水性膨胀型钢结构防火涂料耐火性能研究

水性膨胀型钢结构防火涂料耐火性能研究(1.北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室，碳纤维及功能高分子教育部重点实验室，北京100029;2.中国建筑科学研究院，北京100013)摘要：以水性乳液为基体，聚磷酸铵(APP)、三聚添加可膨胀石墨(EG)和绢云母制备了水性膨胀型钢结构防火涂料；研究了基体拼合、膨胀阻燃体系配比、EG与绢云母配比对钢结构防火涂料性能的影响。结果表明，氯偏乳液与纯丙AC261P乳液质量比为22:3,APP/MEL/PER的质量比为4:3:3,可膨胀石墨和绢云母的质量比为5:3时，制备的防火涂料受热后形成的炭质层与钢板粘附性好、强度高，膨胀倍率大，持续耐火性能最好，受热4500s后钢板背面温度维持在223℃。进入21世纪以后，随着我国经济迅速发展和人民生活水平的逐渐提高，人们对居住环境的要求也越来型建筑的主要承重构件是钢材，钢结构与传统的砖石结构和钢筋混凝土结构相比，具有材质均匀、强度高、便、便于维护、美观适用等一系列优点¹,因此在建筑行业中得到了广泛的应用。钢结构本身虽然不燃烧，但其耐火性能却比砖石结构和混凝土结构要差得多，科学实验表明，当钢结构的温度达到350℃时，其强度下降1/3;当温度达到600℃时，其强度下降2/3,而一般火灾现场的温度在800～1000℃,火灾发生10min后裸露的钢材温度就达到700℃以上[57],严重降低了钢结构的承重能力，因此对钢结构采取有效地保护措施，有效地延缓钢结构队员的营救争取时间，有效地减少经济损失和人员伤水基型防火涂料主要以高分子乳液为基体(8),由于水性防火涂料以水作为溶剂，有效地避免了制备以及施工过程中有毒溶剂的挥发，与溶剂型防火涂料相比具有低污染、施工方便、经济性好等一系列优点9.m,因此水性防火涂料得到了越来越广泛的研究与应用114。本文以水性乳液拼合为基体，采用APP-MEL-PER为防火阻燃组分，通过添加可膨胀石墨(EG)与绢云母为填料，制备了一种性能优异的水性膨胀型钢结构防火涂料。通过使用自制高温电炉装置，在钢板散热良好的情况下，对钢板的背部升温曲线进2.1主要原料聚磷酸铵(APP):聚合度n≥1000,潍坊杜得利化学工业有限公司；季戊四醇(PER):分析纯，天津市科津市光复精细化工研究所；可膨胀石墨(EG):北京创有限公司；纯丙2468乳液：北京东方明天化工有限公司；苯丙996乳液：青州贝特化工有限公司；苯丙澳汉有限公司。2.2制备方法涂料的制备，按配方(见表1)称取一定量的固体200r/min条件下搅拌10min,然后800r/min条件下搅拌1.5h,得到防火涂料。溶剂8根据钢结构防火涂料GB14907-2002的规定，将制备好的防火涂料均匀涂刷在打磨除锈后的钢板(150mm×70mm×0.4mm)上，将涂刷好的钢板放在50℃的鼓风干燥箱中干燥，表干后重复涂8～9次，直至厚度达到(2.5±0.2)mm;在室温下进行干燥，直至钢板质量不再变化。料的钢板放在高温电炉上，炉底电炉丝产生高温对涂料正面加热，钢板底面距电炉丝12cm,电炉四周用保温棉隔热密封，钢板背面插上数字温度计。加热完毕司生产的S-4700冷场发射型扫描电子显微镜研究膨在参考涂料的基准配比，保持其它组分组成和含量不变的基础上，分别采用氯偏乳液与纯丙AC261P乳液，纯丙2468乳液，苯丙996乳液，苯丙277NS乳液按质量比1:1拼合为基体来制备水性膨胀型钢结构防火涂料，图2为不同基体拼合时钢板背温曲线图。poundsofbinders由图2可以看出，当氯偏乳液分别与纯丙AC261P,纯丙2468,苯丙277NS和苯丙996乳液按质量比1:1混合时，在受热4500s时，钢板背温分别达到了259、266、276和295℃;可以明显地看出当采用氯偏乳液与纯丙AC261P乳液为基体时，钢板升温速液膨胀性好的作用；另一方面使纯丙乳液粘结性好的性能也得到了较好的发挥。