鋼結(jié)構(gòu)防火-成膜物

成膜物聚合物乳液類基料聚合物乳液類基料2乳液是薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的粘接劑，加入量和品種對(duì)涂料的性能影響很大，各種組分必須找到恰當(dāng)?shù)谋壤?，基料的熔點(diǎn)、發(fā)泡劑的分解點(diǎn)以及成炭劑的炭化溫度實(shí)現(xiàn)良好的匹配度，加強(qiáng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的防火保護(hù)。聚合物乳液防火涂料種類繁多，采用水性乳液制造的防火涂料VOC釋放量要遠(yuǎn)少于油性涂料，理化性能和防火性能優(yōu)良，在鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)中應(yīng)用廣泛。聚合物乳液一般是高分子合成樹脂乳液，聚合方法不同，導(dǎo)致乳液性能各異，特點(diǎn)各有所長，可根據(jù)其特點(diǎn)進(jìn)行復(fù)合使用，涂膜的硬度、柔韌性、耐水性可通過復(fù)配調(diào)節(jié)，增強(qiáng)涂料綜合性能。聚合物乳液類基料3一、聚合物乳液的性能聚合物乳液在涂料中是主要的成膜物，其成膜的高分子物質(zhì)在乳化劑的存在下以微細(xì)粒子（0.1~10μm）分散于水中，具有巨大的表面積，只要具備成膜的一般條件，離散的聚合物微粒就互相靠近并形成連續(xù)膜。1.最低成膜溫度（MFT）防火涂料中使用的乳液大部分為熱塑性樹脂，溫度越低，其硬度越大，越難于變形，當(dāng)?shù)陀诰酆衔锶橐旱淖畹统赡囟戎禃r(shí)，乳液不能成膜。聚合物乳液類基料42.玻璃化溫度（Tg）高聚物由高彈態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)時(shí)有一個(gè)轉(zhuǎn)變對(duì)應(yīng)溫度，亦即玻璃化溫度。該溫度值具有一定的范圍區(qū)間，根據(jù)測定的方法和條件不同而有所差異，是高聚物的一個(gè)重要性能指標(biāo)。Tg高的乳液，涂膜硬度大、光澤度高、耐沾污性好、不易污染，其他力學(xué)性能相應(yīng)也好些。但是，玻璃化溫度高，最低成膜溫度也高，不利于低溫施工。3.殘存單體含量乳液聚合反應(yīng)往往會(huì)有少量未完全反應(yīng)的單體存在，殘存單體含量過高，VOC含量高，不利于環(huán)境保護(hù)以及乳液的穩(wěn)定性，一.些單體水解還會(huì)使乳液體系的pH值發(fā)生變化，在聚合物乳液中殘留單體含量要控制在1%以下。聚合物乳液類基料54.粒度和粒度分布聚合物乳液作為一個(gè)非均相體系，聚合物粒子的粒徑大小及其分布有很大的差異，工業(yè)生產(chǎn)的聚合物乳液一一般為多分散性乳液，粒度分布不均勻，對(duì)乳液的黏度、成膜性質(zhì)及涂膜的性能均有很大影響。粒度小，臨界顏料體積濃度較高、滲透性好。5.相容性在配制鋼結(jié)構(gòu)防火涂料時(shí)，需要添加多種化學(xué)物質(zhì)，如顏料、分散劑、消泡劑、成膜助劑、防霉劑等，如果與所用的聚合物乳液相容性不佳，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起破乳，輕則影響成膜后涂膜的各項(xiàng)性能。因此，在制備時(shí)須選擇與乳液具有良好相容性的物質(zhì)。6.穩(wěn)定性穩(wěn)定性主要是指組成乳液的各組分物質(zhì)間的機(jī)械穩(wěn)定性、儲(chǔ)存穩(wěn)定性、凍融穩(wěn)定性、稀釋穩(wěn)定性等。聚合物乳液類基料6二、丙烯酸酯乳液丙烯酸酯乳液在鋼結(jié)構(gòu)防火涂料中已經(jīng)應(yīng)用得非常廣泛，丙烯酸樹脂由丙烯酸酯類、甲基丙烯酸酯類和其他烯烴類單體共聚而成，丙烯酸酯乳液既有優(yōu)良的裝飾性能又有優(yōu)異的成膜性能，但存在熱黏冷脆、不耐溶劑等缺點(diǎn)，因此根據(jù)不同的配方、生產(chǎn)工藝和單體的選擇可以制備出不同性能的丙烯酸酯乳液，按產(chǎn)品的組成可以分為醋酸乙烯-乙烯共聚物乳液（EVA乳液）、醋酸乙烯叔碳酸乙烯酯共聚物乳液（醋叔乳液）、醋酸乙烯-丙烯酸酯共聚物乳液（醋丙乳液）、純丙烯酸酯共聚乳液（純丙乳液）、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物乳液（苯丙乳液）等。