水性钢结构膨胀防火涂料的制备与性能研究.pdf

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1、水性钢结构膨胀防火涂料的制备与性能研究王珂2015年12月中图分类号：TQ630.1UDC分类号：540水性钢结构膨胀防火涂料的制备与性能研究作者姓名王珂学院名称材料学院指导教师李定华副教授答辩委员会主席杨荣杰教授申请学位工学硕士学科专业材料科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年12月PreparationandPerformanceStudyofWaterborneIntumescentFlameRetardantCoatingsforSteelStructureCandidateName：KeWangSchoolorDepa

2、rtment:SchoolofMaterialsFacultyMentor:Prof.DinghuaLiChair,ThesisCommittee：Prof.RongjieYangDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：MaterialScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：December，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我

3、所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要溶剂型超薄钢结构防火涂料中含有大量的可挥发性有机物（VOC），其应用越来越受到限制。水性超薄膨胀型钢结构防火涂料以聚合物乳液作为成膜物质，减少了VOC的排放量，降低了涂料在生产、施工、应用等环节中对人体的的危害和环境的污染，符合节能减排、绿色环保的发展趋势。

4、本论文采用燃烧背温测试仪、锥形量热仪、热失重分析、扫描电子显微镜、X射线荧光光谱分析、X射线光电子能谱分析、耐水实验等测试分析手段，确定了水性环氧固化体系为基料，通过正交实验确定了膨胀阻燃体系的最优配比，研究了新型大分子三嗪成炭剂、无机填料对防火涂层耐火阻燃性能的影响，将聚磷酸铵纳米复合物应用于膨胀防火涂层并对其耐火阻燃机理进行了探讨。为制备耐火阻燃性能优良、热释放及烟释放低等应用性能良好的超薄钢结构防火涂料提供了基础数据。主要研究工作如下：（1）从涂层理化性能、耐火阻燃性能及膨胀炭层形貌的角度研究了成膜物质对防火涂料性能的影响。研究结果表明：以

5、芳香胺为固化剂的环氧固化体系EP-2/HB具有较好的封闭性，作为基料乳液应用到防火涂料中可以使涂层具有良好的附着力及冲击强度，提高涂层耐水性能。环氧固化体系中由于芳香链段的存在而具有较高的初始热分解稳定性，与膨胀阻燃剂之间有更好的匹配性，有利于参与体系成炭，形成更加完整致密、力学强度更高的膨胀炭层、有效降低涂层的热释放及烟释放。（2）以EP-2/HB环氧固化体系作为基料，聚磷酸铵/双季戊四醇/三聚氰胺（APP/DPER/MEL）作为膨阻燃体系，通过正交实验对膨胀阻燃体系的配比进行了优化；以新型大分子三嗪成炭剂发泡剂代替双季戊四醇与三聚氰胺制备新型

6、膨胀防火涂层（EP/N-IFR）并与传统膨胀防火涂层（EP/T-IFR）进行了对比研究。结果表明：膨胀阻燃体系最佳配比为APP:DPER:MEL=37:15:13，影响顺序为MEL＞IFR＞APP:DPER；三嗪大分子成炭发泡剂应用于防火涂层可以提高涂层的隔热耐火作用，降低热释放及烟释放。（3）研究了氢氧化镁、硼酸锌及纳米二氧化钛三种无机填料对防火涂料性能的影响。单独添加氢氧化镁和硼酸锌均可以不同程度地提高涂层的耐火阻燃性能，二者复配使用可以进一步改善炭层结构，降低涂层背温、热释放速率和产烟量，起到阻燃协同的作用；纳米二氧化钛作为一种纳米无机填料

7、具有较强的遮盖力，提高炭层在高温阶段的热稳定性，提高耐火阻燃性能。当防火涂料中纳米二氧化钛添加为1%时，I北京理工大学硕士学位论文涂层具有最佳的耐火阻燃作用。（4）分别以聚磷酸铵蒙脱土纳米复合物（APP-MMT）、聚磷酸铵二氧化钛纳米复合物（APP-TiO2）替代聚磷酸铵作为膨胀阻燃体系酸源，研究了纳米复合物对防火涂层性能的影响并探讨了耐火阻燃作用机理。热重差值分析表明MMT在高温段与APP分解产物发生反应，生成热稳定性更高的物质提高涂层的耐火阻燃性能；纳米复合物中的MMT以纳米形态分散与膨胀阻燃剂作用更充分比APP/MMT物理混合物具有更高的阻

8、燃效率。热重差值（ΔT）分析和XRD分析表明APP-TiO2纳米复合物中纳米二氧化钛在高温阶段与APP分解产物发生反应生成焦磷酸钛，焦磷