固化剂对钢结构用超薄膨胀型水性环氧防火涂料性能的影响
王国建1，2 钱 晖2
（1. 先进土木工程材料教育部重点实验室（同济大学），上海 200092；2. 同济大学材料科学与工程学院，上海 200092）

0 引言
作为现代建筑的主要形式，钢结构在常温下具有高强度、强耐荷能力、制造安装使用便捷等特点。但钢结构建筑抗火性能差的特点也非常明显，因此必须对钢结构采取防火保护措施［1］。涂刷防火涂料以其施工方便、质量轻、成本低、不受构件几何形状限制等特点，成为应用范围广、效率高的钢结构防护方法［2］。目前，防火涂料向低污染、高性能方向发展。水性环氧涂料以其不燃、无毒、无味、施工简便、无溶剂排放、适用范围广等优点而受到人们的青睐［3］。环氧树脂本身是热塑性的线形结构，在常温和一般加热条件下不会固化，因而不具备良好的机械强度等性能，必须加入固化剂，通过固化交联反应，环氧树脂才可改变原来可溶可熔的性质而变成不溶不熔的网状结构，从而显现出各种优异的性能［4］。固化剂与环氧乳液的交联程度对基料树脂的性能起着决定性的影响，进而影响涂料的防火性能与防腐性能。本文通过制备一系列的防火涂层和环氧胶膜，采用燃烧测试、扫描电镜、耐酸碱测试、交联度测试等方法，研究了固化剂对环探索研究氧涂料防火与防腐性能的影响。

1 实验部分
1.1 实验原料
环氧乳液AB-EP-20：工业级，浙江安邦新材料发展有限公司；固化剂H208B：工业级，上海汉中化工有限公司；聚磷酸铵（DP ＞ 1 000）：工业级，山东寿光卫东化工有限公司；三聚氰胺：工业级，山东鲁明化工有限公司；季戊四醇、二氧化钛：化学纯，国药集团化学试剂有限公司；海泡石：工业级，湖南长沙恒昌化工有限公司；可膨胀石墨：工业级，保定市艾可森碳素制品有限公司；水性消泡剂Foamer 805：工业级，赢创德固赛化学有限公司。

1.2 防火涂料及样板制备
按表1 配方称取乳液、防火助剂、填料和其他助剂。在容器中加入适量的水、助剂、填料和防火助剂等，经搅拌混合、三辊研磨到要求细度后，加入乳液和固化剂，混合均匀制得防火涂料。把防火涂料涂刷在打磨除锈后的钢板（150 mm×70 mm×1 mm）上，经24 h 后再涂刷1 遍，直至涂层厚度达到（2±0.2）mm。养护7 d 后，进行防火性能测试。

1.3 测试与表征
1.3.1 防火性能测试
将制得的样板用煤气灯灼烧，样板高度置于煤气灯的火焰还原层。用热电偶测量钢板背面的温度，并通过数据记录器（台湾群特有限公司Center 305 型）记录并绘制曲线，每2 s 记录1 次。
测试结束后，用500 万像素的数码相机拍摄炭化层的表面形貌，并用游标卡尺测量受火点的炭化层厚度定为其膨胀厚度，膨胀厚度与涂层原厚度之比即为防火涂料的发泡倍率。然后将炭化层切开，继续拍摄炭化层的内部结构。

1.3.2 膨胀炭层微观泡孔结构的观察
用小刀将炭层剖开，采用S-2360N 型（HITACHI公司）扫描电子显微镜在15 kV 交流电压下拍摄炭层剖面的形貌并进行观察对比。

1.3.3 耐酸性和耐碱性测试
依据GB 14907—2002 钢结构防火涂料标准进行耐酸性和耐碱性测试。将制得的样板用松香与石蜡的混合熔体封边，在常温下干燥。放置到5% 的NaOH 溶液、5%的盐酸溶液中，观察涂层是否起层、脱落、开裂。

1.3.4 环氧乳液交联程度的测试
通过环氧乳液膜的凝胶含量来表征其交联度。乳液成膜后称取一定量的胶膜，将其放置在以丙酮为溶剂的索式抽提器中提取24 h。将抽提后的胶膜在100℃下烘干至恒重。抽提并干燥后的胶膜质量与胶膜原质量之比即为其凝胶含量，亦即交联度。

2 结果和分析
2.1 固化剂/ 乳液配比对涂层防火性能的影响
在其他参数保持不变的条件下改变固化剂的用量，采用相同的制备工艺配制了6 组防火涂料，固化剂占环氧乳液用量分别为5%、10%、15%、20%、25%和30%。然后进行耐火性能的测试，用热电偶记录钢板背面的温度变化。图1 是6 种防火涂料的样板在燃烧测试中钢板背温随受热时间变化的曲线。

从图1 中可以看出：改变环氧树脂基料中固化剂的用量，防火涂料的防火性能发生明显变化。当固化剂用量为25% 与30% 时，钢板背温的起始升温速率较高，在整个升温过程中钢板的背温亦相对较高，升温速率较大，其中固化剂用量为30% 的升温速率和钢板的背温始终高，在60 min 后钢板背温达到近302℃；固化剂用量为5%、10%、15%、20% 的4 种样品的性能相差不多，起始升温速率相对较低，升温过程中钢板背温也相对较低，并且在近60 min 处都达到平衡温度，均在270~290℃左右；固化剂用量为20%的样品的起始升温速率明显较低，整个升温过程中钢板的背温也相对较低，钢板背温在50 min 左右达到终的平衡温度270℃.固化剂本身在树脂的交联过程中参与反应，所以能通过固化剂在树脂中导入新结构，从而提高树脂的性能［5］。交联形成的网状结构也对涂层的发泡性造成直接影响。表2 展示了采用不同用量固化剂配制的防火涂料的钢板背面平衡温度、涂层膨胀倍率以及环氧乳液胶膜的交联度之间的关系。