合物中引入难燃烧的元素，如卤素、磷化合物。,（1）卤代酸酐,主要有四卤代邻苯二甲酸酐、氯茵酸酐和多卤代多氢化桥氯亚甲基萘二甲酸酐等。,（2）四卤代双酚,（3）卤代乙烯基类,也可以用无机成膜物代替有机聚合物。主要的无机成膜物质是可溶性的硅酸盐、磷酸盐等。,（4）含磷多元醇和含卤素多元醇,二.防火涂料中的阻燃剂,防火涂料中的阻燃剂很多，但主要是氢氧化铝、氢氧化镁、卤化合物、磷酸酯和含卤磷酸酯、硼化合物、氧化锑等。,1.阻燃剂的种类,2.阻燃剂的阻燃原理,（1）阻燃剂在高温或火焰作用下，发生吸热反应，使被燃物凝聚相升温速率减慢。,如：氢氧化铝在200300C之间会急剧分解，脱水量可达到其含量的35%，分解的水汽时又能吸收大量的热。,（2）阻燃剂分解出自由基链式反应的阻断剂，使火焰反应的速度减慢。,含卤素的有机物在分解时放出卤化氢HX，HX能把高能量的HO.捕获，并转换低能量的自由基X.和H,2,O，同时自由基可与可燃气体（RH）反应重新生成HX，如此循环下去，可将HO.自由基反应的连锁反应切断。,（3）催化可燃物发生脱水和碳化作用，形成碳化层。,碳化层可以阻碍热点传导，阻挡外部火源直接作用，可使可燃物温度降低。碳是单质，它不能发生火焰也无可燃气体放出，所以将有机物迅速脱水成为炭，不停留在可燃阶段，可以使燃烧停止。,无机磷酸酯和有机磷酸酯均可使有机物碳化。,（4）阻燃剂分解形成不挥发的覆盖层，隔绝可燃物与空气的接触。,聚磷酸铵、硼酸盐、硼酸、钨酸盐等在火焰或高温下可形成不燃性的粘稠熔融体，它能将可燃物表面覆盖起来，也能将可燃物表面覆盖起来，还可以与有机可燃物脱水形成的碳结合起来，形成一层牢固的固化层。,（5）分解放出惰性气体，将可燃性气体稀释。,含氮的化合物（胺盐和有机胺）、碳酸盐和含卤素有机物及金属氢氧化物分解时产生大量不燃气体，如NH,3,、H,2,O、CO,2,、HCl、HBr等，可将热分解生成的可燃性气体和空气中的氧的浓度冲淡，从而延缓燃烧的发生。,（6）协同作用。,阻燃剂的复配，可以大大提高阻燃效果，因为它们有协同作用。氧化锑单独使用并没有什么阻燃效果，只有与卤素复配，通过协同作用才能得到优良的阻燃效果。,8.1.4 防火涂料的分类和组成,按防火原理，防火涂料可分为两大类:,一.防火涂料的分类,膨胀型防火涂料（难燃型）,难燃性（有机涂层）,非膨胀型,不燃性（无机涂层）,防火涂料,1.非膨胀型的防火涂料,非膨胀型防火涂料是通过涂层自身的难燃性或不燃性，在火焰或高温下释放出灭火性气体及形成无机釉状保护层，隔绝空气来达到防火目的的。,（1）无机非膨胀型,（2）有机非膨胀型,2.膨胀型的防火涂料,膨胀型防火涂料的涂层是通过在火焰或高温下可以膨胀碳化，而形成均匀执迷的蜂窝状或海绵状的碳质泡沫层，这层泡沫比原来膜厚达到几十倍甚至上百倍以上。,8.2 变色涂料,8.2.1 变色涂料简介,一.变色涂料的含义,变色涂料是指涂层的颜色随环境条件如光，温度，湿度，PH值，电场，磁场等变化而变化的一种特殊涂料。,受光，温度，湿度，PH值，电场，磁场等影响,二.变色涂料的分类,变色涂料,示温涂料,1,变色龙涂料,2,示温涂料,变色龙涂料,一.示温涂料简介,8.2.2 示温涂料,1.