丙烯酸甲酯聚合物乳液類基料7三、水性醇酸樹脂水性醇酸樹脂是用水作溶劑或分散介質(zhì)制備而得。水性化后，生產(chǎn)和施工安全、VOC含量大大降低，被分為單組分自干烘干型及雙組分室溫干燥型體系兩種。水性化是醇酸樹脂的重要發(fā)展方向之一，缺點(diǎn)是主鏈中酯鍵易水解，儲(chǔ)存穩(wěn)定性不好、耐水性差。因此目前有各種改性的水性醇酸樹脂，其中以丙烯酸樹脂、有機(jī)硅樹脂、聚氨酯、苯乙烯的改性效果顯著。聚合物乳液類基料8四、氯偏乳液氯偏樹脂具有良好的常溫下成膜性能，耐紫外線、耐腐蝕性能和優(yōu)異的電絕緣性能，可以提高防火涂料的固含量，但是其在火災(zāi)發(fā)生時(shí)燃燒釋放出有害氣體，發(fā)煙量大，因此對(duì)其進(jìn)行水性化處理，即在原為不水溶的樹脂分子中接上一定數(shù)量的羧基、氨基等親水的官能團(tuán)，經(jīng)堿（或酸）中和而制得。涂料施工時(shí)，為了保證合適的施工黏度，噴涂或刷涂過程中必須加人一定量的有機(jī)助溶劑，添加量為樹脂的40%~60%，所以在該類涂料中仍然，會(huì)含有較多的有機(jī)溶劑，存在一定的環(huán)保問題。成膜物溶劑型樹脂溶劑型樹脂10一、溶劑型樹脂的性能溶劑型樹脂形成的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料成膜性能好，與水性防火涂料相比，耐水性和附著力優(yōu)良，對(duì)金屬基材的附著力更為出色，存在的最大問題是VOC含量高，存在環(huán)保問題，有機(jī)溶劑釋放后，又具有一定的燃燒性，形成火災(zāi)危險(xiǎn)。常用的溶劑型樹脂有過氯乙烯、高氯化聚乙烯、氯化橡膠、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂、有機(jī)硅樹脂、氨基樹脂等，溶劑型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的制備中要特別注意樹脂的黏度、常溫干燥性以及原料之間的相容性。溶劑型樹脂11二、溶劑型樹脂的分類1.乙烯類樹脂（1）過氯乙烯樹脂過氯乙烯由聚氯乙烯進(jìn)一步氯化而得，具有良好的常溫成膜性能，耐化學(xué)腐蝕性、耐候性優(yōu)良，是一種揮發(fā)性熱塑性樹脂，含氯量一般為61%~65%，可溶性比聚氯乙烯樹脂顯著提高。（2）高氯化聚乙烯高氯化聚乙烯燃燒速度為0，具有自熄性質(zhì)，不添加任何阻燃填料時(shí)，閃點(diǎn)即高達(dá)390°C，自燃點(diǎn)為455°C，阻燃性能優(yōu)良，是防火涂料極佳的成膜基料。溶劑型樹脂122.涂料用橡膠防火涂料中用的橡膠有氯化橡膠和合成橡膠，其中合成橡膠包括氯丁橡膠、氯磺化聚乙烯橡膠和丁苯橡膠等。（1）氯化橡膠氯化橡膠無毒、無味，耐水性、耐酸、耐堿性能優(yōu)良，化學(xué)穩(wěn)定性好，附著力強(qiáng)，具有不燃性，與其他樹脂的互溶性良好，但耐候性、耐有機(jī)溶劑性能差。它的成膜是通過溶劑揮發(fā)而形成涂膜的，故屬于非轉(zhuǎn)化型涂料，目前最經(jīng)常應(yīng)用于防水涂料。（2）

合成橡膠涂料用合成橡膠有氯丁橡膠、氯磺化聚乙烯橡膠和丁苯橡膠等。溶劑型樹脂133.環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂是含有環(huán)氧基團(tuán)的合成樹脂的總稱，韌性好、黏合力強(qiáng)，收縮性、穩(wěn)定性高，耐化學(xué)腐蝕性好，缺點(diǎn)是戶外耐候性差，涂膜易粉化、失光等。在鋼結(jié)構(gòu)防火涂料中環(huán)氧樹脂只能和其他樹脂復(fù)合使用，最大用途是制備環(huán)氧樹脂耐磨地面涂料，或者用來增強(qiáng)某些涂料的性能。溶劑型樹脂144.