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摘要:钢结构是建筑领域大量使用的建筑材料之一,对其进行防火涂装保护的研究日益受到人们的重视[1-3]。钢结构防火涂料就是涂覆于建筑物或构筑物钢结构表面的一种防护性涂料,具有一定的装饰作用,遇火灾时能迅速形成耐火隔热保护层,提高钢结构的耐火极限,满足建筑设计防火规范的要求。超薄膨胀型钢结构防火涂料则是近年来发展较快的新型防火涂料。     关键字:防火涂料，耐湿，PP     由于采用钢结构的建筑大都处于室外,环境对其影响非常大,这就要求所用的涂料在具有良好防火功能的同时,要能够经受环境变化的影响[4-5]。超薄膨胀型钢结构防火涂料的防火体系通常采用聚磷酸铵(APP)、三聚氰胺(MEL)和季戊四醇(PE)复合体系,当涂层长期在湿热环境中使用时,普遍出现涂层表面有白色晶体析出的现象(简称“盐析”现象)。这将使涂料的理化性能和防火性能下降,涂层的装饰效果也会变差。所以,改善超薄膨胀型钢结构防火涂料耐湿热性的工作具有重要的实际意义。本文主要研究克服涂料的“盐析”问题,获得一种质量稳定,性能优异的室外钢结构超薄膨胀型防火涂料。     1实验部分     1.1原材料     聚磷酸铵(APP),工业级,聚合度为20和60两种,山东世安化工有限公司;聚磷酸三聚氰胺(FR-MP),工业级,山东世安化工有限公司;季戊四醇(PE)、三聚氰胺(MEL),化学纯,上海化学试剂公司;改性高氯化聚乙烯(HHCPE),工业级,浙江奉化裕隆化工新材料公司;丙烯酸酯树脂,工业级,上海新大化工厂;二甲苯,分析纯,上海陵峰化学试剂公司;乙酸丁酯,工业级,上海诚融化工有限公司;氧化锌,工业级,上海京华化工厂;磷酸锌,工业级,上海化学试剂公司。     1.2配方的确定     已有的研究结果表明[6]:采用APP、MEL和PE作为超薄膨胀型钢结构防火涂料的防火助剂,防火性能和其他综合性能较好。本文采用溶解性及与其他树脂相容性较好的氯含量大于65%的改性高氯化聚乙烯(HHCPE)和成膜性、附着力良好的丙烯酸酯树脂作为基料[7],初步确定防火涂料中各主要组分的用量范围,如表1所示。      表1涂料中各主要组分的用量范围  1.3防火涂料制备方法     先将HHCPE和丙烯酸酯树脂充分溶解于二甲苯和乙酸丁酯(V/V=50/50)混合溶剂中,然后加入其他组分,高速搅拌30min,经过砂磨机研磨2～3次至细度小于80μm即可。     采用聚磷酸三聚氰胺代替APP和MEL时,聚磷酸三聚氰胺用量为30%～40%。     1.4试验方法     1.4.1试样的制备     将150mm×70mm×3mm的马口铁片除油、洗净、晾干。涂1层防锈底漆,干燥后将制备的防火涂料涂覆于上面,厚度为2mm,室温养护10d。用松香、石蜡(m/m=50/50)熔融混合物封边。     1.4.2耐曝热性     将所制试样垂直放置在(50±2)℃的恒温烘箱中,一定时间后取出,垂直放置在不受阳光直接照射的环境中,自然干燥,观察其表面是否均匀致密,有无龟裂纹和起泡现象。     1.4.3耐湿热性     将试样垂直放置在相对湿度为(90±5)%、温度为(45±5)℃的恒温恒湿箱中,一定时间后取出,垂直放置在不受阳光直接照射的环境中,自然干燥,观察其表面是否均匀,有无龟裂纹和起泡现象。     