مشکلات مداوم ایجاد تاول، پوسته شدن، "بارش نمک" سطحی و کاهش شدید مقاومت در برابر آتش سوزی پوشش های آتش زا در محیط های مرطوب یا بیرون از مدت هاست که هم پیمانکاران و هم صاحبان املاک را آزار می دهد. علت اصلی اغلب به طور مستقیم به جزء اصلی سیستم - پلی فسفات آمونیوم - اشاره می کند(برنامه). به دلیل آب دوستی ذاتی و تمایل به هیدرولیز، APP سنتی به "حلقه ضعیف" در مقاومت پوشش ها در برابر آب تبدیل شده است. این مقاله به مکانیسم‌های سطح مولکولی می‌پردازد که توسط آن APP منجر به مقاومت ضعیف در برابر آب می‌شود و به طور سیستماتیک توضیح می‌دهد که چگونه انتخاب علمی APP با پلیمریزاسیون بالا و APP میکرو کپسوله‌شده می‌تواند اساساً سد مقاومت در برابر آب پوشش‌های متورم را بازسازی کند.
پلی فسفات آمونیوم (NH4PO3)ₙ یک منبع اسید و گاز ضروری در پوشش های نسوز متورم است. مکانیسم شکست آن یک واکنش زنجیره ای فیزیکی و شیمیایی است:
· فرآیند هیدرولیز: در یک محیط مرطوب، مولکول های آب به پیوندهای P-O-P در زنجیره مولکولی APP حمله می کنند و واکنش هیدرولیز تحت شرایط اسیدی یا قلیایی کاتالیز و تسریع می شود. فرآیند را می توان به صورت زیر ساده کرد:
(NH4PO3)ₙ + H2O → (NH4PO3)ₙ₋1 + NH4H2PO4
برنامهبا زنجیره بلند به تدریج به آمونیوم پلی فسفات با زنجیره کوتاه و محصول نهایی، فسفات آمونیوم تجزیه می شود.
· پیامدهای فاجعه بار:
از دست دادن قابلیت کاتالیزوری کربونیزاسیون: توانایی APP برای کاتالیز کردن آبگیری پلی ال ها به کربن در دماهای بالا، با درجه پلیمریزاسیون آن (n-value) نسبت مستقیم دارد. APP با پلیمریزاسیون پایین، پایداری حرارتی ضعیف و راندمان کاتالیزوری پایین را نشان می‌دهد و در نتیجه یک لایه کربن منبسط شده شل و ضعیف ایجاد می‌کند که مانع عایق حرارتی مؤثری نمی‌شود.
· تخلیه زودهنگام منبع گاز: در طول فرآیند هیدرولیز، یون های آمونیوم (NH4+) به عنوان گاز آمونیاک خارج می شوند و در نتیجه حجم گاز کافی برای انبساط کف در هنگام آتش سوزی کافی نیست و منجر به کاهش نسبت انبساط می شود.
آب دوستی و دلپذیری: نمک های قطبی فراوان آمونیوم و گروه های فسفات دربرنامهمولکول ها آب دوستی قوی ایجاد می کنند و آنها را قادر می سازد به راحتی رطوبت محیط را جذب کنند. با جذب رطوبت، حجم مواد افزایش می یابد و استحکام چسبندگی پوشش را به خطر می اندازد.
شستشوی یونی و رسوب نمک: نمک های فسفات آمونیوم محلول در آب تولید شده توسط هیدرولیز به سطح پوشش مهاجرت می کنند و در طی تبخیر آب به صورت "شکوفایی" پودری سفید متبلور می شوند. این نه تنها به زیبایی شناسی آسیب می رساند، بلکه منافذی را در پوشش ایجاد می کند و مسیرهایی را برای نفوذ رطوبت و عوامل خورنده ایجاد می کند که منجر به از بین رفتن دائمی اجزای موثر ضد شعله می شود.
