丙烯酸本體雜化乳液超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的研制

王華進(jìn) 趙薇 王丹（海洋化工研究院，青島266071）

劉海濤 薄麗潔（青島市公安消防局266000）

摘要：采用丙烯酸本體雜化乳液作為成膜物，配合防火涂料傳統(tǒng)的膨脹阻燃體系，以聚磷酸銨為脫水成炭催化劑、季戊四醇為成炭劑、三聚氰胺為發(fā)泡劑，制備了一種丙烯酸本體雜化乳液超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，用垂直燃燒法和錐形量熱儀法對(duì)其防火阻燃性能和作用過(guò)程中的生煙情況進(jìn)行測(cè)試，并與溶劑型超薄鋼結(jié)構(gòu)防火涂料作了比較。

關(guān)鍵詞：丙烯酸本體雜化乳液；防火涂料；鋼結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：TQ 637.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-1696（2008）09-0001-03

0引言

目前國(guó)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)建筑防火中大量應(yīng)用超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，該類涂料絕大部分為溶劑型［1］。溶劑型防火涂料存在生產(chǎn)施工過(guò)程中釋放大量有機(jī)溶劑，對(duì)周圍環(huán)境和生產(chǎn)施工人員造成傷害，燃燒時(shí)釋放大量有毒氣體等問(wèn)題。國(guó)外對(duì)水性鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的研究起步較早，已有商業(yè)化產(chǎn)品得到廣泛應(yīng)用。

國(guó)內(nèi)目前生產(chǎn)的水性超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料多以傳統(tǒng)乳液為成膜物，如苯丙乳液、純丙乳液、硅丙乳液等［2-4］。這類成膜物制備的水性超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料存在發(fā)泡較慢且不均勻、發(fā)泡持續(xù)時(shí)間短、泡層不致密、炭化層厚度較低、炭化不徹底等缺點(diǎn)，故防火隔熱效果不夠理想。與溶劑型防火涂料相比，在防火隔熱效果、附著力、裝飾性及耐水性方面有較大差距，在很多領(lǐng)域不能代替溶劑型超薄鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的使用。因此我們采用新型的丙烯酸本體雜化乳液作為成膜物，制備了一種高性能的超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1原料

聚磷酸銨（APP），化學(xué)純，山東齊河化工廠；季戊四醇（PER），湖北宜化化學(xué)有限公司；三聚氰胺（MEL），山東?；瘓F(tuán)公司；金紅石型鈦白粉，進(jìn)口；溶劑（200#汽油），青島永安化工有限公司；丙烯酸本體雜化乳液，自制；助劑，進(jìn)口。

1.2丙烯酸本體雜化乳液的制備

將溶劑型丙烯酸樹(shù)脂溶解在丙烯酸單體中，經(jīng)預(yù)乳化至微乳（平均粒徑500 nm），再采用乳液聚合工藝制得穩(wěn)定的丙烯酸本體雜化乳液。

1.3丙烯酸本體雜化乳液超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的制備

采用膨脹型防火涂料傳統(tǒng)的膨脹阻燃體系：以聚磷酸銨為脫水成炭催化劑、季戊四醇為成炭劑、三聚氰胺為發(fā)泡劑。在容器中依次加入脫水成炭催化劑、成炭劑、發(fā)泡劑、無(wú)機(jī)填料和水，攪拌均勻得到漿料。漿料經(jīng)三輥研磨2次后，加入丙烯酸本體雜化乳液，以200~400 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌30 min，加入助劑混合均勻得到防火涂料。

1.4測(cè)試與分析

1.4.1理化性能的測(cè)試

按GB 14907—2002的規(guī)定，鋼板（150 mm×70 mm×1 mm）除銹后，在上面涂刷涂料，并將鋼板傾斜45°放置，24 h后再次涂刷。重復(fù)涂刷至涂層厚度達(dá)（2±0.2）mm，自然養(yǎng)護(hù)10 d，進(jìn)行理化性能測(cè)試。

1.4.2防火性能的測(cè)試

（1）垂直燃燒法

本實(shí)驗(yàn)采用酒精噴燈垂直燃燒法檢測(cè)防火涂料的防火性能。分別在鋼板（150 mm×70 mm×1 mm）上涂刷丙烯酸本體雜化乳液超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料和溶劑型超薄鋼結(jié)構(gòu)防火涂料SCM-3（海洋化工研究院生產(chǎn)），涂層厚度1 mm。將防火涂料樣板涂層面向下，垂直置于酒精噴燈上方10 cm處，進(jìn)行防火性能測(cè)試。

