树脂基料对超薄钢结构防火涂料性能的影响

data-full-width-responsive="true"> 1 前言钢结构具有质量轻、强度高、施工方便等优点，正日益广泛地应用于大型建筑中。但是钢结构的耐火性能很差，极易导热，在自身温度超过540 C 时，其机械强度几乎全部丧失，导致建筑物不能支撑自身质量而坍塌，从而给人们的生命和财产带来巨大的损失。因此，需要通过防火对钢结构建筑进行防火保护。出于防火效果和环境保护的综合考虑，水性超薄膨胀型钢结构防火涂料的使用越来越广泛[1]。水性超薄膨胀型钢结构防火涂料主要由基料树脂、膨胀体系和无机填料组成。其中，基料树脂对防火涂料的理化性能以及耐火性能都有着重要的影响[2]。目前，国内外生产的水性膨胀型防火涂料多以传统的纯丙乳液和硅丙乳液为成膜基料。然而，以纯丙乳液为基料制备的防火涂料的一些重要的理化性能表现不尽人意；以硅丙乳液为成膜基料制备的防火涂料虽然在理化性能上得到了明显的改善，但是其膨胀高度和发泡效果不如纯丙乳液制备的防火涂料。为了解决上述难题，本文选用氨基功能性单体改性硅丙乳液，既达到理化性能，又能提高涂层的膨胀高度和发泡效果，同时系统研究了分别以纯丙乳液、硅丙乳液和含氨基功能性单体改性的硅丙乳液为基料制备的防火涂料的发泡效果、膨胀炭层结构和残炭层物质对涂料耐火极限的影响。2 实验2 1 原料纯丙乳液、硅丙乳液和氨基功能性单体改性的硅丙乳液，自制，固含量42%；多聚磷酸铵(APP)、季戊四醇(PER)、三聚氰胺(MEL)，山东寿光卫东化学有限公司；钛白粉(TiO2)：工业级，国药集团化学试剂有限公司；过硫酸钾(K2S2O8)、乙二醇和氨水，市售分析纯，上海凌峰化学试剂有限公司；乳化剂A、乳化剂B、丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸羟丙酯，工业纯，高桥石化丙烯酸厂；乙烯基三乙氧基硅烷(A-151)，工业纯，武汉市高创有机硅新材料有限公司。2 2 水性超薄膨胀型钢结构防火涂料的制备2 2 1 乳液基料的制备2 2 1 1 纯丙乳液的制备(1) 预乳液的制备：将去离子水、乳化剂A 和乳化剂B 以及引发剂K2S2O8 搅拌均匀后，缓慢滴加由BA、MMA 和功能单体丙烯酸羟丙酯组成的混合单体，常温乳化1 h，制备预乳液备用。(2) 种子乳液的制备：在装有冷凝装置、搅拌器和温度计的四口烧瓶中加入适量的去离子水，计量的pH 调节剂、乳化剂A 和乳化剂B，升温至50 C 后缓慢加入BA 和MMA 混合单体，乳化完全后加入计量的引发剂K2S2O8，得到种子乳液。(3) 纯丙乳液的制备：将种子乳液升温至80 C，待种子乳液变蓝后，再滴加上述预乳液，控制预乳液约15 h 滴加完毕。滴加完后，保温熟化1 h，降温，用氨水调节pH 至中性后出料，即得纯丙乳液。2 2 1 2 硅丙乳液的制备方法参见2 2 1 1 中(3)部分，与之不同的是：在预乳液往种子乳液中滴加还剩1/3 时，向四口烧瓶中加入适量的水解抑制剂乙二醇，然后缓慢加入计量的乙烯基三乙氧基硅烷(A-151)，与预乳液同时滴加完毕，保温熟化1 h 后降温，用氨水调节pH 至中性后出料，即得硅丙乳液。2 2 1 3 氨基功能性单体改性的硅丙乳液的制备参见文献[3]。2 2 2 防火涂料的制备防火涂料配方如下(以质量分数表示)：乳液 33%多聚磷酸铵(APP) 25%季戊四醇(PER) 15%三聚氰胺(MEL) 10%钛白粉(TiO2) 4%去离子水 13%其中的乳液，涂料A 为纯丙乳液，涂料B 为硅丙乳液，涂料C 为氨基功能性单体改性的硅丙乳液。将上述APP、PER、MEL、钛白粉和去离子水混合均匀后，在球磨机上研磨，达到一定细度后过滤出料，然后加入到分散罐中，同时加入适量的消泡剂、分散剂和成膜剂等助剂，以4 000 r/min 高速搅拌分散20 min后，加入基料乳液，再以1 000 r/min低速搅拌30 min后过滤出料，即得防火涂料。2 3 测试与表征2 3 1 耐火性能测试样片的制备按水性超薄型钢结构防火涂料的施工工艺，将涂料涂刷在150 mm 75 mm 1 mm 的钢板上，每次涂刷厚度约01 mm，涂刷间隔约2 h，直到用游标卡尺测得涂层厚度为(200 02) mm，保养7 d 后，即得耐火性能测试样片。2 3 2 红外光谱测试分析(FT-IR)乳液成膜后，把乳液胶膜涂覆在KBr 薄片上，在美国尼高力AVATARTM 360 型FT-IR 光谱仪上测定。2 3 3 防火涂料基本性能参照GB 124411998《饰面型防火涂料通用技术条件》的要求，对防火涂料进行基本性能测试，主要包括：干燥时间、耐曝热性、耐湿热性、耐酸性、耐碱性、耐盐雾腐蚀性和耐冻融循环性等。2 3 4 热失重分析(TGA)将干燥后的水性超薄膨胀型钢结构防火涂料涂膜研磨成粉末状，采用美国TA 公司的SDTQ600 V50Build 63 型热失重分析仪测定热分解曲线。氮气气氛，升温速率10 C/min，扫描范围从室温到600 C。