القای خوردگی الکتروشیمیایی: یون های شسته شده یک الکترولیت بر روی سطح فولاد تشکیل می دهند که مستقیماً خوردگی فلز پایه را تسریع می کنند. افزایش حجم محصولات خوردگی می تواند پوشش را بیشتر کند و منجر به لایه برداری اولیه شود.
افزایش پایداری شیمیایی ذاتی APP یک استراتژی اساسی است. درجه پلیمریزاسیون (n) به عنوان معیار اصلی برای ارزیابی عملکرد آن عمل می کند.
· درجه بندی و اهمیت درجه تجمیع:
· APP پلیمریزاسیون با درجه پایین: n < 100. بسیار محلول در آب، پایداری حرارتی ضعیف، عمدتاً در کشاورزی و جنگلداری و غیره استفاده می شود.
· APP درجه تجمع متوسط: n ≈ 500-1000. به طور سنتی برای پوشش های نسوز انتخاب می شود، اما هنوز مقاومت کافی در برابر آب ندارد.
· APP با پلیمریزاسیون بالا (نوع II APP): n> 1000، معمولاً به 1500-2000 یا حتی بالاتر می رسد. ساختار مولکولی با زنجیره بلند آن تغییرات کیفی ایجاد می کند:
1. بهبود قابل توجه در پایداری هیدرولیتیک: فراوانی پیوندهای P-O-P حداقل تأثیر را بر وزن مولکولی کلی حتی با بریدگی جزئی زنجیره تضمین می کند. بلورینگی بالاتر و بسته بندی زنجیره مولکولی متراکم تر آن به طور موثر حملات مولکول آب را مسدود می کند.
2. پایداری حرارتی عالی: دمای تجزیه بالاتر است (> 270 درجه سانتیگراد)، بهتر با پنجره دمای تجزیه عامل تشکیل زغال اخته مطابقت دارد، تشکیل زغال کاتالیزوری پیوسته و پایدار را ممکن می سازد و در نتیجه یک لایه کربن منبسط شده متراکم تر و قوی تر ایجاد می کند.
3. کاهش قابل توجه رطوبت سنجی: نسبت گروه های پایانه آبدوست (NH4+) در واحد جرم کمتر است، در نتیجه هم نرخ رطوبت اولیه و هم جذب رطوبت تعادلی بسیار کمتر از محصولات با پلیمریزاسیون پایین است.
· چگونه برنامه های با تجمع بالا را انتخاب کنیم؟ تجزیه و تحلیل معیارهای کلیدی:
1. درجه پلیمریزاسیون (n) و ویسکوزیته: به طور مستقیم از تامین کنندگان خواسته می شود که داده های ویسکوزیته را برای محلول های آبی 1٪ (معمولاً > 30 mPa·s) ارائه دهند. ویسکوزیته معتبرترین شاخص صنعتی برای انعکاس غیرمستقیم درجه پلیمریزاسیون است که ویسکوزیته بالا نشان دهنده وزن مولکولی بالا است.
2. مورفولوژی کریستالی: کریستال‌های نوع II (ساختار با زنجیره بلند) را ترجیح می‌دهند که در مقایسه با نوع I (ساختار شاخه‌دار) پایداری حرارتی و مقاومت بیشتری در برابر آب نشان می‌دهند.
3. محتوای فسفر (P) و نیتروژن (N): APP پلیمریزاسیون بالا معمولاً به محتوای P2O5> 68٪ و محتوای N> 14٪ نیاز دارد که به عنوان پایه شیمیایی برای کاتالیز و کف کردن کارآمد عمل می کند.
4. حلالیت در آب: حلالیت در دمای اتاق در آب باید کمتر از 1.5 گرم در 100 میلی لیتر باشد. این به طور مستقیم نشان دهنده مقاومت آن در برابر آب است.
