环保超薄型钢结构防火涂料及其配方设计

环保超薄型钢结构防火涂料及其配方设计

摘要：从环保型树脂乳液、阻燃剂、颜料等方面考虑，设计了超薄型钢结构防火涂料，产品已达到中国环境标志产品技术要求规定的各项有害物质限量指标。

关键词：环保；超薄；钢结构防火涂料；阻燃

1前言

防火涂料按其涂膜厚度分为厚涂型、薄涂型和超薄型三种，其中超薄型钢结构防火涂料用量最大，约占防火涂料的90％，但一般为溶剂型体系，虽然耐火性能优越，但在生产、施工中污染环境，有害人体健康，所以安全无毒、无空气污染、施工工具易于清洗的水性环保超薄型钢结构防火涂料成为人们关注的焦点，越来越受到人们的重视，成为研究的发展方向之一。

以超薄型钢结构防火涂料的环保性为研究目标，注重原材料环保指标的控制，一方面在生产和配制过程中，使用水作溶剂和分散介质，减少挥发性有机化合物(VOC)的含量；另一方面对产品的主要物质——成膜物做出选择，选择耐火性能好、理化性能高、符合环保要求的树脂。

2原材料的选择

2．1树脂乳液的选择

成膜物对环保超薄型钢结构防火涂料的性能有很大影响，多种树脂乳液均可作成膜粘结剂，如氯—偏乳液、氟树脂乳液、水性环氧树脂、丙烯酸弹性乳液、硅丙乳液等，用相同的防火阻燃体系，不同的成膜粘结剂制成防火涂料后，比较其各方面性能，结果见表1。

表1 不同树脂乳液的防火涂料性能比较

2mm涂层发

炭化层质量发烟量理化性能

树脂名称

泡高度 /mm

氯—偏乳液16 较坚固较多合格

水性氟树脂18 坚固致密较多合格

水性环氧树脂16 较疏松较少合格

丙烯酸弹性乳液20 坚固致密较少合格

硅丙乳液15 较疏松较少合格

苯丙乳液7 较坚固较多合格

醇丙乳液10 较坚固较多合格

由表1可以看出，水性氟树脂和丙烯酸弹性乳液的炭化层质量防火性能最好，而水性环氧树脂、丙烯酸弹性乳液、硅丙乳液的发烟量少，对环境造成污染小，环保性好。氯—偏乳液和水性氟树脂等含有卤素的乳液，在燃烧时生成大量的烟和有毒气体及腐蚀性的气体，可导致单纯由火所不能引起的电路系统开关和其他金属物件的腐蚀及对人体呼吸道和其他器官造成危害；水性环氧树脂必须加入固化剂才能成膜，给生产、施工带来不便，考虑到涂层在正常工作条件下具有各种使用性能和环保性，又能在火焰或高温作用时不开裂，所以最后选用丙烯酸弹性乳液，其制成的防火涂料涂层具有很好的弹性，防止涂层遇火开裂，提高耐火极限。

2．2阻燃成分的选择

阻燃剂主要作用是降低或阻碍燃烧。阻燃剂分解产生密度较大的不燃性气体或高沸点液体，覆盖于保护材质的表面隔氧和防止可燃物的扩散；通过阻燃剂吸热分解或吸热升华，降低聚合物表面温度，阻燃剂分解出大量不燃性气体，冲淡燃烧区域的可燃性气体浓度和氧浓度，捕捉活性自由基，终止自由基的链式氧化反应，抑制挥发性可燃气体的生成。

阻燃剂种类很多，大致分为四类：(1)无机化合物类，如三氧化二锑、氢氧化铝、硼酸锌、偏硼酸钡等；(2)卤素化合物类，如氯化石蜡、五溴乙苯、四溴丁烷等；(3)磷酸酯及卤化磷酸酯类化合物，如磷酸三辛酯、磷酸三苯酯等等；(4)反应型阻燃剂，如各种酸酐、二溴苯酚、四氯双酚A等阻燃剂。根据防火涂料的防火机理，本实验选用丁遇热膨胀发泡、不易燃，能形成良好的碳质泡沫层，有效起到防火阻燃效果的聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇来作阻燃剂。实验中三种阻燃材料所占质量比例分别为25％～30％、10％～15％、5％～10％，其中聚磷酸铵的聚合度大小，对涂层的性能也有很大影响。聚磷酸铵聚合度越高，则热稳定性越好，发泡性越强，阻燃效果越佳，且不易吸潮，发烟量小，所以选用的聚合度为800的聚磷酸铵。

