ปัญหาที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องของการพอง การหลุดลอก "การตกตะกอนของเกลือ" บนพื้นผิว และการต้านทานไฟที่ลดลงอย่างมากของสารเคลือบ intumescent ในสภาพแวดล้อมที่ชื้นหรือกลางแจ้ง ได้สร้างปัญหาให้กับทั้งผู้รับเหมาและเจ้าของทรัพย์สินมายาวนาน สาเหตุที่แท้จริงมักจะชี้ไปที่องค์ประกอบหลักของระบบโดยตรง นั่นก็คือแอมโมเนียมโพลีฟอสเฟต(แอป). เนื่องจากความสามารถในการชอบน้ำและแนวโน้มไฮโดรไลซิสโดยธรรมชาติ APP แบบดั้งเดิมจึงกลายเป็น "จุดอ่อน" ในการต้านทานน้ำของสารเคลือบ บทความนี้จะเจาะลึกกลไกระดับโมเลกุลโดยที่ APP นำไปสู่การต้านทานน้ำที่ไม่ดี และอธิบายอย่างเป็นระบบว่าการเลือก APP โพลีเมอไรเซชันสูงและ APP แบบไมโครแคปซูลที่สามารถปรับโครงสร้างโครงสร้างการต้านทานน้ำของสารเคลือบ Intumescent เป็นพื้นฐานได้อย่างไร
แอมโมเนียมโพลีฟอสเฟต (NH₄PO₃)ₙ เป็นแหล่งกรดและก๊าซที่ขาดไม่ได้ในสารเคลือบกันไฟ กลไกความล้มเหลวของมันคือปฏิกิริยาลูกโซ่ทางกายภาพและเคมีคู่กัน:
· กระบวนการไฮโดรไลซิส: ในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้น โมเลกุลของน้ำโจมตีพันธะ P-O-P ในสายโซ่โมเลกุล APP และปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสจะถูกเร่งปฏิกิริยาและเร่งภายใต้สภาวะที่เป็นกรดหรือด่าง กระบวนการสามารถทำให้ง่ายขึ้นดังนี้:
(NH₄PO₃)ₙ + H₂O → (NH₄PO₃)ₙ₋₁ + NH₄H₂PO₄
แอปสายโซ่ยาวจะค่อยๆสลายตัวเป็นแอมโมเนียมโพลีฟอสเฟตสายสั้นและผลิตภัณฑ์สุดท้ายคือแอมโมเนียมฟอสเฟต
· ผลที่ตามมาของภัยพิบัติ:
การสูญเสียความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาคาร์บอไนเซชัน: ความสามารถของ APP ในการเร่งปฏิกิริยาการคายน้ำของโพลีออลให้เป็นคาร์บอนที่อุณหภูมิสูงนั้นเป็นสัดส่วนโดยตรงกับระดับการเกิดพอลิเมอไรเซชัน (ค่า n) APP โพลีเมอไรเซชันต่ำมีเสถียรภาพทางความร้อนต่ำและประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาต่ำ ส่งผลให้ชั้นคาร์บอนขยายตัวหลวมและอ่อนแอซึ่งไม่สามารถสร้างเกราะป้องกันความร้อนที่มีประสิทธิภาพได้
· แหล่งก๊าซหมดเร็ว: ในระหว่างกระบวนการไฮโดรไลซิส แอมโมเนียมไอออน (NH₄⁺) จะหลุดออกไปเป็นก๊าซแอมโมเนีย ส่งผลให้ปริมาณก๊าซไม่เพียงพอที่จำเป็นสำหรับการขยายตัวของฟองในระหว่างที่เกิดเพลิงไหม้ ส่งผลให้อัตราส่วนการขยายตัวลดลง
Hydrophilicity และ Deliquescence: เกลือแอมโมเนียมขั้วโลกและกลุ่มฟอสเฟตที่มีอยู่มากมายแอปโมเลกุลจะให้ความสามารถในการชอบน้ำที่รุนแรง ทำให้สามารถดูดซับความชื้นจากสิ่งแวดล้อมได้อย่างง่ายดาย เมื่อดูดซับความชื้น วัสดุจะมีปริมาตรเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ความแข็งแรงในการยึดเกาะของสารเคลือบลดลง
การชะล้างด้วยไอออนและการตกตะกอนของเกลือ: เกลือแอมโมเนียมฟอสเฟตที่ละลายน้ำได้ซึ่งเกิดจากการไฮโดรไลซิสจะย้ายไปยังพื้นผิวเคลือบและตกผลึกเป็น "การออกดอก" ที่เป็นผงสีขาวในระหว่างการระเหยของน้ำ สิ่งนี้ไม่เพียงแต่ทำลายความสวยงามเท่านั้น แต่ยังทำให้รูพรุนในชั้นเคลือบกลายเป็นช่องทางให้ความชื้นและสารกัดกร่อนสามารถเจาะลึกได้ นำไปสู่การสูญเสียส่วนประกอบสารหน่วงไฟที่มีประสิทธิภาพอย่างถาวร