برنامهبا تجمع بالا «استحکام داخلی» را افزایش می‌دهد، اما هنگام مواجهه با محیط‌های خشن و مرطوب طولانی‌مدت، همچنان به انزوای فیزیکی قوی‌تری نیاز است. فناوری ریزپوشانی با تجهیز ذرات APP به "زره آبگریز" به یک پیشرفت انقلابی دست می یابد.
· مکانیزم فنی اصلی:
با استفاده از رزین ملامین فرمالدئید (MF)، رزین اپوکسی، پلی اورتان یا رزین سیلیکون به عنوان مواد پوسته، یک فیلم پلیمری آبگریز پیوسته، متراکم و شیمیایی بر روی سطح ذرات APP از طریق پلیمریزاسیون درجا تشکیل می‌شود.
· ابعاد اصلی برای انتخاب APP ریزپوشانی:
مواد و ساختار پوسته:
· لایه پوسته رزین MF: اصلی ترین گزینه، دارای سختی بالا، مقاومت در برابر حرارت عالی، و خواص مانع قوی است. هنگام انتخاب، روی فرآیند سنتز پیش پلیمر و چگالی اتصال عرضی تمرکز کنید، زیرا چگالی اتصال عرضی بالاتر نشان دهنده نفوذپذیری پوسته کمتر است.
· پوسته اصلاح شده سیلیکون/اپوکسی: انعطاف پذیری عالی، آب گریزی و مقاومت در برابر آب و هوا، مناسب برای کاربردهایی که به انعطاف پذیری پوشش بالا یا شرایط آب و هوایی شدید نیاز دارند.
2. نرخ پوشش و یکپارچگی:
· میزان پوشش مورد نیاز باید از 95% تجاوز کند. سطح باید از طریق میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مشاهده شود تا اطمینان حاصل شود که صاف، پیوسته و عاری از هسته های APP در معرض دید است.
· تجزیه و تحلیل ترموگراویمتری (TGA) می تواند در تعیین اینکه قبل از دمای تجزیه APP نباید کاهش وزن قابل توجهی (پایداری پوسته) محصولات میکرو کپسوله شده وجود داشته باشد، کمک کند، در حالی که APP سنتی به دلیل جذب رطوبت وزن کم می کند.
3. شاخص های کلیدی مقاومت در برابر آب:
· میزان جذب آب 24 ساعته: باید کمتر از 1.5 درصد باشد.
· مقاومت در برابر آب جوش: پس از جوشاندن در آب جوش به مدت 1-2 ساعت، مشاهده کنید که آیا ذرات متلاشی می شوند یا خیر، و مقدار فسفر فیلتر را اندازه گیری کنید تا توانایی ضد استخراج آن را کمی کنید.
· نرخ ماندگاری عملکرد پس از پیری گرمای مرطوب طولانی مدت: نمونه را در محیطی با دمای 85 درجه سانتیگراد/85 درصد RH به مدت صدها ساعت قرار دهید تا میزان نگهداری محتوای فسفر و منحنی آنالیز حرارتی آن را برای تفاوت با نمونه های تازه آزمایش کنید.
4. هم افزایی با پوشش ها:
· مواد پوسته باید سازگاری خوبی با مواد پایه رزین پوشش (مانند اسید اکریلیک، اپوکسی) داشته باشد تا از پراکندگی یکنواخت در پوشش اطمینان حاصل شود و از نقص رابط جلوگیری شود.
برای غلبه بر چالش مقاومت در برابر آب در پوشش های مقاوم در برابر آتش، مهندسی مجدد علمی APP (آمونیوم پلی فسفات) در منبع آن ضروری است. APP با درجه پلیمریزاسیون بالا با افزایش پایداری شیمیایی خود زنجیره‌های مولکولی، دفاعی اساسی در برابر هیدرولیز ایجاد می‌کند، در حالی که میکرو کپسوله شده است.برنامهبا ایجاد یک مانع فیزیکی، محافظت نهایی در برابر فرسایش آب مایع را فراهم می کند.
