4.3.1複合型茶皂素膨脹阻燃劑組分對阻燃性能的影響
4.3.1.1茶皂素對阻燃塗料性能的影響
固定阻燃塗料阻燃劑體係中聚磷酸銨（APP）與季戊四醇（PER）的質量比，改變茶皂素（TS）的添加量，保持阻燃劑添加量為阻燃塗料固含量的40%（質量分數）。其中選用三聚氰胺阻燃塗料作為對照試驗。阻燃劑體係中茶皂素添加量對阻燃塗料殘炭膨脹性能的影響。
當醇酸清漆中加入膨脹型阻燃劑後，殘炭率和膨脹倍率都有大幅增加。以茶皂素作為膨脹阻燃劑的氣源，可明顯提高阻燃塗料的殘炭率和膨脹效果。當茶皂素膨脹阻燃塗料中阻燃劑各組分的比例為12∶7∶1和12∶7∶3時，阻燃塗料的殘炭率分別為47.74%和51.12%，遠高於三聚氰胺阻燃塗料的35.91%，且膨脹效果分別為12mL·mL-1和10mL·mL-1，也明顯優越於三聚氰胺。含複合型茶皂素膨脹型阻燃劑的阻燃塗料燃燒後的炭層結構也較醇酸清漆、三聚氰胺阻燃塗料炭層致密結實，能有效阻止炭層的破壞，隔絕氧氣，達到阻燃抑燃的作用。但進一步增大茶皂素的比例，阻燃塗料的殘炭率和膨脹倍率明顯下降，且炭層結構也較為疏鬆，這是因為茶皂素一方麵有利於促進阻燃塗料膨脹炭層的形成；另一方麵在加熱過程中釋放的H2O、CO2等不燃性氣體對膨脹炭層具有保護作用。當茶皂素含量過高時，膨脹阻燃塗料在加熱分解過程中釋放出大量氣體，使得膨脹氣泡破裂，導致膨脹炭層質量降低，炭質層結構也疏鬆多孔，有利於炭層的持續燃燒，從而影響阻燃塗料的隔熱阻燃效果。初步確定，複合型茶皂素膨脹型阻燃劑中茶皂素與其他組分的質量比例為12∶7∶（1～3），膨脹阻燃塗料具有較高的殘炭率和良好的膨脹阻燃效果。
4.3.1.2複合型茶皂素膨脹阻燃劑各組分對阻燃性能影響
在確定了複合型茶皂素膨脹阻燃劑中茶皂素適當比例的基礎上，固定醇酸樹脂清漆和其他助劑的用量，采用正交試驗設計對阻燃劑組分聚磷酸銨、季戊四醇、茶皂素對阻燃性能的影響進行分析，並對各組分的比例進行優化。
複合型茶皂素膨脹阻燃劑各組分正交分析結果。當膨脹型阻燃塗料中聚磷酸銨、季戊四醇、茶皂素比例為15∶4∶1時，阻燃塗料的400℃殘炭率最好，為58.65%；當聚磷酸銨、季戊四醇、茶皂素比例為12∶7∶1時，膨脹型阻燃塗料的耐火性能最好，耐火時間可達11.7min；當聚磷酸銨、季戊四醇、茶皂素比例為15∶7∶3時，膨脹型阻燃塗料也表現出良好的殘炭率和耐火時間，分別為52.81%和9.2min。季戊四醇對阻燃劑的性能影響最大，當季戊四醇的添加量增大時，阻燃塗料的殘炭率不斷減小，耐火時間先增大後減小。聚磷酸銨對阻燃塗料的殘炭率影響次之，對耐火時間的影響相對較小，當聚磷酸銨的添加量增大時，阻燃塗料的殘炭率增大，耐火時間也增大。而茶皂素對阻燃塗料耐火時間的影響次之，對殘炭率影響較小，當茶皂素的添加量增大時，其耐火時間先減小後增大，殘炭率也先減小後增大。因此，複合型茶皂素膨脹阻燃製備過程中，隻有使聚磷酸銨（酸源）、季戊四醇（炭源）、茶皂素（氣源）的比例恰當，阻燃劑體係才能使阻燃塗料達到良好的阻燃效果，具有較好的殘炭率和耐火性能。實驗表明，複合型茶皂素膨脹阻燃劑中聚磷酸銨、季戊四醇、茶皂素最佳質量比例為：m(APP)∶m(PER)∶m(TS)=15∶（4～7）∶（1～3）。
4.3.2複合型茶皂素膨脹阻燃劑在塗料中的應用性能分析
4.3.2.1複合型茶皂素膨脹阻燃劑添加量對塗料性能的影響
為複合型茶皂素阻燃劑不同添加量對阻燃塗料燃燒性能的影響，其中該複合型膨脹阻燃劑（CTS-IFR）的配方為m(APP)∶m(PER)∶m(TS)=15∶7∶3。未添加阻燃劑的醇酸樹脂塗料比較易燃，阻燃性能最差，氧指數僅為24.2，且耐火時間隻有0.5min。複合型茶皂素膨脹阻燃劑的添加能明顯提高塗料的阻燃耐火性能，當塗料體係加入少量阻燃劑，氧指數和耐火時間都有顯著改善，且隨著阻燃劑添加量的增加，阻燃塗料的氧指數及耐火時間都呈上升趨勢。當阻燃劑含量為阻燃塗料固含量的50%時，其氧指數比未添加阻燃劑的塗料提高了42.15%，耐火時間也延長了9.6min。當阻燃劑固含量為60%時，氧指數進一步提高，表現出了良好的阻燃性能和耐火性能。當阻燃劑為固含量的70%時，阻燃塗料的氧指數明顯增大，但耐火時間增加得不明顯，且塗料的理化性能和塗飾性能受到明顯影響。因此，阻燃塗料中的複合型茶皂素膨脹阻燃劑添加量為阻燃塗料固含量的50%～60%最適宜。