聚丙烯酸酯樹脂溶劑型聚丙烯酸酯樹脂基料與其水性基料相比，其涂膜的光澤、硬度和抗污能力均較強(qiáng)。樹脂色淺、水白、透明，耐紫外線，保光性、保色性和耐候性、耐水性、耐熱性及耐化學(xué)藥品、耐腐蝕性能優(yōu)良，對(duì)顏料的粘接力大，施工性能良好。溶劑型防火涂料的性能要優(yōu)于水性類產(chǎn)品。丙烯酸樹脂近年來廣泛用于防火涂料，與膨脹體系混合后發(fā)泡效果良好，炭質(zhì)層致密，發(fā)煙量少。但是，其耐熱性差、硬度較大、軟化點(diǎn)低，大相對(duì)分子質(zhì)量分布均勻的丙烯酸酯樹脂炭質(zhì)層的最終形態(tài)要優(yōu)于相對(duì)分子質(zhì)量小且分布較寬的同類樹脂，可以有效地提高防火涂料的耐火極限。溶劑型樹脂155.聚氨酯樹脂聚氨酯樹脂是聚氨基甲酸酯的簡稱，由多異氰酸酯和含活潑氫的多羥基化合物反應(yīng)而成，聚合物分子鏈中含有相當(dāng)數(shù)量的氨酯鍵。聚氨酯樹脂具有優(yōu)異的物理機(jī)械性能，硬度、附著力、耐磨性、耐熱性、耐沾污性、耐堿性和耐溶劑性等性能都非常好，而且其涂膜光亮豐滿，裝飾效果非常好，遠(yuǎn)勝于其他幾種涂料用樹脂（如聚丙烯酸酯樹脂、聚酯樹脂和環(huán)氧樹脂等），但是其所含的異氰酸酯對(duì)人體有害，而且異氰酸酯涂料遇水會(huì)凝膠，儲(chǔ)存時(shí)必須密閉。施工時(shí)，極易產(chǎn)生層間剝離、起小泡等問題。聚氨酯樹脂由于價(jià)格較高，應(yīng)用于防火涂料方面的研究相對(duì)較少。有研究表明，防火涂料中常用的成炭劑季戊四醇中的羥基會(huì)與異氰酸酯發(fā)生反應(yīng)，對(duì)涂料的成膜影響很大，附著力也差。溶劑型樹脂166.有機(jī)硅樹脂有機(jī)硅樹脂是含有硅氧烷基的合成樹脂，其最顯著的特點(diǎn)是分子中至少含有一個(gè)Si-C鍵，是介于有機(jī)和無機(jī)聚合物之間的聚合物。由于這種雙重性，有機(jī)硅聚合物除具有一-般無機(jī)物的耐熱性、耐燃性及堅(jiān)硬性等特性外，又有絕緣性、熱塑性和可溶性等有機(jī)聚合物的特性，且韌性、彈性、可塑性、耐水性、耐凍性及耐腐蝕性等性能優(yōu)良。溶劑型樹脂177.氨基樹脂氨基樹脂是胺或酰胺與甲醛反應(yīng)得到的產(chǎn)物。氨基樹脂本身不燃，遇火時(shí)體積膨脹，不會(huì)產(chǎn)生有毒煙氣。防火涂料中常用的氨基樹脂有三聚氰胺甲醛樹脂、脲醛樹脂等。在防火涂料中，氨基樹脂不單是成膜劑，還是優(yōu)良的成炭劑和發(fā)泡劑。單純用氨基樹脂的防火涂料，漆膜硬而脆，與基材的附著力較差，容易開裂崩脫，因此，常與醇酸樹脂或丙烯酸樹脂混用，以取得更好的物理力學(xué)性能。溶劑型樹脂188.酚醛樹脂酚醛樹脂由苯酚醛或其衍生物縮聚而得，酚醛樹脂涂料干燥快、附著力好、涂膜堅(jiān)硬、有很好的耐水性和耐酸性，尤其耐高溫性良好，低煙、低毒，應(yīng)用于防火涂料比較早，主要應(yīng)用于木材、電線和電纜等的防火。經(jīng)常與其他基料并用，如氨基樹脂等，可以有效改善涂層的防火性能和物理力學(xué)性能。溶劑型樹脂199.醇酸樹脂醇酸樹脂由多元醇如甘油、多元酸以及植物油或植物油酸縮聚而成，耐候性、附著力、硬度、光澤、柔韌性和絕緣性能都比較好。但是其耐堿性、耐酸性以及耐水性能較差，表面干燥快，實(shí)際干燥時(shí)間較長。用于防火涂料中時(shí)，成炭量較大，膨脹發(fā)泡層表面均勻致密性差，外表會(huì)開裂。因此醇酸樹脂常與氨基樹脂拼用，以改善氨基樹脂的硬而脆的漆膜，提高其附著力。目前醇酸樹脂合成技術(shù)成熟，綜合性能好，原料易得，性價(jià)比高，而且可以根據(jù)要求調(diào)整配方，制備不同性能的樹脂乳液，成為涂料工業(yè)用的主要樹脂，市場最高比例一度曾達(dá)90%以上。成膜物無機(jī)物基料無機(jī)物基料21成膜物是鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的基料，要求其理化性能優(yōu)良，干燥形成堅(jiān)固涂層，保證涂層常溫下良好的裝飾性、理化性能；有助于防火涂料的防火性能，兼具一定的耐腐蝕性、耐候性。