Nuolatinės pūslių susidarymo, lupimosi, paviršiaus „druskos kritulių“ problemos ir drastiškas besipučiančių dangų atsparumo ugniai sumažėjimas drėgnoje arba lauko aplinkoje jau seniai kamuoja ir rangovus, ir nekilnojamojo turto savininkus. Pagrindinė priežastis dažnai tiesiogiai nurodo pagrindinį sistemos komponentą - amonio polifosfatą(APP). Dėl būdingo hidrofiliškumo ir hidrolizės polinkio tradicinė APP tapo „silpna grandimi“ dangų atsparumui vandeniui. Šiame darbe bus nagrinėjami molekulinio lygio mechanizmai, kuriais APP sukelia prastą atsparumą vandeniui, ir sistemingai išaiškinta, kaip moksliškai parinkus aukštos polimerizacijos APP ir mikrokapsuliuotą APP gali iš esmės pertvarkyti besiplečiančių dangų atsparumo vandeniui barjerą.
Amonio polifosfatas (NH₄PO₃)ₙ yra nepakeičiamas rūgščių ir dujų šaltinis besipučiančiose ugniai atspariose dangose. Jo gedimo mechanizmas yra susieta fizinė ir cheminė grandininė reakcija:
· Hidrolizės procesas: drėgnoje aplinkoje vandens molekulės atakuoja P-O-P ryšius APP molekulinėje grandinėje, o hidrolizės reakcija katalizuojama ir pagreitėja rūgštinėmis arba šarminėmis sąlygomis. Procesą galima supaprastinti taip:
(NH4PO3)ₙ + H2O → (NH4PO3)ₙ₋₁ + NH4H₂PO4
Ilgos grandinės APP palaipsniui skyla į trumpos grandinės polifosfatinį amonią ir galutinį produktą – amonio fosfatą.
· Katastrofiškos pasekmės:
Karbonizacijos katalizinio pajėgumo praradimas: APP gebėjimas katalizuoti poliolių dehidrataciją į anglį aukštoje temperatūroje yra tiesiogiai proporcingas jo polimerizacijos laipsniui (n-reikšmei). Mažos polimerizacijos APP pasižymi prastu terminiu stabilumu ir mažu kataliziniu efektyvumu, todėl susidaro laisvas ir silpnas išsiplėtęs anglies sluoksnis, kuris nesuteikia veiksmingos šilumos izoliacijos barjero.
· Ankstyvas dujų šaltinio išeikvojimas: Hidrolizės proceso metu amonio jonai (NH₄⁺) išsiskiria kaip amoniako dujos, todėl susidaro nepakankamas dujų tūris, reikalingas putų plėtrai gaisro metu, todėl išsiplėtimo koeficientas sumažėja.
Hidrofiliškumas ir tirpimas: gausios polinių amonio druskų ir fosfatų grupėsAPPMolekulės suteikia stiprų hidrofiliškumą, leidžiančią joms lengvai sugerti drėgmę iš aplinkos. Sugerdama drėgmę, medžiaga plečiasi, todėl sumažėja dangos tvirtumas.
Jonų išplovimas ir druskų nusodinimas: Vandenyje tirpios amonio fosfato druskos, susidarančios hidrolizės būdu, migruoja į dangos paviršių ir garuojant vandeniui kristalizuojasi kaip balti miltelių pavidalo „žydėjimas“. Tai ne tik pažeidžia estetiką, bet ir palieka poras dangoje, todėl drėgmė ir ėsdinančios medžiagos gali giliai prasiskverbti, todėl visam laikui prarandami veiksmingi antipirenai komponentai.
Elektrocheminė korozijos indukcija: Išplauti jonai sudaro elektrolitą ant plieno paviršiaus, tiesiogiai pagreitindami netauriųjų metalų koroziją. Korozijos produktų tūrio padidėjimas gali dar labiau pakelti dangą, o tai lems ankstyvą delaminaciją.
APPvidinio cheminio stabilumo didinimas yra pagrindinė strategija. Polimerizacijos laipsnis (n) yra pagrindinis jo veikimo įvertinimo rodiklis.
· Sumavimo laipsnio klasifikavimas ir reikšmė:
· Žemo laipsnio polimerizacijos APP: n < 100. Labai tirpus vandenyje, prastas terminis stabilumas, daugiausia naudojamas žemės ūkyje ir miškininkystėje ir kt.
· Vidutinis agregacijos laipsnis APP: n ≈ 500-1000. Tradiciškai renkamas ugniai atsparioms dangoms, tačiau vis dar nepakankamas atsparumas vandeniui.
· Aukštos polimerizacijos APP (II tipo APP): n > 1000, paprastai pasiekia 1500-2000 ar net daugiau. Jo ilgos grandinės molekulinė struktūra sukelia kokybinius pokyčius:
1. Žymus hidrolizinio stabilumo pagerėjimas: P-O-P jungčių gausa užtikrina minimalų poveikį bendrai molekulinei masei net ir esant nedideliam grandinės trūkiui. Jo didesnis kristališkumas ir tankesnė molekulinė grandinė veiksmingai blokuoja vandens molekulių atakas.
2. Puikus terminis stabilumas: skilimo temperatūra yra aukštesnė (>270°C), geriau atitinkanti anglį sudarančio agento skilimo temperatūros langą, todėl susidaro nuolatinis ir stabilus katalizinis anglies susidarymas ir dėl to susidaro tankesnis ir tvirtesnis išsiplėtusios anglies sluoksnis.
