摘 要 ：采用丙烯酸本体杂化乳液作为成膜物，配合传统的膨胀阻燃体系，以聚磷酸铵为脱水成炭催化剂、季戊四醇为成炭剂、三聚氰胺为发泡剂，制备了一种丙烯酸本体杂化乳液超薄型钢结构防火涂料，用垂直燃烧法和锥形量热仪法对其防火阻燃性能和作用过程中的生烟情况进行测试，并与型超薄钢结构防火涂料作了比较。
关键词 ：丙烯酸本体杂化乳液；防火涂料；钢结构
0 引言
目前国内钢结构建筑防火中大量应用超薄型钢结构防火涂料，该类涂料绝大部分为溶剂型 ［ 1 ］ 。溶剂型防火涂料存在生产施工过程中释放大量有机溶剂，对周围环境和生产施工人员造成伤害，燃烧时释放大量有毒气体等问题。国外对水性钢结构防火涂料的研究起步较早，已有商业化产品得到广泛应用。国内目前生产的水性超薄型钢结构防火涂料多以传统乳液为成膜物，如、纯丙乳液、硅丙乳液等 ［ 2-4 ］ 。这类成膜物制备的水性超薄型钢结构防火涂料存在发泡较慢且不均匀、发泡持续时间短、泡层不致密、炭化层厚度较低、炭化不彻底等缺点，故防火隔热效果不够理想。与溶剂型防火涂料相比，在防火隔热效果、附着力、装饰性及耐水性方面有较大差距，在很多领域不能代替溶剂型超薄钢结构防火涂料的使用。因此我们采用新型的丙烯酸本体杂化乳液作为成膜物，制备了一种高性能的超薄型钢结构防火涂料。
1 实验部分
1.1 原料
聚磷酸铵（ APP ），化学纯，山东齐河化工厂；季戊四醇（ PER ），湖北宜化化学有限公司；三聚氰胺（ MEL ），山东海化集团公司；型钛白粉，进口；溶剂（ 200# 汽油），青岛永安化工有限公司；丙烯酸本体杂化乳液，自制；，进口。
1.2 丙烯酸本体杂化乳液的制备
将溶剂型丙烯酸树脂溶解在丙烯酸单体中，经预乳化至微乳（平均粒径 500 nm ），再采用乳液聚合工艺制得稳定的丙烯酸本体杂化乳液。
1.3 丙烯酸本体杂化乳液超薄型钢结构防火涂料的制备
采用膨胀型防火涂料传统的膨胀阻燃体系：以聚磷酸铵为脱水成炭催化剂、季戊四醇为成炭剂、三聚氰胺为发泡剂。在容器中依次加入脱水成炭催化剂、成炭剂、发泡剂、无机填料和水，搅拌均匀得到浆料。浆料经三辊 2 次后，加入丙烯酸本体杂化乳液，以 200~400 r/min 的转速搅拌 30 min ，加入助剂混合均匀得到防火涂料。
1.4 测试与分析
1.4.1 理化性能的测试
按 GB 14907 — 2002 的规定，钢板（ 150 mm × 70 mm × 1 mm ）除锈后，在上面涂刷涂料，并将钢板倾斜 45 ° 放置， 24 h 后再次涂刷。重复涂刷至涂层厚度达（ 2 ± 0.2 ） mm ，自然养护 10 d ，进行理化性能测试。
1.4.2 防火性能的测试
（ 1 ） 垂直燃烧法
本实验采用酒精喷灯垂直燃烧法检测防火涂料的防火性能。分别在钢板（ 150 mm × 70 mm × 1 mm ）上涂刷丙烯酸本体杂化乳液超薄型钢结构防火涂料和溶剂型超薄钢结构防火涂料 SCM-3 （海洋化工研究院生产），涂层厚度 1 mm 。将防火涂料样板涂层面向下，垂直置于酒精喷灯上方 10 cm 处，进行防火性能测试。
（ 2 ） 锥形量热仪法
分别将丙烯酸本体杂化乳液超薄型钢结构防火涂料和溶剂型超薄钢结构防火涂料 SCM-3 （海洋化工研究院生产）制成 100 mm × 100 mm × 5 mm 的片状试样。采用 FTT Dual cone 型锥形量热仪进行防火性能测试，辐射能量为 35 kW/m 2 ，不使用试件护罩和金属网格。
2 结果与讨论
通过锥形量热仪法评价防火涂料的燃烧性和阻燃性，其主要评价指标包括：材料的点燃时间、燃烧时释放的热量、释热速率、生烟情况等 ［ 5 ， 6 ］ 。表 3 列出了溶剂型丙烯酸超薄钢结构防火涂料与丙烯酸杂化乳液超薄型钢结构防火涂料各种燃烧参数的实验结果。
表 3 防火涂料各种燃烧参数的比较
3 结语
以丙烯酸本体杂化乳液作为成膜物，配合防火涂料传统的膨胀阻燃体系制备出的超薄型钢结构防火涂料，其技术性能符合超薄型钢结构防火涂料的性能要求， VOC 含量小于 100 g /L 。其防火隔热性能与溶剂型超薄钢结构防火涂料相当甚至更高，而且与溶剂型超 王华进，等：丙烯酸本体杂化乳液超薄型钢结构防火涂料的研制 薄钢结构防火涂料相比，大大降低了防火涂料在作用过程中产生和释放的烟气量，提高了防火涂料的使用安全性。
由表 3 的数据可以看出：与溶剂型超薄钢结构防火涂料相比，丙烯酸本体杂化乳液超薄型钢结构防火涂料的点燃时间延长了 41% ，热释放速率的平均值提高了 38% 。这说明丙烯酸本体杂化乳液超薄型钢结构防火涂料具有更好的防火阻燃效果。同时丙烯酸本体杂化乳液超薄型钢结构防火涂料的总产烟量下降了 70% ，总释烟量下降了 69% ，大大减少了防火涂料在作用过程中产生和释放的烟气量。2.1 理化性能测试结果
丙烯酸本体杂化乳液超薄型钢结构防火涂料的理化性能测试结果见表 1 。
表 1 丙烯酸本体杂化乳液超薄型钢结构防火涂料的理化性能
通过垂直燃烧法对丙烯酸本体杂化乳液超薄型钢结构防火涂料和溶剂型超薄钢结构防火涂料 SCM-3 进行防火性能的测试。表 2 为 2 块样板置于燃烧环境 30 min 后的防火性能比较。 2 种防火涂料都形成了均匀致密的隔热炭层，丙烯酸本体杂化乳液超薄型钢结构防火涂料的膨胀倍数达 27 倍（图 1 ），与 SCM-3 相比有较大提高。测量 2 块样板的背温发现，丙烯酸本体杂化乳液超薄型防火涂料的炭层具有更好的隔热效果。
表 2 丙烯酸本体杂化乳液超薄型钢结构防火涂料与溶剂型
图 1 丙烯酸本体杂化乳液超薄型钢结构防火涂料实验室模拟燃烧膨胀发泡图片
