0引言
鋼(gang)結(jie)構是(shi)建筑領(ling)域(yu)廣(guang)泛(fan)使(shi)用的(de)(de)(de)(de)建筑材料(liao)(liao)，對其進行防(fang)(fang)火耐(nai)熱(re)保護的(de)(de)(de)(de)研(yan)究正日益受(shou)到人們(men)的(de)(de)(de)(de)重視(shi)[1-3]。鋼(gang)結(jie)構防(fang)(fang)火涂(tu)(tu)(tu)料(liao)(liao)是(shi)施涂(tu)(tu)(tu)于鋼(gang)構件表面、遇火焰能形成耐(nai)火隔熱(re)保護層、并具(ju)有一定裝飾作用的(de)(de)(de)(de)防(fang)(fang)護性涂(tu)(tu)(tu)料(liao)(liao)，按防(fang)(fang)火機理分(fen)為(wei)膨(peng)脹(zhang)型(xing)和(he)非(fei)(fei)膨(peng)脹(zhang)型(xing)兩(liang)類，按涂(tu)(tu)(tu)層厚度(du)分(fen)為(wei)厚型(xing)、薄型(xing)、超(chao)薄型(xing)，其中(zhong)涂(tu)(tu)(tu)層厚度(du)不(bu)超(chao)過3mm的(de)(de)(de)(de)超(chao)薄型(xing)鋼(gang)結(jie)構防(fang)(fang)火涂(tu)(tu)(tu)料(liao)(liao)近(jin)年來發(fa)展迅速，市場份額占(zhan)近(jin)90%。但是(shi)，這類阻(zu)燃涂(tu)(tu)(tu)料(liao)(liao)通常(chang)為(wei)溶(rong)劑(ji)(ji)(ji)型(xing)，采用鹵(lu)系(xi)(xi)(xi)阻(zu)燃劑(ji)(ji)(ji)制備，在生產和(he)施工(gong)時，溶(rong)劑(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)揮發(fa)不(bu)僅造成不(bu)可再生石油資源的(de)(de)(de)(de)浪費，而且污(wu)染環境(jing)(jing)；在火災發(fa)生時釋(shi)放的(de)(de)(de)(de)有毒氣(qi)體嚴重威脅人們(men)的(de)(de)(de)(de)生命、財產和(he)賴以居住的(de)(de)(de)(de)環境(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)安(an)全。因此(ci)，環境(jing)(jing)友好阻(zu)燃涂(tu)(tu)(tu)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)研(yan)究具(ju)有重大(da)的(de)(de)(de)(de)現(xian)實意義[4]。為(wei)此(ci)，本文以丙烯(xi)酸乳(ru)液為(wei)基體樹脂，以綠色(se)環保的(de)(de)(de)(de)磷、氮非(fei)(fei)鹵(lu)阻(zu)燃劑(ji)(ji)(ji)和(he)阻(zu)燃協效(xiao)劑(ji)(ji)(ji)為(wei)阻(zu)燃體系(xi)(xi)(xi)，制備水性超(chao)薄膨(peng)脹(zhang)型(xing)鋼(gang)結(jie)構防(fang)(fang)火涂(tu)(tu)(tu)料(liao)(liao)，系(xi)(xi)(xi)統考察了__
1實驗部分
1.1主要原料