1.4.4耐酸性和耐碱性     将试样的2/3分别垂直浸入5%盐酸和5%氢氧化钠溶液中,一定时间后取出,垂直放置于空气中让其自然干燥,观察其表面是否均匀致密,有无龟裂纹和起泡现象。     1.4.5耐盐雾腐蚀性     按GB15930—1995检验。完成规定的周期后,取出试样垂直放置在不受阳光直接照射的环境中自然干燥,观察其表面是否均匀致密,有无龟裂纹和起泡现象。     1.4.6耐火性     用测厚仪测量涂料实干后的涂层厚度(2.00mm±0.20mm),将其固定在铁架台上,用煤气灯对试样进行灼烧,同时开始计时,并观察其发泡情况。当炭化层开始脱落时停止灼烧,所需时间即为耐火时间。取下试板,观察记录膨胀涂层的结构并测量发泡层最大厚度,即为炭化层厚度,实验装置如图1。 图1防火性能测试装置  2结果与讨论     2.1盐析现象分析和盐析物的确定     为了确定超薄膨胀型钢结构防火涂料在湿热环境中的盐析物的组成,采用红外光谱对盐析物进行了分析。图2是盐析物的红外图谱。 图2盐析物的红外图谱     对上述谱图进行分析可以看出,在1500cm-1和3340cm-1位置上出现的峰是由—NH2引起的,1660cm-1附近出现的是—NH2的变形振动峰,800～650cm-1出现多个峰,1350～1200cm-1之间出现的强宽峰,都是由PO3-引起的,1010cm-1出现的峰则是HPO32-引起的,而图中并没有—CN峰的存在。这些结果表明,盐析物主要是聚磷酸铵。另外,1560cm-1附近出现的峰是由—CO引起的,1260cm-1位置上的峰可归结于—C—O的伸缩振动,1080cm-1附近的峰则可归结于—C—O—C的伸缩振动,这些可能与涂料中残存的溶剂醋酸丁酯有关。     由此可见,超薄膨胀型钢结构防火涂料的盐析现象主要是由聚磷酸铵(APP)的析出引起的。聚磷酸铵是一种亲水性较强的无机聚合物,聚合度≤20时可部分或全部溶于水,而聚合度≥20时不溶于水[7]。国内通常采用聚合度≤20的聚磷酸铵作为防火助剂,因此出现盐析现象。针对这一情况,我们采取了2种解决办法,取得良好的效果:①采用高聚合度(PD=60)的聚磷酸铵;②采用不溶于水的聚磷酸三聚氰胺盐来代替三聚氰胺和聚磷酸铵。     2.2聚磷酸铵聚合度对涂层耐湿热性的影响     聚磷酸铵在防火涂料中是一种发泡催化剂,其性能对发泡层的厚度和结构具有十分重要的影响。用聚合度为60的聚磷酸铵作为防火助剂制备防火涂料,并与用聚合度为20的聚磷酸铵制备的涂料进行对比试验,其耐湿热性如表2所示。     由表2可以看出,采用聚合度为20的APP作为防火助剂时,涂料在经过120h耐湿热性测试后,表面即出现白色晶体,且试样表面起泡,有大量龟裂纹出现,而采用聚合度为60的APP作为防火助剂时,涂料试样在经过504h测试后,表面未出现盐析现象。这表明,采用高聚合度的APP代替低聚合度的APP能够改善防火涂料的耐湿热性能。 表2不同聚合度聚磷酸铵对防火涂料耐湿热性的影响  2.3聚磷酸三聚氰胺对涂层耐湿热性的影响     在防火涂料中作为成炭催化剂的聚磷酸铵和作     为发泡剂的三聚氰胺结合在一起的聚磷酸三聚氰胺(又称三聚氰胺磷酸盐,FR-MP)是近年来开发的一种新型防火助剂,其使涂层的水溶性大大降低,膨胀效率大大提高。