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水性超薄型钢结构防火涂料的制备与性能研究

作　者: 李崇裔
导　师: 陈中华
学　校: 华南理工大学
专　业: 材料学
关键词: 水性丙烯酸树脂珍珠岩耐火性能超薄型防火涂料配套面漆
分类号: TQ637.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文制备了一种具有优异耐火性能的水性超薄型钢结构防火涂料及其配套面漆,研究了影响其耐火性能和耐水性能的诸多因素。论文分为两个部分:第一部分系统研究了膨胀阻燃体系组分之间的配比、不同水性丙烯酸树脂体系、颜基比(Pigments/Binder,P/B)、无机颜填料的种类、珍珠岩用量、防火涂层厚度、防火涂料制备工艺等因素对涂层防火性能的影响,实验结果表明:当季戊四醇:三聚氰胺:聚磷酸铵=11:22:35时,涂层的耐火性能最佳,且它们对涂层耐火性能的影响程度大小为:聚磷酸铵>三聚氰胺>季戊四醇;硅丙乳液作为防火涂料的成膜物质,它在遇火焰高温时能与底材紧密结合,与阻燃体系相匹配,具有优异的防火效果;防火涂料体系的颜基比达到3.5时,防火涂料耐火性能最佳;不同无机填料对防火涂料耐火性能影响是不同的,当以珍珠岩作为增强填料,添加量为5%~9%wt时,能有效增强炭质层强度,提高耐燃时间;不同厚度的涂层具有不同的防火能力,在一定范围内,涂层厚度越大,耐燃时间越长;不同的防火涂料制备工艺对其综合性能具有显著的影响,当对防火涂料采用砂磨工艺时,涂层的防火性能与耐水性能都有明显改善;TG(热重分析)测试表明随着珍珠岩用量的增加,能明显提高涂层的热稳定性和灼烧残余量,且添加量为5%~9%wt时的协同效果最好。第二部分探讨了不同水性丙烯酸树脂体系、防锈颜料的用量、防锈颜料的搭配、颜料体积浓度(Pigment Volume Concentration ,PVC)等因素对防火涂料配套面漆耐水性能的影响。实验结果表明:苯丙乳液C具有较高的硬度,耐水性能良好,有较高的性价比;当防锈颜料占颜填料总量的50%~60%wt,复合防锈颜料与铁红的质量比为1:1或2:1时,面漆具有优异的耐水性能;面漆的临界颜料体积浓度(CPVC)约为25.5%,当PVC<25.5%时,面漆都具有较好的耐水性能。所研制出的水性超薄型钢结构防火涂料遇火膨胀发泡效果优良,炭质层的强度高,能有效抵御火焰的冲击;配套面漆平时能对防火涂料起到保护作用,改善防火涂料的耐水性能,延长防火涂料的使用寿命;两者相互配套使用,可以显著提高钢材的耐火极限。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-28
  1.1 引言  11
  1.2 钢结构的特点与防火保护  11-13
    1.2.1 钢结构的特点  11-12
    1.2.2 钢结构的防火保护  12-13
  1.3 防火涂料的防火机理  13-15
    1.3.1 非膨胀型钢结构防火涂料的防火机理  14
    1.3.2 膨胀型钢结构防火涂料的防火机理  14-15
  1.4 钢结构防火涂料  15-17
    1.4.1 厚涂型钢结构防火涂料  15-16
    1.4.2 薄涂型钢结构防火涂料  16
    1.4.3 超薄型钢结构防火涂料  16-17
  1.5 钢结构防火涂料的研究现状及趋势  17-19
    1.5.1 国外概况  17
    1.5.2 国内概况  17-18
    1.5.3 防火涂料存在的问题  18-19
    1.5.4 防火涂料的发展趋势  19
  1.6 环保型防火涂料的研究进展  19-23
    1.6.1 水性防火涂料的概述  20
    1.6.2 水性丙烯酸体系  20-21
    1.6.3 水性环氧树脂体系  21
    1.6.4 水性聚氨酯体系  21-22
    1.6.5 液体无溶剂体系  22-23
  1.7 阻燃体系简介  23-26
    1.7.1 脱水成炭催化剂  23-24
    1.7.2 发泡剂  24
    1.7.3 成炭剂  24-25
    1.7.4 阻燃剂反应历程  25
    1.7.5 增强填料  25-26
  1.8 本课题的主要目的、研究内容和创新点  26-28
第二章防火涂料及其配套面漆的制备与性能测试  28-36
  2.1 实验原料和仪器  28-29
    2.1.1 实验原料  28-29
    2.1.2 实验仪器  29
  2.2 防火涂料及其配套面漆的配方及制备工艺  29-32
    2.2.1 基础配方  29-30
    2.2.2 制备工艺  30-32
  2.3 性能测试与表征方法  32-36
    2.3.1 在容器中的状态  32
    2.3.2 干燥时间的测试  32-33
    2.3.3 外观与颜色  33
    2.3.4 初期干燥抗裂性  33
    2.3.5 涂层耐水性  33
    2.3.6 涂层铅笔硬度的测试  33
    2.3.7 涂层抗冲击性能的测试  33-34
    2.3.8 涂层柔韧性的测试  34
    2.3.9 涂层附着力的测试  34
    2.3.10 耐冷热循环性  34
    2.3.11 耐火性能测试  34-35
    2.3.12 红外光谱（FTIR）分析  35
    2.3.13 热重法（TG）分析  35-36
第三章水性超薄型钢结构防火涂料的制备与性能研究  36-63
  3.1 前言  36
  3.2 防火涂料中膨胀阻燃体系组分间配比的优化  36-42
    3.2.1 正交实验的结果及讨论  38-42
  3.3 基体树脂的选择与分析  42-46
    3.3.1 不同水性丙烯酸树脂对比  43
    3.3.2 水性硅丙树脂的红外光谱分析  43-44
    3.3.3 不同水性丙烯酸树脂对防火性能的影响  44-46
  3.4 颜基比对防火涂料防火性能的影响  46-48
  3.5 不同颜填料对防火涂料防火性能的影响  48-54
    3.5.1 添加不同颜填料所形成的炭质层形貌对比  52-54
  3.6 珍珠岩的用量对防火涂料耐火性能的影响  54-58
    3.6.1 掺有珍珠岩的防火涂料的TG 分析  56-58
  3.7 涂层厚度对防火涂料耐火性能的影响  58-60
  3.8 制备工艺对防火涂料性能的影响  60-61
  3.9 本章小结  61-63
第四章防火涂料配套面漆的制备与性能研究  63-72
  4.1 前言  63
  4.2 基料树脂的选择  63-67
    4.2.1 不同水性丙烯酸树脂对比  64-65
    4.2.2 水性苯丙树脂C 的红外光谱分析  65-66
    4.2.3 不同水性丙烯酸树脂对面漆性能的影响  66-67
  4.3 防腐颜填料的选择与分析  67-70
    4.3.1 防锈颜料的选择  67-68
    4.3.2 防锈颜料用量对面漆耐水性能的影响  68-69
    4.3.3 防锈颜料搭配对面漆耐水性的影响  69-70
  4.4 颜料体积浓度（PVC）对面漆耐水性能的影响  70-71
  4.5 本章小结  71-72
第五章防火涂料的综合性能分析  72-74
  5.1 自制防火涂料防火性能与同类产品的比较  72-73
  5.2 自制水性超薄型钢结构防火涂料的综合性能  73
  5.3 本章小结  73-74
结论  74-75
参考文献  75-82
攻读硕士学位期间取得的研究成果  82-83
致谢  83

水性超薄型钢结构防火涂料的制备与性能研究

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