示温涂料的概念,示温涂料是一种利用颜色变化测量物体表面温度及温度分布的特种涂料，即因受热而发生颜色变化以指示温度的涂料。示温涂料通常也称为热敏涂料。,超温后，显示超温数字,示温涂料有较宽的测量范围其使用方便，操作简单。,2.示温涂料的性能特点,3.示温涂料的分类,根据示温涂料变色后出现颜色的稳定性可分为,可逆,不可逆,根据示温涂料涂层随温度变化出现的颜色的多少分为,单变色,多变色,根据变色物质可分为,无机,液晶,有机,4.示温涂料的主要用途,1.特别适宜在连续运转件和复杂结构物件进行测温，这些部件往往是温度计，毫伏计难以测温或不可能测温的（高温时）。,2.适宜测量物体大表面积的温度分布又可同时测量许多元件部位的温度,4.低温可逆示温涂料广泛应用于民用方面，有着很好的装饰美化和示警作用。,3.是一种很好的报警材料，例如化工反应釜，石油裂解釜等的超温报警。,最早的示温涂料,德国的I.G法贝宁达公司的热色线,1938年,20世纪40年代,20世纪70年代,高温单变色不可逆涂料和高温多变色不可逆示温涂料,70年代至今,出现了灵敏变色的示温片和可逆示温涂料,逐渐向低温几可逆示温涂料方向发展,5.示温涂料的发展,示温涂料的发展大体上可以分为四个阶段：,国家,领先领域,德国. 法国.美国.,高温单 变不可逆 示温涂料,俄罗斯,高温多 变色示温 涂料,日本,低温和可逆示温涂料,发达国家的发展现状,我国发展现状,我国对变色涂料的研究始于60 年代, 在研究和应用方面取得了可喜的进展, 但是, 其研究的产品大都属于高温不可逆变色涂料, 至于低温可逆变色涂料研究还很少, 几乎是空白.,近年来我国某些高校和科研单位（浙江大学，复旦大学）研制可逆型示温涂料其产品正在应用推广中.,二.示温涂料的变色机理,不可逆示温涂料,1.升华,靛蓝+二氧化钛,蓝色涂层,白色涂层,靛蓝,二氧化钛,升华,1.晶型转变,2.失去结晶水,值变化,4.电子转移,略,可逆变色示温变色机理,红色正方体,蓝色斜方体,126C,H,g,I,2,晶型转变示意图,晶体转变,10H,2,O,CoC,l,2,2C,6,H,12,N,4,三.典型的示温涂料,是目前正在开发的一类可逆示温涂料。其具有颜色温度变化灵敏、艳、示温误差极小、反复性好等其他类示温涂料无可比拟的优点。另外,因其涂层具有强度高、耐温性好等特点,将是可逆示温涂料今后发展的一个方向。目前,高分子液晶聚合物可逆示温涂料已小范围地应用。如日本开发的颜色随温度变化的汽车涂料就是利用液晶聚合物和水性树脂乳液等物质的组成物,其涂膜呈现良好的耐候性和色差.,1.,高分子液晶可逆示温涂料,2.有机可逆示温涂料,特点：是当前应用最广,技术条件最成熟,其变色温度范围很宽,-50C,到,150C,变化的温度和颜色的种类可以进行多种组合，自由的选择通常是由有色（低温）到无色（高温）的可逆变化,热敏可逆变色有机颜料的基本组成及其功能,决定显色深浅,电子给予体,电子接受体,调节剂和增感剂,其他助剂,热敏可逆变色有机颜料,决定颜色,决定变色温度调节变色灵敏度,组分,物质,电子给予体,一般为可供电子的热敏染料,电子接受体,一般为酚羟基化合物及其衍生物和 合羧基化合物及其衍生物,调节剂和增感剂,为醇 酯 酮醚酰胺 