超薄膨胀型钢结构防火防腐涂料的制备与性能研究

论文摘要

现代建筑结构所用的主要材料仍是钢铁、混凝土和玻璃。钢铁强度高,性能稳定,韧性好而且适合于批量生产,使得钢铁成了最佳建筑用结构材料。但是钢结构在应用过程中存在着两大看不见的隐患：火灾和腐蚀。低的耐火性能和易腐蚀性可以导致较大的人员伤亡和巨大的经济损失。而采取涂料进行保护是一种最经济、最有效的保护方法。本课题旨在探索一种防火且兼具防腐性能的新技术涂料配方,试图解决钢结构防火和防腐蚀保护的问题。本文着重研究了防火防腐涂料的成膜物质、膨胀体系和颜填料种类及含量大小与涂层性能之间的关系。实验结果发现,采用有机硅改性丙烯酸树脂,配以防火性能优异的P-N-C膨胀体系,再加上可膨胀石墨协同膨胀发泡,可制得防火性能优异的防火涂料,涂膜阻抗为5*107Ω·cm2,防火时间达92min。由P-N-C膨胀体系组成的防火涂料虽具有一定的耐蚀性,但其防腐性能远远不能满足工程需要,为此本实验向防火涂料中添加了防锈颜料和功能性填料,以期在不影响防火性能的情况下,大大提高涂料的防腐蚀能力。在防火涂料常用的防锈颜料中我们优选出三聚磷酸铝作为本体系的填料。交流阻抗和耐火极限测试结果表明,当三聚磷酸铝用量为6.8%时,涂层具有较佳的抗渗性和防火性。通‘过对功能性填料云母粉、陶瓷粉、高岭土和纳米二氧化硅的优选得到,陶瓷粉和纳米二氧化硅更能改善涂膜致密性。当它们的含量为10.2%和1.1%时,涂层阻抗可达到3.6*109Ω·cm2,表现出优异的抗渗性。同时,涂层耐化学介质浸泡性优良,涂层厚度1.5mm时,耐火极限达120min。将制备的涂料进行综合性能测试,结果表明：涂层附着加1-2级,抗冲击50 kg.cm,柔韧性1级；涂层在3.5%NaCl溶液中浸泡60d后,极化阻抗在109Ω·cm2以上；在盐酸,硫酸,硝酸,氢氧化钠和氨水中浸泡7d,观察发现,涂层完好,表明略微的失光,耐化学介质浸泡性能优异。此外,该涂料施工方便,性能优异,为大型钢结构的防火和防腐蚀保护提供了一个较好解决方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 钢结构防火涂料概述
• 1.1.1 火灾中钢结构性能变化
• 1.1.2 钢结构火灾的特点
• 1.1.3 国家规定的钢结构的防火要求
• 1.2 钢结构的防火保护
• 1.2.1 钢结构防火保护的目的及意义
• 1.2.2 提高钢结构防火性能的方法
• 1.2.3 钢结构防火涂料的分类及性能
• 1.3 超薄型钢结构防火涂料
• 1.4 钢结构防火涂料的作用机理
• 1.5 超薄型钢结构防火涂料的组成
• 1.5.1 基料
• 1.5.2 脱水催化剂
• 1.5.3 发泡剂
• 1.5.4 成炭剂
• 1.5.5 颜填料
• 1.5.6 其它助剂
• 1.5.7 溶剂
• 1.6 超薄型钢结构防火涂料的研究现状及存在问题
• 1.6.1 超薄型钢结构防火涂料的发展进程
• 1.6.2 前人在防火涂料领域研究成果
• 1.6.3 钢结构防火涂料存在的问题
• 1.6.4 钢结构防火涂料的发展趋势
• 1.7 钢结构防腐蚀涂料
• 1.7.1 钢结构防腐蚀涂料组成
• 1.7.2 钢结构的腐蚀防护
• 1.8 本课题研究的意义及创新性
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验目的
• 2.2 实验内容
• 2.3 实验原料
• 2.4 实验主要仪器与设备
• 2.5 试验方法
• 2.5.1 原料预处理
• 2.5.2 防火防腐涂料的制备
• 2.5.3 涂层基材
• 2.5.4 涂层基本性能测试
• 2.5.5 防火防腐涂料耐火极限的测定
• 2.5.6 热失重分析
• 2.5.7 交流阻抗测试方法
• 第三章 防火涂料的制备及其性能研究
• 3.1 防火涂料成膜物质的优选
• 3.2 溶剂的选择
• 3.3 二氧化钛量对防火涂料性能的影响
• 3.4 阻燃体系的选择
• 3.4.1 膨胀型阻燃剂体系选择的一般原则
• 3.4.2 脱水催化剂的选择
• 3.4.3 成炭剂的选择
• 3.4.4 发泡剂的选择
• 3.4.5 物理膨胀剂的选择
• 3.4.6 P-N-C膨胀体系的阻燃机理
• 3.4.7 阻燃体系正交试验分析
• 3.4.8 可膨胀石墨对防火涂料性能的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 防腐蚀体系的优选
• 4.1 阻燃防锈剂的选择
• 4.1.1 三聚磷酸铝
• 4.1.2 改性偏硼酸钡
• 4.1.3 磷酸锌
• 4.1.4 三种防锈剂对涂料性能影响
• 4.2 功能性填料的选择
• 4.2.1 体质填料
• 4.2.2 纳米填料
• 4.3 本章小结
• 第五章 涂料总体性能评估
• 5.1 涂层的机械性能和防火性能
• 5.2 涂层的耐化学介质性能
• 5.3 交流阻抗对涂层抗渗透性能的研究
• 5.4 与市售涂料性能对比
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书