前言

防火涂料目前是在我们国家钢结构不可或缺的防火材料。但由于传统的防火涂料会挥发大量有害的有机物，对人们造成严重生命威胁，并且还导致大量环境污染，涂料隔温性差，耐久性不好等问题，在当今提倡环保的理念下，无污染、高阻燃、无毒害成为了各国研发防火涂料的重点。

阻燃剂一般包括含卤阻燃剂、含氮阻燃剂、含磷阻燃剂等，由于卤系阻燃剂对环境的污染特别大，因此环保阻燃剂的合成成为研究者的重点研究对象。硅硼类阻燃剂相对于传统的阻燃剂不仅有良好的阻燃效果，而且还可以改善材料的性能，引起了许多研究者的注意。硅丙乳液具备耐高温、耐水性好等优异特性，成为制备防火涂料的理想基体。

本文通过合成一种新型硅硼磷阻燃剂（HR）与双季戊四醇、聚磷酸铵、三聚氰胺、硅微粉作为阻燃体系。通过极限氧指数、热失重分析、垂直燃烧、大木板燃烧研究防火涂料的阻燃性能，并且通过拍照和电子显微镜观察炭层结构。

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实验部分

制样过程

新型硅硼磷阻燃剂（SiBP）的合成：DOPO和二甲氧基甲基乙烯基硅氧烷反应机理如图1所示，先将一定量的DOPO加入四氢呋喃中，待其完全溶解后，再将适量的引发剂AIBN和二甲氧基甲基乙烯基硅氧烷加入其中，最后在氮气保护下反应24 h，制备了侧基上带有DOPO的二甲氧基乙烯基硅氧烷。得到浅淡黄色均匀透明液体，经减压蒸馏后，在真空烘箱中烘干8 h后，最后得到浅淡黄色具有一定黏度的黏稠液体（产率为94.7 %）；

图1  DOPO与二甲氧基甲基乙烯基硅氧烷的反应机理

中间体和硼酸的酯交换反应机理如图2所示，将上述中间体和一定量的硼酸加入四氢呋喃中，并加入适量PH≈1的盐酸，反应12 h后，经过减压蒸馏得到淡黄色固体，最后经过甲醇和丙酮的反复洗涤得到白色固体（产率为91.7 %）。

图2  中间体和硼酸的酯交换可逆机理

防火涂料的制备：按照表1称量各种物料，通过高速分散机在800 r/min下混合8 min以获得均匀的涂料。将混合后的涂料均匀的涂到木材上，然后在真空烘箱里烘干24 h，最后按照国标制备成标准样条，进行各项测试。

表1  样品配方表 ( 份 )

性能测试与结构表征

FTIR分析：实验样品采用溴化钾压片，测试范围为4500~400 cm

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，分辨率为1 cm

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；

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H⁃NMR分析：使用氘代氯仿为溶剂将实验样品完全溶解后进行测试；

TG分析：称取10~15mg样品，在N

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气氛，以10 ℃/min的升温速率从40 ℃升温至800 ℃，记录样品的TG曲线；

耐火性能测试：将涂有防火涂料的钢板涂层面朝下放置在铁架台上，将酒精灯置于防火涂料中心处，记录钢板背面温度随时间的变化；

极限氧指数的测定（LOI）：按GB/T 2406—2009进行测试，木条尺寸为80 mm×10 mm×3 mm，将涂料均匀地涂到木条上，每组实验重复5次；

UL 94 垂直燃烧测试：采用立式燃烧测试仪，按GB/T 7714—2015进行实验，木条尺寸为125 mm×13 mm×3 mm，每组实验重复5次；

炭层微观形貌分析：采用照相机和SEM分别对燃烧大木板实验燃烧后的炭层进行宏观和微观形貌分析；

炭层压缩性能测试：按照GB/T 8813—2008《压缩性能的测定》的标准进行测定，制成直径为20 mm、厚度为20 mm的圆柱体在马弗炉中燃烧后，以5 mm/min的压缩速率，压缩形变到25 %，选取5个样品，取其平均值；

剥离强度测定：按照GB/T 2791—1995的标准进行测试，制样：将布条按照纵、横方向裁成为130 mm×30 mm各两片，用乙醇洗干净后烘干24 h，将防火涂料均匀地涂在布条上，将两片方向相同的布条表面迅速贴在一起，然后加压10 min，施加5 kg/m

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的压强，最后放置24 h后，裁成100 mm×25 mm的布条，将一段剥开25 mm。测试：将布条两端分别夹住，间距为25 mm，以30 mm/min的测试速度开始测试，每组5次，取其平均值。

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结果与讨论

2.1

阻燃剂硅硼磷（SiBP）的表征

通过阻燃剂SiBP的

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H⁃NMR谱图分析可得［图3（a）］，发现其主要是由7.0~8.0DOPO苯环上的H、0.7~0.8出现—CH

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—Si....