鋼結構有質量輕而強度高、塑性和韌性好、施工周期短等特點，同時又是對城市環境影響最小的結構之一，是可重復利 用的綠色環保材料，因此，在建筑工程得中到廣泛的應用和發展。高速增長的公共娛樂場所、體育館、候機廳、展覽館、大型工業廠房等大跨度建筑物和超高層建筑物等，采用鋼結構的 越來越多，伴隨我國國民經濟的發展，鋼產量的不斷增長和鋼結構施工技術水平的不斷提高，鋼結構建筑必將成為新的建筑經濟增長點。但是，鋼結構的廣泛應用也暴露出一系列的缺點，而較為嚴重的則是鋼結構的火災隱患和腐蝕。因此，必須 對鋼結構進行防火保護和防腐處理。

一旦鋼結構建筑發生火災，當溫度升高到500℃以上時， 鋼材會因強度下降而失去支撐力，則往往會導致建筑物垮塌。 因此，必須對鋼結構進行防火保護，以提高其耐火極限。鋼材 在空氣或潮濕的環境中易于銹蝕，鋼材表面的鐵原子與空氣 中的氧化合而成質地疏松的鐵銹，特別是當空氣中含有酸、堿、 鹽類等介質時情況更為嚴重，腐蝕不僅使鋼材表面產生不均勻 的銹蝕，促使鋼結構提前破壞，尤其是在反復沖擊荷載的作用 下，出現脆性斷裂，并造成巨大的損失。因此，必須對鋼結構進 行防腐處理，以延長使用壽命。只有在設計建造的同時，對其進 行有效的防火和防腐保護，才能確保鋼結構建筑物的安全[1]。

目前還沒有同時兼具防腐蝕功能的鋼結構防火涂料，因 此，根據我國建設和經濟發展的現狀、社會的需要，在國內外 現有技術水平的基礎上，結合我國消防規范和法規的要求，深 入開展鋼結構防火涂料防腐性能的研究，使鋼結構防火涂料 同時兼具防腐保護性能，將是鋼結構防火涂料研究領域的一 個重大突破，具有非常重要的意義[2]。本文重點介紹在膨脹型 鋼結構防火涂料的防腐性能研究過程中，對其防腐樹脂的改 性、制備工藝、應用性能及防腐性能等方面的研究工作。

1.試驗

1.1樹脂的選擇及改性技術路線

可用作鋼結構防火、防腐雙功能膨脹型涂料的基料的樹 脂，種類繁多、性能各異，對樹脂的選用應考慮并兼顧涂層的 防火隔熱性、防腐性及裝飾性，即所選用的樹脂不僅使防火涂 料有很好的防火效果，還需要從應用的角度出發，要求防火涂 料具有耐水、耐酸、耐堿、防霉和防腐蝕性，即具有防腐性的樹 脂。我們周圍的環境充滿著空氣、水汽和細菌，因此，防火涂料 能否經久耐用，主要是取決于成膜物質對氧、水的穩定性，以 及涂料組成中是否含有油脂、蛋白質和碳水化合物等細菌食 料。其中，成膜物質的耐水性能尤其重要，耐水性好，漆膜被水 解的可能性就小，對酸堿的腐蝕抵抗能力就強[3]。根據我們多 年從事防火涂料研究的實踐，丙烯酸類樹脂、聚氨酯類樹脂、 氯化橡膠、環氧樹脂、氯化聚乙烯樹脂等都可作為不同體系防 火涂料的基料。熱塑性常溫干燥型丙烯酸樹脂類涂料具有優 良的耐候性、保色性和耐水性及耐腐蝕性，其主要缺點是耐熱 性差、硬度較大、軟化點較低等，單獨用于涂料時漆膜較脆，附 著力不好，不耐紫外線，易老化；環氧樹脂具有優異的粘接性 能、耐磨性能、機械性能、電絕緣性能、化學穩定性能以及柔韌 性好和附著力強等特點，其主要缺點是涂膜耐候性、耐熱性、 耐溶劑性差等，單獨用于涂料時漆膜較脆[4]。也就是說用任何 一種單一樹脂作基料的防火涂料其性能都會存在某種較大的 缺陷。為了發揮不同樹脂的優點，克服其性能不足，我們進行 了用硅樹脂改性環氧樹脂，然后用改性環氧樹脂改性丙烯酸 樹脂技術的探索研究，采用在環氧樹脂分子結構中引入含甲 氧基的官能團等其它基團的聚合法，以提高樹脂的耐候性、耐 腐蝕性和耐水性。用硅樹脂改性環氧對丙烯酸樹脂進行改性， 可克服丙烯酸樹脂涂膜硬而脆的缺陷，以提高樹脂的耐候性 和在高溫下與鋼材的粘結性，使之成為具有重防腐蝕的性能， 從而提高防火涂料的性能并使其具有耐腐蝕性能[5]。以改性樹 脂為基料，與防火體系和其它阻燃劑等添加劑合理復配，從而 得到同時具有優異防火隔熱性能和防腐性能的鋼結構防火涂 料。