3. Žymus higroskopiškumo sumažėjimas: Hidrofilinių galinių grupių (NH₄⁺) dalis masės vienete yra mažesnė, todėl pradinis higroskopiškumo greitis ir pusiausvyros drėgmės sugėrimas yra daug mažesni nei mažai polimerizuojamų produktų.
· Kaip pasirinkti didelio agregavimo programas? Pagrindinės metrikos analizė:
1. Polimerizacijos laipsnis (n) ir klampumas: Tiesiogiai reikalauti, kad tiekėjai pateiktų 1% vandeninių tirpalų klampumo duomenis (paprastai >30 mPa·s). Klampumas yra patikimiausias pramoninis rodiklis, netiesiogiai atspindintis polimerizacijos laipsnį, o didelis klampumas rodo didelę molekulinę masę.
2. Kristalinė morfologija: Pirmenybę teikite II tipo kristalams (ilgos grandinės struktūra), kurie pasižymi geresniu terminiu stabilumu ir atsparumu vandeniui, palyginti su I tipo (išsišakojusia struktūra).
3. Fosforo (P) ir azoto (N) kiekis: Aukštos polimerizacijos APP paprastai reikalauja, kad P2O5 kiekis > 68%, o N kiekis > 14%, o tai yra efektyvios katalizės ir putojimo cheminis pagrindas.
4. Tirpumas vandenyje: Tirpumas vandenyje kambario temperatūroje turi būti <1,5 g/100ml. Tai tiesiogiai atspindi jo atsparumą vandeniui.
Didelės agregatinės APP padidina „vidinę jėgą“, tačiau ilgai susiduriant su atšiauriomis, drėgnomis ir karštomis sąlygomis, vis tiek reikalinga stipresnė fizinė izoliacija. Mikrokapsuliavimo technologija pasiekia revoliucinį proveržį, aprūpindama APP daleles „hidrofobiniais šarvais“.
· Pagrindinis techninis mechanizmas:
Kaip apvalkalo medžiagą naudojant melamino-formaldehido dervą (MF), epoksidinę dervą, poliuretaną arba silikoninę dervą, ant APP dalelių paviršiaus polimerizacijos in situ būdu susidaro ištisinė, tanki ir chemiškai susieta hidrofobinė polimero plėvelė.
· Pagrindiniai matmenys mikrokapsuliavimo APP pasirinkimui:
Korpuso medžiaga ir struktūra:
· MF dervos apvalkalo sluoksnis: populiariausias pasirinkimas, pasižymintis dideliu kietumu, puikiu atsparumu karščiui ir stipriomis barjerinėmis savybėmis. Renkantis atkreipkite dėmesį į prepolimero sintezės procesą ir skersinio sujungimo tankį, nes didesnis kryžminio sujungimo tankis rodo mažesnį apvalkalo pralaidumą.
· Silikono / epoksidinės dervos modifikuotas apvalkalas: puikus lankstumas, hidrofobiškumas ir atsparumas oro sąlygoms, tinka naudoti, kai reikia didelio dangos lankstumo arba ekstremaliomis klimato sąlygomis.
2. Dangos greitis ir vientisumas:
· Reikalinga dengimo norma turi viršyti 95%. Paviršius turi būti stebimas skenuojančia elektronine mikroskopija (SEM), kad įsitikintumėte, jog jis yra lygus, ištisinis ir be atvirų APP šerdžių.
· Termogravimetrinė analizė (TGA) gali padėti nustatyti, kad mikrokapsuliuotų produktų svoris (apvalkalo stabilumas) neturėtų smarkiai mažėti iki APP skilimo temperatūros, o tradicinė APP numes svorį dėl drėgmės sugėrimo.
3. Pagrindiniai atsparumo vandeniui rodikliai:
·24 valandų vandens absorbcijos greitis: turi būti mažesnis nei 1,5%.
· Atsparumas verdančiam vandeniui: 1–2 valandas pavirę verdančiame vandenyje, stebėkite, ar dalelės nesuyra, ir išmatuokite fosforo kiekį filtrate, kad įvertintumėte jo antiekstraktyvumą.
·Efektyvumo išlaikymo rodiklis po ilgalaikio drėgno terminio sendinimo: padėkite mėginį į 85 °C/85% RH aplinką šimtams valandų, kad patikrintumėte fosforo kiekio sulaikymo greitį ir terminės analizės kreivę, ar nėra skirtumų nuo šviežių mėginių.
4. Sinergija su dangomis:
· Apvalkalo medžiaga turi būti gerai suderinama su dangos dervos pagrindo medžiaga (pvz., akrilo rūgštimi, epoksidine medžiaga), kad būtų užtikrinta vienoda dispersija dangoje ir išvengta sąsajos defektų.
Norint įveikti ugniai atsparių dangų atsparumo vandeniui iššūkį, būtina moksliškai iš naujo suprojektuoti APP (amonio polifosfatą) jo šaltinyje. Aukšto polimerizacijos laipsnio APP sukuria pagrindinę apsaugą nuo hidrolizės, padidindama pačių molekulinių grandinių cheminį stabilumą, o mikrokapsuliuotaAPPužtikrina maksimalią apsaugą nuo skysto vandens erozijos, sukurdama fizinį barjerą.
