摘要：随着建筑业的发展，人们对建筑装饰性、安全性的要求越来越高，防火涂料的应用也逐渐广泛。本文分析了温度对水性钢结构防火涂料性能的影响。
关键词：温度；防火涂料；性能
一、防火涂料概述
防火涂料又名防火漆、阻燃涂料，它在实际使用的过程中不仅可用于装饰基材，还拥有防锈、防腐蚀、耐盐雾、耐酸碱及阻燃等性能。这种涂料自身就具有难燃性甚至不燃性，在使用的过程中很难被火焰点燃，将其施用于可燃性基材表面，可改变材料表面燃烧特性，阻滞火灾迅速蔓延；或施用于建筑构件上，用以提高构件的耐火极限。
二、试验
1、原材料。双酚A型环氧乳液:EP-20型；工业固化剂:AB-HGA型；聚磷酸铵；三聚氰胺；季戊四醇；可膨胀石墨:808型；钛白粉:R-902+型；海泡石:MY-F6型；硫氰酸钾，分析纯。
2、试样制备。在称取防火助剂和无机填料后，加入适量的去离子水、消泡剂、分散剂、流平剂等，在室温下用高速搅拌机搅拌均匀，用三辊研磨机研磨，使填料和阻火助剂颗粒达到一定的细度。通过加入乳液并再次使用高速搅拌机对分散体系进行均匀混合，得到水性防火涂料样品。钢板用砂纸打磨除锈，然后将涂料涂在钢板上，自然晾干，24h后再次涂刷一遍。重复刷涂7～10次，直至涂层厚度达到(2.0±0.1)mm。将刷好的样品放置在45°倾斜的维护架上养护10d，即可进行性能测试。
3、测试与表征
1)耐火试验。样品在煤气灯的火焰还原层中水平灼烧，并用热电偶测量样板背面的温度变化。耐火试验结束后，用游标卡尺测量样板受火点的厚度，即发泡炭化层的膨胀厚度。
2)炭化层强度试验。将轻质木板(28.5g)置于防火涂料发泡炭化层上，连续向板中加入砝码，直至炭化层不能承受外界压力而破裂；记录并定义当试样的发泡炭化层开始轻微变形时所增加的砝码总质量为炭化层的强度，即炭化层能承受且几乎不变形的最大质量，单位为g。
3)样品表征。采用红外光谱仪(EQUINOX55型)表征防火涂料样品的化学结构；热重分析仪(Pyris 1型)表征防火涂料样品的热重曲线；扫描电子显微镜(XL-30型)在30kV交流电压下观察防火涂料发泡炭化层的泡孔形貌与结构。
三、结果
1、老化温度对耐火性能的影响。在实际环境条件下，温度范围一般可达-30～40℃。在此温度范围内，防火涂料的性能变化缓慢。为了在短时间内观察温度对防火涂料性能的影响，本文将防火涂料的老化温度提高到-80～200℃。当APP、MEL和PER均在300℃左右分解时，涂层的老化温度不会扩展到200℃以上。制备的水性超薄膨胀型钢结构防火涂料分别在100、150和200℃下加热老化48h，得到A1～A3试样；样品B1～B4在-20、-40、-60和-80℃下冷冻老化14d。当高温老化处理温度由室温提高到100℃时，老化防火涂料试样在燃烧60min后的钢基材背温有所提高；当高温老化处理温度提高到200℃时，老化钢基体经60min后的背温进一步提高到300℃以上。
当高温老化处理温度从室温升高到200℃时，防火涂料的膨胀率降低，膨胀炭化后的残重率也降低。因此，温度对防火涂料的性能有很大的影响。随着环境温度的升高，防火涂料的性能逐渐降低。
图2为未经任何处理的样品B1～B4和原涂层的耐火背温曲线。由图2可知，当环境温度从室温降至-80℃时，防火涂料的防火性能没有明显差异；样品B1～B4的防火背温曲线与原始涂料样品的耐火曲线几乎一致。不同温度下，防火涂料的膨胀率相近，膨胀炭化涂料的残重率保持在52%左右。由此可见，虽然温度对防火涂料的防火性能有影响，但这种影响只集中在环境温度O℃以上，在此温度范围内，随着环境温度的升高，涂层的防火性能逐渐降低；当环境温度低于0℃以下时，即使温度持续下降，涂层的防火性能在没有其他影响的情况下也不会发生显著变化。
2、老化温度对涂层化学组成的影响。采用红外光谱半定量分析防火涂料在加热和冷冻后的化学组成。根据硫氰酸钾(KSCN)的特征峰，研究高低温老化对防火涂料化学组成的影响。
由图3可见，KSCN在2042cm-1处有1个强吸收峰，而在此周围相当大的范围内FRC无吸收峰；KSCN中没有其它强吸收峰，与FRC的吸收峰也无重叠。因此，KSCN和FRC的吸收峰之间没有干扰现象。另外，FRC比MIX有更多的吸收峰，它们都属于于KSCN结构，这证明在现有的试验条件下，两者没有化学反应。因此，FRC可采用KSCN进行红外光谱的标定。
将热处理后的防火涂料样品A1、A2、A3和冷冻后的样品B4从基材上取下，均匀研磨成粉末状，采用KSCN进行标定，得到红外光谱曲线，如图4所示。
由图4可知，2042cm-1处为标定物KSCN的特征吸收峰，1250、874cm-1处为P-O和P-O-P的特征吸收峰(APP)，1014 cm-1处为C-O-H的特征吸收峰(PER)，811 cm-1处为三嗪环的特征吸收峰(MEL)。从F0、A1和A2的红外光谱可知，随着处理温度的升高，P-O、P-O-P，C-O-H和三嗪环吸收峰的强度均逐渐减小，说明防火涂料中防火助剂的含量随着高温老化处理的进行而不断减少，从而将不断降低涂料的防火性能；环境温度越高，防火助剂在同一老化时间内的减少量越大。相比之下，在-80℃冷冻14d的样品B4的红外光谱与F0的几乎相同，表明其化学组成在冷冻过程中几乎没有变化。这充分说明了温度对防火涂料中防火助剂的扩散和迁移起着重要的作用，这是致使涂料防火性能变化的关键因素。
3、老化温度对涂料热稳定性的影响。阻火助剂的损失会导致防火涂料热稳定性的变化。用热失重法研究了F0、A1、A3和B4样品的热稳定性，其结果表明，B4与F0的热重曲线基本一致，两者的三个热分解峰的最大分解温度和最终残重率等非常相似，说明低温对防火涂料的热性能影响不大；而在较高的环境温度下老化的防火涂料热稳定性有显著的变化。因此，高温老化引起的防火助剂损失直接导致防火涂料的热稳定性下降，从而导致防火性能下降。
参考文献：
[1]程海丽.钢结构防火涂料的耐久性问题[J].新型建筑材料，2014(09)．
[2]赵华伟.水性钢结构防火涂料研究[J].涂料工业.2014(04).
论文作者:徐佳
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年18期
论文发表时间:2019/11/7
标签：防火涂料论文; 温度论文; 样品论文; 性能论文; 基材论文; 涂料论文; 热稳定性论文; 《工程管理前沿》2019年18期论文;