钢结构用防火防腐蚀涂料的制备与性能

孙媛媛

（湖南城建职业技术学院　湖南省湘潭市 411101）

钢结构用防火防腐蚀涂料的制备与性能

孙媛媛

（湖南城建职业技术学院湖南省湘潭市 411101）

按一定配比将有机硅改性丙烯酸树脂、双季戊四醇、聚磷酸铵、二氧化钛、三聚氰胺，防锈填料混合均匀，然后加入乙酸丁酯溶剂，制备了防火防腐蚀涂料。结果表明：试样在较高浓度酸、碱、盐溶液中浸泡14天，表面没有出现开裂、脱落、气泡等现象，均完好无损，说明涂层具有良好的耐腐蚀性能；试样经过60天的浸泡后，阻抗值一直大于1.00×109Ω/cm2，可见涂层较致密，具有良好的抗渗透性；随着涂层厚度的增加，涂层阻燃时间延长；当涂层厚度为2.5 mm时，涂层的阻燃时间达65 min；涂层在750 ℃条件下的残炭率高达45%。

有机硅改性丙烯酸树脂 钢结构 防火 防腐蚀 渗透性

在钢结构表面涂覆一层耐热防火涂料可有效起到隔热的作用，能避免钢结构在火灾中迅速升温发生变形。因此，防火涂料受到国内外研究者的青睐［1-2］。按照涂层厚度划分，防火涂料可分为超薄型、薄型及厚型。其中，超薄型防火涂料由于具有涂层较薄、装饰性较好、质量较轻、施工方便且使用范围广等特点［3-4］备受关注。除此之外，涂料也是钢结构防腐的有效措施之一，且价格低廉，因此，防火涂料及防腐蚀涂料混合使用在工业生产中很常见；但防火涂料与防腐蚀涂料在混合时存在着结合问题，为解决结合问题，研究同时具备防火和防腐蚀性能的涂料势在必行［5-8］。制备性能优良的防火、防腐蚀多功能材料的关键在于成膜物质，本工作采用具有良好耐腐蚀性能的有机硅改性丙烯酸树脂，成功制备了一种兼具防火、防腐蚀性能的双功能涂料，并分析了其性能。

1 实验部分

1.1主要原料

有机硅改性丙烯酸树脂，固体质量分数为50%，济宁铭达新材料有限公司生产；三聚氰胺，聚磷酸铵：均为郑州智逸化工产品有限公司生产；双季戊四醇，二氧化钛，乙酸丁酯：均为上海市华盛化工集团有限公司生产；磷酸铝，石家庄市鑫盛化工有限公司生产；硼酸锌，郑州亿中化工原料有限公司生产。

1.2主要设备与仪器

SY.61-TH2893型交流阻抗测试仪，武汉华电高科电气设备有限公司生产；Diamond TG/DTA 6300型热重-差热分析仪，日本精工株式会社生产。

1.3试样制备

涂料制备：将有机硅改性丙烯酸树脂、聚磷酸铵，其他原料（包括双季戊四醇、三聚氰胺、二氧化钛、防锈填料）按质量比为1∶2∶7，2∶2∶6，3∶2∶5混合（分别记作配方1、配方2、配方3），采用高速分散机分散后加入乙酸丁酯溶剂，制成涂料。

防火且防腐蚀涂料的制备：选用质量比为2∶1的磷酸铝与硼酸锌作为防锈体系，按照防锈剂与涂料质量比为45∶55合成了具有防火和防腐蚀双重功能的涂料，对其进行耐火性能和耐腐蚀性能测试。

1.4试板的制备

Q235钢板进行预处理后，将所制涂料喷涂在钢板上，喷涂8道。

1.5性能测试及结构表征

耐火性能的测定：采用青岛众邦仪器有限公司生产的ZR-312型水平-垂直燃烧仪测试垂直燃烧性能。

抗渗性分析：将试样放到质量分数为4%的NaCl溶液中，接通辅助电极、参比电极、工作电极，记录电极的腐蚀电位。

耐腐蚀性能分析：采用松香和石蜡的混合物对试样板封边，分别浸泡于水、HCl溶液、H2SO4溶液、NaOH溶液、NaCl溶液、氨水溶液中，观察涂层是否有脱落、裂缝、起泡等现象。

热重分析：氮气气氛，升温速率为10 ℃/min，直至750 ℃。

2 结果与讨论

2.1不同配方涂料的耐腐蚀性能

将配方1～配方3所制涂层在不同化学介质中浸泡14天，由表1可以看出：有机硅改性丙烯酸树脂、聚磷酸胺、其他原料的质量比为3∶2∶5（配方3）时，涂层表面没有出现开裂、脱落、气泡等现象，均完好无损；有机硅改性丙烯酸树脂用量少的涂层出现起泡、开裂、脱落等现象。这说明采用配方3制备的涂层具有良好的耐腐蚀性能。归其原因为，试板有铁锈生成，铁锈与防锈剂中磷酸铝的铝离子发生反应变为铁离子，而铁离子与磷酸根离子及硼酸根离子生成不溶性的复合盐膜，这层膜稳定且致密，起到耐腐蚀钝化的作用，因此，涂层在较高浓度的酸、碱、盐溶液中长时间浸泡也完好无损。

