阻燃涂层油画布的结构设计范文

摘要：

设计了一种“三明治”阻燃结构涂层油画布，对比分析了阻燃结构类型，阻燃剂类型及用量对油画布阻燃性能的影响，并对聚磷酸铵类“三明治”阻燃结构油画布的阻燃机理进行了初步探讨。

关键词：

油画布；阻燃剂；涂层；打印

随着艺术品数码复制技术的不断成熟，以及国内文化产品市场的不断发展，特别是“80后”成为消费主力军以后，对油画艺术装饰品的需求越来越大，使数码喷墨油画作为一种新兴油画走进了千家万户。数码喷墨油画布是织物涂层布的一种［1］，是在纺织品表面涂布功能涂层后形成的产品，一般由三层结构构成，分别为基布、打底层、吸墨层三层结构，亦称之为影像输出用油画布或写真油画布。我国从本世纪初开始有开发数码喷墨油画布类产品的报道，如刘皑若等［2］开发了一种新型丙烯酸油画布涂料，并详细研究了该丙烯酸油画布涂料的组成、特点以及涂布工艺；肖秋利［3］利用特种棉纱制备了油画布用棉质基布；林先核等［4］开发了一种交联型高黏度醋－丙共聚油画布胶；马跃英等［5］研究了油画布底层和固色剂对油画布喷墨打印色密度的影响，通过涂布合适的底层及在吸墨层中使用匹配的固色剂提高了油画布的色密度。相对于常规数码喷墨油画布的研究与开发，关于阻燃型油画布工艺技术开发的报道几乎没有，而油画布作为室内装饰产品，部分欧美发达国家已要求必须达到一定的阻燃标准才可应用于室内装饰、装潢，我国亦有同样趋势。因此，本文在前期研究的基础上［6～8］，设计开发了一种“三明治”阻燃结构类型的油画布，对比分析了阻燃结构类型，阻燃剂类型及用量对油画布阻燃性能的影响，并对其阻燃机理进行了初步探讨。

1实验部分

1．1仪器设备与原料

1．1．1仪器设备智能型实验室砂磨分散机，江阴市精诚化工机械有限公司；电子分析天平，上海卓精电子有限公司；自动多功能涂布器，常州市华东磨具有限公司；干燥箱，上海成顺仪器仪表有限公司；UL94水平垂直燃烧仪，温州方圆仪器有限公司。

1．1．2原料阻燃剂，济南泰星精细化工有限公司；吸墨涂料，南通华润新材料有限公司；VAE乳液，美国塞拉尼斯公司；六偏磷酸钠，重质碳酸钙（1250目），均为普通工业品，市售；涤纶基布（600D×600D），苏州盛泽。

1．2样品制备与表征分析

1．2．1打底层涂料制备用电子分析天平秤取180g水，6g六偏磷酸钠，400g重质碳酸钙（或阻燃剂）用砂磨分散机高速分散（4000～5000r／m）30～45min，加入300gVAE乳液继续高速搅拌10～20min，180目滤布过滤待用。

1．2．2浸涂阻燃剂溶液配置将低聚磷酸铵阻燃剂溶于水中，搅拌配制得到20％浓度的聚磷酸铵水溶液。

1．2．3阻燃油画布样品制备工艺浸涂工艺———将待处理织物浸入阻燃液中，取出使用轧车扎去多余阻燃液，控制轧余率为80％，经干燥箱约105℃烘干后，刮涂打底层涂料（干基约40g／m2），同样条件烘干，再刮涂吸墨涂料（干基约25g／m2），烘干后形成油画布产品。刮涂工艺———将阻燃剂作为填料或者添加剂添加到打底层涂料配方中，替代部分重质碳酸钙，制备成阻燃打底层涂料，使用刮刀刮涂在未经浸涂处理的基布上，干燥后，再刮涂吸墨涂料形成油画布产品。

1．2．4燃烧性能测试与判定用UL94水平垂直燃烧仪按照GB／T5455－1997《纺织品燃烧性能试验垂直法》规定进行测试。根据GBT17591－2006《阻燃织物》进行判定。

2结果和讨论

2．1单独浸涂基布阻燃工艺对油画布阻燃性能的影响选用了溶于水的低聚磷酸铵作为织物浸涂阻燃剂，对基布进行浸涂处理后，制备了阻燃型油画布样品，并对未进行阻燃处理的常规油画布、阻燃基布及阻燃型油画布进行了阻燃测试，具体见表1。常规油画布遇火迅速燃烧；基布经浸涂阻燃工艺处理后，其阻燃级别达到国家标准B1级别；经浸涂阻燃处理后的油画布，遇火同样迅速燃烧，结合燃烧过程，其燃烧火焰沿着涂层一侧向上燃烧，通过对比可以说明油画布的燃烧过程，不仅基布参与了燃烧，同时因油画的涂层含有大量的有机成分，也参与了油画布的燃烧，可见仅仅采用浸扎的方式处理基布，而涂料中未添加阻燃剂，达不到阻燃要求。

