鋼結構用防火防腐蝕涂料的制備與性能

孫媛媛

（湖南城建職業技術學院　湖南省湘潭市 411101）

鋼結構用防火防腐蝕涂料的制備與性能

孫媛媛

（湖南城建職業技術學院湖南省湘潭市 411101）

按一定配比將有機硅改性丙烯酸樹脂、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，表面沒有出現開裂、脫落、氣泡等現象，均完好無損，說明涂層具有良好的耐腐蝕性能；試樣經過60天的浸泡后，阻抗值一直大于1.00×109Ω/cm2，可見涂層較致密，具有良好的抗滲透性；隨著涂層厚度的增加，涂層阻燃時間延長；當涂層厚度為2.5 mm時，涂層的阻燃時間達65 min；涂層在750 ℃條件下的殘炭率高達45%。

有機硅改性丙烯酸樹脂 鋼結構 防火 防腐蝕 滲透性

在鋼結構表面涂覆一層耐熱防火涂料可有效起到隔熱的作用，能避免鋼結構在火災中迅速升溫發生變形。因此，防火涂料受到國內外研究者的青睞［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、質量較輕、施工方便且使用范圍廣等特點［3-4］備受關注。除此之外，涂料也是鋼結構防腐的有效措施之一，且價格低廉，因此，防火涂料及防腐蝕涂料混合使用在工業生產中很常見；但防火涂料與防腐蝕涂料在混合時存在著結合問題，為解決結合問題，研究同時具備防火和防腐蝕性能的涂料勢在必行［5-8］。制備性能優良的防火、防腐蝕多功能材料的關鍵在于成膜物質，本工作采用具有良好耐腐蝕性能的有機硅改性丙烯酸樹脂，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 實驗部分

1.1主要原料

有機硅改性丙烯酸樹脂，固體質量分數為50%，濟寧銘達新材料有限公司生產；三聚氰胺，聚磷酸銨：均為鄭州智逸化工產品有限公司生產；雙季戊四醇，二氧化鈦，乙酸丁酯：均為上海市華盛化工集團有限公司生產；磷酸鋁，石家莊市鑫盛化工有限公司生產；硼酸鋅，鄭州億中化工原料有限公司生產。

1.2主要設備與儀器

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

1.3試樣制備

涂料制備：將有機硅改性丙烯酸樹脂、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量比為45∶55合成了具有防火和防腐蝕雙重功能的涂料，對其進行耐火性能和耐腐蝕性能測試。

1.4試板的制備

Q235鋼板進行預處理后，將所制涂料噴涂在鋼板上，噴涂8道。

1.5性能測試及結構表征

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

抗滲性分析：將試樣放到質量分數為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、起泡等現象。

熱重分析：氮氣氣氛，升溫速率為10 ℃/min，直至750 ℃。

2 結果與討論

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

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

2.2配方3的抗滲透性能

由圖1可以看出：在浸泡20天內，隨著電解質溶液緩慢進入到涂層，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。由于電解質溶液本身的阻抗值很小而且介電常數很大，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，具有良好的抗滲透性。

圖1 涂層阻抗值隨浸泡時間的變化曲線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，阻燃時間分別為14，25，38，65 min。隨著涂層厚度的增加，阻燃時間越長。歸其原因為多聚磷酸銨首先在涂層受熱階段發生部分分解，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，雙季戊四醇發生脫水反應，生成難燃的具有三維空間結構炭質層骨架；發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 ℃條件下的殘炭率高達45%。涂層由室溫加熱到180 ℃時，隨著溫度升高，有機硅改性丙烯酸樹脂首先熔融軟化；260～360 ℃時，三聚氰胺開始分解產生泡沫，催化劑多聚磷酸銨釋放出磷酸。這三者是協同發生作用的，首先，三聚氰胺在260 ℃開始分解，分解出不燃性氣體，不燃氣體在涂層內部膨脹形成泡沫層；溫度升高至350 ℃時，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熱系數，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 結論

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

b）將涂層浸泡在質量分數為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，具有良好的抗滲透性。

c）隨著涂層厚度的增加，阻燃時間延長；當涂層厚度為2.5 mm時，阻燃時間長達65 min。

d）涂層在750 ℃條件下的殘炭率高達45%，具有較好的阻燃性能。

[1] 鄒銘，賈夢秋.鋼結構防火防腐涂料的制備與研究［J］.涂料工業，2011，41（10）：54-57.

[2] 李鐵峰.鋼結構超薄型防火涂料及其發展趨勢［J］. 遼寧化工，2011，40（6）： 614-615.

[3] 劉斌，張德震，常寶.樹脂基料對超薄鋼結構防火涂料性能的影響［J］.電鍍與涂飾，2011，30（3）：57-61.

[4] 張逸超. 水性超薄型鋼結構防火涂料的制備與性能研究［D］. 贛州：江西理工大學，2015.

[5] 張凡，張磊，張鶴齡，等. 水性鋼結構防火涂料的制備及其耐火性能研究［J］.涂料工業，2012，42（2）：1-5.

[6] 祝紅良，李妍，何亮，等. 新型耐高溫防腐蝕涂料的研制［J］.上海涂料，2013，51（4）： 6-7．

[7] 葛維娟，張金凱，馬麗，等.成炭劑及其膨脹阻燃體系的研究進展［J］.塑料科技， 2014 ，42（12）： 119-125.

[8] 崔定偉，張鵬飛.超薄型鋼結構防火涂料的研制及其阻燃機理探討［J］.中國涂料， 2012， 27（9）： 45-49.

《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年畢業于長安大學橋梁與隧道工程專業，研究方向為橋梁施工、建筑用高分子材料。聯系電話：13135125002；E-mail：117531318@qq.com。