表1 涂层在不同化学介质中的浸泡情况Tab.1 Results of samples soaking in different chemical solutions

2.2配方3的抗渗透性能

由图1可以看出：在浸泡20天内，随着电解质溶液缓慢进入到涂层，涂层阻抗值有所下降，由4.25×109Ω/cm2降到3.76×109Ω/cm2，但降幅不明显。由于电解质溶液本身的阻抗值很小而且介电常数很大，一旦渗透到涂层中，势必引起涂层阻抗值大幅下降，而采用配方3制备的涂层经过60天的浸泡后，阻抗值一直大于1.00×109Ω/cm2，说明涂层较致密，具有良好的抗渗透性。

图1 涂层阻抗值随浸泡时间的变化曲线Fig.1 Immersion time as a function of resistance of coating

2.3配方3的阻燃性能

涂层厚度为1.0，1.5，2.0，2.5 mm时，阻燃时间分别为14，25，38，65 min。随着涂层厚度的增加，阻燃时间越长。归其原因为多聚磷酸铵首先在涂层受热阶段发生部分分解，生成多聚磷酸和多聚偏磷酸，释放出的氨气稀释了空气中的氧气，起到了阻燃作用；在多聚磷酸和多聚偏磷酸的催化下，双季戊四醇发生脱水反应，生成难燃的具有三维空间结构炭质层骨架；发泡剂三聚氰胺则分解释放大量蒸汽、二氧化碳、氨气等，起到了发泡膨胀的作用。

2.4配方3的热重分析

由图2可以看出：涂层在750 ℃条件下的残炭率高达45%。涂层由室温加热到180 ℃时，随着温度升高，有机硅改性丙烯酸树脂首先熔融软化；260～360 ℃时，三聚氰胺开始分解产生泡沫，催化剂多聚磷酸铵释放出磷酸。这三者是协同发生作用的，首先，三聚氰胺在260 ℃开始分解，分解出不燃性气体，不燃气体在涂层内部膨胀形成泡沫层；温度升高至350 ℃时，多聚磷酸铵分解释放出磷酸和多聚偏磷酸；磷酸使双季戊四醇脱水成炭，泡沫层发生炭化过程以致凝固，从而生成较致密的海绵状炭化层，该炭化层具有极低的导热系数，隔热防火作用极其显著。

图2 涂层的热重曲线Fig.2 TG curve of coating

3 结论

a）有机硅改性丙烯酸树脂、聚磷酸胺、其他原料质量比为3∶2∶5（配方3）时，所制涂层在较高浓度的酸、碱、盐溶液中浸泡14天，没有出现开裂、脱落、气泡等现象，涂层具有良好的耐腐蚀性能。

b）将涂层浸泡在质量分数为4%的NaCl溶液60天，涂层阻抗值一直大于1.00×109Ω/cm2，说明涂层较致密，具有良好的抗渗透性。

c）随着涂层厚度的增加，阻燃时间延长；当涂层厚度为2.5 mm时，阻燃时间长达65 min。

d）涂层在750 ℃条件下的残炭率高达45%，具有较好的阻燃性能。

[1] 邹铭，贾梦秋.钢结构防火防腐涂料的制备与研究［J］.涂料工业，2011，41（10）：54-57.

[2] 李铁峰.钢结构超薄型防火涂料及其发展趋势［J］. 辽宁化工，2011，40（6）： 614-615.

[3] 刘斌，张德震，常宝.树脂基料对超薄钢结构防火涂料性能的影响［J］.电镀与涂饰，2011，30（3）：57-61.

[4] 张逸超. 水性超薄型钢结构防火涂料的制备与性能研究［D］. 赣州：江西理工大学，2015.

[5] 张凡，张磊，张鹤龄，等. 水性钢结构防火涂料的制备及其耐火性能研究［J］.涂料工业，2012，42（2）：1-5.

[6] 祝红良，李妍，何亮，等. 新型耐高温防腐蚀涂料的研制［J］.上海涂料，2013，51（4）： 6-7．

[7] 葛维娟，张金凯，马丽，等.成炭剂及其膨胀阻燃体系的研究进展［J］.塑料科技， 2014 ，42（12）： 119-125.

[8] 崔定伟，张鹏飞.超薄型钢结构防火涂料的研制及其阻燃机理探讨［J］.中国涂料， 2012， 27（9）： 45-49.

《合成树脂及塑料》投稿邮箱：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。

孙媛媛，女，1985年生，讲师，工程师，2009年毕业于长安大学桥梁与隧道工程专业，研究方向为桥梁施工、建筑用高分子材料。联系电话：13135125002；E-mail：117531318@qq.com。