有机硅改性丙烯酸酯树脂超薄型钢结构防火涂料的研制

摘要

钢结构具有强度大、自重轻、延展性好等优点，在国内外建筑行业中得到了广泛应用。钢材虽然不具备可燃性，但其导热系数大、耐火性能差，如果发生火灾，只要十几分钟就上升到钢材的临界温度(540℃)，使建筑物的承载能力大大下降而导致垮塌，造成人员伤亡和经济损失。钢结构防火涂料能够在遇到火焰或高温热源时，其中脱水成炭催化剂聚磷酸铵(APP)分解的产物与炭化剂季戊四醇(PER)作用脱水炭化，而涂料体系在此过程中软化熔融，在发泡剂三聚氰胺(MEL)分解出的气体的作用下，体系膨胀发泡并进一步脱水炭化形成一层导热系数很低的多孔炭质层，多孔炭质层起到隔热作用，大大延缓钢结构的升温速度，从而达到保护钢结构的目的。 超薄型钢结构防火涂料由基料树脂(有机硅改性丙烯酸酯树脂)、阻燃体系及主要颜填料组成。本论文研制了超薄型钢结构防火涂料并对超薄型钢结构防火涂料的基料树脂——有机硅改性丙烯酸酯树脂的合成、阻燃体系及主要颜填料对涂料的理化性能和防火性能的影响进行了研究。 以偶氮二异丁腈(ABIN)为引发剂，选择甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸和丙烯酸丁酯等单体共聚合，合成丙烯酸酯树脂：选择一苯基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷和一甲基三乙氧基硅烷为主要原料，以盐酸为催化剂，进行水解缩聚，合成有机硅树脂预聚体；将有机硅树脂预聚体与丙烯酸酯树脂进行接枝反应对丙烯酸酯树脂进行改性，合成有机硅改性丙烯酸酯树脂；用红外光谱对合成树脂进行了结构表征。通过正交实验对合成起关键作用的因素：有机硅单体的种类与配比、丙烯酸酯单体的种类与配比、引发剂的用量、有机硅树脂预聚体与丙烯酸酯树脂的比例等因素对聚合反应及防火涂料性能的影响进行了研究，选择出合成树脂的最佳配方和工艺条件。 阻燃体系对防火涂料的阻燃性能具有决定性的作用，选用APP作脱水成炭催化剂，MEL作发泡剂，PER作成炭剂，研究阻燃体系各组分对防火涂料性能的影响，通过耐火极限的测定，确定了阻燃体系及其各组分的最佳用量。 采用热重分析(TG)和差示扫描量热(DSC)热分析手段，测试阻燃体系各组分及干燥涂层的热力学性能，对超薄型钢结构防火涂料的阻燃性能进行了研究。研究结果表明，聚磷酸铵-季戊四醇-三聚氰胺三者能密切配合，起协同作用。超薄型钢结构防火涂料涂层理化性能和防火性能不仅与基料树脂，阻燃体系有关，还与颜填料的种类和用量有关。调整体系中颜填料TiO<,2>和超细SiO<,2>的用量，通过防火性能测试，确定其最佳用量。 通过优化合成工艺及配方制备的有机硅改性丙烯酸酯树脂超薄型钢结构防火涂料，其耐火极限可达116min，且具有优良的耐候性。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1概述

1.2钢结构防火涂料的分类

1.3超薄型钢结构防火涂料作用机理

1.4国内外钢结构防火涂料的研究现状

1.4.1国外钢结构防火涂料的研究现状

1.4.2国内钢结构防火涂料的研究现状

1.5超薄型钢结构防火涂料存在的问题及解决的方案

1.5.1超薄型钢结构防火涂料目前存在的问题

1.5.2解决问题的方案

1.6有机硅改性丙烯酸酯树脂及其涂料的研究现状

1.6.1丙烯酸酯树脂及其涂料的研究现状

1.6.2有机硅树脂及其涂料的研究现状

1.6.3有机硅改性丙烯酸酯树脂及其涂料的概述

1.7钢结构防火涂料未来的发展趋势

1.8本课题研究目标和内容

1.8.1研究目标

1.8.2研究内容

2有机硅树脂预聚体的制备

2.1主要试剂和仪器

2.1.1主要试剂

2.1.2主要仪器

2.2有机硅树脂预聚体的合成

2.2.1有机硅树脂预聚体的合成原理

2.2.2实验

2.3结构与性能测试

2.4结果与讨论

2.5小结

3有机硅改性丙烯酸酯树脂的制备

3.1主要试剂和仪器

3.1.1主要试剂

3.1.2主要仪器

3.2丙烯酸酯树脂的合成

3.2.1丙烯酸酯树脂的合成原理

3.2.2合成单体的选择

3.2.3合成方法的选择

3.2.4引发剂的选择

3.2.5引发剂浓度的确定

3.2.6聚合温度的确定

3.3有机硅改性丙烯酸酯树脂的合成

3.3.1有机硅改性丙烯酸酯树脂的特点和合成原理

3.3.2合成方法的选择

3.3.3合成工艺的选择

3.3.4有机硅改性丙烯酸酯树脂的制备

3.3.5实验

3.4结构与性能测试

3.5结果与讨论

3.6小结

4防火涂料的制备

4.1主要试剂和仪器

4.1.1主要试剂

4.1.2主要仪器

4.2防火涂料配方的研究

4.2.1基料的选择

4.2.2脱水催化剂的选择

4.2.3发泡剂的选择

4.2.4炭化剂的选择

4.2.5无机颜填料的选择

4.2.6助剂的选择

4.2.7溶剂和稀释剂的选择

4.3防火涂料性能测试

4.3.1试样的制备

4.3.2涂料理化性能和防火性能测试

4.4结果分析与讨论

4.4.1膨胀阻燃体系各组分分解及相互作用过程的研究

4.4.2膨胀阻燃体系的添加量的研究

4.4.3防火涂料阻燃体系中的单因素对涂料性能的影响

4.4.4无机颜填料对防火涂料性能的影响

4.5小结

5结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果