環(huán)氧防火涂料的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景

楊靈娟

（蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000）

鋼材是最常見的建筑材料之一。雖然采用鋼結(jié)構(gòu)施工時(shí)間短、費(fèi)用低、工業(yè)化程度高并且鋼材強(qiáng)度高、自重輕、抗震性好[1]，但在安全性上，鋼結(jié)構(gòu)卻有其致命的缺點(diǎn)。鋼材耐火性能較差，當(dāng)溫度達(dá)到500℃時(shí)，鋼材的強(qiáng)度將下降50%，而火場的溫度一般將達(dá)到800～1000℃，并且裸露的鋼材料由于塑性變形而崩塌[2]；鋼結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱性較好，會(huì)導(dǎo)致附近的其他易燃材料燃燒，加重火災(zāi)的蔓延。所以對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑表面要進(jìn)行保護(hù)，將火災(zāi)帶來的損失減少到最小。

對(duì)鋼結(jié)構(gòu)保護(hù)中的一種途徑是在表面涂防火涂料。目前我國在鋼材上大多數(shù)用的防火涂料主要是環(huán)氧防火涂料。環(huán)氧防火涂料的基料是環(huán)氧樹脂，環(huán)氧樹脂內(nèi)聚力很強(qiáng)，分子結(jié)構(gòu)致密 ，這兩個(gè)性能賦予了環(huán)氧樹脂極強(qiáng)的力學(xué)性能和封閉性能，同時(shí)使涂料耐火性、耐濕熱性、耐酸堿腐蝕性提高。環(huán)氧防火涂料里的極性基團(tuán)如：環(huán)氧基、醚基、羧基等使其在各種材料上有極強(qiáng)的附著力[3]。但是普通的環(huán)氧樹脂涂料由于苯環(huán)的存在，其脆性、韌性、抗沖擊性能較差并且耐候性不好。為了提高環(huán)氧防火涂料的性能，大量學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了研究。

1 通過改變助劑提高環(huán)氧防火涂料的性能

助劑在涂料中的使用量很少，但是要想得到性能優(yōu)異的涂層，助劑是涂料配方中必不可少組成材料。王昊等[4]在環(huán)氧樹脂中加入助劑BYKP104和BYK-A530，自主研制了EHF-1環(huán)氧防火涂料，通過對(duì)配方的不斷改進(jìn)，使得研發(fā)出來的涂料各項(xiàng)性能均能達(dá)到國外同類涂料的水平。為了提高防火涂料的阻燃性能，通常要在涂料中加入硼酸鹽阻燃劑，而硼酸鹽的耐久性較差并且會(huì)對(duì)動(dòng)物有生殖毒害性。張武軍等[5]通過加入磷酸酯阻燃劑制成了不含硼酸鹽的環(huán)氧防火涂料，通過對(duì)兩種防火涂料的性能比較不含硼酸鹽的環(huán)氧防火涂料對(duì)環(huán)境干擾性小，失質(zhì)量率低，耐火性好。張海師[6]研究發(fā)現(xiàn)，加入適量的納米助劑，如：納米SiO2、納米TiO2、水鎂石，可大大提高膨脹碳質(zhì)層的耐火時(shí)間和強(qiáng)度，提高涂料的耐火性能。

2 采用共混法提高環(huán)氧防火涂料的性能

不同的材料有特定的優(yōu)異性能，將兩個(gè)相容材料進(jìn)行共混，可以使形成的復(fù)合材料具有兩個(gè)材料的優(yōu)點(diǎn)，從而拓寬材料的使用領(lǐng)域。霍海鳳等[7]研究發(fā)現(xiàn)環(huán)氧樹脂雖可以改善涂料的防火性能，但隨著環(huán)氧樹脂的量越來越多，涂料的耐燃時(shí)間反而會(huì)有下降的趨勢(shì)，如果將丙烯酸樹脂和環(huán)氧樹脂共混并注意兩個(gè)組分的配比，制得的涂料其耐燃時(shí)間有所增長。張廣宇[8]在此基礎(chǔ)上加入用硅烷偶聯(lián)劑改性后的納米氫氧化鋁，當(dāng)其含量為70%時(shí)，耐火時(shí)間增加了5%～10%，同時(shí)涂料的煙密度及鋼材的升溫速率均降低。

