通过最佳选择环氧树脂粘合剂的分子量来调节膨胀型涂层的阻燃效果

《Polymers》：Tailoring the Fire-Retardant Efficacy of Intumescent Coatings via Optimal Selection of Epoxy Binder Molecular Weight

　　

摘要

环氧树脂广泛用作膨胀型阻燃涂料的粘合剂；然而，其分子量对具有不同膨胀机制的涂料阻燃性能的影响尚未得到充分理解。在本研究中，通过HPLC、NMR、DSC和TGA对五种基于双酚A的商用环氧树脂进行了表征，这些树脂的数均分子量（M_n）范围为375至1520 g/mol。随后将其制成两种类型的膨胀型涂料：传统的磷酸铵/戊二醇/三聚氰胺（APP/PER/MEL）体系和基于膨胀石墨（EG）的体系。通过标准火灾测试和热冲击暴露实验，评估了这些涂料的阻燃效果和膨胀性能。在APP/PER/MEL涂料中，当分子量为645 g/mol时，阻燃效果最佳，孔结构也较为理想（平均等效孔径d_eq = 41 μm）；而低分子量和高分子量的环氧树脂分别导致明显的结构缺陷——macrovoids（大孔）和贯穿厚度的裂纹（通过SEM观察到）。在基于EG的涂料中，随着M_n的增加，膨胀性能（从约2000%降至约1000%）和阻燃效果（从65分钟降至52分钟）均呈单调下降趋势，其中分子量为375 g/mol的双酚A基环氧树脂表现最佳。观察到的差异归因于熔体粘度对炭层膨胀和结构完整性的影响。这些发现表明，可以根据膨胀型体系的膨胀能力来选择环氧粘合剂的分子量范围，为高性能环氧基防火涂料的配方提供了实际指导。