丙烯酸乳液：工業品，固含量42%，中山市孫大化工有限公司提供；多聚磷酸銨(APP)：工業品；三聚氰胺(MEL)：工業品；季戊四醇(PTH)：工業品；其他相關原料、助劑均為市售。
1.2水性超薄膨脹型鋼結構防火涂料的制備
將計量的阻燃體系、相關助劑和去離子水混合均勻后，在球磨機上研磨，然后加入到高速攪拌的丙烯酸乳液中攪拌分散，即得水性超薄膨脹型鋼結構防火涂料。其中阻燃體系由APP、MEL、PTH組成的膨脹型阻燃劑和阻燃協效劑兩部分構成。
1.3測試與表征
1.3.1耐火性能測試樣片的制備
按超薄型鋼結構防火涂料的施工工藝，涂刷在150mm×75mm×3mm的鋼板上，每次涂刷厚度約0.1mm，涂刷間隔約2h，直到用游標卡尺測得涂層厚度為(1±0.05)mm，即得耐火性能測試樣片。
1.3.2防火涂料耐火時間的測定
采用自行設計的簡易耐火測試裝置，將耐火性能測試樣片放置在固定于鐵架臺上的鐵圈上，涂層朝下，鐵圈與酒精噴燈口的垂直距離為7cm，熱電偶置于測試樣片的上方測量燃燒過程中鋼板溫度的變化。待噴燈火焰溫度升到1000℃時，將酒精噴燈移至測試樣片下方，直接燃燒防火涂層，并開始計時，把鋼板溫度升至300℃的時間作為涂層的耐火時間，同時采用數碼相機跟蹤拍攝防火涂層在燃燒初期、中期、后期的涂層變化情況，以評價涂層的阻燃性能。
1.3.3燃燒炭層的X射線衍射分析
采用日本理學公司D/MAX-YAD型陽極(ji)轉靶X射線衍射儀對燃燒形成(cheng)的炭層進(jin)行(xing)測(ce)試，CuKα輻射源(波長λ=0.1542nm)，石墨單色器，掃描范圍(wei)2θ=1～50°。
2結果與討論
2.1防火涂料中膨脹型阻燃劑各組分的優化
膨脹型阻燃劑是制備鋼結構防火涂料的關鍵材料，只有當各組分配比合理時，它在燃燒時的成炭速度與氣體釋放速度才能相互匹配，使生成的炭化層在釋放氣體的沖擊下變成蓬松、均勻、結構致密、孔隙封閉的炭層，此時的炭層熱傳導率最小，阻燃效果最優[5-6]。為此，在防火涂料中其他組分比例不變的條件下，作者選用L9(34)正交設計法考察了膨脹型阻燃劑中APP、MEL、PTH三組分對涂料耐火性能的影響。以涂層的耐火時間作為評價標準，以極差的相對大小作為判斷各因子對涂料耐火性能影響的依據，
因子A(APP)的極差最大，為67.5，因子B(MEL)的極差略高于因子C(PTH)的極差，分別為23.2和20.8，都顯著低于因子A的極差，可見，影響耐火時間的因子由主至次的順序為：A→B→C，即APP對涂層的耐火性能影響最大，MEL次之，PTH最小，三者的最佳質量比為5∶3∶2。
2.2阻燃體系含量對防火涂料耐火性能的影響
本文選擇成炭效果好、性價比高的丙烯酸乳液作為水性超薄膨脹型鋼結構防火涂料的基料和成膜物質，在涂料固含__量、乳液用量、阻燃體系中各組分的質量比相同的條件下，考察了由膨脹型阻燃劑和阻燃協效劑構成的阻燃體系的含量對防火涂料耐火性能的影響
隨著防火涂料中阻燃體系含量的增加，涂層的耐火時間顯著增大，當防火涂料中阻燃體系含量增加至40.8%時，其涂層的耐火時間達最大值，為52.8min，但進一步提高防火涂料中阻燃體系的含量，涂層的耐火時間又顯著降低，該結果與文獻[7]的報道基本吻合。作者認為，當阻燃體系含量適中時，涂層在燃燒時形成的膨脹炭化層既有較高的強度和致密性，又有較高的發泡高度，使得膨脹炭化層的隔熱性能較好，不容易被火焰沖破，顯示出較好的耐火性能；在阻燃體系含量過低時，在燃燒時涂層形成的膨脹炭層孔隙結構不均勻，炭化層強度較低，膨脹高度較小，導致涂層耐火時間較短；在阻燃體系含量過高時，乳液中的成膜物質含量相對較低，涂層與鋼材的附著力變差，使得燃燒時形成的大塊膨脹炭層夾帶涂層脫落，同樣導致涂層耐火時間較短。
2.3阻燃協效劑對防火涂料耐火性能的影響
對鋼結構防火涂料而言，涂層的耐火時間與阻燃劑的阻燃效率和涂料的粘結能力密切相關，因此，期望阻燃協效劑既能顯著提高阻燃劑的阻燃效率，又能提高涂料的粘結能力。為此，作者考察了兩種阻燃協效劑對防火涂料耐火性能的影響。