2．2“三明治”阻燃结构油画布的设计及不同阻燃剂对油画布阻燃性能的影响根据2．1中的试验结果，结合油画布三层结构———基布、打底层、吸墨层结构，设计了打底层为阻燃层的“三明治”结构阻燃油画布，即用阻燃剂作为填充料替换一部分打底层中的重质碳酸钙制备阻燃型打底料，进而涂布得到阻燃型油画布。表2为采用不同类别的阻燃剂替换掉打底层涂料中的80％的重质碳酸钙，并利用刮涂工艺涂布制备的阻燃型油画布测试结果。从表2中可以看出，不同类型阻燃剂阻燃效果各异，采用十溴二苯醚和高聚磷酸铵为阻燃剂制备的油画布，其阻燃级别达可达到B1级，其中又以高聚磷酸铵效果最好。

2．3阻燃剂添加量对“三明治”阻燃结构油画布阻燃性能的影响表3为高聚磷酸铵添加量对油画布阻燃性能的影响。从表3中可以看出，随着阻燃剂替代重质碳酸钙的量的增加，油画布逐渐具有阻燃效果，当替代量达到50％时，油画布的阻燃级别可以达到B2级，当替代量达到80％时，油画布的阻燃级别可以达到B1级。2．4高聚磷酸铵在“三明治”阻燃结构油画布中的阻燃机理初探高聚磷酸铵为含P、N化合物，其中含磷量约为30％～32％，含氮量约为14％～16％，在加热过程中可以释放出聚偏磷酸、氨气、氮气、水蒸气等无机酸和不燃型气体［9］，具有了膨胀型阻燃剂三要素中的两个———即酸源和气源；而油画布的面涂涂层和基布正好提供了膨胀型阻燃剂三要素中的另一个要素———碳源，涂层中含有大量的聚乙烯醇，基布为聚酯纤维布，可为阻燃体系提供生成多孔碳层的物质，因此该阻燃油画布的阻燃机理为膨胀型阻燃机理。“三明治”阻燃结构的油画布在遇火燃烧时，在约250℃的温度起，先由高聚磷酸铵释放聚偏磷酸和氨气等物质，聚酯纤维及涂层胶质成分发生熔融；随着温度的升高，聚偏磷酸与涂层中聚乙烯醇发生酯化反应，释放出水蒸气和氨气；释放的不燃性气体使熔融体系膨胀发泡，同时，聚酯纤维和酯化产物发生脱水成碳，形成无机物和碳残余物，体系进一步膨胀发泡，最后形成了多孔泡沫碳层，该碳层对油画布起到了隔热、隔氧、抑烟和防熔滴的作用，从而达到了油画布阻燃的目的。

3结论

利用在写真油画布打底层中添加阻燃剂的方式，设计并制备了“三明治”阻燃结构型油画布，对该油画布的阻燃性能行了表征分析，并对阻燃机理进行了初步探讨，研究结果表明：（1）因涂层为有机物，可参与燃烧，因此单独对基布进行阻燃处理无法使油画布具有良好的阻燃性能。设计的“三明治”结构阻燃油画布可以达到很好的阻燃效果。（2）以高聚磷酸铵为填料，替代一部分重质碳酸钙制备油画布打底层涂料，制备“三明治”结构油画布，其阻燃级别最高可以达到B1级。（3）以高聚磷酸铵为阻燃剂制备的“三明治”结构阻燃油画布，其阻燃机理为膨胀型阻燃机理，高聚磷酸铵提供酸源和气源，基布和涂层提供碳源，燃烧过程中在油画布表面形成了隔热、隔氧、抑烟和防熔滴的多孔泡沫碳层。

参考文献

［1］罗瑞林．织物涂层技术［M］．北京：中国纺织出版社，2007．

［2］刘皑若，王淑敏．LZM新型丙烯酸油画布涂料研究［J］．许昌师专学报：2000，19（5）：50－52．

［3］肖秋利．油画底布的研制［J］．陕西纺织，2001（3）：46－47．

［4］林先核，潘智远．交联型高黏度醋－丙共聚油画布胶的研制［J］．中国胶黏剂，2003，12（4）：42－45．

［5］马跃英，王桂云，邓玉美．底层和固色剂对油画布色密度的影响［J］．影像技术，2012（4）：6－7．

［6］王玉丰，黄红生，陆建辉．纳米级数码彩色喷墨打印纸专用涂料的研制［J］．造纸化学品，2005，17（4）：32－35．

［7］陆建辉，王玉丰，黄红生．纳米级环保型彩色数码打印纸专用涂料［P］．CN10065636．0，2007－11－28．

［8］王玉丰，黄红生，陆建辉．彩色喷墨打印纸性能研究［J］．中国造纸，2005，24（7）：74－75．

［9］何小芳，张崇，代鑫，等．聚磷酸铵膨胀型阻燃剂在聚合物中应用的研究进展［J］．塑料助剂，2011，86（2）：

作者：王玉丰 罗孝勇 陆建辉 邹竞 单位：江苏格美高科技发展有限公司院士工作站