覃文清

（公安部四川消防研究所，四川都江堰611830）

摘要：采用在环氧树脂分子结构中引入含甲氧基官能团的聚合法，用有机硅树脂改性环氧树脂，然后用改性环氧树脂对丙烯酸树脂进行改性，以提高树脂的耐候性、耐腐蚀性和耐水性。以改性树脂为基料研制了兼具优异防火隔热性能和防腐性能的双功能钢结构防火涂料。介绍了树脂的改性、制备工艺及防腐性能等。

关键词：钢结构防火涂料；防火性能；防腐蚀性；改性树脂

中图分类号：TU56+1.66文献标识码：A文章编号：1001-702X（2009）08－0062-03

0?前言

钢结构有质量轻而强度高、塑性和韧性好、施工周期短等特点，同时又是对城市环境影响最小的结构之一，是可重复利?用的绿色环保材料，因此，在建筑工程得中到广泛的应用和发展。高速增长的公共娱乐场所、体育馆、候机厅、展览馆、大型工业厂房等大跨度建筑物和超高层建筑物等，采用钢结构的?越来越多，伴随我国国民经济的发展，钢产量的不断增长和钢结构施工技术水平的不断提高，钢结构建筑必将成为新的建筑经济增长点。但是，钢结构的广泛应用也暴露出一系列的缺点，而较为严重的则是钢结构的火灾隐患和腐蚀。因此，必须?对钢结构进行防火保护和防腐处理。

一旦钢结构建筑发生火灾，当温度升高到500℃以上时，?钢材会因强度下降而失去支撑力，则往往会导致建筑物垮塌。?因此，必须对钢结构进行防火保护，以提高其耐火极限。钢材?在空气或潮湿的环境中易于锈蚀，钢材表面的铁原子与空气?中的氧化合而成质地疏松的铁锈，特别是当空气中含有酸、碱、?盐类等介质时情况更为严重，腐蚀不仅使钢材表面产生不均匀?的锈蚀，促使钢结构提前破坏，尤其是在反复冲击荷载的作用?下，出现脆性断裂，并造成巨大的损失。因此，必须对钢结构进?行防腐处理，以延长使用寿命。只有在设计建造的同时，对其进?行有效的防火和防腐保护，才能确保钢结构建筑物的安全[1]。

目前还没有同时兼具防腐蚀功能的钢结构防火涂料，因?此，根据我国建设和经济发展的现状、社会的需要，在国内外?现有技术水平的基础上，结合我国消防规范和法规的要求，深?入开展钢结构防火涂料防腐性能的研究，使钢结构防火涂料?同时兼具防腐保护性能，将是钢结构防火涂料研究领域的一?个重大突破，具有非常重要的意义[2]。本文重点介绍在膨胀型?钢结构防火涂料的防腐性能研究过程中，对其防腐树脂的改?性、制备工艺、应用性能及防腐性能等方面的研究工作。

1.试验

1.1树脂的选择及改性技术路线

可用作钢结构防火、防腐双功能膨胀型涂料的基料的树?脂，种类繁多、性能各异，对树脂的选用应考虑并兼顾涂层的?防火隔热性、防腐性及装饰性，即所选用的树脂不仅使防火涂?料有很好的防火效果，还需要从应用的角度出发，要求防火涂?料具有耐水、耐酸、耐碱、防霉和防腐蚀性，即具有防腐性的树?脂。我们周围的环境充满着空气、水汽和xx，因此，防火涂料?能否经久耐用，主要是取决于成膜物质对氧、水的稳定性，以?及涂料组成中是否含有油脂、蛋白质和碳水化合物等xx食?料。其中，成膜物质的耐水性能尤其重要，耐水性好，漆膜被水?解的可能性就小，对酸碱的腐蚀抵抗能力就强[3]。根据我们多?年从事防火涂料研究的实践，丙烯酸类树脂、聚氨酯类树脂、?氯化橡胶、环氧树脂、氯化聚乙烯树脂等都可作为不同体系防?火涂料的基料。热塑性常温干燥型丙烯酸树脂类涂料具有优?良的耐候性、保色性和耐水性及耐腐蚀性，其主要缺点是耐热?性差、硬度较大、软化点较低等，单独用于涂料时漆膜较脆，附?着力不好，不耐紫外线，易老化；环氧树脂具有优异的粘接性?能、耐磨性能、机械性能、电绝缘性能、化学稳定性能以及柔韧?性好和附着力强等特点，其主要缺点是涂膜耐候性、耐热性、?耐溶剂性差等，单独用于涂料时漆膜较脆[4]。也就是说用任何?一种单一树脂作基料的防火涂料其性能都会存在某种较大的?缺陷。为了发挥不同树脂的优点，克服其性能不足，我们进行?了用硅树脂改性环氧树脂，然后用改性环氧树脂改性丙烯酸?树脂技术的探索研究，采用在环氧树脂分子结构中引入含甲?氧基的官能团等其它基团的聚合法，以提高树脂的耐候性、耐?腐蚀性和耐水性。用硅树脂改性环氧对丙烯酸树脂进行改性，?可克服丙烯酸树脂涂膜硬而脆的缺陷，以提高树脂的耐候性?和在高温下与钢材的粘结性，使之成为具有重防腐蚀的性能，?从而提高防火涂料的性能并使其具有耐腐蚀性能[5]。以改性树?脂为基料，与防火体系和其它阻燃剂等添加剂合理复配，从而?得到同时具有优异防火隔热性能和防腐性能的钢结构防火涂?料。

