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，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，注重原材料環(huán)保指標的控制，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)性有機化合物(VOC)的含量；另一方面對產(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。
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樹脂名稱
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2mm涂層發(fā)泡
高度/mm
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炭化層質(zhì)量
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發(fā)煙量
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理化性能
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氯—偏乳液
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16
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較堅固
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較多
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合格
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水性氟樹脂
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18
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堅固致密
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較多
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合格
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水性環(huán)氧樹脂
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16
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較疏松
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較少
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合格
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丙烯酸彈性乳液
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20
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堅固致密
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較少
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合格
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硅丙乳液
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15
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較疏松
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較少
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合格
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苯丙乳液
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7
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較堅固
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較多
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合格
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醇丙乳液
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10
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較堅固
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較多
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合格
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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液體，覆蓋于保護材質(zhì)的表面隔氧和防止可燃物的擴散；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，終止自由基的鏈式氧化反應(yīng)，抑制揮發(fā)性可燃氣體的生成。
阻燃劑種類很多，大致分為四類：
(1)無機化合物類，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)防火涂料的防火機理，本實驗選用丁遇熱膨脹發(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。實驗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，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
對超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料來說，無機填料的比例較少，因其含量過高，會影響涂層的發(fā)泡高度，達不到隔熱目的，但其可使發(fā)泡層致密，提高強度，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。
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原料
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質(zhì)量分數(shù) /%
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水
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15～20
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丙烯酸彈性乳液
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18～25
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聚磷酸銨
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25～30
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三聚氰胺
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10～15
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季戊四醇
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5～10
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鈦白粉
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5～8
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滑石粉
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2～5
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重質(zhì)碳酸鈣
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3～7
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消泡劑
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0.1～0.5
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分散劑
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0.1～0.5
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3.環(huán)保超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的性能
產(chǎn)品經(jīng)國家固定滅火系統(tǒng)和耐火構(gòu)件質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心檢測，依據(jù)國家標準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，其指標見表3。
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檢測項目
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檢測標準
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實測結(jié)果
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在容器中狀態(tài)
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經(jīng)攪拌后呈均勻細膩狀態(tài)，無結(jié)塊
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經(jīng)攪拌后呈均勻細膩狀態(tài)，無結(jié)塊
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干燥時間 /表干
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≤8h
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2h
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初期干燥抗裂性
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不應(yīng)出現(xiàn)裂紋
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無裂紋
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粘結(jié)強度
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≥0.20
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0.44
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耐水性
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≥24涂層應(yīng)無起層、發(fā)泡、脫落現(xiàn)象
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24h涂層無起層、發(fā)泡、脫落現(xiàn)象
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耐冷熱循環(huán)性
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≥15次涂層應(yīng)無開裂、剝落、起泡現(xiàn)象
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15次涂層無開裂、剝落、起泡現(xiàn)象
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外觀與顏色
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色同樣品相比應(yīng)無明顯差別
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涂層干燥后，同樣品相比無明顯差別
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耐火時間
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涂層厚度/mm
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≤2.00±0.20
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2.00
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耐火極限/h
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≥1.0
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2.0
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其產(chǎn)品外觀細膩、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，有很強的裝飾效果。在涂層相同厚度的情況下，耐火時間是標準要求的一倍，也就是說，在相同要求耐火時間的情況下，涂層可以更薄，這樣既減輕了鋼構(gòu)件的負重，又縮短了施工工期，省時、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，最大的特點具有環(huán)保性、安全性。產(chǎn)品依據(jù)《環(huán)境標志產(chǎn)品認證技術(shù)要求——水性涂料》(HBCl2—2002)規(guī)定的各項有害物質(zhì)限量指標，經(jīng)國家建筑材料測試中心檢測，完全符合環(huán)保要求，并于2004年4月通過環(huán)境標志產(chǎn)品認證，檢測結(jié)果如表4所示。
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檢測項目
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技術(shù)指標
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檢測結(jié)果
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苯、甲苯、二甲苯乙苯/(mg/kg)
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≤500
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未檢出
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鹵代烴 /(mg/kg)
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≤500
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未檢出
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甲醛及甲醛聚合物 /(mg/kg)
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≤100
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93.0
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汞 /(mg/kg)
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≤60
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<0.1
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鉛 /(mg/kg)
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≤90
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13
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鎘 /(mg/kg)
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≤75
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1.9
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鉻 /(mg/kg)
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≤60
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0.7
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總揮發(fā)性有機化合物含量(TVOC)/(g/L)
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≤250
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10.3
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4.結(jié)論
環(huán)保超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料其性能指標均達到GB14907-2002《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料》國家標準，在環(huán)保方面也達到國家環(huán)境保護總局2002年批準實施的環(huán)境產(chǎn)品技術(shù)要求HBC12-2002《環(huán)境標志產(chǎn)品認證技術(shù)要求——水性涂料》。產(chǎn)品符合設(shè)計要求和當今社會高效、環(huán)保發(fā)展的趨勢，市場前景廣闊。
