树脂基料超薄钢结构防火涂料性能的影响

树脂基料超薄钢结构防火涂料性能的影响摘要：比较了单独采用高氯化聚乙烯(HCPE)和丙烯酸树脂作为树脂基料的超薄钢结构防火涂料的综合理化性能关键词：丙烯酸树脂；HCPE；拼用树脂；超薄钢结构防火涂料钢结构是建筑领域大量使用的建筑材料之一，对其进行防火涂装保护的研究日益受到人们的重视.钢结构防火涂料就是覆于建筑物或构筑物钢结构表面的一种防护性涂料，具有一定的装饰作用，遇火灾时能迅速形成耐火隔热保护层，提高钢结构的耐火极限，满足建筑设计防火规范的要求。超薄膨胀型钢结构防火涂料则是近年来发展较快的新型防火涂料。影响防火涂料性能的最重要因素是防火体系和基料的选择。比较不同基料的防火性能，丙烯酸树脂在发泡效果、炭化层质量、发烟量方面都具有较大优势，但其在耐腐蚀性能上存在明显劣势。为改进此基料树脂的性能、降低成本和扩大涂料的使用范围，往往还需要对基料作进一步的调整，使其与其它组分匹配，既保证涂层在正常工作条件下具有各种机械性能，又能在火焰或高温作用下使涂层具有优异的防火性能，这样涂层就具有正常条件下较好的使用性能以及高温下的难燃性和优异的膨胀性。本文采用丙烯酸树脂、高氯化聚乙烯(HCPE)及其拼用树脂作为基料，比较了它们对防火涂料性能的影响。1实验部分1.1原材料丙烯酸树脂(B1)：工业级，上海新华树脂厂；丙烯酸树脂(B2)：工业级，上海雄冠高分子材料制造公司；丙烯酸树脂(B3)：工业级，上海新大化工厂；改性高氯化聚乙烯(HCPE)：工业级，浙江奉化裕隆化工新材料公司；聚磷酸铵(APP)(聚合度为60)：工业级，山东世安化工有限公司；聚磷酸三聚氰胺(FR-MP)：工业级，山东世安化工有限公司；季戊四醇(PE)：化学纯，上海化学试剂公司；三聚氰胺(MEL)：化学纯，上海化学试剂公司；二甲苯：分析纯，上海陵峰化学试剂公司；乙酸丁酯：工业级，上海诚融化工有限公司；氧化锌：2L业级，上海京华化工厂；磷酸锌：工业级，上海化学试剂公司。1.2配方的确定已有的研究结果表明：采用聚磷酸铵(APP)、三聚氰胺(MEL)和季戊四醇(凹)作为超薄膨胀型钢结构防火涂料的防火助剂，防火性能和其他综合性能较好。本文采用氯含量65％，溶解性以及与其他树脂相容性较好的改性高氯化聚乙烯(HCPE)和成膜性、附着力良好的丙烯酸树脂作为基料，初步确定防火涂料中各主要组分的用量范围，见表l。表1涂料中各主要组分的用量范围组分质量分数，％组分质量分数，％HCPE15～25丙烯酸树脂5～10MEL10～15添加剂适量APP20～25凹10～15醋酸丁酯15—20二甲苯15—201.3防火涂料制备方法先将HCPE或丙烯酸树脂或二者的拼混树脂充分溶解于二甲苯和乙酸丁酯(v/v=50/50)混合溶剂中，然后加入其他组分，高速搅拌30min，最后经过砂磨机研磨2-3次，至细度80μm1.4试验方法1.4.1试样的制备将(150×70×3)mm的马口铁铁片清洗干净，先涂一层防锈涂料，然后将所得防火涂料涂覆于上，室温养护7d。用松香/石蜡(v/v=50/50)混合物封边。1.4.2耐曝热性将上述所制试样垂直放置在(50±2)℃的环境中保持720h后取出，要求其表面均匀致密，且没有龟裂纹和起泡现象1.4.3耐湿热性将所制试样垂直放置在湿度为(90±5％、温度为(45+5)℃的实验箱中，至规定时间(≥504h)后取出，垂直放置在不受阳光直接照射的环境中，自然干燥。要求试样表面均匀致密，且没有龟裂纹和起泡现象。1.4.4耐酸性和耐碱性将试样的2/3垂直浸入3％盐酸和3％氨水溶液中至规定时间(≥360h)取出，垂直放置于空气中让其自然干燥，要求试样表面均匀致密，且没有龟裂纹和起泡现象。1.4.5耐盐雾腐蚀性按GB15930-1995的规定检验：完成规定的周期后，取出试样垂直放置在不受阳光直接照射的环境中自然干燥，要求试样表面均匀致密，且没有龟裂纹和起泡现象。1.4.6耐火性按GB14907--2002检测，涂层厚度为(2.00±0.20)mm，其耐火极限≥1.Oh。2结果与讨论2.1单独以丙烯酸树脂为基料的耐火性能为了研究不同丙烯酸树脂与涂料性能的关系，采用了3种丙烯酸树脂，合成这3种丙烯酸树脂的硬、软单体的比例不同。表2所示的是单独采用硬单体含量不同的丙烯酸树脂(B1、B2、B3)作为基料的耐火性能。从表2可以看出：随着丙烯酸树脂硬单体所占比例的改变，从含量为50％的B3到含量为60％的B1以及含量为65％的B2，涂层的发泡倍数从B3的9.5倍上升到趴的13倍再下降到B2的11倍，同时其耐火时间由B3的61min上升到B1的88min然后下降到B2的72min。从发泡层表观来看，B1的发泡层与B2和B3相比，要更加均匀致密，且强度也稍高。