1.2改性树脂的研制

采用硅树脂改性环氧树脂，将不同的有机硅单体混合，经?水解缩合制成低聚合度的中间体残留有活泼的甲氧基或硅醇?（羟基）的官能团，能与含羟基的有机树脂（例如环氧树脂、聚?酯树脂、醇酸树脂等）缩合，生成环氧改性硅树脂，提高环氧树?脂的耐腐蚀性、耐水性、耐候性和在高温下与钢材的粘接性[4，6]。

1.2.1主要设备和原料

（1）主要设备

反应釜、混合缸、电动过滤机、高速搅拌机、球磨机、?PHS-2C型数显酸度计。

（2）主要原料

3037反应性低分子质量有机硅中间体树脂：道康宁公司?生产的工业品；E-20环氧树脂（即601环氧树脂）、丙烯酸树?脂、甲苯、二甲苯、助剂（防沉剂等）、各种添加剂、200号溶剂?汽油、钛白粉、复合阻燃剂、发泡剂：工业品；云母粉：325目，?工业品；滑石粉：325目，工业品。

1.2.2有机硅改性环氧树脂的合成

首先取定量的E-20环氧树脂和3037反应性低分子质?量有机硅中间体及甲苯加入反应釜内搅匀，以碱催化，控制一?定的聚合反应工艺条件，制得有机硅改性环氧树脂。E-20环?氧树脂与含甲氧基的有机硅中间体发生反应，则环氧树脂羟?基和硅中间体缩合，残留环氧基，提高了环氧树脂的耐候性和?耐腐性。试验结果表明，改性后的环氧树脂的耐水性能、耐热?性、软化点、硬度、耐候性和耐腐性均有很大提高。

1.2.3改性丙烯酸树脂的制备

取定量的丙烯酸树脂加入反应釜内，在一定温度下，于搅?拌的状况下加入定量的有机硅改性环氧树脂共混，搅拌均匀?后，即得改性丙烯酸树脂，过滤装桶备用。试验结果表明，用改?性丙烯酸树脂配制的钢结构防火涂料，除了具有高效的防火隔热性能外，还具有坚韧耐磨的涂膜和优异的防腐蚀性能。涂膜装饰性更强、耐候性、耐化学药品性能以及耐热性更加优异，受火时涂料与钢材的粘结性、发泡层密实度都大大提高。

1.2.4不同树脂膨胀型钢结构防火涂料的制备和涂装

将定量的复合阻燃剂、发泡剂、各种添加剂、钛白粉、溶剂油、增稠剂，分别与改性丙烯酸树脂、丙烯酸树脂、有机硅改性?环氧树脂、环氧树脂等4种不同树脂，加入混合缸内用搅拌机搅匀，然后送入球磨机中碾磨至规定的细度；将磨细的涂料倒入混合缸内，用溶剂调节其黏度，过滤掉杂质，分别制得具有防火、防腐双功能的膨胀型钢结构防火涂料1、防火涂料2、防火涂料3和防火涂料4。

防火涂料试板的涂装方法如下：先将钢板用锉刀进行机?械法除锈，再用0＃砂纸打磨至表面平整，达到Ra?2级。然后?用丙酮对钢板进行除油处理，以提高涂料的附着力[7]。将制得?的钢结构防火涂料1、2、3、4分别涂刷在钢板上，按GB?14907—2002《钢结构防火涂料》中室外结构防火涂料的规定?经处理后待用。

2?结果与讨论

2.1改性树脂的防腐性评价

采用开路电位法评价防火涂料的防腐性能，利用达到平衡?后的开路电位大小来衡量防火涂料防腐性能的优劣，开路电位?高，则防腐性能好。具体做法如下：将涂有防火涂料1、2、3、4的?试板干燥后浸入腐蚀介质中，以铂电极作为参比电极，用数?显酸度计测试钢板的开路电位随时间的变化，评价其防腐性?能[8-9]。图1为树脂用量为35％时，以不同树脂为基料制备的膨?胀型钢结构防火涂料1、2、3、4的开路电位随浸泡时间的变化。

从图1可以看出，当树脂分别采用改性后的丙烯酸树脂、?有机硅改性环氧树脂、丙烯酸树脂和环氧树脂时，平衡开路电?位分别为-573、-598、-638和-660?mV。用改性丙烯酸树脂制?备的膨胀型钢结构防火涂料1的平衡开路电位{zg}，单用环?氧树脂制备膨胀型钢结构防火涂料4的平衡开路电位{zd1}，?这说明改性丙烯酸树脂和改性环氧树脂具有较好的防腐性?能。用改性丙烯酸树脂制备的膨胀型钢结构防火涂料具有优?异的防火隔热性能和防腐性能。

