填料对膨胀型钢结构防火涂料防火性能的影响

data-full-width-responsive="true"> 填料对膨胀型钢结构防火涂料防火性能的影响滕丽影，秦汝祥，史磊，王新颖(安徽理工大学能源与安全学院，安徽淮南 232001)0 前言随着经济和建筑业的发展，钢结构以其结构灵活、施工方便、强度高、美观性强等特点成为目前主要的建筑形式。但其最大的缺陷是耐火性差，当钢表面温度达到600 ℃时，即将丧失作为承载材料的强度及刚度，极具有危害性[1]。因此，必须对钢结构采取防火措施。防火涂料具有质量轻、耐火时间长、施工方便等优点，使其成为钢结构最简单且行之有效的防火手段。钢结构防火涂料分为膨胀型和非膨胀型，膨胀型钢结构防火涂料涂层薄、装饰性强、防火效果好。膨胀型钢结构防火涂料一般由基料、膨胀体系、填料和助剂（固化剂、分散剂、消泡剂等）构成。在遇高温时，各组分间发生协同作用，在钢结构表面形成一层炭质保护层，阻止热量传递和隔绝空气。炭质层质量的好坏直接影响着防火涂料阻燃功能的强弱，填料的加入对涂料理化和阻燃性能都有着很大的影响。不仅可以提高涂层的附着力、耐候性，同时能够提高炭质层的强度、阻止热量传递、延长涂料的耐火时间[2-3]。但填料作为无机材料，在涂料中存在着分布不均、与基质结合差等缺点[4]。本文采用硅烷偶联剂对填料进行了表面改性，考察填料性能对防火涂料性能的影响。1 试验部分11 原料环氧乳液、水性固化剂、分散剂、消泡剂、流平剂，CP，广州市欧鹏化工；聚磷酸铵（APP，DP＞1 500）、三聚氰胺（MEL），AR，佛山市富利美化工；季戊四醇（PER），AR、三氧化二铁（Fe2O3），CP，5～ 10nm、硅烷偶联剂KH570，CP，上海晶纯实业；可膨胀石墨（EG），CP，80目，上海橡塑五金。12 Fe2O3表面改性取一定量的Fe2O3烘干待用，取其质量的3%的硅烷偶联剂KH570配成质量比为m(偶联剂)∶m(无水乙醇)∶m(去离子水)=1∶2∶1的溶液。首先将溶液进行预水解，工艺过程：按质量比分别称取定量的液体混合，由于酸性环境可促进水解，因此用甲酸将水解液pH值调节至3～4，并在80 ℃恒温、转速1 500 r/min的恒温磁力搅拌器下进行水解30 min。水解完成后将待用的Fe2O3加入到水解液中80 ℃恒温改性3 h，过滤至呈中性，烘干待用。13 防火涂料制备（配方见表1）工艺过程：将A、B两组分分别搅拌均匀，将B组分加入到A中加入适量去离子水，高速搅拌20 min，并将混合溶液加入到球磨机内球磨30 min，取出，制得所需涂料；将涂料均匀涂刷在经过表面处理100mm100 mm2 mm规格的Q235钢板上，每次涂刷02～03 mm，直至厚度达（2001） mm，每次涂刷间隔24 h，室温下护养7 d，进行测试。14 测试方法将样板放置铁架台上，涂层向下，将稳定的酒精喷灯放在距样板中心9 cm下方，采用K型热电偶测量钢板背面温度，并热电偶连接数据采集仪，每隔20 s采集一次数据，且在背面覆上保温棉，防止温度扩散。2 结果与讨论21 Fe2O3表面改性效果分析将表面改性前后的Fe2O3分别进行红外光谱分析，从图1可以看出，改性前后峰值在1 0500 cm-1、1 3802 cm-1、1 5109 cm-1、1 6975 cm-1、2 9407 cm-1等处均出现了明显的变化。其中1 0500 cm-1处是SiO键吸收峰；1 5109 cm-1处峰值明显变宽变大，是改性后新出现的CH键吸收峰；1 6975 cm-1处也是改性后出现的C=O键吸收峰；2 9407 cm-1处是CH2、CH3键吸收峰。这些官能团的变化均是硅烷偶联剂KH570包覆所导致的，表明KH570确实有效的包覆在了Fe2O3表面，发挥了很好的效用，完成了亲水性向亲油性的转变。将改性前后的Fe2O3放入无水乙醇中，超声波震荡15 min，静止一段时间，观察Fe2O3分散情况。如图2所示，经过处理的Fe2O3分散性较好，在溶液中分散均匀；未经过处理的Fe2O3，几乎全部沉淀在试管底部，证明表面改性的效果良好。22 Fe2O3对膨胀型钢结构防火涂料耐燃性能的影响221 Fe2O3表面改性对防火涂料耐燃性影响分析分别将改性前后的Fe2O3加入到防火涂料配方中，制备防火涂料，进行耐燃性测试，结果如图3所示。加入表面改性的Fe2O3的涂料较未改性前的涂料在相同的测试时间内，钢板背火面温度相差65 ℃。这是由于Fe2O3经过表面改性处理后，在基质中的粘结性、分散性都有很大提高，均匀分布在涂料中，提高了涂料的耐火性能。222 Fe2O3用量对防火涂料耐燃性影响分析在防火涂料配方中分别加入质量比为0、2%、4%、6%、8%的改性后的Fe2O3，确定填料的最佳用量，结果如图4所示。由图4可知，背火面温度达300 ℃，用量为6%时，效果最佳，耐火时间最长。由表2可知导致这样结果的原因是由于Fe2O3作为无机填料加入，能增强涂层和炭质层高度，但加入量的多少对涂层防火作用有很大的影响。添加量过少，涂层强度低，易出现中空脱落等现象；添加量过多，虽然涂层强度大幅度的增加，同时却也抑制了发泡高度，使得涂层遇高温时隔热阻燃作用降低。因此，Fe2O3作为无机填料的最佳用量为6%。3 结语（1）采用硅烷偶联剂KH570对Fe2O3进行表面改性，通过红外光谱分析Fe2O3表面生成很多新的官能团，如SiO、CH、C=O、CH2、CH3等，这些都是由于偶联剂成功包覆Fe2O3表面导致的；通过分散性试验，可以很直观地看出偶联剂的改性作用，改性后的Fe2O3在溶剂中分散均匀，没有出现团聚多现象。（2）改性后的Fe2O3作为无机填料加入防火涂料较未改性前加入的防火涂料，防火性能有显著提高，在相同条件下进行40 min耐火性能测试，钢板背面温度相差65 ℃，对于提高涂料耐燃性意义重大。（3）改性后的Fe2O3在水性环氧防火涂料中的最佳用量为6%，加入过少会使涂层及炭质层强度不够，影响耐燃效果；加入过多会过分抑制发泡高度，同样会影响涂料的阻燃效果，因此，填料只有添加量适宜才能更好的提高涂料多耐燃性。