孫媛媛

（湖南城建職業(yè)技術(shù)學(xué)院　湖南省湘潭市 411101）

鋼結(jié)構(gòu)用防火防腐蝕涂料的制備與性能

孫媛媛

（湖南城建職業(yè)技術(shù)學(xué)院湖南省湘潭市 411101）

按一定配比將有機(jī)硅改性丙烯酸樹脂、雙季戊四醇、聚磷酸銨、二氧化鈦、三聚氰胺，防銹填料混合均勻，然后加入乙酸丁酯溶劑，制備了防火防腐蝕涂料。結(jié)果表明：試樣在較高濃度酸、堿、鹽溶液中浸泡14天，表面沒有出現(xiàn)開裂、脫落、氣泡等現(xiàn)象，均完好無損，說明涂層具有良好的耐腐蝕性能；試樣經(jīng)過60天的浸泡后，阻抗值一直大于1.00×109Ω/cm2，可見涂層較致密，具有良好的抗?jié)B透性；隨著涂層厚度的增加，涂層阻燃時(shí)間延長；當(dāng)涂層厚度為2.5 mm時(shí)，涂層的阻燃時(shí)間達(dá)65 min；涂層在750 ℃條件下的殘?zhí)柯矢哌_(dá)45%。

有機(jī)硅改性丙烯酸樹脂 鋼結(jié)構(gòu) 防火 防腐蝕 滲透性

在鋼結(jié)構(gòu)表面涂覆一層耐熱防火涂料可有效起到隔熱的作用，能避免鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中迅速升溫發(fā)生變形。因此，防火涂料受到國內(nèi)外研究者的青睞［1-2］。按照涂層厚度劃分，防火涂料可分為超薄型、薄型及厚型。其中，超薄型防火涂料由于具有涂層較薄、裝飾性較好、質(zhì)量較輕、施工方便且使用范圍廣等特點(diǎn)［3-4］備受關(guān)注。除此之外，涂料也是鋼結(jié)構(gòu)防腐的有效措施之一，且價(jià)格低廉，因此，防火涂料及防腐蝕涂料混合使用在工業(yè)生產(chǎn)中很常見；但防火涂料與防腐蝕涂料在混合時(shí)存在著結(jié)合問題，為解決結(jié)合問題，研究同時(shí)具備防火和防腐蝕性能的涂料勢在必行［5-8］。制備性能優(yōu)良的防火、防腐蝕多功能材料的關(guān)鍵在于成膜物質(zhì)，本工作采用具有良好耐腐蝕性能的有機(jī)硅改性丙烯酸樹脂，成功制備了一種兼具防火、防腐蝕性能的雙功能涂料，并分析了其性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要原料

有機(jī)硅改性丙烯酸樹脂，固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%，濟(jì)寧銘達(dá)新材料有限公司生產(chǎn)；三聚氰胺，聚磷酸銨：均為鄭州智逸化工產(chǎn)品有限公司生產(chǎn)；雙季戊四醇，二氧化鈦，乙酸丁酯：均為上海市華盛化工集團(tuán)有限公司生產(chǎn)；磷酸鋁，石家莊市鑫盛化工有限公司生產(chǎn)；硼酸鋅，鄭州億中化工原料有限公司生產(chǎn)。

1.2主要設(shè)備與儀器

SY.61-TH2893型交流阻抗測試儀，武漢華電高科電氣設(shè)備有限公司生產(chǎn)；Diamond TG/DTA 6300型熱重-差熱分析儀，日本精工株式會(huì)社生產(chǎn)。

1.3試樣制備

涂料制備：將有機(jī)硅改性丙烯酸樹脂、聚磷酸銨，其他原料（包括雙季戊四醇、三聚氰胺、二氧化鈦、防銹填料）按質(zhì)量比為1∶2∶7，2∶2∶6，3∶2∶5混合（分別記作配方1、配方2、配方3），采用高速分散機(jī)分散后加入乙酸丁酯溶劑，制成涂料。

