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图2阻燃体系含量对防火涂料耐火性能的影响
 

从图2可见，随着防火涂料中阻燃体系含量的增加，涂层的耐火时间显著增大，当防火涂料中阻燃体系含量增加至40.8%时，其涂层的耐火时间达最大值，为52.8min，但进一步提高防火涂料中阻燃体系的含量，涂层的耐火时间又显著降低，该结果与文献[7]的报道基本吻合。作者认为，当阻燃体系含量适中时，涂层在燃烧时形成的膨胀炭化层既有较高的强度和致密性，又有较高的发泡高度，使得膨胀炭化层的隔热性能较好，不容易被火焰冲破，显示出较好的耐火性能；在阻燃体系含量过低时，在燃烧时涂层形成的膨胀炭层孔隙结构不均匀，炭化层强度较低，膨胀高度较小，导致涂层耐火时间较短；在阻燃体系含量过高时，乳液中的成膜物质含量相对较低，涂层与钢材的附着力变差，使得燃烧时形成的大块膨胀炭层夹带涂层脱落，同样导致涂层耐火时间较短。

2.3阻燃协效剂对防火涂料耐火性能的影响

对钢结构防火涂料而言，涂层的耐火时间与阻燃剂的阻燃效率和涂料的粘结能力密切相关，因此，期望阻燃协效剂既能显著提高阻燃剂的阻燃效率，又能提高涂料的粘结能力。为此，作者考察了两种阻燃协效剂对防火涂料耐火性能的影响，实验结果见图3。
 

图3阻燃协效剂对防火涂料耐火性能的影响
 

从图3可见，这两种阻燃协效剂对涂层耐火时间的影响趋势基本相同，即随着阻燃协效剂含量的增加，涂层的耐火时间延长，当阻燃协效剂的含量增加到某一数值时，涂层的耐火时间达最大值，继续增大阻燃协效剂的含量，涂层的耐火时间又呈下降趋势，而且在防火涂料中添加这两种阻燃协效剂后，其涂层的最大耐火时间都显著高于国标规定的大于60min的标准。但是这两种阻燃协效剂的协同增效能力也存在明显差异，阻燃协效剂1#在含量为5.1%时，其涂层即达到最大耐火时间，95.3min，而由阻燃协效剂2#制备的防火涂料的涂层的最大耐火时间只有89.0min，此时阻燃协效剂2#的含量却达7.3%，比阻燃协效剂1#的添加量高了近50%，说明阻燃协效剂1#具有更好的协同增效能力。

2.4防火涂料涂层燃烧时的形貌分析

图4是通过数码相机跟踪拍摄的涂层在燃烧初期、中期和后期时的形貌变化。
 

图4涂层在燃烧时的形貌变化
 

在燃烧初期(图4a)，涂层在高温灼烧下开始受热熔融，随着燃烧的继续，APP开始分解，释放出不燃性气体，同时生成的磷酸、聚磷酸或焦磷酸等物质催化PTH和丙烯酸酯聚合物脱水成炭；进入燃烧中期时(图4b)，PTH脱水生成的水蒸气和MEL分解产生的不燃性气体使已处于熔融状态的涂层膨胀发泡，形成黑色蜂窝状炭化层；进入燃烧的后期时(图4c)，黑色蜂窝状炭化层在持续的高温灼烧下，炭化层中的碳逐渐被空气中的O2消耗形成CO2逸出体系，同时有一部分附着力稍弱的炭化层在火焰的冲击下被气流带走，最后剩下白色陶瓷质的膨胀炭层。

2.5残余炭层的X射线衍射分析

图5是由膨胀型阻燃剂和阻燃协效剂1#制备的防火涂料的涂层在耐火时间测定结束后残余炭层的X射线衍射分析结果。
 

图5残余炭层的X射线衍射分析
 

根据文献[8-9]的研究结果和阻燃协效剂1#中含有的TiO2组分，作者认为，图5中2θ在25.26°、37.88°、47.59°三处的衍射峰应为TiO2的特征衍射峰，2θ在22.56°处的衍射峰应为TiP2O7的特征衍射峰，其他位置出现的衍射条纹应为无定型炭等有机物的非晶漫射。这些结果说明，阻燃协效剂在高温灼烧时参与了炭层的形成，并生成了的新物质，该物质对膨胀炭层有增强作用，其生成过程如式1所示。

2TiO2+(NH4)4P4O122TiP2O7+4NH3+2H2O式(1)

3结语

(1)以丙烯酸乳液为基体树脂，添加膨胀型阻燃剂和阻燃协效剂，制备了水性超薄膨胀型钢结构防火涂料。当膨胀型阻燃剂中多聚磷酸铵、三聚氰胺和季戊四醇按质量比5∶3∶2进行复配时，阻燃效果最佳。(2)在丙烯酸乳液中添加该阻燃剂35.7%，阻燃协效剂5.1%制得的防火涂料，当涂层厚度为1.0mm时，耐火时间高达95.3min，明显高于国标规定的大于60min的标准。(3)防火涂料中的阻燃协效剂在燃烧时参与炭层的生成，对炭层有增强作用。