2.2有机硅改性环氧树脂用量对防火涂料?防腐性能的影响

有机硅改性环氧树脂在防腐涂料中主要起缓蚀剂的作用，因此，其含量越多，防腐性能越好。图2为改性树脂中丙烯酸树脂含量为20%时，有机硅改性环氧树脂的用量对防腐性能的影响。

从图2可以看出，当有机硅改性环氧树脂的用量低于?15％时，钢结构防火涂料的平衡开路电位随改性环氧树脂用量增加而增大，从改性环氧树脂用量为5％时的-618?mV增加到改性环氧树脂用量为10％时的-589?mV，直到改性环氧树?脂用量为15％时，平衡开路电位增加到-572?mV，与裸露钢板?的平衡开路电位-817?mV相比提高245?mV。平衡开路电位的增大意味着涂料的防腐性能提高，符合一般规律。然而，当改性环氧树脂用量继续增加到30％时，平衡电位不升反降，只?有-704?mV。过多的改性环氧树脂对防腐性能造成的不利影响?主要是由于改性环氧树脂中所含的硅化合物引起的，硅化合物?不仅会降低涂料在钢板上的附着力，而且由于硅化合物的溶解会影响涂层的致密性，降低了涂层的物理屏蔽作用，从而降低?了涂料的防腐性能。当有机硅改性环氧树脂用量低于15％时，?其中所含的少量磷化合物的负面影响较弱，但当有机硅改性环?氧树脂用量大于15％时，其影响增强。因此，在钢结构防火涂料中的改性环氧树脂用量为15％时，涂料的防腐性能{zj0}。

2.3耐化学腐蚀性测试

对用改性树脂制备的膨胀型钢结构防火涂料的耐化学腐蚀性，按GB?14907—2002规定的试验方法进行测试，其相关?性能测试结果见表1。

从表1可见，以改性丙烯酸树脂为基料制备的膨胀型钢?结构防火涂料具有高效的防腐蚀性能。

该防火涂料的综合性能经国家防火建材质检中心检测，?其防火性能和理化性能优良，各项性能指标达到预定要求。表?明用改性环氧树脂对丙烯酸树脂进行复合改性，可提高防火?涂料的耐候性和受火时涂料的发泡层与钢材的粘结性[10]，同?时使其具有防腐蚀性。

3?结语

（1）采用在环氧树脂分子结构中引入含甲氧基的官能团等其它基团的聚合法，用含甲氧基的有机硅中间体与环氧树脂发生反应，使环氧树脂羟基和硅中间体缩合，残留环氧基提高了?环氧树脂的耐候性和耐腐性；用环氧改性硅树脂对丙烯酸树脂进行改性，克服了丙烯酸树脂涂膜硬而脆的缺陷，提高了树脂的耐候性和在高温下与钢材的粘结性，使之成为具有重防腐蚀的树脂。用改性后的丙烯酸树脂制备的膨胀型钢结构防火涂料具有优异的防火隔热性能和防腐性能，开拓了防火涂料兼具防腐功能的新技术途径，提高了涂料的耐候性和耐腐性能。

（2）在树脂的改性研究中，丙烯酸树脂含量为20%时，随有机硅改性环氧树脂用量的增加，防火、防腐双功能钢结构防火涂料的防腐性能也提高，但加入过多的有机硅改性环氧树脂会因引入的硅化合物而使防腐性能下降。{zj0}的有机硅改性环氧树脂用量为15％。

参考文献：

[1]Ikkala?O，Jussila?M，O?A，et?a1．Corrosion?resistant?coatings：美?国，6500544[P]．2002-12-31.

[2]覃文清.室内外超薄型钢结构防火涂料的研究[J].涂料工业，2001?（10）：1-3.

[3]Dewayne?K?M，Glenn?M?T，Ralph?V?R?P，et?a1．Polyanilinecoating

composition：欧洲，1258513[P]．2002-11-20.

[4]陈平，刘胜平.环氧树脂[M]．北京；化学工业出版社，1993：98-222.

[5]覃文清，李风.材料表面涂层的防火阻燃技术[M].北京：化学工业?出版社，2004：110-162.

[6]Wang?J?G．Polyaniline?coatings：anionic?membrane?nature?and?bipolar

structures?for?anticorrosion[J].Synthetic?Metals，?2002，132：53-56.

[7]虞兆年．防腐蚀涂料和涂装[M]．北京：化学工业出版社，2001：49-180.

[8]Erect?Steven?K，Hawkins?T?R.Method?for?applying?a?coating?that?acts

as?an?electrolytic?barrier?and?a?cathod?e?corrosion?prevention?system：

美国，0195592[P]．2002-12-26.

[9]Posdorfer?J，Wessling?B．Corrosion?protection?by?the?organic?metal

polyaniline：results?of?immersion，volta?potential?and?impedance

studies[J]．Frosenius?J?Anal?Chem.，2000，367：343-345.

[10]覃文清，戚天游.在防火涂料中加入LL阻燃剂的热解反应[J].?化工学报，2004，55（3）：450-454.