1.2改性樹脂的研制

采用硅樹脂改性環氧樹脂，將不同的有機硅單體混合，經 水解縮合制成低聚合度的中間體殘留有活潑的甲氧基或硅醇 （羥基）的官能團，能與含羥基的有機樹脂（例如環氧樹脂、聚 酯樹脂、醇酸樹脂等）縮合，生成環氧改性硅樹脂，提高環氧樹 脂的耐腐蝕性、耐水性、耐候性和在高溫下與鋼材的粘接性[4，6]。

1.2.1主要設備和原料

（1）主要設備

反應釜、混合缸、電動過濾機、高速攪拌機、球磨機、 PHS-2C型數顯酸度計。

（2）主要原料

3037反應性低分子質量有機硅中間體樹脂：道康寧公司 生產的工業品；E-20環氧樹脂（即601環氧樹脂）、丙烯酸樹 脂、甲苯、二甲苯、助劑（防沉劑等）、各種添加劑、200號溶劑 汽油、鈦白粉、復合阻燃劑、發泡劑：工業品；云母粉：325目， 工業品；滑石粉：325目，工業品。

1.2.2改性丙烯酸樹脂的制備

取定量的丙烯酸樹脂加入反應釜內，在一定溫度下，于攪 拌的狀況下加入定量的有機硅改性環氧樹脂共混，攪拌均勻 后，即得改性丙烯酸樹脂，過濾裝桶備用。試驗結果表明，用改 性丙烯酸樹脂配制的鋼結構防火涂料，除了具有高效的防火隔熱性能外，還具有堅韌耐磨的涂膜和優異的防腐蝕性能。涂膜裝飾性更強、耐候性、耐化學藥品性能以及耐熱性更加優異，受火時涂料與鋼材的粘結性、發泡層密實度都大大提高。

1.2.3有機硅改性環氧樹脂的合成

首先取定量的E-20環氧樹脂和3037反應性低分子質 量有機硅中間體及甲苯加入反應釜內攪勻，以堿催化，控制一 定的聚合反應工藝條件，制得有機硅改性環氧樹脂。E-20環 氧樹脂與含甲氧基的有機硅中間體發生反應，則環氧樹脂羥 基和硅中間體縮合，殘留環氧基，提高了環氧樹脂的耐候性和 耐腐性。試驗結果表明，改性后的環氧樹脂的耐水性能、耐熱 性、軟化點、硬度、耐候性和耐腐性均有很大提高。

1.2.4不同樹脂膨脹型鋼結構防火涂料的制備和涂裝

將定量的復合阻燃劑、發泡劑、各種添加劑、鈦白粉、溶劑油、增稠劑，分別與改性丙烯酸樹脂、丙烯酸樹脂、有機硅改性 環氧樹脂、環氧樹脂等4種不同樹脂，加入混合缸內用攪拌機攪勻，然后送入球磨機中碾磨至規定的細度；將磨細的涂料倒入混合缸內，用溶劑調節其黏度，過濾掉雜質，分別制得具有防火、防腐雙功能的膨脹型鋼結構防火涂料1、防火涂料2、防火涂料3和防火涂料4。

防火涂料試板的涂裝方法如下：先將鋼板用銼刀進行機 械法除銹，再用0＃砂紙打磨至表面平整，達到Ra 2級。然后 用丙酮對鋼板進行除油處理，以提高涂料的附著力[7]。將制得 的鋼結構防火涂料1、2、3、4分別涂刷在鋼板上，按GB 14907—2002《鋼結構防火涂料》中室外結構防火涂料的規定 經處理后待用。

2 結果與討論

2.1改性樹脂的防腐性評價

采用開路電位法評價防火涂料的防腐性能，利用達到平衡 后的開路電位大小來衡量防火涂料防腐性能的優劣，開路電位 高，則防腐性能好。具體做法如下：將涂有防火涂料1、2、3、4的 試板干燥后浸入腐蝕介質中，以鉑電極作為參比電極，用數 顯酸度計測試鋼板的開路電位隨時間的變化，評價其防腐性 能[8-9]。圖1為樹脂用量為35％時，以不同樹脂為基料制備的膨 脹型鋼結構防火涂料1、2、3、4的開路電位隨浸泡時間的變化。
 

