0 前 言
在超薄膨胀型钢结构防火涂料的研究中,纳米阻燃剂不仅用量少就具有良好的阻燃效果,且无毒,燃烧时不产生浓烟和毒气,对环境无污染,是一种绿色环保型阻燃剂,可以提高材料的物理机械性能、耐候性和热稳定性等。因此,采用纳米氢氧化铝阻燃材料对超薄膨胀型钢结构防火涂料防火性能和防腐性能的影响进行分析研究。摘要：选用新型纳米氢氧化铝阻燃材料,应用于超薄膨胀型钢结构防火涂料中对其防火性能和防腐性能的影响进行了研究,通过采用小室燃烧试验法、产烟试验、耐腐蚀性试验、电子显微镜等的实验检测和分析结果为依据,指出使用纳米氢氧化铝阻燃材料是进一步提高防火涂料性能和防腐蚀性能的途径之一。提出了纳米氢氧化铝阻燃材料的最佳加入量在6%时,防火涂料既有很好的防火性能和理化性能,又有优良的防腐蚀性能。以期能对今后研制高性能的超薄型钢结构防火涂料提供有价值的参考。
关键词：防火涂料；纳米阻燃剂；膨胀发泡；防火隔热；防腐蚀性
中图分类号：TQ630 文献标识码：A 文章编号：1006-2556(2008)03-30-04
1 试验部分
1.1 原料与仪器
原料：纳米氢氧化铝,粒度分布在20～50 n m；磷酸氢二铵(工业品),总氮含量16%～18%;改性丙烯酸树脂(工业品)；氯化石蜡(70%)(工业品)；金红石型二氧化钛(工业品)；200#溶剂汽油；38型蒙脱土增稠剂。
仪器：电动过滤机；酒精灯；N E T Z S C H
Study on the use of nano aluminum hydroxide in intumescent fi re-retardant coatings for steel structure
Abstract: We Selected new-type nano aluminum hydroxide as fi re-proofi ng material used in the ultra-thin intumescent fi re-retardant coatings for steel structure; and studied the infl uence of fi re-proofi ng performance and anticorrosion performance. Basing on the test and analysis results of cabinet combustion test method, smoke-yield test, corrosion endurance test and electron microscope, we conclude that using nano aluminum hydroxide as fi re-proofi ng materials is one of routes to improve the fi re-proofi ng and anticorrosion properties; and using 6% in coatings can best improve the fi re-proofi ng, physical and chemical and anticorrosion performances. The study is hoped to help the preparation of ultra-thin fi re-retardant coatings for steel structure.Keywords: fire-retardant coatings, nano flame retardant, intumescing and foaming, fire proofing and heat insulating, anticorrosion property
Qin Wenqing, Li Feng
(Sichuan Fire Control Research Institute of the Ministry of Public Security, Dujiangyan 611830, Sichuan Province)
技术研发
纳米氢氧化铝在膨胀型钢结构防火涂料中的应用研究
□ 覃文清,李 风
(公安部四川消防研究所,四川都江堰 611830)
P E075型实验室用的砂磨分散机,德国耐驰。小室燃烧试验装置；测烟试验箱；热分折仪,美国P E；S-450型电子显微镜(SEM),日本日立。
1.2 实验步骤
(1)将氯化石蜡、钛白粉、溶剂油、增稠剂、树脂加入混合缸内用搅拌机搅匀,然后送入砂磨分散机磨到规定的细度为止制得超薄型钢结构防火涂料1。取定量磨细的涂料1分别倒入3个烧杯内,加入6%的纳米氢氧化铝阻燃材料搅匀制得防火涂料2；加入4%的纳米氢氧化铝阻燃剂搅匀制得防火涂料3；加入10%的纳米氢氧化铝阻燃材料搅匀制得防火涂料4。
(2)将防火涂料1、2涂刷在50 m m×50 m m的5层胶合板上,经处理后,放在酒精灯上燃烧40 m i n,取防火涂料1、2燃烧后的发泡炭化层用电镜观察分析炭化层的变化。1.3 测试方法
1.3.1 阻火性能测试
按国家标准G B/T1544.2-1995的小室燃烧法的规定,将防火涂料2、3、4涂刷在150 m m×300 m m的5层胶合板上,经处理后, 放入小室燃烧