这是由于随着硬单体所占比例的增加，树脂基料的软化点也随之提高，更加接近耐火体系的分解温度，使得涂层的软化、熔融和发泡在一个较小的温度范围内完成，发泡层也就较致密均匀，强度也随之提高。但随着硬单体含量的进一步增加，树脂基料的软化所需时间较长，随着环境温度的变化，容易产生龟裂，使得发泡层易脱落，进一步影响涂层的耐火性能。表2采用硬单体含量不同的丙烯酸树脂作为基料的涂料耐火性能基料耐火性能种类硬单体所占比例,%耐火时间,min发泡倍数发泡层评价B1608813均匀致密,强度高B2657211强度高，龟裂B350619.5较疏松2.2单独采用HCPE和丙烯酸树脂(B1)作为基料的涂料性能基料在防火涂料中不仅影响涂层的发泡效果，还对涂料在使用过程中所受环境的影响起着决定性的作用。表3所示的是单独采用HCPE和丙烯酸树脂(B1)作为基料的涂料的耐酸、碱、盐及耐火性能的数据。从表3可以看出：以HCPE作为基料时，耐火时间与发泡倍数分别为46min和7.5倍，相对于以丙烯酸树脂(B1)作为基料时耐火时间与发泡倍数要小，后者达到78min和13倍。且丙烯酸树脂作为基料的涂料发泡层质量明显要好于以HCPE作为基料的涂料，后者不均匀致密，但在耐腐蚀性能方面，前者的耐酸、碱、盐性不到后者的一半。这是由于HCPE中含有氯元素，可以提高体系的耐腐蚀性。这样，我们可以综合HCPE和丙烯酸树脂各自的优势，将2种树脂进行拼用，以此改善耐火涂料的理化性能。2.3HCPE和丙烯酸树脂拼用对涂料性能的影响为了找到HCPE和丙烯酸树脂拼用的最佳比例，研究了以不同配比的HCPE和丙烯酸树脂作为基料时对涂料性能的影响，结果见表4.从表4可以看出：随着趴与HCPE比率的下降，耐酸、碱、盐性能提高，涂料的耐火时间下降，但配比为1:2.5时，发泡层脱落，其耐火时间略短。发泡倍数随着比率的下降而降低，由1:0.1时的11.6倍下降到1:2.5时的7.7倍。从发泡层表观上看，以1:0.3为最佳，发泡层致密且强度高，随着HCPE在拼用基料中比例的增大，其发泡层越来越不均匀，而丙烯酸树脂在拼用基料中含量较多时，发泡层较疏松，不致密，也直接影响到涂料的耐火性能。由于HCPE与丙烯酸树脂拼用之后，使整个树脂基料的软化点与耐火体系分解温度的范围缩小，当HCPE在拼用树脂中含量较小时，涂料在高温灼烧时，树脂基料先彻底软化，然后是耐火体系的分解，此时耐火体系分解所产生的NH3就使得树脂基料鼓泡，形成的发泡层就较均匀致密，表现出来就是耐火时间较长，发泡层较致密均匀；而当HCPE在拼用树脂基料中含量大于丙烯酸树脂时，涂料在高温环境中，整个树脂体系软化与耐火体系分解之间的时间较短，树脂在尚未彻底软化前，耐火体系就已经分解了，这样就导致了发泡层不均匀致密，其结果就是耐火时间会减少，发泡倍数降低。这从涂层的SEM照片也可以看出。图1所示的是HCPE与丙烯酸树脂比例为1:0.3和1:1.5时的SEM照片。可以发现：HCPE与丙烯酸树脂比例为1:0.3的涂料的表观要比HPCE与丙烯酸树脂比例为1:1.5的更加致密。a--HCPE：B1为1：0.3；b--HCPE：B1为1：1.5图1HCPE与丙烯酸树脂比例为1：0.3和1：1.5时涂料的SEM照片2.4涂料的全性能测试以丙烯酸树脂(B1)与HCPE比例为1:0.3拼用树脂作为基料，测试涂料的全性能，结果见表5。表5采用丙烯酸树脂/HCPE作为基料时防火涂料的全性能检测结果检测项目技术指标检测结果容器中状态无结块，搅拌后均匀状态合格初期干燥抗裂性无裂纹合格干燥时间，h表干≤40.5实干≤128附着力，级≤32柔韧性挠曲L/200,涂层合格不起层，脱落耐冲击性，cm≥2040耐水性，h≥24h，无起皱，48h内无起无剥落皱，无剥落耐酸性，h≥200530耐碱性，h≥200540耐盐性，h≥200570耐火极限，h≥0.51.13(涂层厚度2mm)3结语(1)不同丙烯酸树脂单独作为基料时，涂料的耐火时间和发泡倍数随着丙烯酸树脂中硬单体所占比例的不同而不同，采用硬单体所占比例为60％的丙烯酸树脂(B1)为基料时，涂料的耐火时间达到88min，发泡倍数达到13倍。(2)单独采用HCPE和丙烯酸树脂(B1)作为树脂基料时，前者的耐火时间及发泡倍数要比后者差，但在防腐蚀性能方面比后者好。(3)采用HCPE和丙烯酸树脂拼用能够改善涂料的耐火性能。当二者比例为1:0.3时，所制涂料的综合理化性能达到国标要求：其中耐火时间为68min，发泡倍数为9.7，耐酸、碱、盐时间分别达到530h、540h、570h。发泡层致密，强度高。信息来源：hc360慧聪网涂料行业频道版权所有，如需转载请标明出处同济大学材料科学与工程学院王铁宝等