因此與其他組分應(yīng)匹配良好，既保證涂層在正常工作條件下具有各種使用性能，又能在火焰或高溫作用下使涂層具有難燃性，或者是優(yōu)異的膨脹性。對(duì)膨脹型防火涂料而言，基體樹脂與防火體系應(yīng)匹配，在火焰或高溫作用下，基體樹脂分解炭化，其炭質(zhì)物強(qiáng)度比小分子物質(zhì)高得多。因此，它對(duì)受火后的炭化膨脹高度及膨脹層強(qiáng)度均有較大影響。鋼結(jié)構(gòu)防火涂料成膜物有溶劑型和水性之分，水性成膜物可分為無機(jī)物型、乳液型。無機(jī)物基料僅在非膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料中使用，主要包括水玻璃（硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸鋰等）、磷酸鹽、硅溶膠、水泥等。無機(jī)物基料22一、水玻璃鋼結(jié)構(gòu)防火涂料最初的非膨脹型無機(jī)黏合劑為水玻璃，俗稱泡花堿，是一種水溶性硅酸鹽，溶于水后可形成水玻璃，其化學(xué)式為R2O·nSiO2,式中R2O為堿金屬氧化物，n為摩爾比，表示二氧化硅與堿金屬氧化物物質(zhì)的量的比值。摩爾比越高，黏度越大，易于分解硬化，粘接力增大，其成膜后的耐水性則越好；摩爾比越低，晶體組分越多，粘接力差。水玻璃無機(jī)物基料23水玻璃粘接力強(qiáng)、強(qiáng)度較高，耐酸性、耐熱性好，涂層固化后，能夠析出硅酸凝膠，可防止水滲透。在高溫下硅酸凝膠干燥得更加快速，而強(qiáng)度并不降低，并具有高度的耐酸性能。水玻璃耐堿性、耐水性差?？赏ㄟ^對(duì)游離的堿金屬離子的抑制改善其性能，不讓它與二氧化碳反應(yīng)，可采用氟硅酸鹽、硼酸鹽、有機(jī)高分子耐水性樹脂等固定堿金屬，形成一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，改善涂膜的理化性能。無機(jī)物基料24二、硅溶膠納米二氧化硅顆粒溶解于水中，可形成硅溶膠，外觀為乳白色半透明的膠體溶液。其化學(xué)式為SiO2·nH2O。二氧化硅粒子之間形成牢固的硅氧鍵，熔點(diǎn)高達(dá)1600°C。硅溶膠無毒、無味、耐熱性好、耐久性好、與無機(jī)材料包括水泥等堿性基材粘接強(qiáng)度高、硬度高、耐溶劑、耐擦洗、價(jià)格便宜。硅溶膠的分散性、滲透性好，可以利用這一特性，與聚合物乳液復(fù)合，使兩者性能互補(bǔ)，對(duì)各種基材粘接強(qiáng)度高，涂膜力學(xué)性能好、平整光滑、外觀豐滿。無機(jī)物基料25三、水泥水泥作為一種粉狀水硬性無機(jī)膠凝材料，加水?dāng)嚢韬蟪蓾{體，在水或空氣中硬化，并能把各類填料牢固地膠結(jié)在一起，在厚型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料中大量使用。水泥密度大，必須配以其他輕質(zhì)無機(jī)粘接劑降低干密度，再配以適量有機(jī)粘接劑提高強(qiáng)度。水泥被廣泛應(yīng)用于建筑、水利、國防等工程，類型多樣，其中硅酸鹽水泥、氯氧鎂水泥在厚型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料中得到廣泛應(yīng)用。無機(jī)物基料261.硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥，簡稱普通水泥，在《通用硅酸鹽水泥》（GB175-2007）中規(guī)定比例為硅酸鹽水泥熟料、5%~20%的混合材料及適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料。2.氯氧鎂水泥氯氧鎂水泥是水泥的一個(gè)特殊品種，以氧化鎂、氯化鎂為主要成分，用玻璃纖維來增強(qiáng)氯氧鎂水泥，即得無機(jī)玻璃鋼。無機(jī)物基料27四、磷酸鹽磷酸鹽粘接劑種類多，根據(jù)所含金屬不同，性能差別較大，磷酸鋁具有較好的綜合性能，其中較為常用的為磷酸二氫鋁，是一種無色無味極黏稠的液體或白色粉末，易溶于水，一般直接添加。磷酸二氫鋁在常溫下與耐火骨料、硬化劑等混合