室外钢结构阻燃涂料的阻燃机理

2025-02-04 16:49
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室外钢结构阻燃涂料是指适合于室外环境使用的钢结构阻燃涂料,主要用于建筑物室外和石化企业露天钢结构等。部分配方含有硼酸锌,氢氧化铝,氢氧化镁等阻燃剂成分。这类钢结构阻燃涂料的基料是耐候性好的合成树脂或有机高分子聚合物乳液与无机粘结剂复合而成,再配以阻燃剂、轻质材料、增强材料。硅溶胶是一种理想的无机成膜物,它是由水玻璃经过酸处理、电渗析及离子交换等方法去掉钠离子得到的超微粒子聚硅酸分散体具有一旦成膜就不再溶解的特性。但由于它在成膜过程中体积收缩大,所以容易引起涂层硬脆、开裂。如果用水性有机树脂或有机乳液与之混用,则可以大大改善涂层的机械性能。常用的水性树脂和有机乳液有丙苯乳液、丙烯酸系列乳液等。室外钢结构阻燃涂料的研究中,其阻燃添加剂的选择原则与其他几类钢结构阻燃涂料类似。但要适应室外的环境条件,对耐水、耐候、耐化学腐蚀性能等的要求更苛刻。


目前这类涂料只有厚涂型和薄涂型,品种也较少,如国内的“SJ-1”和“SWB”“SWH”室外钢结构阻燃涂料,涂层厚度分别为24.9mm、5.5mm和25mm,耐火极限分别为150min、99min和210 min。而性能更优异的室外钢结构阻燃涂料还有待进一步研究开发。炭化层的形成过程和最终状态是决定钢结构膨胀型阻燃涂料耐火极限的主要因素,如何形成轻质、均匀、致密和强度高的炭化层是这类涂料研究和生产的技术关键。膨胀型阻燃涂料的炭化层形成过程是在高温条件下剧烈的化学反应过程,涂料配方中的各个组分在这种极端的反应条件下都有可能参与炭化层的形成,从而最终影响炭化层的形态。


通过对有机物体系中常用的阻燃剂--硼酸锌在膨胀型阻燃涂料中的不同含量对涂料耐火极限和形成炭化层的形态影响研究,室外钢结构阻燃涂料的阻燃机理可能包含以下几个方面

①阻燃涂料在高温下形成的熔体具有较好的弹性,有利于气泡的膨胀。在膨胀的初始阶段,体系粘度大,有利于形成小气泡(对炭化层的强度和韧性有利,并使炭化层的导热系数减小);在胀的后期,气体的扩散速度和扩散系数对气泡的膨胀起决定作用。

②减少炭化层膨胀过程中气体扩散损失的方法:

a.采用大分子气体;

b.使用交联体系(扩大聚合物相对分子质量);

c.加入表面活性剂,使气体易于分散。

③从热点成核机理考虑,配方中不宜加入能分解放出水分的阻燃剂。当填料成分分布均匀以后,炭化层结构从发泡过程来看,主要取决于其中成膜物质的性质:

A.当涂料中的固体粉末充分分散时,孔径大小不一是由于气孔在形成过程中表面张力的不同造成,而此时的表面张力取决于涂料的粘度和均匀度;当高分子成膜物质相对分子质量较小、相对分子质量分布较大、分子结构有序性差时,膜的强度和均匀性都会明显下降。

B.炭化层孔径分布的均匀性也受到高分子膜的明显影响。因此,选择优良的成膜基料也是形成良好炭化层的关键。从实验来看,相对分子质量较高、相对分子质量分布比较均匀的丙烯酸酯树脂所成炭化层的均匀度优于相对分子质量较低的丙烯酸酯树脂所形成的炭化层。


通过理论分析和对比试验结果分析,对炭化层的形成过程有了较深的了解,也对配方的设计做出了指导。比如,配方中加人适当的表面活性剂,以减少成核时的表面能;又如我们依据热点成核原理,将配方中使用的不利于膨胀发泡的组分(如水合硼酸锌、氢氧化铝)去除,重新设计配方试验工作,并通过对比测试,最终得到致密、均匀的炭化层结构,使钢结构超薄型阻燃涂料的耐火极限提高。

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