膨胀型钢结构防火涂料的酸碱性对性能影响（一）

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　　0 　引言
　　由于钢结构具有承重高、跨度大、抗震性好、易施工、环境污染小、可回收再利用等诸多优势,在建筑上的应用成为现代高层建筑的发展趋势。一般常用的建筑钢结构的临界温度在540℃左右。对于建筑火灾,火场温度大多在800～1 200℃之间,在火灾发生的10 min内,火场温度即可达到700℃[ 1 ] ,因此钢结构在很短时间内就失去刚性和强度,导致整个建筑物的坍塌。膨胀型钢结构防火涂料遇火即膨胀炭化,形成一个比原涂层厚十几倍乃至几十倍的多孔炭质层,这种炭质层本身导热系数低,不仅可以隔绝火焰对钢结构的直接作用,而且能够显著降低传递到钢结构表面的热量。因此膨胀型钢结构防火涂料遇火形成致密、强度高的炭质层非常重要。炭质层的形成是膨胀型钢结构防火涂料中酸催化脱水剂、成炭剂和发气剂之间相互作用的结果,要提高炭质层的防火隔热性能就必须改善酸催化脱水剂、成炭剂和发气剂三者之间的关系。通过大量实验发现膨胀型钢结构防火涂料的酸碱性对酸催化脱水剂、成炭剂和发气剂之间的关系影响极大,从而影响了炭质层的形成,即影响了膨胀型钢结构防火涂料的防火隔热性能,因此研究膨胀型钢结构防火涂料的酸碱性对其防火隔热性能的影响,对开发高性能的防火涂料具有重要的实际意义。
　　1 　实验部分
1 N" z, F+ z1 d* w2 u. |; f　　1. 1 　实验装置
; x" ?( V( X" N0 r# p: A+ k5 ~$ B　　采用微型电炉测试防火涂料的防火隔热性能。根据其升温曲线以及大量实验证明,微型电炉的升温速率以及所能达到的最高温度能满足测试小试样防火涂料性能的要求,能较准确地评价防火涂料的防火隔热性能。
: B& f7 W6 @, m, O+ r　　1. 2 　实验材料
% o, u- [( h7 e3 e( g9 e) N　　以80 mm×80 mm的钢板为基材,干膜厚度为1 . 2 mm的水基膨胀型钢结构防火涂料,主要成分见表1。用盐酸(化学纯)和有机胺分别作为膨胀型钢结构防火涂料酸碱性的改变剂。
! Y$ z! R+ t5 i- k表 1 　膨胀型钢结构防火涂料成分

1. 3 　实验操作
将已固化的试样称质量 , 测量涂层厚度 , 置于微型电炉中进行实验 , 实验进行 2 h 。微型电炉的额定功率 550W 。用热电偶测量试样钢板背面的温度 ( 简称背温 ) , 并用微机系统实时记录背温随时间的变化。最后 , 测量炭化体的膨胀高度、密实度和强度。
, ~2 F0 \; ?7 g' r) Y* Q7 A2 　结果与讨论
$ i, b* r) q$ Y/ e# n0 l0 o/ l2. 1 　膨胀型钢结构防火涂料的酸性对其防火隔热性能的影响
+ @" k; H1 z; G5 u. n: \, w7 M% t, A2. 1. 1 试样隔热性能分析
, z" Q: ^1 |" M以盐酸作为酸性改变剂 , 添加量分别为配方质量的 0 、 0. 15% 、 0. 25% 、 0 . 5% 、 1% 、 2% , 进行微型电炉实验 , 研究膨胀型钢结构防火涂料的酸性对其防火隔热性能的影响 , 其实验数据见表 2 。
表 2 　试样隔热性能数据
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从表 2 可以看出 , 空白试样炭化体的膨胀高度比含盐酸的炭化体的低 , 而且随着盐酸量的增加 , 其炭化体的膨胀高度呈增加趋势。因为聚磷酸铵在酸性介质和加热的条件下水解加速 , 水解反应历程是逐个断开末端的— PO 4 基团 [ 2 ] , 使大分子聚磷酸铵变成相对分子质量小的聚磷酸铵 , 这些小分子聚磷酸铵热分解后 , 与多羟基化合物酯化脱水成炭 , 形成一些小分子结构产物 , 这些产物使涂层软化时的黏度比较低 , 在发气剂的作用下炭化体很容易膨胀 [ 3 ] , 形成孔径比较大而且膨胀高度比较高的炭化体。而且随着盐酸量的增加 , 聚磷酸铵水解速度加快 , 热分解后与多羟基化合物酯化脱水形成更多的小分子结构产物 , 使涂层软化时的黏度更低 , 炭化体更容易膨胀 , 所以炭化体的膨胀高度呈增加趋势。
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