因此本实验选用氯偏与纯丙AC261P乳液拼合作为基体，研究水性钢结构防火含量不变，调整氯偏乳液和纯丙AC261P乳液的比来制备水性膨胀型钢结构防火涂料并进行耐火测试，图3为氯偏乳液和纯丙AC261P乳液不同配比时钢板图3氯偏与纯丙AC261P乳液不同比例时钢板背温由图3可以看出，当氯偏与纯丙AC261P乳液的质量比为22:3,受热时间达到4500s时，钢板背温为性好，各自的性能都得到了较好的发挥。当氯偏乳液偏乳液与纯丙AC261P乳液为22:3的比例作为该涂制备的防火涂料进行耐火性能研究，图4为不同配比图4不同配比阻燃体系时钢板背温曲线图poundsofAPP/MEL/PER4:3:3时，在受热4500s时钢板背温稳定在229℃; 2696助私材料2012年第19期(43)卷当APP/MEL/PER比例为5:4:1时，炭质层在受热2800s左右与钢板由于部分脱离，钢板背面升温速率明显提高，当APP/MEL/PER的比例为4:4:2时，最后钢板背温稳定在272℃且形成的炭质层疏松，强的比例为6:2:2和5:3:2时，由于聚磷酸铵的含比为4:3:3时耐火性能最好。图5APP/MEL/PER不同配比时膨胀炭质层的SEM照片FigSEMmicrographsofcharlayersofdifferentratioofAP5所示。可以看出，当APP/MEL/PER的比例为5:4够紧密；当APP/MEL/PER的比例为4:4:2时孔洞多但彼此之间相互贯通；当APP/MEL/PER的比例为6:2:2与5:3:2时泡孔较少且分布不均匀；当APP/MEL/PER比例为4:3:3时，涂料燃烧后形成3.4可膨胀石墨与绢云母的比例对钢结构防火涂料与绢云母的比例对钢结构防火涂料性能的影响。图6由图6可以看出，当EG与绢云母质量比分别为6:2、5:3、4:4,受热4500s时，钢板背温分别达到229、223和240℃,所以当EG与绢云母的配比为5:3时制备的防火涂料耐火性能最好。这是由于EG含量EG与绢云母质量比为5:3时，两者协同效果最佳，提高，因此当EG与绢云母按5:3混合时，能有效地图6EG与绢云母不同配比时钢板背温曲线图(1)氯偏乳液与纯丙AC261P乳液按质量比22:3混合做基体，制备的防火涂料既具有较好的粘附 张凡等：水性膨胀(2)膨胀阻燃体系APP/MEL/PER的质量比为4:3:3时，3组分的协调配合性好，制备的涂料受热后形成的膨胀炭质层内部有较多分布均匀密闭的孔(3)可膨胀石墨与绢云母的质量比为5:3时，防火涂料燃烧后涂层膨胀倍率高，形成的炭质层均匀致密、强度较高，能有效地阻止热量的传递，受热4500s时钢板背温维持在223℃,起到了较好的防火作(4)氯偏乳液与纯丙AC261P乳液质量比为22:3,膨胀阻燃体系APP/MEL/PER的质量比为4:3:3,可膨胀石墨与绢云母的质量比为5:3时，制备的防火涂料受热后形成的炭质层与钢板粘附性好、强度高，膨胀倍率大，持续耐火性能最好，受热4500s后钢板背面温度维持在223℃。radationofanintumescentEVAbascentfireretardantcoatingwaterborneintumescentfireproofZHANGFanZHAODonglinZHANStateKeyLaboratoryofChemicalResourceEFunctionalPolymersMinistryofEducationBeijingUniversityofChemicAbstractAnintumescencomposedofammoniumpolyphosphateAPPmelamineMELandpentaerythritolPERThemoexpandablegraphiteEGandsericitewereusedtoimprovetheTheeffectsofthecomposeofthebindertheratiooftheflameretardantthefireretardantpropertyandcharformationoftheturefurnace