超薄膨胀型钢结构防火涂料的研制.pdf

南京工业大学
硕士学位论文
水性硅丙树脂超薄膨胀型钢结构防火涂料的研制
姓名:舒凯征
申请学位级别:硕士
专业:高分子化学与物理
指导教师:赵石林
20060531
硕士学位论文
摘要

现阶段,钢结构被广泛应用于大跨度和超高建筑中。但是钢材力学性能的
临界温度在 540℃左右,如果发生火灾,钢材只要十几分钟就上升到临界温度,
使建筑物的承载能力大幅下降而导致垮塌,造成人员伤亡和经济损失。水性硅
丙树脂超薄膨胀型钢结构防火涂料在遇到火焰或高温热源时,脱水成炭剂聚磷
酸铵的分解产物与炭化剂季戊四醇发生酯化反应生成磷酸酯,涂料体系在此过
程中软化熔融,在气化剂三聚氰胺分解出的气体作用下体系发生膨胀,磷酸酯
进一步脱水并炭化,形成一层低导热系数的多孔炭质层,起到绝热作用,延缓
钢结构的温升,从而达到保护建筑物的目的。
本论文主要研究了水性超薄膨胀型钢结构防火涂料的防火协同作用机理和
各组分对涂料防火性能的影响规律。首先将水性硅丙树脂与苯丙乳液、纯丙乳
液进行防火性能的对比实验,通过表观分析、热重分析得出水性硅丙树脂具有
更好防火性能,为水性超薄膨胀型钢结构防火涂料选定了基料树脂;通过正交
实验考察了以水性硅丙树脂为基料,聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇为膨胀阻
燃体系的防火涂料中各组分的最佳用量。实验表明,当四者在涂料中质量比为
6:6:4:3 时,涂料具有最佳的防火性能,此时防火时间为 78min;继而以钛白粉
作为填料添加到防火涂料中,考察其对涂料防火性能的影响。实验发现,当钛
白粉在涂料中质量百分比为 %时,涂料的防火性能提升最大,防火时间达到
92min。通过对涂料遇火时的升温曲线、热失重曲线的考察发现钛白粉的加入不
影响防火阻燃剂之间的反应,而是使涂层在高温情况下具有更高的炭层残余量;
通过对膨胀炭层的电镜分析发现钛白粉的加入使得膨胀炭层具有更致密的结
构,有效阻止了热量向钢板基材的传导,延长了防火时间。
本文还选用超细莫来石作为一种高级耐火材料应用于防火涂料中。实验发
现超细莫来石在涂层遇火初期,膨胀炭层完全形成之前可以有效的阻隔热量向
钢板基材的传导,并在高温情况下表现出耐火度高、抗热震性好的特性,使得
涂料遇火时的升温曲线和热失重曲线发生了明显的变化,涂料的防火时间亦大
幅提高,达到 114min。电镜分析发现超细莫来石使得膨胀炭层具有更高的致密
程度和强度,因而涂层获得了较好的防火性能。
I
摘要

关键词钢结构防火涂料膨胀阻燃体系水性硅丙树脂聚磷酸铵超细莫来石
II
硕士学位论文
ABSTRACT

Nowadays, steel structure has been used in skyscraper widely. However, the
critical temperature of steel’s machanical property is 540℃. When fire hazard
happens, the temperature of steel will rise to critical temperature in only about a
quarter hour, inducing the break down of building which carrying capacity has been
destroyed severely. Leads to damage of personal casualty and economical loss.
When water-borne silicone-acrylate resin superthin intumescent fire resisting coating
for steel structure meets the fire or high temperature, the pose production of
dehydrating-charring agent ammonium polyphosphate occurs esterification reaction
with charring agent pentaerythritol generate phosphate. Along with the melting of
coating system, the system occurs intumescence with the action of gas which is
emitted by gasifying agent melamin