(l)納米Ti02四川大學(xué)材料學(xué)院以粒度為20—50nm，晶型為銳鈦型的納米Tio2為添加劑來提高鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的各項(xiàng)性能。研究了納米Ti02的改性，以及改性后的納米Ti02對鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的耐熱極限、防水性能、黏結(jié)強(qiáng)度及抗菌性能的影響。
超細(xì)微粒凝集力很強(qiáng)，給它在基體中的分散帶來很大難度，因此納米粒子在基體中的分散均勻程度成為影響復(fù)合材料性能的關(guān)鍵因素。對超細(xì)微粉實(shí)施表面改性處理是防止其團(tuán)聚，實(shí)現(xiàn)其在基體中良好分散的有效途徑之一。實(shí)驗(yàn)者采用包膜劑對納米Tio2進(jìn)行了包膜改性，考察了不同的包膜劑對納米Ti02的改性情況，試驗(yàn)分別選用了硅包膜、鋁包膜、硅鋁復(fù)合包膜（“先鋁后硅”和“先硅后鋁”兩種方式）來對納米TiO2進(jìn)行改性，通過沉降來表征改性納米Tio2的分散效果。分別取1.5g納米Ti02 5份，打漿分散，其中4份加入2. 5%（以Ti02質(zhì)量計(jì)）的改性劑，1份不加改性劑作為對照，調(diào)節(jié)pH值至8～11之間，控制反應(yīng)溫度在80～100℃，保溫2h后調(diào)整pH值到7左右，過濾并在100℃下烘干后在每份試樣中加溶劑定容到lOOml_，攪拌均勻后移人lOOml．量筒中，靜置24h后觀察Tio2的分散情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：樣品在包膜前后其分散性能有很大差別，包硅比包鋁的分散性能好，且鋁硅和硅鋁復(fù)合包膜的效果比單獨(dú)包鋁效果要好，“先鋁后硅”和“先硅后鋁”兩種方式?jīng)]有明顯區(qū)別。
固定A1203和SiO2的比例為1：l，分別采用2%、4%、6%和8%的“先鋁后硅”的硅鋁復(fù)合包膜方式對納米Tio2進(jìn)行改性實(shí)驗(yàn)。24h沉降實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：隨包膜劑用量酌增加，TiO2的分散性能提高。當(dāng)包膜劑用量在4%以上時(shí)均具有較好的分散效果，靜置24h后都處于較好的分散狀態(tài)，當(dāng)包膜劑用量在8%以上時(shí)，Tio2的分散性不再增加，過多地增加使用量只會(huì)增加材料的成本，選用6%的包膜劑對TiO2進(jìn)行改性較為適宜。
分別添加0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%和1%的改性納米Tio2與防火涂料共混后用超聲波處理2h，并與純防火涂料進(jìn)行對比，分別測定涂料的耐火極限、耐水極限、黏結(jié)強(qiáng)度和抗菌性能等物理指標(biāo)。測試結(jié)果表明：改性納米TiO2的添加極大地提高了涂料的各項(xiàng)性能。未添加納米Ti02的純防火涂料的耐熱極限僅有96min，耐水極限只有28h，黏結(jié)強(qiáng)度只有0.45MPa，抗菌率也只有21%。但添加0.9%的改性納米Ti0)后，其耐熱極限提高了16min，達(dá)到了112min，耐水極限提高了9h，達(dá)到37h以上，黏結(jié)強(qiáng)度提高了0.16MPa，達(dá)0.61MPa，抗菌率也由21%上升到98%。1．0%的添加量與0.9%的添加量相比，涂料的性能幾乎不變，因此可以選擇改性納米Ti02的添加量為0.9%。
(2)納米Si02納米S102是一種無定形白色粉末材料，由于它的尺寸小、表面積大，將其運(yùn)用到鋼結(jié)構(gòu)防火涂料中可以有效提高反應(yīng)面積，增強(qiáng)發(fā)泡層的強(qiáng)度，提高防火性能；納米Sio2表面存在不飽和鍵和不同鍵合狀態(tài)的羥基，同時(shí)納米Si02的獨(dú)特結(jié)構(gòu)使其表現(xiàn)出一些特殊的光學(xué)性能，一些文獻(xiàn)報(bào)道了其對紫外線的反射能力，將其添加進(jìn)涂料可以有效提高涂料的抗老化性能。
