纳米TiO2在超薄型钢结构防火涂料中的应用.pdf

：垄丝望垒盟： 纳米TiOz在超薄型钢结构防火涂料中的应用 成才军1，郭保文1，付若愚2，张世超：，刘学军，，郭奋， (1．北京首创纳米科技有限公司，北京100094；2．北京航空航天大学材料学院，北京100083 3．北京化工大学教育部超重力工程技术研究中心，北京100029) 摘要：研究了纳米TiO。在术性超薄膨胀型钢结构防火涂料中的应用，发现纳米TiO：的加 入不仅可以提高涂料燃烧后碳层的强度，而且能够生成更多的焦磷酸钛，增加无机 层的质量和致密度。从物理和化学2个方面都提高了防火涂料的防火性能，延长了 钢结构的耐火极限。 关键词：钢结构防火涂料；纳米TiO：；耐火时间 1引言 钢结构建筑以其优异的性能正在建筑工程中发挥着独特且日益重要的作用。钢材本身不燃 烧，但是当温度达到400oC时，钢材的屈服强度将降至室温下的一半，温度达到600℃时，钢材基本 丧失了全部强度和刚度，所以～般裸露钢结构耐火极限只有十几分钟，对于没有采用防火保护措 施的钢结构建筑一旦发生火灾，钢结构建筑很容易遭到破坏…。膨胀型防火涂料在火焰或高温作用 下，涂层发生膨胀碳化，形成一个比原来厚度大十几倍甚至几百倍的不燃蜂窝泡沫状碳质层，它可 以割断外界火源对基材的加热，从而起到隔热作用。另一方面，由于涂层发生软化、熔融、蒸发、膨 胀等物理变化及高聚物、填料等组分所发生的分解、解聚、化合等化学变化吸收了大量的热能，抵 消了一部分外界作用于物体的热能，从而对被保护物体在受热升温过程起延滞作用。这些物理和 化学的作用都有效地保护了钢结构，降低火焰对钢结构建筑的破坏【2】。 膨胀型防火涂料的发泡率越高，泡孔结构越均匀致密，防火效果越好。但是，在实际应用中发 现，涂料光有高的发泡层和均匀致密的泡孔结构是不够的，必须结合提高发泡层的强度来考虑。近 年来纳米材料在各领域的应用方兴未艾，在涂料工业中也得到了大量的应用”1。借助于传统的涂层 技术，添加纳米材料可获得纳米复合体系涂层，实现功能的飞跃。由于其尺寸小、比表面积大，在防 火涂料中使用可以有效提高反应面积，同时添加纳米材料能够增强发泡层的强度，提高防火性能。 因而研究纳米材料在膨胀型防火涂料中的应用具有重要的意义。 2试验部分 2．1试样的制备 本试验采用聚磷酸铵(n1ooo)、季戊四醇和三聚氰 胺作为膨胀阻燃体系，TiOz作无机填料，乳液采用丙烯酸乳 cm×lOcm×0．25 液，制备水性膨胀型防火涂料。涂刷在10 cm的钢板上，多次涂刷到3mm后养护待测。 2．2耐火性能的测试 本试验采用自行设计的简易耐火试验装置，见图l：将 图1简易耐火燃烧试验装置 项目基金：国家863计划(2002AA302605) 第四届氟硅村抖在漳料中瘟用——高功韭涂料技术研讨每第。言：瀚罢耥兰三鑫篷素蕊每20054，月’广州 养护后的样板放于高温电炉中，背面放置表面温度计，然后用低导热系数的绝热材料覆盖绝热，接 通电炉电源，记录钢板温度随时间的变化情况。 2．3 XRD和EDS分析 SIS型能谱仪。 3结果与分析 3．1不同的纳米TiO：含量对涂料防火性能的影响 在涂料打浆过程中，加入不同含量的纳米TiO：制备样板，试验现象和耐火极限测试结果如表 l所列。 表1不同TiO。含量的样板燃烧状况 做防火涂料耐火时间与纳米TiOz含量的变化图，并对其作高斯拟合(见图2)。可以看出纳米 TiO：的添加量对防火涂料的耐火时间有明显的影响。纳米TiOz含量不太高时，耐火时间随着其含 量的增加而延长；当含量超过一定值后随着纳米TiO：的增加耐火时间反而降低。 试验中，不同纳米Ti02含量的防火涂料的温度上升瞌线有明显的差别(见图3)。在升温的初 期，不加纳米TiOz的防火涂料的温度上升要慢于添加了纳米n02的，曲线的斜率也相对较小；而后 期温度上升明显加快，速度大于添加了纳米TiOz防火涂料的升温速度。 600