表1 超薄膨胀型钢结构防火涂料参考配方
试验装置内进行燃烧试验,根据试件的燃烧失重、炭化体积来分析涂料阻火性能的优劣。
1.3.2 耐腐蚀性测试
将防火涂料1、2、3、4涂刷在25 mm×25 mm 的钢板上,经处理后,按国家标准G B14907—2002《钢结构防火涂料》中有关耐腐蚀性规定的试验方法进行耐腐蚀性试验分析。
1.3.3 烟密度测试
按国家标准G B/T8627-1999《建筑材料燃烧或分解的烟密度实验方法》的规定,将防火涂料1、2、3、4涂刷在25 m m×25 m m的钢板上,经处理后, 放入烟箱试验装置内进行烟密度试验分析。
2 结果与讨论
2.1 纳米氢氧化铝阻燃材料的加入对防火涂料防
火性能的影响2.1.1 参考配方及测试结果
表1列出了以纳米氢氧化铝阻燃剂取代铝化物阻燃剂的超薄膨胀型钢结构防火涂料配方,按1.3.1方法进行测试,结果见表2。
表2 超薄膨胀型钢结构防火涂料性能测试结果从表1、表2可以看出,在超薄膨胀型钢结构防火涂料中用纳米氢氧化铝阻燃剂取代铝化物阻燃
剂,不仅用量少就可以提高防火涂料的防火性能,而且还可以提高其理化机械性能和耐候性能,同时也降低了生产成本。
2.1.2 氢氧化铝加入量对涂料防火隔热性能的影响
在实验研究中,在S C B超薄型钢结构防火涂料中,将其他组分固定,然后加入不同量的纳米氢氧化铝阻燃剂制成不同配比的防火涂料,将这些不同配比的防火涂料以相同量涂刷在木质胶合板基材上,其干燥后用大号酒精灯烧一定的时间,从试件背火面炭化的情况,观察分析纳米氢氧化铝阻燃剂的加入量对防火涂料防火隔热性能即泡层的高度和密度的影响,结果见表3。
从表3可以看出,如果纳米氢氧化铝阻燃剂的加入量太少,虽然涂料的理化性能不错,但发泡层开裂使其防火隔热效果差,在燃烧试验时,基材很快炭
化；而如果纳米氢氧化铝的加入量过多,不仅影响涂料的防火性能,同时理化性能也不理想。而当纳米氢氧化铝阻燃剂的加入量在6%时,防火涂料既有良好的理化性能,又有良好的防火性能,此时,纳米氢氧化铝阻燃剂与其他各组分达到最佳的协合,形成一个完整、有机的防火体系,效果特别理想。
用S-450型电子显微镜(S E M)观察分析,图1是未加纳米氢氧化铝阻燃剂的防火涂料1炭化层的结构,图2是加入6%纳米氢氧化铝阻燃剂的防火涂料2炭化层的结构。
从图1和图2可以看出,加入6%纳米氢氧化铝阻燃剂的防火涂料2的炭化发泡层很致密,未加入纳米氢氧化铝阻燃剂的防火涂料1的炭化发泡层要疏松些,从而可看出加入纳米氢氧化铝的防火涂料具有高效防火隔热性能。
2.2 纳米氢氧化铝阻燃材料的加入对防火涂料防
腐性能的影响
按1.3.2试验方法,对防火涂料1、2、3、4分别进行了耐化学腐蚀性试验检测,试验结果见表4。
表3 纳米氢氧化铝的加入量与涂料防火隔热性能的关系
表4 超薄型钢结构防火涂料耐腐蚀性能测试结果
(下转第54页)
85％的粘结面积。
3 结 论
(1)本试验较好地解决了T D I预聚物及三羟加成物胶化物的处理问题。同理,利用此方法也能够很好地处理废弃的泡沫聚氨酯发泡材料,为聚氨酯系列的废弃物找到了一条很好的再利用途径。
(2)将解聚物用于涂料增韧剂,不但能提高产品性能,还可以降低成本,具有较好的推广价值。
收稿日期 2007-11-17
表5 聚氨酯粘结剂性能指标
(上接第32页)
从表4可看出,加入了纳米氢氧化铝阻燃剂后的防火涂料2、3、4的耐腐蚀性能明显提高,从而证明纳米氢氧化铝阻燃剂有明显的耐腐蚀作用。随着纳米氢氧化铝阻燃剂加入量的增大,耐腐蚀性能提高。但如前所述,如果纳米氢氧化铝的加入量过多,不仅影响涂料的防火性能,同时理化性能也不理想。而当其加入量在6%时是与涂料其他各组分之间的最佳配比量,此时防火涂料既有良好的理化性能,又有良好的防火性能,也具有良好的防腐作用。由于纳米氢氧化铝在防火涂料中是一种碱性溶液的铝酸盐,在钢材表面能形成致密的钝化膜,用于钢结构防火涂料中不仅使涂层在受火时膨胀发泡而形成均匀、坚固、致密的隔热层,同时又具有一定的防腐作用。
2.3 纳米氢氧化铝阻燃材料的加入对防火涂料产
烟性能的影响
用烟箱试验装置对防火涂料1、2、3、4分别做了生烟性测试结果曲线,见图3。由图3防火涂料1、2、3、4相对透光率—时间曲线图可看出,加入了纳米氢氧化铝阻燃剂后的防火涂料2、3、4的产烟量明显下降,随着纳米氢氧化铝阻燃剂加入量的增大,初始生烟时间显著地推迟,生烟速度也明显降低,从而证明纳米氢氧化铝阻燃剂有明显的消烟作用。
3 结 论
(1)纳米氢氧化铝不仅用量少就具有良好的阻燃效果,而且大大提高了超薄型钢结构防火涂料的防火性能和理化性能,同时也降低了成本。
(2)在超薄型钢结构防火涂料研究中采用加入纳
米氢氧化铝阻燃剂的技术路线,使研究出的超薄型钢结构防火涂料在受火时涂层膨胀发泡好而密,形成致密均匀的防火隔热层,对建筑钢结构提供有效的防火保护。当纳米氢氧化铝阻燃剂的加入量在6%时,钢结构防火涂料既有很好的防火性能,又有良好的理化性能和耐腐蚀性能。
(3)加入纳米氢氧化铝阻燃剂对钢结构防火涂料有明显的消烟作用,可使防火涂料不仅在燃烧时不产生浓烟和毒气,且有良好的阻燃隔热效果,为发展我国绿色环保型钢结构防火涂料的研究、推动我国的消防事业,具有十分重要的意义。
*科研院所社会公益研究专项资助,项目编号：2005DIJ007
收稿日期 2007-12-05