羧酸类化合物,典型配方,A组分,3-二乙氨基-7，8-苯并呋喃,4，4-异亚丙基双酚,十六烷醇,乙烯-马来酸酐共聚物,B组分,结晶紫内酯,镓酸十二烷基酯,月桂酸,异醛萘 3.0g,A B组分分别制成微胶囊，再与基料混合研磨，配制成品,变色情况：红色蓝色 变温温度：30C,热色材料,研磨,填料,基料,微胶囊,硬化,37%甲醛,冷却10C,NaCO,3,调节,乳化,阿拉伯胶,混合,明胶,水,稀释,10%醋酸,调节PH值,工艺过程,涂料的性能测试,项目:,悬浮性,涂层外观,遮盖力,干燥时间,耐水性,耐碱性,复色时间,涂料种类,应用领域,单色高温不可逆示温涂料,测量航空发动机及炮弹等动态部件,多变色不可逆示温涂料,航天航空及国防,可逆示温涂料,家用电器及汽车等装饰品上,示温涂料的应用,测量温度,初始状态,超温时显示,超温后，随着温度的升高，颜色颜色发生了显著改变 ，同时显示超温数字,超温后，颜色发生了显著改变 ，可选60度70度80度,示温涂料的未来研究方向,需要解决的问题是,:,微胶囊化技术的进一步研究,液晶聚合物技术的研究,;,新的热变色物质的开发,开发低温,.,长寿可靠无毒无污染的,示温涂料,8.3.3 变色龙涂料,变色龙涂料是伪装涂料的一种，主要用于军事上在各种设施和仪器上涂一层伪装涂料后，在可见光，红外光紫外光，雷达等侦察条件下，可不被敌人发现。最普通的伪装涂料是迷彩涂料属于可见光伪装他是通过减少后消除目标与背景的颜色区别来实现的。随着科学技术不断发展，侦察手段也越来越复杂越来越精确，因此更加新型的伪装涂料也相继出现，变色龙涂料是一种可随环境自动变色而达到与不同背景色调一致的涂料。,变色手表,变色衣服,根据光学原理和热学原理研制而成，分为光敏变色和热敏变色两种,变色汽车,据福特公司的设计者说，当你在公路上远远地看到一辆野马汽车驶来时，它先是紫色的；慢慢靠近时，它会变成红色；从你面前驶过时，它是黑色；然后又变成绿色；最后，当它远离时，又成了琥珀色。汽车神奇莫测的色彩变化，给人一种视觉上的享受，遗憾的是，正如漂亮衣服是为了愉悦别人的眼目一样，变色汽车的效果也只有旁观者才看得见，在司机眼中，这辆车始终是黑色,。,福特野马,从不同角度看有不同的颜色,法拉利跑车,玻璃车顶采用了利用电场变化来改变颜色的电致变色(Electrochromic)技术，可对透过率进行5级调整。该技术由法国圣戈班公司（Saint-Gobain）提供。,变色龙涂料主要根据光色互变现象设计的，所谓光色互变是指某些化合物受到电磁波,(,包括红外线，可见光，紫外光,),照射时可以变色，但无照射时又可恢复原有颜色的现象。其中，光致变色现象为受可见光照射而可逆互变的现象。,设计思路,变色机理主要有以下几种:,1.键的解离,螺吡喃类热致变色染料,2.互变异构,3.氧化还原,4.有机金属络合物的光致变色,无色,有色,键的解离,变色机理,变色龙涂料在国防中的应用,用于伪装逃避间谍卫星侦察,现在的间谍卫星可以看见地面10到15厘米的物体,甚至在晚上也能看见行驶中汽车的车牌号码.军事设施在 战时 生存 能力 受到 威胁 。伪装技术也越来越受到重视。,现在伪装技术已经广泛应用在军事设施上。,中国海军最新一代022型隐身导弹快艇,可见光，红外伪装效果对照图,