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聚丙烯酰胺水凝胶在夹层防火玻璃中的应用

作者:清迈环保 日期:2023-05-10

      防火玻璃是建筑材料实现安全功能的一个重要部位。对防火玻璃的基本要求是隔热隔烟直至抵抗火焰穿透和防辐射,以及在高温作用下玻璃能保持完整不破裂等。目前**开发了多种制造工艺的防火玻璃。其中湿法夹层玻璃能耐较高的温度,由于夹层材料和玻璃的良好黏结使夹层玻璃具有较好的安全性。夹层材料可以采用透明的有机或无机材料为黏结剂。湿法夹层防火玻璃是指在两片玻璃之间夹有膨胀材料,一旦遇到火灾时对着火的一面玻璃温度逐渐升高,传向中间隔热膨胀材料使之体积发生变化,形成无数细小的气泡而起到隔热的作用,以保护夹层玻璃的另一面玻璃,从而保护了夹层玻璃结构的完整性,在一定的时间内可以防止火焰的蔓延。以PAM水凝胶制备的湿法夹层防火玻璃除了具有优良的防火性能外,还具有高的光学透明性,与玻璃良好的黏结性和隔音效果。聚丙烯酰胺水凝胶防火玻璃夹层材料由两部分组成,即主体水凝胶和阻燃剂。聚丙烯酰胺水凝胶由单体丙烯酰胺、交联剂亚甲基双丙烯酚胺和引发剂过硫酸钱组成;阻燃剂由脱水成炭催化剂、炭化剂和发泡剂组成。常用的脱水成炭催化剂有磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵和聚磷酸铵等,炭化剂有季戊四醇、糖、淀粉、纤维素等,发泡剂有脉、三聚氰胺、六亚甲基四胺等高含氮化合物。水凝胶和阻燃剂必须具有良好的相容性以保证夹层材料的均匀和透明,聚丙烯酰胺水凝胶对以上阻燃剂和无机电解质有很大的包容性。

      阻燃剂的选择依据除了在水凝胶中的溶解度和透明性外,*重要的就是其防火性能。防火性能主要考察防火玻璃受火面与背火面的温度差,防火材料的在受热过程中的膨化率及失重率、玻璃的破裂温度和延缓时间等。

      (1)聚丙烯酰胺凝胶防火玻璃的温差以聚丙烯酰胺凝胶与(NH4)2SO4和AlK(SO4)2等无机电解质体系为例予以说明。

      三组夹层玻璃的隔热效应都比无夹层材料玻璃有所提高。并目都显示出在受火面温度近800C时,背火面温度从低于80C急剧增加到100C以上。而在受火面温度300-750C的温度范围内,背火面温度以纯聚丙烯酰胺*约73C,含(NH2SO的凝胶次之约66C,含AIK(S))2的凝胶*约62C,隔热效应*。后者的隔热效应可能和它参与PAM的交联形成网状结构有关。

      (2)聚丙烯酰胺凝胶防火玻璃的膨化率及失重率 以磷酸二氢铵为催化剂,与其相匹配的脉为发泡剂和季戊四醇为炭化剂体系为例说明。从阻燃剂的溶解度考虑,磷酸二氢溶解度*,可达到35%;其次是脉,为25%;季戊四醇的*小,10%时则有晶体析出。

      从防火凝胶在受热过程中的膨化率及失重率考虑,发泡剂豚的用量为12.5%时膨化率*,而发泡剂含量增至8%左右时防火凝胶的失重率增加迅速,此时凝胶中案合物的炭化趋于完全继续增加发泡剂含量凝胶的失重率明显下降,说明过量的发泡剂并不有利于聚合物的炭化。催化剂磷酸二氢饺含量为25%左右时,防火凝胶的膨化率及失重率*,凝胶内闭气孔量和表面开气孔量及由此引起的凝胶膨化率也*。说明在这种情况下催化剂促使聚合物凝胶脱水,形成多孔的三维炭质层结构趋于完全过量的催化剂会导致生成较致密的炭化层,从而影响了凝胶的进一步炭化和膨化。

      (3)聚丙烯酰胺凝胶防火玻璃的破裂温度以PAM凝胶与CaCl2体系为例说明。随CaCl2含量变化对玻璃破裂温度的影响非常显著。CaCl2含量从166.5g/L增至500g/L,对应的受火面玻的破裂温度从约550C降至450C,而背火面玻璃表面温度则从850C升到1000C以上。

      综上所述,在PAM凝胶体中加入阻燃剂,可使凝胶体在受热过程中迅速炭化和膨化,从而阻挡火焰的侵袭。有利于提高背火面玻璃的抗碎裂性能,但却会使凝胶体的耐火*下降。因此,应综合考虑防火凝胶耐火*和玻璃抗碎裂性能这两方面的影响。


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