การเหนี่ยวนำการกัดกร่อนด้วยเคมีไฟฟ้า: ไอออนที่ถูกชะล้างจะสร้างอิเล็กโทรไลต์บนพื้นผิวเหล็ก ซึ่งเร่งการกัดกร่อนของโลหะฐานโดยตรง การขยายปริมาตรของผลิตภัณฑ์ที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสามารถยกการเคลือบขึ้นอีก ซึ่งนำไปสู่การแยกตัวตั้งแต่เนิ่นๆ
การเพิ่มเสถียรภาพทางเคมีภายในของ APP เป็นกลยุทธ์พื้นฐาน ระดับของการเกิดพอลิเมอไรเซชัน (n) ทำหน้าที่เป็นตัวชี้วัดหลักในการประเมินประสิทธิภาพ
· การให้เกรดและความสำคัญของระดับการรวมกลุ่ม:
· แอปโพลีเมอไรเซชันระดับต่ำ: n < 100 ละลายน้ำได้สูง มีเสถียรภาพทางความร้อนต่ำ ส่วนใหญ่ใช้ในการเกษตรและการป่าไม้ ฯลฯ
· APP ระดับการรวมปานกลาง: n data 500-1,000 คัดเลือกมาสำหรับการเคลือบกันไฟ แต่ยังคงมีความต้านทานน้ำไม่เพียงพอ
· แอปโพลีเมอไรเซชันสูง (แอป Type II): n > 1,000 โดยทั่วไปจะอยู่ที่ 1,500-2,000 หรือสูงกว่านั้น โครงสร้างโมเลกุลสายยาวทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเชิงคุณภาพ:
1. การปรับปรุงเสถียรภาพของไฮโดรไลติกอย่างมีนัยสำคัญ: พันธะ P-O-P ที่มีอยู่มากมายทำให้มั่นใจได้ว่ามีผลกระทบต่อน้ำหนักโมเลกุลโดยรวมน้อยที่สุด แม้ว่าจะมีการแยกโซ่เล็กน้อยก็ตาม ความเป็นผลึกที่สูงขึ้นและการอัดตัวของสายโซ่โมเลกุลที่หนาแน่นยิ่งขึ้นสามารถป้องกันการโจมตีของโมเลกุลน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ
2. เสถียรภาพทางความร้อนที่ดีเยี่ยม: อุณหภูมิในการสลายตัวจะสูงกว่า (>270°C) ซึ่งตรงกับหน้าต่างอุณหภูมิการสลายตัวของสารที่ก่อรูปถ่านได้ดีกว่า ช่วยให้เกิดการก่อตัวของถ่านตัวเร่งปฏิกิริยาอย่างต่อเนื่องและเสถียร และส่งผลให้ชั้นคาร์บอนขยายตัวหนาแน่นและแข็งแกร่งยิ่งขึ้น
3. การลดลงอย่างมีนัยสำคัญในการดูดความชื้น: สัดส่วนของกลุ่มปลายน้ำ (NH₄⁺) ต่อมวลหน่วยต่ำกว่า ส่งผลให้ทั้งอัตราการดูดความชื้นเริ่มต้นและการดูดซับความชื้นที่สมดุลต่ำกว่าผลิตภัณฑ์ที่มีโพลีเมอไรเซชันต่ำมาก
· จะเลือกแอปที่มีการรวมกลุ่มสูงได้อย่างไร การวิเคราะห์ตัวชี้วัดที่สำคัญ:
1. ระดับของการเกิดพอลิเมอไรเซชัน (n) และความหนืด: กำหนดให้ซัพพลายเออร์ระบุข้อมูลความหนืดสำหรับสารละลายที่เป็นน้ำ 1% โดยตรง (โดยทั่วไป >30 mPa·s) ความหนืดเป็นตัวบ่งชี้ทางอุตสาหกรรมที่เชื่อถือได้มากที่สุดสำหรับการสะท้อนระดับการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันทางอ้อม โดยความหนืดสูงบ่งชี้ว่ามีน้ำหนักโมเลกุลสูง
2. สัณฐานวิทยาของผลึก: ชอบคริสตัล Type II (โครงสร้างสายโซ่ยาว) ซึ่งมีเสถียรภาพทางความร้อนและต้านทานน้ำได้ดีกว่าเมื่อเทียบกับ Type I (โครงสร้างกิ่งก้าน)
3. ปริมาณฟอสฟอรัส (P) และไนโตรเจน (N): โดยทั่วไปแล้ว APP การเกิดปฏิกิริยาโพลีเมอร์สูงจะต้องมีปริมาณ P₂O₅ > 68% และปริมาณ N > 14% ซึ่งทำหน้าที่เป็นพื้นฐานทางเคมีสำหรับการเร่งปฏิกิริยาและการเกิดฟองที่มีประสิทธิภาพ
4. ความสามารถในการละลายน้ำ: ความสามารถในการละลายที่อุณหภูมิห้องในน้ำจะต้อง <1.5 กรัม/100 มล. ซึ่งสะท้อนถึงความสามารถในการกันน้ำโดยตรง