防火且防腐蝕涂料的制備：選用質(zhì)量比為2∶1的磷酸鋁與硼酸鋅作為防銹體系，按照防銹劑與涂料質(zhì)量比為45∶55合成了具有防火和防腐蝕雙重功能的涂料，對(duì)其進(jìn)行耐火性能和耐腐蝕性能測試。

1.4試板的制備

Q235鋼板進(jìn)行預(yù)處理后，將所制涂料噴涂在鋼板上，噴涂8道。

1.5性能測試及結(jié)構(gòu)表征

耐火性能的測定：采用青島眾邦儀器有限公司生產(chǎn)的ZR-312型水平-垂直燃燒儀測試垂直燃燒性能。

抗?jié)B性分析：將試樣放到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的NaCl溶液中，接通輔助電極、參比電極、工作電極，記錄電極的腐蝕電位。

耐腐蝕性能分析：采用松香和石蠟的混合物對(duì)試樣板封邊，分別浸泡于水、HCl溶液、H2SO4溶液、NaOH溶液、NaCl溶液、氨水溶液中，觀察涂層是否有脫落、裂縫、起泡等現(xiàn)象。

熱重分析：氮?dú)鈿夥?，升溫速率?0 ℃/min，直至750 ℃。

2 結(jié)果與討論

2.1不同配方涂料的耐腐蝕性能

將配方1～配方3所制涂層在不同化學(xué)介質(zhì)中浸泡14天，由表1可以看出：有機(jī)硅改性丙烯酸樹脂、聚磷酸胺、其他原料的質(zhì)量比為3∶2∶5（配方3）時(shí)，涂層表面沒有出現(xiàn)開裂、脫落、氣泡等現(xiàn)象，均完好無損；有機(jī)硅改性丙烯酸樹脂用量少的涂層出現(xiàn)起泡、開裂、脫落等現(xiàn)象。這說明采用配方3制備的涂層具有良好的耐腐蝕性能。歸其原因?yàn)?，試板有鐵銹生成，鐵銹與防銹劑中磷酸鋁的鋁離子發(fā)生反應(yīng)變?yōu)殍F離子，而鐵離子與磷酸根離子及硼酸根離子生成不溶性的復(fù)合鹽膜，這層膜穩(wěn)定且致密，起到耐腐蝕鈍化的作用，因此，涂層在較高濃度的酸、堿、鹽溶液中長時(shí)間浸泡也完好無損。

表1 涂層在不同化學(xué)介質(zhì)中的浸泡情況Tab.1 Results of samples soaking in different chemical solutions

2.2配方3的抗?jié)B透性能

由圖1可以看出：在浸泡20天內(nèi)，隨著電解質(zhì)溶液緩慢進(jìn)入到涂層，涂層阻抗值有所下降，由4.25×109Ω/cm2降到3.76×109Ω/cm2，但降幅不明顯。由于電解質(zhì)溶液本身的阻抗值很小而且介電常數(shù)很大，一旦滲透到涂層中，勢必引起涂層阻抗值大幅下降，而采用配方3制備的涂層經(jīng)過60天的浸泡后，阻抗值一直大于1.00×109Ω/cm2，說明涂層較致密，具有良好的抗?jié)B透性。

圖1 涂層阻抗值隨浸泡時(shí)間的變化曲線Fig.1 Immersion time as a function of resistance of coating

2.3配方3的阻燃性能

涂層厚度為1.0，1.5，2.0，2.5 mm時(shí)，阻燃時(shí)間分別為14，25，38，65 min。隨著涂層厚度的增加，阻燃時(shí)間越長。歸其原因?yàn)槎嗑哿姿徜@首先在涂層受熱階段發(fā)生部分分解，生成多聚磷酸和多聚偏磷酸，釋放出的氨氣稀釋了空氣中的氧氣，起到了阻燃作用；在多聚磷酸和多聚偏磷酸的催化下，雙季戊四醇發(fā)生脫水反應(yīng)，生成難燃的具有三維空間結(jié)構(gòu)炭質(zhì)層骨架；發(fā)泡劑三聚氰胺則分解釋放大量蒸汽、二氧化碳、氨氣等，起到了發(fā)泡膨脹的作用。

