現代大型建筑的主要承重構件大多依賴于堅固的鋼材。但是，鋼結構的耐火性能遠比磚石結構和鋼筋混凝土結構差。當溫度達到某一值時，鋼材便失去承載能力，這一溫度被定義為鋼材的臨界溫度，一般常用的建筑鋼材的臨界溫度在540℃左右。對于建筑火災，火場的溫度大多在800～1200℃之間，在火災發生的10min內，火場的溫度即可達到700℃以上。對于裸露的鋼材，只要幾分鐘就可上升到臨界值，使得承載能力失效并導致建筑物垮塌。

為解決鋼結構建筑的耐火問題，比較好的方法是采用防火涂料。但是國產鋼結構防火涂料普遍存在價位高、裝飾性差及耐火能力不強等缺點，其應用更是受到了極大的限制。為了克服鋼結構防火涂料的上述缺點，一般采用制備新型鋼結構防火涂料和對傳統防火涂料進行改性等辦法來加以解決。

晶須作為一種新型的增強補韌劑，在聚合物復合材料中有著廣泛的應用。但目前還沒有關于用氧化鋅晶須來增強鋼結構防火涂料，提高其耐火極限等性能的報道。無機填料由于與基料的極性相差太大，且表面能高，很難在基料中均勻分散，一般都經過改性處理后才加入基料中[5-6]。本文采用偶聯劑對ZnO晶須料進行改性，再將改性后的ZnO晶須添加到鋼結構防火涂料以提高防火涂料的耐火極限、耐水性能、粘結強度，同時增加涂料的抗菌性能，使涂料具有更好的使用性能。

1實驗

1.1主要原料

鋼結構防火涂料：自制，當涂層厚度為2mm時耐火極限為96min，耐水極限28h，粘結強度0。45MPa[7]；氧化鋅晶須：市售，長10～20μm，四角針狀；鈦酸酯偶聯劑、硬脂酸偶聯劑、KH560偶聯劑：均為試劑。

1.2樣品制備

晶須的改性：將偶聯劑按比例溶入乙醇溶劑中，加入晶須超聲分散20min，過濾，于100℃烘干后備用。

將改性氧化鋅晶須按一定配比與防火涂料于高速攪拌機內混合后采用超聲波處理2h，在鋼板上涂刷3次，晾干。

1.3 性能測試

涂料性能按GB/T14907—2002標準進行測試；用JSM-5900LV電子掃描電鏡觀察涂層斷面形態。

2 結果與討論

2.1 偶聯劑最佳用量的確定

分別用0。1%、0。3%、0。5%和0。7%的KH560偶聯劑對晶須進行改性實驗，通過24h的沉降實驗數據來進行偶聯劑最佳用量的確定，實驗結果如圖2。

實驗可知，隨著偶聯劑用量的增加，晶須的分散性能提高。當偶聯劑用量≥0。3%時，晶須均具有較好的分散效果，當偶聯劑用量在0。7%以上時，晶須的分散性不再增加，因此過多地增加偶聯劑的使用量只會增加材料成本，實驗最終選用0。5%的偶聯劑對晶須進行改性。

2.2 晶須用量對防火涂料性能的影響

為了考察晶須的用量對防火涂料性能的影響，實驗中分別添加1%、2%、3%、4%、5%和6%的改性氧化鋅與防火涂料共混后用超聲波處理2h，并與純防火涂料進行對比。分別測定了涂料的耐熱極限、耐水極限、粘結強度等物理指標，測試結果見表1。

從表1中可以看出，改性氧化鋅晶須的添加可極大地提高涂料的各項性能。未添加氧化鋅晶須的純防火涂料的耐熱極限96℃，耐水極限有28h，粘結強度0。45MPa。但添加5%的改性氧化鋅晶須后，其耐熱極限達到了118℃，耐水極限達到37h以上，粘結強度提高了1倍以上，達1。12MPa。6%的添加量與5%的添加量相比，涂料的性能幾乎不變，因此可以選擇改性ZnO的添加量為4%～5%。

2.3 KH560偶聯劑對晶須分散性的影響

超細粒子凝集力很強，給它在基料中的分散帶來很大難度，因此納米粒子在基料中的分散均勻程度成為影響復合材料性能的關鍵因素。表面改性處理是防止納米粒子團聚，實現超細微粉在基料中良好分散的有效途徑之一。而偶聯劑的使用對超細粒子填充鋼結構防火涂料的性能有較大的影響。

實驗顯示經偶聯劑改性后的晶須呈現出較好的分散性；同時可看出，未經處理的晶須分散性很差，無法進行添加。

2.4偶聯劑種類對晶須分散性的影響

為了考察不同偶聯劑對晶須的改性情況，分別選用鈦酸酯偶聯劑、硬脂酸偶聯劑及KH560來對氧化鋅晶須進行改性，通過沉降來表征改性后晶須的分散效果。

取4份各10g氧化鋅晶須，均以乙醇為分散介質，其中3份分別加入0。5%(以晶須質量計)不同的偶聯劑，1份不加偶聯劑作為對照，并都加溶劑定容到100mL，分散均勻后移入100mL量筒中，靜置24h后，觀察晶須的分散情況，實驗結果如圖1所示。

實驗可知，未加偶聯劑的晶須很快沉入量筒底部，而經改性后的晶須具有較好的分散性，經過24h后仍具有較好的分散性。3種偶聯劑均有較好的改性效果，有利于晶須在溶劑中的分散，其原因主要是由于偶聯劑降低了晶須的表面能，改變了晶須表面的化學結構，使無機粒子的表面由親水性轉變為親油性，這有利于無機顆粒在涂料中的分散以及無機與有機物間的界面結合。其中KH560的改性效果最為理想。

2.5 防火涂料斷面形貌及納米ZnO在基體中的分散性

實驗分析顯示出，防火涂料為連續相，改性氧化鋅晶須為分散相。經偶聯劑處理的氧化鋅晶須與鋼結構防火涂料的界面粘接緊密，分散相粒子尺寸減小，分布性提高，大量細小的粒子粘附并鑲嵌在鋼結構防火涂料基料中，晶須在鋼結構防火涂料中的鑲嵌保證了晶須對鋼結構防火涂料的增強作用。

3 結語

(1)KH560偶聯劑可以改變氧化鋅晶須的表面性能，提高其在高分子鋼結構防火涂料中的分散性，改性劑的適宜用量為0。5%。

(2)加入5%改性晶須的鋼結構防火涂料耐熱極限可提高22℃，耐水極限可提高9h，粘結強度可提高1倍以上。晶須的適宜添加量為4%～5%。

(3)SEM顯示改性后的晶須均勻地嵌布在防火涂料基體中，從而起到了增強作用和提高耐火性能的目的。