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膨胀型防火涂料用水性成膜物质的研究进展及优化策略

膨胀型钢结构防火涂料常用水性成膜物质的优缺点被简述。膨胀型钢结构防火涂料用水性成膜物质的研究进展被介绍。目的是为筛选合适的成膜物质,提高水性膨胀型钢结构防火涂料的理化性能和防火性能提供参考。近年来,钢材在建筑行业中很受欢迎。钢结构作为高层建筑结构的一种形式,它具有强度高、质量轻的特点,同时还有良好的延伸性、抗震性以及施工周期短等优势,所以在建筑业中被广泛应用,尤其是在超高层及大跨度建筑等方面,展现出了强大的生命力。中国城市规模在不断发展,在这种情况下,钢结构在中国建筑业中的应用有着极为广阔的前景。

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钢材作为建筑材料,在防火方面存在一些难以避免的缺陷。其机械性能会随着温度的升高而急剧下降。钢结构通常在 450℃ 到 650℃的温度范围内就会失去承载能力。一般不加保护的钢结构,其耐火极限约为 15 分钟左右。所以,对钢结构进行防火保护是必须要做的事情。目前,对钢结构进行防火保护的常见方式是在其表面涂覆防火涂料。防火涂料按照防火机理可分为两类,一类是非膨胀型钢结构防火涂料,另一类是膨胀型钢结构防火涂料。非膨胀型钢结构防火涂料在火灾中,其涂层不会膨胀,而是依靠材料的不燃性、低导热性或者涂层中材料的吸热性,来延缓钢结构的温升,从而达到保护钢结构的目的。这类防火涂料由合适的无机轻质材料组成,比如膨胀珍珠岩、蛭石等;由增强材料组成,像云母、硼酸锌、低熔点玻璃粉等;由助剂组成,例如胶粉、纤维素醚等;还配以黏结剂,如水泥、石膏、水性树脂等。它除了具备水性防火涂料的一些优点外,因为从基料到大多数添加剂都是无机物,所以还具有成本低廉的特点。但是,非膨胀型钢结构防火涂料的涂层比较厚,通常在 20 毫米到 35 毫米这个范围之内。它自身的重量较大,这无疑给钢结构带来了比较大的负担。在建筑领域,膨胀型钢结构防火涂料具有诸多优势。它施工简单,质量较轻,装饰效果良好,单位面积耗量较少,并且对钢结构的涂覆不受结构几何形状的限制。正因如此,它成为了备受用户青睐的钢结构防火涂料[2] 。

膨胀型钢结构防火涂料主要包含成膜物质、膨胀阻燃体系以及无机填料。在遇火时,它能够膨胀发泡,进而形成致密的防火隔热层。这种防火层具备很强的耐火冲击性,能够延缓钢材温度的上升,防止钢材在火灾中因快速升温而致使强度急剧降低,避免钢结构失去支撑能力,进而防止建筑物垮塌,对人民的生命和财产安全起到有效保护作用。膨胀型钢结构防火涂料依据使用的成膜物质是水性树脂还是溶剂性树脂,能够分成水性膨胀型钢结构防火涂料与溶剂型膨胀钢结构防火涂料。水性树脂是把水当作替代有机溶剂的分散介质的树脂体系,相较于溶剂性树脂,它具备低毒、低挥发性有机化合物(VOC)、不可燃、节省能源以及易于储存和使用等优点[3] 。国家和地方政府出台了一系列禁油政策并已落地,同时绿色观念也产生了影响。在这样的背景下,水性膨胀型钢结构防火涂料成为了防火涂料行业的发展趋势。而水性成膜物质是水性膨胀型钢结构防火涂料中最为关键的第一性组成物质。四是在火焰和高温环境下起到成炭剂的作用,与阻燃体系以及其他助剂、填料相互协同,从而形成具有阻燃、耐火功能的发泡层[4 -5] 。水性膨胀型钢结构防火涂料用水性树脂需具有较强黏结作用,且要有抗电解质性能,要与涂料阻燃体系的膨胀和碳化相匹配水性超薄型钢结构防火涂料,也就是分解温度要相匹配,对环境影响要低,需无毒或低毒,还要有良好的耐水、耐酸碱腐蚀以及耐气候性等,这无疑给膨胀型防火涂料用水性成膜物质的理化性能提出了较高要求。

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目前商品化的水性树脂,像水性聚氨酯、水性丙烯酸、水性环氧树脂、苯丙乳液、醋酸乙烯 - 乙烯共聚乳液等,面临着涂膜综合性能差的问题,乳胶膜的耐水性也差,与防火涂料膨胀体系的适配性同样差,这些问题影响了水性膨胀型钢结构防火涂料的防火和理化性能[6] 。- 水性环氧树脂的缺点。因此,以水性环氧树脂作为水性成膜物质制备的膨胀型钢结构防火涂料,具有与基材表面黏结力优异、耐腐蚀性能良好、成本较低等优点。水性环氧树脂制备的膨胀型钢结构防火涂料存在一些不足,比如耐候性不佳、耐水性差等。而水性丙烯酸树脂,其主链为碳碳链,具备较高的光、热和化学稳定性。所以水性超薄型钢结构防火涂料,以水性环氧树脂作为水性成膜物质制备的膨胀型钢结构防火涂料,具有良好的耐候性、耐污性、防腐防水性等优势,并且成本也较为适中。它存在涂膜热黏冷脆的情况,抗回黏性比较差,耐水性也不佳,这些劣势限制了它在防火涂料领域的应用。

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