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環(huán)保超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料和它的配方設(shè)計(jì)

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2010-08-20   來源:防火建筑材料   瀏覽次數(shù):461  分享到: 分享到騰訊微博
防火涂料按其涂膜厚度分為厚涂型、薄涂型和超薄型三種,其中超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料用量最大.以超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的環(huán)保性為研究目標(biāo),注重原材料環(huán)保指標(biāo)的控制,一方面在生產(chǎn)和配制過程中,使用水作溶劑和分散介質(zhì),減少揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)的含量;另一方面對(duì)產(chǎn)品的主要物質(zhì)——成膜物做出選擇,選擇耐火性能好、理化性能高、符合環(huán)保要求的樹脂。

1.前言

防火涂料按其涂膜厚度分為厚涂型、薄涂型和超薄型三種,其中超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料用量最大,約占防火涂料的90%,但一般為溶劑型體系,雖然耐火性能優(yōu)越,但在生產(chǎn)、施工中污染環(huán)境,有害人體健康,所以安全無毒、無空氣污染、施工工具易于清洗的水性環(huán)保超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料成為人們關(guān)注的焦點(diǎn),越來越受到人們的重視,成為研究的發(fā)展方向之一。

以超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的環(huán)保性為研究目標(biāo),注重原材料環(huán)保指標(biāo)的控制,一方面在生產(chǎn)和配制過程中,使用水作溶劑和分散介質(zhì),減少揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)的含量;另一方面對(duì)產(chǎn)品的主要物質(zhì)——成膜物做出選擇,選擇耐火性能好、理化性能高、符合環(huán)保要求的樹脂。

2.原材料的選擇

2.1樹脂乳液的選擇

成膜物對(duì)環(huán)保超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的性能有很大影響,多種樹脂乳液均可作成膜粘結(jié)劑,如氯—偏乳液、氟樹脂乳液、水性環(huán)氧樹脂、丙烯酸彈性乳液、硅丙乳液等,用相同的防火阻燃體系,不同的成膜粘結(jié)劑制成防火涂料后,比較其各方面性能,結(jié)果見表1。
 

1不同樹脂乳液的防火涂料性能比較
樹脂名稱
2mm涂層發(fā)泡
高度/mm
炭化層質(zhì)量
發(fā)煙量
理化性能
偏乳液
16
較堅(jiān)固
較多
合格
水性氟樹脂
18
堅(jiān)固致密
較多
合格
水性環(huán)氧樹脂
16
較疏松
較少
合格
丙烯酸彈性乳液
20
堅(jiān)固致密
較少
合格
硅丙乳液
15
較疏松
較少
合格
苯丙乳液
7
較堅(jiān)固
較多
合格
醇丙乳液
10
較堅(jiān)固
較多
合格

由表1可以看出,水性氟樹脂和丙烯酸彈性乳液的炭化層質(zhì)量防火性能最好,而水性環(huán)氧樹脂、丙烯酸彈性乳液、硅丙乳液的發(fā)煙量少,對(duì)環(huán)境造成污染小,環(huán)保性好。氯—偏乳液和水性氟樹脂等含有鹵素的乳液,在燃燒時(shí)生成大量的煙和有毒氣體及腐蝕性的氣體,可導(dǎo)致單純由火所不能引起的電路系統(tǒng)開關(guān)和其他金屬物件的腐蝕及對(duì)人體呼吸道和其他器官造成危害;水性環(huán)氧樹脂必須加入固化劑才能成膜,給生產(chǎn)、施工帶來不便,考慮到涂層在正常工作條件下具有各種使用性能和環(huán)保性,又能在火焰或高溫作用時(shí)不開裂,所以最后選用丙烯酸彈性乳液,其制成的防火涂料涂層具有很好的彈性,防止涂層遇火開裂,提高耐火極限。

2.2阻燃成分的選擇

阻燃劑主要作用是降低或阻礙燃燒。阻燃劑分解產(chǎn)生密度較大的不燃性氣體或高沸點(diǎn)液體,覆蓋于保護(hù)材質(zhì)的表面隔氧和防止可燃物的擴(kuò)散;通過阻燃劑吸熱分解或吸熱升華,降低聚合物表面溫度,阻燃劑分解出大量不燃性氣體,沖淡燃燒區(qū)域的可燃性氣體濃度和氧濃度,捕捉活性自由基,終止自由基的鏈?zhǔn)窖趸磻?yīng),抑制揮發(fā)性可燃?xì)怏w的生成。

阻燃劑種類很多,大致分為四類:

(1)無機(jī)化合物類,如三氧化二銻、氫氧化鋁、硼酸鋅、偏硼酸鋇等;

(2)鹵素化合物類,如氯化石蠟、五溴乙苯、四溴丁烷等;

(3)磷酸酯及鹵化磷酸酯類化合物,如磷酸三辛酯、磷酸三苯酯等等;

(4)反應(yīng)型阻燃劑,如各種酸酐、二溴苯酚、四氯雙酚A等阻燃劑。

根據(jù)防火涂料的防火機(jī)理,本實(shí)驗(yàn)選用丁遇熱膨脹發(fā)泡、不易燃,能形成良好的碳質(zhì)泡沫層,有效起到防火阻燃效果的聚磷酸銨、三聚氰胺、季戊四醇來作阻燃劑。實(shí)驗(yàn)中三種阻燃材料所占質(zhì)量比例分別為25%~30%、10%~15%、5%~10%,其中聚磷酸銨的聚合度大小,對(duì)涂層的性能也有很大影響。聚磷酸銨聚合度越高,則熱穩(wěn)定性越好,發(fā)泡性越強(qiáng),阻燃效果越佳,且不易吸潮,發(fā)煙量小,所以選用的聚合度為800的聚磷酸銨。