แอปที่มีการรวมสูงจะช่วยเพิ่ม "ความแข็งแกร่งภายใน" แต่เมื่อเผชิญกับสภาพแวดล้อมที่มีความร้อนชื้นและร้อนจัดเป็นเวลานาน ยังจำเป็นต้องมีการแยกทางกายภาพที่แข็งแกร่งขึ้น เทคโนโลยีไมโครเอนแคปซูเลชันทำให้เกิดความก้าวหน้าครั้งยิ่งใหญ่โดยการเตรียมอนุภาค APP ด้วย "เกราะที่ไม่ชอบน้ำ"
· กลไกทางเทคนิคหลัก:
การใช้เมลามีน-ฟอร์มาลดีไฮด์เรซิน (MF) อีพอกซีเรซิน โพลียูรีเทน หรือซิลิโคนเรซินเป็นวัสดุเปลือก ฟิล์มโพลีเมอร์ที่ไม่ชอบน้ำที่เชื่อมโยงข้ามทางเคมีที่ต่อเนื่อง หนาแน่น และเชื่อมโยงทางเคมีจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวของอนุภาค APP ผ่านการเกิดปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันในแหล่งกำเนิด
· มิติข้อมูลหลักสำหรับการเลือกแอปไมโครแคปซูล:
วัสดุและโครงสร้างของเปลือก:
· ชั้นเปลือกเรซิน MF:ตัวเลือกหลักที่สุด มีความแข็งสูง ทนความร้อนได้ดีเยี่ยม และมีคุณสมบัติกั้นที่แข็งแกร่ง เมื่อเลือก ให้มุ่งเน้นไปที่กระบวนการสังเคราะห์พรีโพลีเมอร์และความหนาแน่นของการเชื่อมขวาง เนื่องจากความหนาแน่นของการเชื่อมขวางที่สูงกว่าบ่งชี้ว่าความสามารถในการซึมผ่านของเปลือกลดลง
· เปลือกดัดแปลงซิลิโคน/อีพอกซี: ความยืดหยุ่นที่เหนือกว่า ไม่ชอบน้ำ และทนต่อสภาพอากาศ เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการความยืดหยุ่นในการเคลือบสูงหรือสภาพอากาศที่รุนแรง
2. อัตราการเคลือบผิวและความสมบูรณ์:
· อัตราการเคลือบผิวที่ต้องการต้องเกิน 95% ควรสังเกตพื้นผิวด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) เพื่อให้แน่ใจว่าพื้นผิวจะราบรื่น ต่อเนื่อง และปราศจากแกน APP ที่ถูกเปิดเผย
·การวิเคราะห์ทางเทอร์โมกราวิเมตริก (TGA) สามารถช่วยในการพิจารณาว่าไม่ควรมีการสูญเสียน้ำหนักอย่างมีนัยสำคัญ (ความเสถียรของเปลือก) ของผลิตภัณฑ์ไมโครแคปซูลก่อนอุณหภูมิการสลายตัวของ APP ในขณะที่ APP แบบดั้งเดิมจะลดน้ำหนักเนื่องจากการดูดซับความชื้น
3. ตัวบ่งชี้ที่สำคัญของการกันน้ำ:
·อัตราการดูดซึมน้ำตลอด 24 ชั่วโมง: ควรน้อยกว่า 1.5%
·ความต้านทานต่อน้ำเดือด: หลังจากต้มในน้ำเดือดเป็นเวลา 1-2 ชั่วโมง ให้สังเกตว่าอนุภาคสลายตัวหรือไม่ และวัดปริมาณฟอสฟอรัสของตัวกรองเพื่อหาปริมาณความสามารถในการป้องกันการสกัด
·อัตราการกักเก็บประสิทธิภาพหลังจากการบ่มด้วยความร้อนเปียกในระยะยาว: วางตัวอย่างในสภาพแวดล้อม 85 ° C/85% RH เป็นเวลาหลายร้อยชั่วโมงเพื่อทดสอบอัตราการกักเก็บปริมาณฟอสฟอรัสและกราฟการวิเคราะห์เชิงความร้อนเพื่อหาความแตกต่างกับตัวอย่างสด
4. การทำงานร่วมกันกับการเคลือบ:
·วัสดุเปลือกควรมีความเข้ากันได้ดีกับวัสดุฐานเรซินเคลือบ (เช่น กรดอะคริลิก, อีพอกซี) เพื่อให้มั่นใจว่ามีการกระจายตัวสม่ำเสมอในการเคลือบผิวและป้องกันข้อบกพร่องของส่วนต่อประสาน
เพื่อเอาชนะความท้าทายในการกันน้ำในสารเคลือบกันไฟ จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องปรับปรุง APP (แอมโมเนียม โพลีฟอสเฟต) ที่แหล่งกำเนิดทางวิทยาศาสตร์ใหม่ APP ระดับโพลีเมอไรเซชันสูงสร้างการป้องกันขั้นพื้นฐานต่อการไฮโดรไลซิสโดยเพิ่มความเสถียรทางเคมีของสายโซ่โมเลกุลเอง ในขณะที่ไมโครแคปซูลห่อหุ้มแอปให้การปกป้องขั้นสูงสุดต่อการกัดเซาะของน้ำของเหลวโดยการสร้างสิ่งกีดขวางทางกายภาพ
