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1、中国涂料在线www.coatingol.com纳米ZnO晶须改善钢结构防火涂料性能研究邹敏1,2,王琪琳2,刘国钦2,赵英涛2(1.四川大学材料科学与工程学院,成都610064;2.攀枝花学院生化系,四川攀枝花617000)摘要:以四角状纳米氧化锌晶须为添加剂来提高钢结构防火涂料的各项性能。研究了偶联剂改性氧化锌晶须的过程,以及改性晶须对钢结构防火涂料的耐火极限、耐水性能、粘结强度的影响。通过扫描电镜观察了纳米氧化锌晶须在防火涂料中的分散状况。研究表明,用015%的KH560改性后的氧化锌晶须具有较好的分散性;与纯钢结构防火涂
2、料相比,氧化锌晶须添加量为4%～5%的钢结构防火涂料的性能有较大的提高,其耐热极限由96℃提高到118℃,耐水极限由28h提高到37h,粘结强度由0.45MPa提高到1.12MPa。关键词:氧化锌晶须;改性;钢结构防火涂料;耐火极限;耐热极限0引言现代大型建筑的主要承重构件大多依赖于坚固的钢材。但是,钢结构的耐火性能远比砖石结构和钢筋混凝土结构差。当温度达到某一值时,钢材便失去承载能力,这一温度被定义为钢材的临界温度,一般常用的建筑钢材的临界温度在540℃左右。对于建筑火灾,火场的温度大多在800～1200℃之间,在火灾发生的
3、10min内,火场的温度即可达到700℃以上。对于裸露的钢材,只要几分钟就可上升到临界值,使得承载能力失效并导致建筑物垮塌[1]。为解决钢结构建筑的耐火问题,比较好的方法是采用防火涂料[2]。但是国产钢结构防火涂料普遍存在价位高、装饰性差及耐火能力不强等缺点,其应用更是受到了极大的限制。为了克服钢结构防火涂料的上述缺点,一般采用制备新型钢结构防火涂料和对传统防火涂料进行改性等办法来加以解决。晶须作为一种新型的增强补韧剂,在聚合物复合材料中有着广泛的应用[3-4]。但目前还没有关于用氧化锌晶须来增强钢结构防火涂料,提高其耐火极限
4、等性能的报道。无机填料由于与基料的极性相差太大,且表面能高,很难在基料中均匀分散,一般都经过改性处理后才加入基料中[5-6]。本文采用偶联剂对ZnO晶须料进行改性,再将改性后的ZnO晶须添加到钢结构防火涂料以提高防火涂料的耐火极限、耐水性能、粘结强度,同时增加涂料的抗菌性能,使涂料具有更好的使用性能。1实验1.1主要原料钢结构防火涂料:自制,当涂层厚度为2mm时耐火极限为96min,耐水极限28h,粘结强度0.45MPa[7];氧化锌晶须:市售,长10～20µm,四角针状;钛酸酯偶联剂、硬脂酸偶联剂、KH560偶联剂:均为试剂
5、。1.2样品制备晶须的改性:将偶联剂按比例溶入乙醇溶剂中,加入晶须超声分散20min,过滤,于100℃烘干后备用。中国涂料在线www.coatingol.com将改性氧化锌晶须按一定配比与防火涂料于高速搅拌机内混合后采用超声波处理2h,在钢板上涂刷3次,晾干。1.3性能测试涂料性能按GB/T14907—2002标准进行测试;用JSM-5900LV电子扫描电镜观察涂层断面形态。2结果与讨论2.1偶联剂种类对晶须分散性的影响为了考察不同偶联剂对晶须的改性情况,分别选用钛酸酯偶联剂、硬脂酸偶联剂及KH560来对氧化锌晶须进行改性,通
6、过沉降来表征改性后晶须的分散效果。取4份各10g氧化锌晶须,均以乙醇为分散介质,其中3份分别加入0.5%(以晶须质量计)不同的偶联剂,1份不加偶联剂作为对照,并都加溶剂定容到100mL,分散均匀后移入100mL量筒中,静置24h后,观察晶须的分散情况,实验结果如图1所示。图1改性剂种类对改性效果的影响从图1可知,未加偶联剂的晶须很快沉入量筒底部,而经改性后的晶须具有较好的分散性,经过24h后仍具有较好的分散性。3种偶联剂均有较好的改性效果,有利于晶须在溶剂中的分散,其原因主要是由于偶联剂降低了晶须的表面能,改变了晶须表面的化学
7、结构,使无机粒子的表面由亲水性转变为亲油性,这有利于无机颗粒在涂料中的分散以及无机与有机物间的界面结合。其中KH560的改性效果最为理想。2.2偶联剂最佳用量的确定分别用0.1%、0.3%、0.5%和0.7%的KH560偶联剂对晶须进行改性实验,通过24h的沉降实验数据来进行偶联剂最佳用量的确定,实验结果如图2。中国涂料在线www.coatingol.com图2偶联剂用量对晶须分散性的影响从图2可知,随着偶联剂用量的增加,晶须的分散性能提高。当偶联剂用量≥0.3%时,晶须均具有较好的分散效果,当偶联剂用量在0.7%以上时,晶须
8、的分散性不再增加,因此过多地增加偶联剂的使用量只会增加材料成本,实验最终选用0.5%的偶联剂对晶须进行改性。2.3KH560偶联剂对晶须分散性的影响超细粒子凝集力很强,给它在基料中的分散带来很大难度,因此纳米粒子在基料中的分散均匀程度成为影响复合材料性能的关键因素。表面改性处