這兩種阻燃協效劑對涂層耐火時間的影響趨勢基本相同，即隨著阻燃協效劑含量的增加，涂層的耐火時間延長，當阻燃協效劑的含量增加到某一數值時，涂層的耐火時間達最大值，繼續增大阻燃協效劑的含量，涂層的耐火時間又呈下降趨勢，而且在防火涂料中添加這兩種阻燃協效劑后，其涂層的最大耐火時間都顯著高于國標規定的大于60min的標準。但是這兩種阻燃協效劑的協同增效能力也存在明顯差異，阻燃協效劑1#在含量為5.1%時，其涂層即達到最大耐火時間，95.3min，而由阻燃協效劑2#制備的防火涂料的涂層的最大耐火時間只有89.0min，此時阻燃協效劑2#的含量卻達7.3%，比阻燃協效劑1#的添加量高了近50%，說明阻燃協效劑1#具有更好的協同增效能力。
2.4防火涂料涂層燃燒時的形貌分析
涂層在高溫灼燒下開始受熱熔融，隨著燃燒的繼續，APP開始分解，釋放出不燃性氣體，同時生成的磷酸、聚磷酸或焦磷酸等物質催化PTH和丙烯酸酯聚合物脫水成炭；進入燃燒中期時(圖4b)，PTH脫水生成的水蒸氣和MEL分解產生的不燃性氣體使已處于熔融狀態的涂層膨脹發泡，形成黑色蜂窩狀炭化層；進入燃燒的后期時(圖4c)，黑色蜂窩狀炭化層在持續的高溫灼燒下，炭化層中的碳逐漸被空氣中的O2消耗形成CO2逸出體系，同時有一部分附著力稍弱的炭化層在火焰的沖擊下被氣流帶走，最后剩下白色陶瓷質的膨脹炭層。
2.5殘余炭層的X射線衍射分析
根據文獻[8-9]的研究結果和阻燃協效劑1#中含有的TiO2組分，作者認為，圖5中2θ在25.26°、37.88°、47.59°三處的衍射峰應為TiO2的特征衍射峰，2θ在22.56°處的衍射峰應為TiP2O7的特征衍射峰，其他位置出現的衍射條紋應為無定型炭等有機物的非晶漫射。這些結果說明，阻燃協效劑在高溫灼燒時參與了炭層的形成，并生成了的新物質，該物質對膨脹炭層有增強作用。
; 2TiO2+(NH4)4P4O122TiP2O7+4NH3+2H2O式(1)
3結語
(1)以丙烯酸乳液為基體樹(shu)脂，添加(jia)膨(peng)(peng)脹(zhang)型(xing)阻(zu)(zu)燃(ran)(ran)(ran)(ran)劑(ji)和(he)阻(zu)(zu)燃(ran)(ran)(ran)(ran)協效(xiao)劑(ji)，制(zhi)備了水性超薄膨(peng)(peng)脹(zhang)型(xing)鋼結構防火涂料(liao)。當膨(peng)(peng)脹(zhang)型(xing)阻(zu)(zu)燃(ran)(ran)(ran)(ran)劑(ji)中多(duo)聚磷酸銨(an)、三聚氰胺(an)和(he)季戊(wu)四醇按質量(liang)比5∶3∶2進行復配時，阻(zu)(zu)燃(ran)(ran)(ran)(ran)效(xiao)果最(zui)佳。(2)在(zai)丙烯酸乳液中添加(jia)該(gai)阻(zu)(zu)燃(ran)(ran)(ran)(ran)劑(ji)35.7%，阻(zu)(zu)燃(ran)(ran)(ran)(ran)協效(xiao)劑(ji)5.1%制(zhi)得的(de)防火涂料(liao)，當涂層厚(hou)度為1.0mm時，耐(nai)火時間高達95.3min，明(ming)顯高于國(guo)標(biao)規定的(de)大(da)于60min的(de)標(biao)準。(3)防火涂料(liao)中的(de)阻(zu)(zu)燃(ran)(ran)(ran)(ran)協效(xiao)劑(ji)在(zai)燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒時參與炭層的(de)生成，對炭層有增(zeng)強(qiang)作用。 |