2.4配方3的熱重分析

由圖2可以看出：涂層在750 ℃條件下的殘?zhí)柯矢哌_(dá)45%。涂層由室溫加熱到180 ℃時(shí)，隨著溫度升高，有機(jī)硅改性丙烯酸樹脂首先熔融軟化；260～360 ℃時(shí)，三聚氰胺開始分解產(chǎn)生泡沫，催化劑多聚磷酸銨釋放出磷酸。這三者是協(xié)同發(fā)生作用的，首先，三聚氰胺在260 ℃開始分解，分解出不燃性氣體，不燃?xì)怏w在涂層內(nèi)部膨脹形成泡沫層；溫度升高至350 ℃時(shí)，多聚磷酸銨分解釋放出磷酸和多聚偏磷酸；磷酸使雙季戊四醇脫水成炭，泡沫層發(fā)生炭化過程以致凝固，從而生成較致密的海綿狀炭化層，該炭化層具有極低的導(dǎo)熱系數(shù)，隔熱防火作用極其顯著。

圖2 涂層的熱重曲線Fig.2 TG curve of coating

3 結(jié)論

a）有機(jī)硅改性丙烯酸樹脂、聚磷酸胺、其他原料質(zhì)量比為3∶2∶5（配方3）時(shí)，所制涂層在較高濃度的酸、堿、鹽溶液中浸泡14天，沒有出現(xiàn)開裂、脫落、氣泡等現(xiàn)象，涂層具有良好的耐腐蝕性能。

b）將涂層浸泡在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的NaCl溶液60天，涂層阻抗值一直大于1.00×109Ω/cm2，說明涂層較致密，具有良好的抗?jié)B透性。

c）隨著涂層厚度的增加，阻燃時(shí)間延長；當(dāng)涂層厚度為2.5 mm時(shí)，阻燃時(shí)間長達(dá)65 min。

d）涂層在750 ℃條件下的殘?zhí)柯矢哌_(dá)45%，具有較好的阻燃性能。

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《合成樹脂及塑料》投稿郵箱：resin.yssh@sinopec.com

Research on preparation and properties of fireproof and anticorrosive painting for steel structure

Sun Yuanyuan
（Hunan Urban Construction College， Xiangtan 411101， China）

The painting performing well in fireproof and anti-corrosion was prepared by mixing the silicone-modified acrylic resin， dipentaerythritol， poly（ammonium phosphate）， titanium dioxide， melamine，and antirust filler with certain proportion in solvent of butyl acetate. The results show that there is no cracking，loss， and bubbles in the surface of the sample before the sample is soaked in solution such as acid， alkali，and salt at high concentrations for 14 days， which represents the coating has good corrosion resistance； the resistance of the sample has been larger than 1.00×109Ω/cm2when immersing in solutions for 60 days， which means the coating is dense with good anti-permeability； the fire-retardant time of the coating prolongs with the increasing of the thickness of coating； when the thickness of coating reaches 2.5 mm， the time of fire-retardant is up to 65 minutes； the carbon residue of coating is 45% at 750 ℃.

silicone modified acrylic resin； steel structure； fire protection； anti-corrosion； permeability

TQ 325.7

B

1002-1396（2016）06-0045-03

2016-06-25；

2016-09-20。

孫媛媛，女，1985年生，講師，工程師，2009年畢業(yè)于長安大學(xué)橋梁與隧道工程專業(yè)，研究方向?yàn)闃蛄菏┕?、建筑用高分子材料。?lián)系電話：13135125002；E-mail：117531318@qq.com。