用聚磷酸三聚氰胺代替聚磷酸铵制备防火涂料,并对涂层的耐湿热性进行对比试验,结果如表3所示。 表3不同防火助剂对防火涂料耐湿热性的影响     2.4防火涂料耐湿热性能测试前后的SEM图     采用不同防火助剂时,涂层在耐湿热试验前后的扫描电镜照片如图3所示。      图3 涂层在耐湿热试验前后的扫描电镜照片     (a)—低聚合度APP,耐湿热性试验前;(b)—低聚合度APP,耐湿热性试验后;(c)—高聚合度APP,耐湿热性试验前;(d)—高聚合度APP,耐湿热性试验后;(e)—聚磷酸三聚氰胺,耐湿热性试验前;(f)—聚磷酸三聚氰胺,耐湿热性试验后图3采用不同防火助剂的防火涂料涂层在耐湿热性能前后的SEM图  由图3可见,采用低聚合度的APP制备的防火涂料在经过耐湿热性测试后,涂层变得十分疏松,表面有大量白色晶体析出,涂层呈现凹凸不平状,从而影响其耐火时间和发泡倍数;而采用高聚合度APP和聚磷酸三聚氰胺制备的防火涂料在耐湿热性测试前后,表面形态基本保持不变。     2.5不同的防火助剂对防火涂料理化性能的影响     表4所示的是采用不同防火助剂时,涂料的理化性能和耐火极限数据。表5为采用不同防火助剂制备的防火涂料经耐湿热性试验后,防火性能的试验结果。     由表4可以看出,采用不同聚合度APP以及聚磷酸三聚氰胺制备的防火涂料,其各项理化性能无明显变化,均能满足国家标准规定的指标,防火性能也均达到国标的要求。      表4不同防火助剂对防火涂料的理化性能的影响 表5经耐湿热性试验后涂层的防火性能     由表5可以看出,用低聚合度APP制备的防火涂料在经耐湿热性能试验后,其发泡倍数与耐火极限大幅度降低,发泡层的强度很差,表面出现龟裂纹,这表明涂料在经过耐湿热性测试后,其内部的APP组分由于盐析现象而损失,从而影响了其耐火性能。而采用高聚合度APP和聚磷酸三聚氰胺制备的防火涂料,在经过耐湿热性试验后,涂层的发泡性能和耐火极限基本上保持不变,发泡层均匀、致密、强度好。     由此可见,采用高聚合度APP或聚磷酸三聚氰胺代替低聚合度APP,不仅能很好地改善涂料的盐析现象,而且能较好地保持涂层的耐火性能。  3结论     (1)用聚合度为20的APP作为防火助剂制备的防火涂料,在经过120h左右的耐湿热试验后,表面出现白色析出物,通过红外光谱分析,确认该析出物是APP。     (2)用高聚合度的APP(聚合度为60)代替低聚合度的APP,能明显改善涂料耐湿热性能,经过504h的耐湿热性能试验后,试样表面未出现白色析出物,防火性能和其它理化性能与采用低聚合度的APP时基本相同。     (3)采用聚磷酸三聚氰胺制备的防火涂料,耐湿热性能大为改善,经过504h的耐湿热性能测试后,试样表面没有出现白色析出物,理化性能与采用低聚合度的APP时基本相同,耐火性能还略有提高。     (4)在经过耐湿热性能试验后,采用低聚合度APP制备的防火涂料,发泡倍数和耐火极限均大幅度降低,而采用高聚合度APP或聚磷酸三聚氰胺制备的防火涂料的发泡倍数和耐火极限与试验前基本相同。这表明采用高聚合度APP和聚磷酸三聚氰胺代替聚合度为20的APP能够有效改善涂料的耐湿热性能,提高涂料的防火性能。这对于室外钢结构超薄膨胀型防火涂料的制备和使用有着重要的指导意义。 资料来源: hc360慧聪网中国艺术涂料网“转载文章，请注明：文章来源中国艺术涂料网”