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钢结构用膨胀型防火涂料组分的选择

  • 2010-09-10 00:00:00 来源:涂料与涂装资讯网   浏览量:
  • 字号:T|T

要形成高效防火隔热炭化层,钢结构膨胀型防火涂料中有机树脂的熔融温度、发泡剂的分解温度及泡沫炭化的温度必须配合恰当。当涂层受热时,首先是成膜物软化熔融,引起整个涂层软化、塑化,此时发泡剂达到分解温度,释

    【建材网】要形成高效防火隔热炭化层,钢结构膨胀型防火涂料中有机树脂的熔融温度、发泡剂的分解温度及泡沫炭化的温度必须配合恰当。当涂层受热时,首先是成膜物软化熔融,引起整个涂层软化、塑化,此时发泡剂达到分解温度,释放出非燃性气体,使涂层膨胀成泡沫层,同时成炭催化剂分解生成磷酸、聚磷酸,呈熔融的黏稠体作用于泡沫层,使涂层中的含羟基有机物发生脱水成炭反应。当泡沫达到较大体积时,泡沫凝固炭化,使生成的多孔海绵状炭化层定形,泡沫的发泡效率取决于组分之间反应速度的协调配合。
  
  1.钢结构膨胀型防火涂料组分的选择
  
  1.1成膜物的选择
  
  成膜物对膨胀型防火涂料的性能有重大影响,有时对涂料体系膨胀与否起决定性作用。它与其它组分配用,既保证了涂层在正常工作条件下具有普通涂料的各种性能,又能在火焰或高温下使涂层具有难燃性和优异的膨胀效果。
  
  (1)氨基树脂、氯化聚乙烯、过氯乙烯、高氯化聚乙烯、氯化橡胶涂膜附着力较好,发泡快但不均匀,发泡持续时间较短,泡沫层松软较致密,炭化较彻底,炭化物较多,炭化层厚度较高而炭化层硬度差,在强火焰和气流下容易被烧穿或吹落。这几种成膜物制成的防火涂料不适用钢结构耐火极限大于30min的场合,适用于饰面型防火涂料。
  
  (2)醇酸树脂聚氨酯树脂酚醛树脂涂膜附着力较好,发泡较慢也不均匀,发泡持续时间短,泡沫层不致密,炭化不彻底,炭化物较少,炭化层厚度较低但硬度好。这几种成膜物制成的防火涂料发泡倍数不够,防火隔热效果较差,也不适合做超薄型钢结构防火涂料的成膜物。
  
  (3)苯丙乳液纯丙乳液硅丙乳液与钢结构的附着力较差,与钢结构表面的防锈漆附着力较好,发泡较慢且不均匀,发泡持续时间短,泡沫层不致密,炭化不彻底,炭化物较少,炭化层厚度较低但硬度好。这几种成膜物制成的防火涂料发泡倍数不够,防火隔热效果不理想,也不适合做薄型钢结构防火涂料的成膜物。
  
  (4)丙烯酸树脂、有机硅树脂、氯化橡胶改性环氧树脂,尤其是氯化橡胶改性环氧树脂与钢结构的附着力好,且与钢结构表面的防锈漆附着力较好,发泡较慢而均匀,发泡持续时间长且能够持续发泡,泡沫层较致密,炭化不彻底,有较多底层物,炭化层厚度较高且硬度好。这几种成膜物制成的防火涂料发泡倍数高,防火隔热效果理想,适合做薄型钢结构防火涂料的成膜物。丙烯酸树脂适用于耐候性要求高的场合;有机硅树脂适用于耐高温的场合;氯化橡胶改性环氧树脂适用于耐腐蚀的场合,但不适用于室外场合。
  
  1.2成膜物实验
  
  选用丙烯酸树脂Sh1作主成膜物,以发泡效果好的氨基树脂Sh2和具有增塑作用的氯化石蜡70作次成膜物进行实验。采用德国Netzsch公司STA409C热分析仪进行热分析测试。热分析条件是:空气气氛,空气流量为60mL/min,升温速率为10℃/min。由丙烯酸树脂Sh1的热失重(TG)曲线和差热分析(DTA)曲线可知:其玻璃化转变温度为65.8℃,在134℃时热失重几乎为零;134~357.3℃热失重达38.67%;在314.2℃有一熔融吸收峰,这主要是由于树脂中的溶剂和小分子化合物在体系熔融时挥发所致;357.3~406.0℃热失重达33.18%;在394.5℃有一分解吸收峰,丙烯酸树脂被氧化分解成炭质层;406.0~750.8℃热失重达27.31%,炭质层逐渐氧化成CO2而逸出体系;750.8~1000℃热失重几乎为零,此时丙烯酸树脂已分解完毕。Sh2氨基树脂是由氨基化合物和甲醛缩聚而成的热固性树脂。其玻璃化转变温度为65.8℃,由其DTA曲线可知:127.8℃时Sh2树脂热失重几乎为零;127.8~306.6℃热失重达27.93%,主要是由于树脂中的溶剂和小分子化合物在体系熔融时挥发;306.6~401.8℃热失重达43.47%;在349.9℃有一分解吸收峰,氨基树脂逐渐分解释放出NH3,剩余物形成炭层骨架,氨基树脂在这一过程中起到发泡剂和成膜物的双重作用;401.8~699.1℃热失重达26.35%,炭层骨架逐渐氧化成为CO2;699.1~1000℃热失重几乎为零,此时氨基树脂已分解完毕。由氯化石蜡70的TG曲线和DTA曲线可知:269.4℃之前,热失重达5.20%;269.4~369.6℃热失重达63.75%;在314.2℃有一熔融吸收峰,这主要由于树脂中的溶剂和小分子化合物在体系熔融时挥发所致;369.6~599.3℃热失重达26.11%;在349.9℃有一分解吸收峰,氯化石蜡70氧化分解释放出HCl小分子,起到阻燃作用,剩余物生成炭层,炭层再逐渐氧化生成CO2;599.3~1000℃没有相关的化学反应发生。氨基树脂在常温下所形成的涂膜硬而脆,附着力差,易开裂,耐水性差,增大氨基树脂用量会严重影响涂层的理化性能,但可以提高涂层的膨胀倍数。然而由于氨基树脂形成的泡沫层疏松,泡沫层硬度较小,在汽油喷灯的强烈火焰冲击下,泡沫层逐渐脱落或被火焰烧穿,隔热性能下降,较终导致涂层的耐火时间较短,无法达到钢结构防火保护的要求。试验结果表明:随丙烯酸树脂用量的增加,涂层的耐水性、炭层的致密性及硬度均有较明显的改善,但其用量过大将严重影响涂层的防火性,主要因为过量的丙烯酸树脂会导致炭化层厚度不够,涂层在受火过程中出现向下塌陷脱落的现象,从而使隔热性能下降。丙烯酸树脂具有良好的耐候性,对于配制室外防火涂料或延长防火涂料的寿命都必不可少。氯化石蜡70主要为成膜物提供氯元素,在受热分解的过程中释放出氯化氢,达到阻燃的目的,但氯化石蜡70用量不宜过多,否则会造成涂层开裂和黄变。在适宜的成膜物配比条件下,可以得到较佳的涂层膨胀高度及耐火时间。一般丙烯酸树脂、氨基树脂、氯化石蜡70的质量比约4∶2∶1,成膜物在整个涂料体系中的用量约20%~40%。

 

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