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膨胀型钢结构防火涂料开发研究
   发布于:2020-05-27 15:11:47   
摘要: 随着科技的发展以及人类对自身安全要求的不断提高,阻燃材料已经广泛的应用于人民生产、生活之中。防火涂料作为阻燃材料中的一种,不仅具有普通的装饰、防腐作用,而且能够隔离基材与火源,降低所保护基材的内部温度,使其难以燃烧从而阻止火势加剧、蔓延,起到良好的阻燃…

随着科技的发展以及人类对自身安全要求的不断提高,阻燃材料已经广泛的应用于人民生产、生活之中。防火涂料作为阻燃材料中的一种,不仅具有普通的装饰、防腐作用,而且能够隔离基材与火源,降低所保护基材的内部温度,使其难以燃烧从而阻止火势加剧、蔓延,起到良好的阻燃防火作用。全世界现行的建筑结构中,钢通常作为承重的支撑材料,对于建筑物起到至关重要的作用。然而工业及民用建筑材料中钢的耐火性差,530℃温度即能使其软化。因此,采用防火涂料对建筑物的钢结构进行防火保护,是一条切实可行且经济的途径。

防火涂料的种类繁多,依据防火机理的不同可以分为非膨胀型以及膨胀型;依据图层厚度可分为厚型、薄型以及超薄型三类。在建筑物钢结构防火保护中,应用前景最好的当属膨胀型防火涂料,膨胀型防火涂料通常在火灾条件下,厚度能迅速膨胀到原来厚度许多倍,进一步产生炭化隔热层,从而降低所需要保护的材料表面的温度升高速率,延长建筑物受破坏的时间。

1聚合物基膨胀型钢结构防火涂料

最早开发的防火涂的主要成分为无机材料,如1924年世界上第一种防火涂料主要由石棉立德粉高岭土以及氟化钠等。膨胀型防火涂料的概念最早由Tramm 于1937年提出,他采用二氰二铵为膨胀发泡剂、磷酸二铵为催化剂制备了可膨胀型防火涂料,聚合物基膨胀型防火涂料除了少量催化剂及添加型发泡剂为无机材料,其主要成分为有机物。如1948年Jones等人采用多聚甲醛、磷酸铵、淀粉、尿素等合成了聚合物基膨胀型防火涂料;美国Monsanto公司和 Vandersall实验室在1965年联合开发了磷酸铵、二铵,磷酸蜜胺和聚磷酸铵三大聚合物基膨胀型防火涂料,从此聚合物基膨胀型防火涂料走上了集商业开发和新产品研究探索为一体的热门研究领域。

近年来,聚合物基膨胀型钢结构防火涂料的开发得到了一定的发展。而研究得最多的体系则为P- C-N阻燃体系。这类体系的聚合物基料普遍为改性后的丙烯酸树脂、改性高氯化聚乙烯树脂以及改性氨基树脂等。采用这类聚合物作为膨胀型钢结构防火涂料的基料,可以赋予涂料以良好的装饰性、耐候性以及耐化学腐蚀性[3]。季宝华人选取有有机硅改性丙烯酸乳液为基料,聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇为发泡剂制备了聚合物基膨胀型刚结构防火涂料。由于单纯聚合物基膨胀型钢结构防火涂料存在着膨胀倍率过小、隔绝性能低、耐火性差等缺点,因此对单纯聚合物基膨胀型钢结构防火涂料的研究取得的进展并不明显。当前大部分研究主要集中在性能更突出的功能性膨胀型钢结构防火涂料上。

2无机填料改性膨胀型钢结构防火涂料

此处单独将无机填料改性膨胀型钢结构防火涂料单独列为一类进行叙述旨在于突出功能性无机填料对膨胀型钢结构防火涂料防火性能的影响,重点突出无机填料的功能性。因此这里所指的无机填料已经不是纯粹降低生产成本,或者提高其他物理性能而添加的类型。关于无机填料对膨胀型钢结构防火涂料防火性能的影响,彭华侨等人在2008年发表的综述文章已有了较详细的论述。该文着重综述了各类无机纳米、非纳米填料对膨胀型钢结构防火涂料防火性能的改变。

最近几年关于无机填料对膨胀型钢结构防火涂料防火性能提高的研究主要集中在可膨胀石墨以及纳米无机填料两个领域。

国内对这方面的报道也较多,如刘学军将可膨胀石墨添加到膨胀型钢结构防火涂料中,研究了膨胀石墨对涂料燃烧后炭质层形貌、厚度以及对钢结构耐火性能的影响。研究表明,膨胀石墨在膨胀炭质层中的分布为蠕虫形貌,使得膨胀炭质层具有更加致密的结构,增加了膨胀层的强度,从而更好的实现了对钢结构的保护。加入膨胀石墨的防火涂料在600℃环境下的失重减少了7%,并且使得钢结构的耐火极限时间延长了10分钟。王建国[7]等则以硅丙乳液为基底,研究了膨胀石墨的加入对钢结构膨胀型防火涂料膨胀发泡层强度、粘着力等方面的影响。结果表明,膨胀型石墨的加入可以很好的克服发泡层蓬松易脱落、开裂的缺点。该膨胀型防火涂料的初始膨胀温度为150℃,石墨添加量为3%时防火性能最好。李小朋等则采用聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺为阻燃发泡剂改性氯醚树脂和氯丙树脂基底,进一步向该体系加入膨胀石墨,使得该系列膨胀型钢结构防火涂料在燃烧后炭质层的质量和热稳定性均有明显提高。研究还发现该防火涂料在钢表面具有良好的附着力,并且具有优越的耐候性,燃烧后发泡层为密实的微孔状泡沫结构。


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