北京航空航天大學(xué)材料學(xué)院采用德國Degussa公司生產(chǎn)的Aerosil 380納米Si02，研究了納米Si02對防火涂料性能的影響。
納米Si2對涂料耐火極限的影響如圖6 l所示。
納米SiO2含量/%圖6-1 涂料耐火極限隨納米Si02含量變化圖可以看出納米S102的添加量對防火涂料的耐火極限有顯著的影響。其中添加量為1.5%時(shí)，可以獲得最大的llOmin耐火極限。
納米Si02含量低于1.5%時(shí)，耐火極限隨其含量的增加而延長，這是因?yàn)橥苛显谑軣崤蛎浶纬商抠|(zhì)層后，基體中的納米Si02可以起到“釘扎”作用，能大大增強(qiáng)燃燒后炭質(zhì)層的強(qiáng)度；同時(shí)納米Si02表面還有大量的缺陷態(tài)，不僅具有蓄能作用，而且與基體中的分子間有較強(qiáng)的范德華力作用，這樣燃燒后炭質(zhì)層與基體結(jié)合相對較好，不易脫落，從而使耐火極限延長。當(dāng)納米Si02含量超過巭1.5%后，情況正好相反，隨著其含量的增加涂料耐火極限相應(yīng)降低，這是因?yàn)樵诩{米粒子通過增加分子間作用力來增強(qiáng)炭質(zhì)層強(qiáng)度的同時(shí)，過多的添加抑制了涂層的膨脹，使得炭質(zhì)層氣孔大小不均勻，炭質(zhì)層密度增大，熱導(dǎo)率相應(yīng)增加，從而縮短了鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限。
納米Si02對炭質(zhì)層強(qiáng)度增強(qiáng)和對炭質(zhì)層膨脹高度抑制的綜合作用決定了其對涂料耐火極限的最終影響，添加納米Si02將有效提高鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的耐火極限，而過多的添加則會(huì)起到反作用。
對經(jīng)過紫外光老化150h后的樣板作耐火性能測試，并和老化前的耐火性能對比發(fā)現(xiàn)：未添加納米Si02的耐火極限由102. 5min下降至65min，下降了36.6%；添加1.5%納米Sio2的耐火極限由llOmin下降至85min，下降了22. 7%。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)經(jīng)過老化的涂料燃燒后其炭質(zhì)層較為疏松，容易脫落，這是因?yàn)樽贤夤獾拈L時(shí)間照射使涂層中的有機(jī)物分解，影響了膨脹炭層與鋼材的附著力，使炭層在燃燒過程申容易脫落從而失去對鋼材的保護(hù)。而納米Si02的加入屏蔽了大部分紫外光，很大程度上延緩了涂料的老化進(jìn)程，使鋼結(jié)構(gòu)防火涂料能夠長時(shí)間保持穩(wěn)定的防火性能。
(3)納米Zn0晶須晶須作為一種新型的增強(qiáng)補(bǔ)韌劑，在聚合物復(fù)合材料中有著廣泛的應(yīng)用。四川大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院以四角狀納米Zn0晶須為添加劑，研究了納米Zn0晶須對鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的各項(xiàng)性能的影響。研究表明：用0.5%的KH560改性后的Zn0晶須具有較好的分散性；與純鋼結(jié)構(gòu)防火涂料相比，Zn0晶須添加量為4%～5%的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的性能有較大的提高，其耐熱極限由96min提高到118min，耐水極限由28h提高到37h，黏結(jié)強(qiáng)度由巭0. 45MPa提高到1.12MPa