（2）錐形量熱儀法

分別將丙烯酸本體雜化乳液超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料和溶劑型超薄鋼結(jié)構(gòu)防火涂料SCM-3（海洋化工研究院生產(chǎn)）制成100 mm×100 mm×5 mm的片狀試樣。采用FTT Dual cone型錐形量熱儀進(jìn)行防火性能測(cè)試，輻射能量為35 kW/m2，不使用試件護(hù)罩和金屬網(wǎng)格。

2結(jié)果與討論

2.1理化性能測(cè)試結(jié)果

丙烯酸本體雜化乳液超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的理化性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

2.2防火性能

通過(guò)垂直燃燒法對(duì)丙烯酸本體雜化乳液超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料和溶劑型超薄鋼結(jié)構(gòu)防火涂料SCM-3進(jìn)行防火性能的測(cè)試。表2為2塊樣板置于燃燒環(huán)境30 min后的防火性能比較。2種防火涂料都形成了均勻致密的隔熱炭層，丙烯酸本體雜化乳液超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的膨脹倍數(shù)達(dá)27倍（圖1），與SCM-3相比有較大提高。測(cè)量2塊樣板的背溫發(fā)現(xiàn)，丙烯酸本體雜化乳液超薄型防火涂料的炭層具有更好的隔熱效果。

通過(guò)錐形量熱儀法評(píng)價(jià)防火涂料的燃燒性和阻燃性，其主要評(píng)價(jià)指標(biāo)包括：材料的點(diǎn)燃時(shí)間、燃燒時(shí)釋放的熱量、釋熱速率、生煙情況等［5，6］。表3列出了溶劑型丙烯酸超薄鋼結(jié)構(gòu)防火涂料與丙烯酸雜化乳液超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料各種燃燒參數(shù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

由表3的數(shù)據(jù)可以看出：與溶劑型超薄鋼結(jié)構(gòu)防火涂料相比，丙烯酸本體雜化乳液超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的點(diǎn)燃時(shí)間延長(zhǎng)了41%，熱釋放速率的平均值提高了38%。這說(shuō)明丙烯酸本體雜化乳液超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料具有更好的防火阻燃效果。同時(shí)丙烯酸本體雜化乳液超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的總產(chǎn)煙量下降了70%，總釋煙量下降了69%，大大減少了防火涂料在作用過(guò)程中產(chǎn)生和釋放的煙氣量。

3結(jié)語(yǔ)

以丙烯酸本體雜化乳液作為成膜物，配合防火涂料傳統(tǒng)的膨脹阻燃體系制備出的超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，其技術(shù)性能符合超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的性能要求，VOC含量小于100 g/L。其防火隔熱性能與溶劑型超薄鋼結(jié)構(gòu)防火涂料相當(dāng)甚至更高，而且與溶劑型超王華進(jìn)，等：丙烯酸本體雜化乳液超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的研制薄鋼結(jié)構(gòu)防火涂料相比，大大降低了防火涂料在作用過(guò)程中產(chǎn)生和釋放的煙氣量，提高了防火涂料的使用安全性。

參考文獻(xiàn)

1　秦秀蘭，莫英.膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的發(fā)展現(xiàn)狀與展望［J］.材料保護(hù)，2006，39（8）：55-58

2王國(guó)建.張小翠，汪新民.乳液型膨脹防火涂料的研究（I）——樹(shù)脂基料對(duì)防火涂料性能的影響［J］.建筑材料學(xué)報(bào)，1999，2（1）：57-63

3王國(guó)建，張小翠.汪新民.乳液型膨脹防火涂料的研究（Ⅱ）——防火助劑對(duì)涂料防火性能的影響［J］.建筑材料學(xué)報(bào)，1999，2（2）：142-146

4王國(guó)建，張小翠，汪新民.乳液型膨脹防火涂料的研究（Ⅲ）——影響涂料防火性能的其它因素［J］.建筑材料學(xué)報(bào)，1999，2（3）：245-248

5 Babrauskas V．Fire and Materials，1984，8（2）：81-94

6 Huggett C．Fire and Materials，1980，4（2）：61-65