2．3其他成分

对超薄型钢结构防火涂料来说，无机填料的比例较少，因其含量过高，会影响涂层的发泡高度，达不到隔热目的，但其可使发泡层致密，提高强度，故采用了质量分5％～8％的钛白粉、2％～5％的滑石粉、3％～7％的重质碳酸钙，另外还有15％～20％的水和少量消泡剂、分散剂等。

2．4配方

超薄钢结构防火涂料配方如表2所示。

表2 环保超薄型钢结构防火涂料配方

原料质量分数 /%

水15～20

丙烯酸弹性乳液18～25

聚磷酸铵25～30

三聚氰胺10～15

季戊四醇5～10

钛白粉5～8

滑石粉2～5

重质碳酸钙3～7

消泡剂0.1～0.5

分散剂0.1～0.5

3 环保超薄型钢结构防火涂料的性能

产品经国家固定灭火系统和耐火构件质量监督检验中心检测，依据国家标准GB14907—2002《钢结构防火涂料》技术要求来判定产品质量，其指标见表3。

表3 环保超薄型钢结构防火涂料性能

检测项目检测标准实测结果

在容器中状态经搅拌后呈均匀细腻

状态，无结块

经搅拌后呈均匀细

腻状态，无结块

干燥时间 /表干≤8h 2h 初期干燥抗裂性不应出现裂纹无裂纹粘结强度≥0.20 0.44

耐水性≥24涂层应无起层、

发泡、脱落现象

24h涂层无起层、发

泡、脱落现象

耐冷热循环性≥15次涂层应无开

裂、剥落、起泡现象

15次涂层无开裂、

剥落、起泡现象

外观与颜色色同样品相比应无明

显差别

涂层干燥后，同样

品相比无明显差别

耐火时间

涂层厚度 /mm ≤2.00±0.20 2.00

耐火极限 /h ≥1.0 2.0

其产品外观细腻、手感光滑，有很好的流变性能及开罐效果，可以调配成多种颜色，有很强的装饰效果。在涂层相同厚度的情况下，耐火时间是标准要求的一倍，也就是说，在相同要求耐火时间的情况下，涂层可以更薄，这样既减轻了钢构件的负重，又缩短了施工工期，省时、省力、节省开支。

另外，环保型超薄钢结构防火涂料与溶剂型超薄钢结构防火涂料相比，最大的特点具有环保性、安全性。产品依据《环境标志产品认证技术要求——水性涂料》(HBCl2—2002)规定的各项有害物质限量指标，经国家建筑材料测试中心检测，完全符合环保要求，并于2004年4月通过环境标志产品认证，检测结果如表4所示。

表4 防火涂料检测结果

检测项目技术指标检测结果

苯、甲苯、二甲苯乙苯 /(mg/kg) ≤500 未检出

卤代烃 /(mg/kg) ≤500 未检出

甲醛及甲醛聚合物 /(mg/kg) ≤100 93.0

汞 /(mg/kg) ≤60 <0.1

铅 /(mg/kg) ≤90 13

镉 /(mg/kg) ≤75 1.9

铬 /(mg/kg) ≤60 0.7

总挥发性有机化合物含量

≤250 10.3

(TVOC)/(g/L)

4结论

环保超薄型钢结构防火涂料其性能指标均达到GB14907-2002《钢结构防火涂料》国家标准，在环保方面也达到国家环境保护总局2002年批准实施的环境产品技术要求HBC12-2002《环境标志产品认证技术要求——水性涂料》。产品符合设计要求和当今社会高效、环保发展的趋势，市场前景广阔。