目前，最常用的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的阻燃體系是P-N-C體系（即聚磷酸銨、三聚氰胺、季戊四醇）。由于其成分的原因，在發(fā)生火災(zāi)時(shí)其會(huì)釋放出有毒有害氣體，如：氰化氫、一氧化碳、氯氣、氨氣及氮氧化物等。王慶平等[9]把粉煤灰用硅烷偶聯(lián)劑 KH－550、KH－570改性后與環(huán)氧樹脂涂料進(jìn)行共混，共混后的涂料其耐火性能得到明顯的改善，當(dāng)粉煤灰的加入量為5%時(shí)，涂料的性能最優(yōu)，到1800s時(shí)，樣品的溫度僅僅上升到325℃左右。聚磷酸銨（APP）具有吸水性，會(huì)影響涂層的使用，王杰[10]通過界面聚合法制得了聚脲包覆APP的微膠囊，結(jié)果證明，添加此聚脲微膠囊的涂層具有良好的力學(xué)性能，其阻燃性能、抗氧化性能、強(qiáng)度均得到改善。

3 對(duì)材料進(jìn)行改性提高環(huán)氧防火涂料的性能

材料的種類有限，由于不同材料分子結(jié)構(gòu)不同，材料性能往往具有單一性。若對(duì)材料進(jìn)行改性，可提高材料性能的多樣化。對(duì)于防火涂料，可以對(duì)其中的材料進(jìn)行接枝改性，從而提高涂料的性能。楊保平等[11]將溴元素引入到環(huán)氧樹脂里，再將溴碳環(huán)氧樹脂和環(huán)氧樹脂以一定比例作為基料，通過調(diào)整配方最終制備的防火涂料均能達(dá)到國家的標(biāo)準(zhǔn)，并且其可在較寬的溫度范圍中使用。

膨脹石墨是一種優(yōu)異的阻燃劑，在阻燃過程中發(fā)生的是物理變化，不會(huì)產(chǎn)生有毒有害氣體，并且膨脹性及耐火性較好。邵志恒等[12]通過用可膨脹石墨（EG）和石墨烯微片（GM）分別對(duì)環(huán)氧防火涂料進(jìn)行改性，研究得出適量的EG可以提高涂料的耐火性能；相同添加量下，EG的協(xié)效阻燃效果稍好于GM。韓忠智等[13]把環(huán)氧樹脂和聚酰胺固化劑作為成膜樹脂，通過膨脹石墨進(jìn)行改性，得到的可膨脹石墨改性環(huán)氧涂料其耐火極限達(dá)到了1.5h。

為了提高涂料的耐火性能，P-N-C阻燃體系在配方中的添加量在80%左右，這反而使漆膜性能變差，同時(shí)降低涂料的耐老化性能。趙敏[14]通過正交實(shí)驗(yàn)用硼酚醛樹脂對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性，各組配比如下：環(huán)氧樹脂40%，硼酚醛樹脂25%，磷酸酯改性胺 13%，硅酸鋁14%，固化劑/丁基環(huán)氧醚8%，涂料的各項(xiàng)理化性能均達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。鄭自武等[15]用硼酚醛樹脂改性環(huán)氧樹脂涂料，通過測(cè)試，其耐燃時(shí)間達(dá)到55min,在800℃時(shí)，殘?zhí)苛咳赃_(dá)到45%，熱穩(wěn)定性明顯增加。

4 結(jié)論

目前，國內(nèi)大多數(shù)防火涂料生產(chǎn)廠家依舊采用的是以往的生產(chǎn)配方，要想提高防火涂料的性能，還應(yīng)對(duì)配方進(jìn)行改進(jìn)，開發(fā)新的多功能材料。隨著環(huán)保相關(guān)法規(guī)提出，防火涂料在研究、生產(chǎn)及形成涂層的過程中，也要考慮其環(huán)保性能，減少對(duì)環(huán)境、從業(yè)人員及使用者的危害。性能單一的涂料已經(jīng)不能滿足市場要求，多功能化涂料已逐漸取代傳統(tǒng)的涂料，研究人員除了關(guān)注防火涂料耐火性能，還要考慮其耐久性能、可涂布性、涂層的外觀及涂膜的性能等等。總之，環(huán)氧防火涂料要在鋼結(jié)構(gòu)建筑中長久應(yīng)用，研究時(shí)除了要考慮涂料的環(huán)保性以外，還要開發(fā)性能多樣化的防火涂料。