钢结构用膨胀型防火涂料组分的选择

    要形成高效防火隔热炭化层，钢结构膨胀型防火涂料中有机树脂的熔融温度、发泡剂的分解温度及泡沫炭化的温度必须配合恰当。当涂层受热时，首先是成膜物软化熔融，引起整个涂层软化、塑化，此时发泡剂达到分解温度，释放出非燃性气体，使涂层膨胀成泡沫层，同时成炭催化剂分解生成磷酸、聚磷酸，呈熔融的黏稠体作用于泡沫层，使涂层中的含羟基有机物发生脱水成炭反应。当泡沫达到最大体积时，泡沫凝固炭化，使生成的多孔海绵状炭化层定形，泡沫的发泡效率取决于组分之间反应速度的协调配合。　　　　1.钢结构膨胀型防火涂料组分的选择　　　　1.1成膜物的选择　　　　成膜物对膨胀型防火涂料的性能有重大影响，有时对涂料体系膨胀与否起决定性作用。它与其它组分配用，既保证了涂层在正常工作条件下具有普通涂料的各种性能，又能在火焰或高温下使涂层具有难燃性和优异的膨胀效果。　　　　（1）氨基树脂、氯化聚乙烯、过氯乙烯、高氯化聚乙烯、氯化橡胶涂膜附着力较好，发泡快但不均匀，发泡持续时间较短，泡沫层松软较致密，炭化较彻底，炭化物较多，炭化层厚度最高而炭化层硬度差，在强火焰和气流下容易被烧穿或吹落。这几种成膜物制成的防火涂料不适用钢结构耐火极限大于30min的场合，适用于饰面型防火涂料。　　　　（2）醇酸树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂涂膜附着力较好，发泡较慢也不均匀，发泡持续时间短，泡沫层不致密，炭化不彻底，炭化物较少，炭化层厚度最低但硬度好。这几种成膜物制成的防火涂料发泡倍数不够，防火隔热效果较差，也不适合做超薄型钢结构防火涂料的成膜物。　　　　（3）苯丙乳液、纯丙乳液、硅丙乳液与钢结构的附着力较差，与钢结构表面的防锈漆附着力较好，发泡较慢且不均匀，发泡持续时间短，泡沫层不致密，炭化不彻底，炭化物较少，炭化层厚度较低但硬度好。这几种成膜物制成的防火涂料发泡倍数不够，防火隔热效果不理想，也不适合做薄型钢结构防火涂料的成膜物。　　　　（4）丙烯酸树脂、有机硅树脂、氯化橡胶改性环氧树脂，尤其是氯化橡胶改性环氧树脂与钢结构的附着力好，且与钢结构表面的防锈漆附着力较好，发泡较慢而均匀，发泡持续时间长且能够持续发泡，泡沫层较致密，炭化不彻底，有较多底层物，炭化层厚度较高且硬度好。这几种成膜物制成的防火涂料发泡倍数高，防火隔热效果理想，适合做薄型钢结构防火涂料的成膜物。丙烯酸树脂适用于耐候性要求高的场合；有机硅树脂适用于耐高温的场合；氯化橡胶改性环氧树脂适用于耐腐蚀的场合，但不适用于室外场合。　　　　1.2成膜物实验　　　　选用丙烯酸树脂Sh1作主成膜物，以发泡效果好的氨基树脂Sh2和具有增塑作用的氯化石蜡70作次成膜物进行实验。采用德国Netzsch公司STA409C热分析仪进行热分析测试。热分析条件是：空气气氛，空气流量为60mL/min，升温速率为10℃/min。由丙烯酸树脂Sh1的热失重（TG）曲线和差热分析（DTA）曲线可知：其玻璃化转变温度为65.8℃，在134℃时热失重几乎为零；134~357.3℃热失重达38.67%；在314.2℃有一熔融吸收峰，这主要是由于树脂中的溶剂和小分子化合物在体系熔融时挥发所致；357.3~406.0℃热失重达33.18%；在394.5℃有一分解吸收峰，丙烯酸树脂被氧化分解成炭质层；406.0~750.8℃热失重达27.31%，炭质层逐渐氧化成CO2而逸出体系；750.8~1000℃热失重几乎为零，此时丙烯酸树脂已分解完毕。Sh2氨基树脂是由氨基化合物和甲醛缩聚而成的热固性树脂。其玻璃化转变温度为65.8℃，由其DTA曲线可知：127.8℃时Sh2树脂热失重几乎为零；127.8~306.6℃热失重达27.93%，主要是由于树脂中的溶剂和小分子化合物在体系熔融时挥发；306.6~401.8℃热失重达43.47%；在349.9℃有一分解吸收峰，氨基树脂逐渐分解释放出NH3，剩余物形成炭层骨架，氨基树脂在这一过程中起到发泡剂和成膜物的双重作用；401.8~699.1℃热失重达26.35%，炭层骨架逐渐氧化成为CO2；699.1~1000℃热失重几乎为零，此时氨基树脂已分解完毕。由氯化石蜡70的TG曲线和DTA曲线可知：269.4℃之前，热失重达5.20%；269.4~369.6℃热失重达63.75%；在314.2℃有一熔融吸收峰，这主要由于树脂中的溶剂和小分子化合物在体系熔融时挥发所致；369.6~599.3℃热失重达26.11%；在349.9℃有一分解吸收峰，氯化石蜡70氧化分解释放出HCl小分子，起到阻燃作用，剩余物生成炭层，炭层再逐渐氧化生成CO2；599.3~1000℃没有相关的化学反应发生。氨基树脂在常温下所形成的涂膜硬而脆，附着力差，易开裂，耐水性差，增大氨基树脂用量会严重影响涂层的理化性能，但可以提高涂层的膨胀倍数。然而由于氨基树脂形成的泡沫层疏松，泡沫层硬度较小，在汽油喷灯的强烈火焰冲击下，泡沫层逐渐脱落或被火焰烧穿，隔热性能下降，最终导致涂层的耐火时间较短，无法达到钢结构防火保护的要求。试验结果表明：随丙烯酸树脂用量的增加，涂层的耐水性、炭层的致密性及硬度均有较明显的改善，但其用量过大将严重影响涂层的防火性，主要因为过量的丙烯酸树脂会导致炭化层厚度不够，涂层在受火过程中出现向下塌陷脱落的现象，从而使隔热性能下降。丙烯酸树脂具有良好的耐候性，对于配制室外防火涂料或延长防火涂料的寿命都必不可少。氯化石蜡70主要为成膜物提供氯元素，在受热分解的过程中释放出氯化氢，达到阻燃的目的，但氯化石蜡70用量不宜过多，否则会造成涂层开裂和黄变。在适宜的成膜物配比条件下，可以得到最佳的涂层膨胀高度及耐火时间。一般丙烯酸树脂、氨基树脂、氯化石蜡70的质量比约4∶2∶1，成膜物在整个涂料体系中的用量约20%~40%。

 

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