從圖1可以看出，當樹脂分別采用改性后的丙烯酸樹脂、 有機硅改性環氧樹脂、丙烯酸樹脂和環氧樹脂時，平衡開路電 位分別為-573、-598、-638和-660 mV。用改性丙烯酸樹脂制 備的膨脹型鋼結構防火涂料1的平衡開路電位最高，單用環 氧樹脂制備膨脹型鋼結構防火涂料4的平衡開路電位最低， 這說明改性丙烯酸樹脂和改性環氧樹脂具有較好的防腐性 能。用改性丙烯酸樹脂制備的膨脹型鋼結構防火涂料具有優 異的防火隔熱性能和防腐性能。

2.2有機硅改性環氧樹脂用量對防火涂料 防腐性能的影響

有機硅改性環氧樹脂在防腐涂料中主要起緩蝕劑的作用，因此，其含量越多，防腐性能越好。圖2為改性樹脂中丙烯酸樹脂含量為20%時，有機硅改性環氧樹脂的用量對防腐性能的影響。

從圖2可以看出，當有機硅改性環氧樹脂的用量低于 15％時，鋼結構防火涂料的平衡開路電位隨改性環氧樹脂用量增加而增大，從改性環氧樹脂用量為5％時的-618 mV增加到改性環氧樹脂用量為10％時的-589 mV，直到改性環氧樹 脂用量為15％時，平衡開路電位增加到-572 mV，與裸露鋼板 的平衡開路電位-817 mV相比提高245 mV。平衡開路電位的增大意味著涂料的防腐性能提高，符合一般規律。然而，當改性環氧樹脂用量繼續增加到30％時，平衡電位不升反降，只 有-704 mV。過多的改性環氧樹脂對防腐性能造成的不利影響 主要是由于改性環氧樹脂中所含的硅化合物引起的，硅化合物 不僅會降低涂料在鋼板上的附著力，而且由于硅化合物的溶解會影響涂層的致密性，降低了涂層的物理屏蔽作用，從而降低 了涂料的防腐性能。當有機硅改性環氧樹脂用量低于15％時， 其中所含的少量磷化合物的負面影響較弱，但當有機硅改性環 氧樹脂用量大于15％時，其影響增強。因此，在鋼結構防火涂料中的改性環氧樹脂用量為15％時，涂料的防腐性能最佳。

2.3耐化學腐蝕性測試

對用改性樹脂制備的膨脹型鋼結構防火涂料的耐化學腐蝕性，按GB 14907—2002規定的試驗方法進行測試，其相關 性能測試結果見表1。

從表1可見，以改性丙烯酸樹脂為基料制備的膨脹型鋼 結構防火涂料具有高效的防腐蝕性能。

該防火涂料的綜合性能經國家防火建材質檢中心檢測， 其防火性能和理化性能優良，各項性能指標達到預定要求。表 明用改性環氧樹脂對丙烯酸樹脂進行復合改性，可提高防火 涂料的耐候性和受火時涂料的發泡層與鋼材的粘結性[10]，同 時使其具有防腐蝕性。

3 結語

（1）在樹脂的改性研究中，丙烯酸樹脂含量為20%時，隨有機硅改性環氧樹脂用量的增加，防火、防腐雙功能鋼結構防火涂料的防腐性能也提高，但加入過多的有機硅改性環氧樹脂會因引入的硅化合物而使防腐性能下降。最佳的有機硅改性環氧樹脂用量為15％。

（2）采用在環氧樹脂分子結構中引入含甲氧基的官能團等其它基團的聚合法，用含甲氧基的有機硅中間體與環氧樹脂發生反應，使環氧樹脂羥基和硅中間體縮合，殘留環氧基提高了 環氧樹脂的耐候性和耐腐性；用環氧改性硅樹脂對丙烯酸樹脂進行改性，克服了丙烯酸樹脂涂膜硬而脆的缺陷，提高了樹脂的耐候性和在高溫下與鋼材的粘結性，使之成為具有重防腐蝕的樹脂。用改性后的丙烯酸樹脂制備的膨脹型鋼結構防火涂料具有優異的防火隔熱性能和防腐性能，開拓了防火涂料兼具防腐功能的新技術途徑，提高了涂料的耐候性和耐腐性能。