2.3其他成分

對(duì)超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料來說,無機(jī)填料的比例較少,因其含量過高,會(huì)影響涂層的發(fā)泡高度,達(dá)不到隔熱目的,但其可使發(fā)泡層致密,提高強(qiáng)度,故采用了質(zhì)量分5%~8%的鈦白粉、2%~5%的滑石粉、3%~7%的重質(zhì)碳酸鈣,另外還有15%~20%的水和少量消泡劑、分散劑等。

2.4配方

超薄鋼結(jié)構(gòu)防火涂料配方如表2所示。

 

2環(huán)保超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料配方
原料
質(zhì)量分?jǐn)?shù) /%
1520
丙烯酸彈性乳液
1825
聚磷酸銨
2530
三聚氰胺
1015
季戊四醇
510
鈦白粉
58
滑石粉
25
重質(zhì)碳酸鈣
37
消泡劑
0.10.5
分散劑
0.1~0.5

3.環(huán)保超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的性能

產(chǎn)品經(jīng)國(guó)家固定滅火系統(tǒng)和耐火構(gòu)件質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測(cè),依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB14907—2002《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料》技術(shù)要求來判定產(chǎn)品質(zhì)量,其指標(biāo)見表3。
 

3環(huán)保超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料性能
檢測(cè)項(xiàng)目
檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)
實(shí)測(cè)結(jié)果
在容器中狀態(tài)
經(jīng)攪拌后呈均勻細(xì)膩狀態(tài),無結(jié)塊
經(jīng)攪拌后呈均勻細(xì)膩狀態(tài),無結(jié)塊
干燥時(shí)間 /表干
≤8h
2h
初期干燥抗裂性
不應(yīng)出現(xiàn)裂紋
無裂紋
粘結(jié)強(qiáng)度
≥0.20
0.44
耐水性
≥24涂層應(yīng)無起層、發(fā)泡、脫落現(xiàn)象
24h涂層無起層、發(fā)泡、脫落現(xiàn)象
耐冷熱循環(huán)性
≥15次涂層應(yīng)無開裂、剝落、起泡現(xiàn)象
15次涂層無開裂、剝落、起泡現(xiàn)象
外觀與顏色
色同樣品相比應(yīng)無明顯差別
涂層干燥后,同樣品相比無明顯差別
耐火時(shí)間
 
 
涂層厚度/mm
≤2.00±0.20
2.00
耐火極限/h
≥1.0
2.0

 

其產(chǎn)品外觀細(xì)膩、手感光滑,有很好的流變性能及開罐效果,可以調(diào)配成多種顏色,有很強(qiáng)的裝飾效果。在涂層相同厚度的情況下,耐火時(shí)間是標(biāo)準(zhǔn)要求的一倍,也就是說,在相同要求耐火時(shí)間的情況下,涂層可以更薄,這樣既減輕了鋼構(gòu)件的負(fù)重,又縮短了施工工期,省時(shí)、省力、節(jié)省開支。

另外,環(huán)保型超薄鋼結(jié)構(gòu)防火涂料與溶劑型超薄鋼結(jié)構(gòu)防火涂料相比,最大的特點(diǎn)具有環(huán)保性、安全性。產(chǎn)品依據(jù)《環(huán)境標(biāo)志產(chǎn)品認(rèn)證技術(shù)要求——水性涂料》(HBCl2—2002)規(guī)定的各項(xiàng)有害物質(zhì)限量指標(biāo),經(jīng)國(guó)家建筑材料測(cè)試中心檢測(cè),完全符合環(huán)保要求,并于2004年4月通過環(huán)境標(biāo)志產(chǎn)品認(rèn)證,檢測(cè)結(jié)果如表4所示。
 

    4防火涂料檢測(cè)結(jié)果
檢測(cè)項(xiàng)目
技術(shù)指標(biāo)
檢測(cè)結(jié)果
苯、甲苯、二甲苯乙苯/(mg/kg)
≤500
未檢出
鹵代烴 /(mg/kg)
≤500
未檢出
甲醛及甲醛聚合物 /(mg/kg)
≤100
93.0
/(mg/kg)
≤60
<0.1
/(mg/kg)
≤90
13
/(mg/kg)
≤75
1.9
/(mg/kg)
≤60
0.7
總揮發(fā)性有機(jī)化合物含量(TVOC)/(g/L)
≤250
10.3
 

4.結(jié)論

環(huán)保超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料其性能指標(biāo)均達(dá)到GB14907-2002《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),在環(huán)保方面也達(dá)到國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局2002年批準(zhǔn)實(shí)施的環(huán)境產(chǎn)品技術(shù)要求HBC12-2002《環(huán)境標(biāo)志產(chǎn)品認(rèn)證技術(shù)要求——水性涂料》。產(chǎn)品符合設(shè)計(jì)要求和當(dāng)今社會(huì)高效、環(huán)保發(fā)展的趨勢(shì),市場(chǎng)前景廣闊。


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