茶皂素三位一體膨脹型阻燃塗料的有效燃燒熱(EHC)較對照試樣有明顯降低,整個燃燒過程中阻燃塗料的平均有效燃燒熱(m-EHC)僅為5.11kJ·kg-1,比未反應阻燃劑塗料(B1*)和醇酸清漆(B2*)分別降低了55.91%和62.62%,這表明阻燃塗料在燃燒過程中損失同樣質量的材料釋放的熱量降低了,有利於弱化熱量的聚集和膨脹炭層的氧化。茶皂素三位一體膨脹阻燃塗料的質量損失百分比(曲線下總麵積)顯著減小,燃燒後阻燃塗料飾板有較高的質量殘留,與燃燒過程中的有效燃燒熱有明顯的一致性,較低的有效燃燒熱有利於降低塗層的熱降解速率,提高殘留量。
5.3.3.3阻燃塗料熱性能分析
[1]為三位一體茶皂素膨脹阻燃塗料的TG-DSC曲線,[2]為未反應阻燃塗料的TG-DSC曲線。由TG曲線可知,三位一體茶皂素膨脹阻燃塗料的主要熱降解過程大致分為2個階段:第一階段的溫度範圍為194.5~273.9℃;第二階段的溫度範圍為273.9~534.7℃。在熱降解反應的第一階段,阻燃劑發生內部降解反應或與樹脂基體發生交聯反應,形成膨脹炭層。該階段三位一體茶皂素膨脹阻燃塗料的熱失重率僅為11.46%,且其初始降解溫度比未反應阻燃塗料提高了22.4℃。由DSC曲線可以看出,該階段兩種阻燃塗料均出現2個較強熱吸收峰,但三位一體茶皂素膨脹阻燃塗料的熱吸收峰值遠小於未反應阻燃塗料,這表明三位一體茶皂素膨脹阻燃塗料對外界的熱依賴性更小,能有效抑製熱解後期熱量的釋放。熱降解的第二階段為嚴重失重階段,該階段阻燃塗料膨脹炭層高溫氧化,迅速分解,三位一體茶皂素膨脹阻燃塗料的熱失重率高達43.46%,但與未反應阻燃塗料相比,降低了18.76%,且該階段三位一體茶皂素膨脹阻燃塗料的熱釋放量也明顯降低,在353.1℃處出現的熱釋放峰值為1.61mW/mg,低於未反應阻燃塗料的熱釋放峰值。在熱降解反應的後期,炭層降解反應緩慢發生,體係呈吸熱狀態,在588.5℃出現一個較強吸熱峰,這可能與降解生成的聚磷酸發生相變有關。此過程中,三位一體茶皂素阻燃塗料的殘炭率明顯較高,且對熱量的吸收更強,這對降低環境中的熱釋放以及抑製體係的降解作用有良好的促進效果。
5.3.3.4阻燃塗料膨脹炭層分析
阻燃塗料膨脹炭層掃描電鏡圖片三位一體茶皂素膨脹型阻燃塗料膨脹炭層不同倍數下的掃描電鏡照片。三位一體茶皂素膨脹型阻燃塗層在高溫作用下形成膨脹炭層,炭層結構致密完整,無裂縫破壞現象,且表麵結構分布均勻,形成微小膨脹氣泡。表明阻燃劑體係與阻燃塗料樹脂基體形成良好的熔融和交聯作用,阻燃劑分子在高溫條件下生成的磷酸成分催化多羥基結構脫水成炭形成致密的磷酸酯結構炭質層,該炭質層具有較高的熱穩定性,能有效阻止外界氧氣和熱的傳遞,降低膨脹炭層與基材之間的導熱係數,強化了阻燃塗料的阻燃效果。