提高超薄型钢结构防火涂料综合性能的技术途径

超薄型钢结构防火涂料的基本特征是除具备涂料的基本功能( 装饰、保护和标志功能) 外, 还应具有遇火膨胀发泡, 形成具有一定厚度、良好的强度、附着力和隔热能力的泡沫层的特殊性能, 这类涂料的研究开发总是以使其获得优异的隔热性能为目的展开的。

突破传统的P-N-C 膨胀体系和模式, 寻求高性能的自膨胀原料, 进一步增强涂层的耐火性能

( 1) 开发新型高效的膨胀体系。与传统的化学膨胀型防火涂料相比, 可膨胀石墨防火涂料在热降解、阻燃性、耐老化性、耐候性等方面具有突出优点,是一种极具发展潜力的环境友好的膨胀型防火涂料。不过, 可膨胀石墨防火涂料也有其不足之处。一方面可能出现爆米花效应􀀁, 即膨胀发生的同时石墨颗粒可能脱离基材表面; 另一方面, 在火场急剧运动的热气流极有可能吹落膨胀石墨。所以,必须选择适当的粘合剂以防止上述现象发生。此外, 在可膨胀石墨防火涂料中添加聚磷酸铵和聚氨酯可产生协同阻燃效果。如果能将传统的PN-C 体系与可膨胀石墨有机地结合起来, 有望提高涂层的综合性能。

( 2) 改进传统的化学膨胀体系。传统的化学膨胀体系, 由催化剂、成炭剂和发泡剂组成。催化剂一般是中、低聚合度的聚磷酸铵, 成炭剂多为季戊四醇, 发泡剂则为三聚氰胺, 它们均有一定的吸湿性。其中APP 的聚合度在200~ 400 时, 涂料的耐水性仍较差, 保存一段时间后, 分散的涂料组分易发生相分离和沉淀, 导致稳定性下降。美国已有聚合度在500~ 800 的APP 的生产方法, 有利于涂层性能的提高。此外, 一些新的原料可作为酸源和气源应用, 例如磷酸三聚氰胺、焦磷酸三聚氰胺、微胶囊化聚磷酸铵和聚偏磷酸铵, 它们不但耐水性较好, 有利于提高涂层的耐候性, 而且对提高涂层的阻火性有益。

( 3) 通过多种阻燃剂的合理搭配, 借助协同效应提高涂层的阻燃效果。通过试验发现,适量的Sb2O3 能在改性高氯化聚乙烯与其它防火组分之间产生良好的协同效应, 明显提高超薄型HHCPE 钢结构防火涂料的防火性能和炭化层的强度。涂料体系中其他原料的选择也要慎重, 如许多碱性填料能降低膨胀的厚度不适宜使用, 而二氧化钛在许多膨胀防火涂料中呈惰性, 是一种常用的颜料。

( 4) 加入熔点或分解点能形成梯度分布的多种填充料, 遇火燃烧时防火涂层不断消耗热能, 可以降低燃烧温度, 延缓底材温升速度。

( 5) 根据燃烧三要素, 在涂料配方中应尽量不用或减少易燃物用量, 引入不燃性物质及抗红外线颜料, 使涂层自身不燃或难燃, 并能产生较强的红外光反射作用。而如果在涂料配方中加入能分解释放出灭火性气体的材料, 将有利于终止燃烧的链锁反应。

开发防火涂料专用新型树脂或对现有树脂进

行改性, 提高涂层的综合性能一般来说, 涂料用树脂是使涂料牢固附着在被保护物表面形成连续薄膜的主要物质, 是构成涂料的基础, 决定着涂料的基本性质。超薄型钢结构防

火涂料的组成与普通涂料的组成之间存在明显不同, 就是为了提高其特殊的隔热阻火性能, 涂料配方涂料是由二种或二种以上配料混合制成的, 合适的实验设计技术包括变量分析和用近似公式建立数学模型。目前最常用的一种实验方法是改变一个变量, 保持其它变量不变, 研究该变量的改变对涂料性能的影响。这种方法的缺点是经济效益低, 尤其是在试验因子间存在交互作用时, 可能会得到错误的结果。对于多因素体系, 科学研究中用得较多的实验设计方法为随机分组法、拉丁方法、多因素法、分级多因素法、Box-Behnken 法、正交法以及单纯形法等, 但在实验设计时必须注意二个重要因素,即试验因子的交互作用和实验误差。在涂料配方设计中, 已有用正交试验设计方法来合理安排实验过程并计算、分析实验结果的报道[ 20] 。不过, 如果仔细分析涂料体系, 就会发现其中的各因素间彼此不能独立变化, 每个组分必须在0~ 1 之间变化, 而所有组分的总和必须等于1; 此外, 配方设计的主要目的是希望找出多种性能和成本均达到最优的涂料配方。在这种情况下, 应用混料实验法[ 21] 能更加有效

地完成涂料的配方设计工作。

加强防火涂料生产工艺、设备和施工应用性能研究

(1) 在研究开发防火涂料时, 既要重视防火性能、理化性能和使用性能的研究, 还要探讨改进生产工艺技术水平, 如加料顺序、搅拌时间和强度、颗粒细度和分布范围等对产品质量的影响, 必要时还要开发专门性的设备, 以提高产品质量的可靠度, 保证生产工艺技术安全高效。

(2) 对防火涂料的施工应用性做深入研究, 包括防火涂料对目标底材的粘结性能、腐蚀性、防锈漆的选择和配套性研究以及实际使用环境对涂层使用寿命的影响等。通过科学的分析评价, 为用户提供可靠的应用技术依据, 必要时可对产品性能进行针对性的调控。

结论

(1) 与国外同类产品相比, 国内超薄型钢结构防火涂料在防火性能和附着力方面与之相当, 但在装饰性、耐候性和使用寿命方面仍存在较大的差距。深入探讨膨胀阻燃体系对涂料防火性能以外其它性能影响的特点, 能够为改善涂料装饰性、耐候性和使用寿命提供技术途径。

( 2) 膨胀发泡层结构稳定性是影响膨胀型防火涂料防火性能的主要因素之一, 应对炭化层的形成过程进行深入研究, 明确其形成机理, 有利于提出更好的配方改进方案。

( 3) 开发防火涂料专用树脂和新型膨胀体系,改进传统的膨胀体系和通过树脂拼用, 增强防火体系的阻燃协同作用等, 是改善超薄型钢结构防火涂料综合性能的重要途径。

( 4) 开展防火涂料生产工艺、设备和施工应用性研究是提高产品综合性能的技术保障。总之, 只有从超薄型钢结构防火涂料的组成特点、作用机理和性能要求出发, 充分利用现代涂料科学和相关学科的新成就, 通过针对性理论研究, 科学设计涂料配方, 合理选择生产工艺条件和设备, 加强对涂料的应用性研究, 才可能研制出综合性能优良、环境适应性强的新型超薄型钢结构膨胀防火涂料,更好地满足社会对超薄型防火涂料的需求。