磷酸盐低熔玻璃的制备及其在无机薄型钢结构防火涂料中的应用研究

摘要

目前，有机水性超薄膨胀型钢结构防火涂料被广泛运用，选用聚磷酸铵作脱水剂，三聚氰胺作发泡剂及季戊四醇作成炭剂，是目前最为经典高效的膨胀型阻燃体系。　　国内外研究人员的研究重心在于如何进一步改进现有有机膨胀体系以提升性能或者消除有机体系部分固有缺陷，而不能从根本上改变有机膨胀型防火涂料的膨胀层松软、易被持续高温破坏及阻燃膨胀过程中释放出大量有毒烟气等缺陷。本文从无毒廉价的无机材料入手，开发出新型无机超薄膨胀钢结构防火涂料。将绿色低熔玻璃粉运用到防火涂料中，在火灾中，利用制备发泡玻璃陶瓷的熔体发泡原理生成高效稳定的阻燃膨胀层。　　首先研制了BaO-B2O3-P2O5体系低熔玻璃粉，得到了熔融温度在550℃左右的绿色低熔玻璃粉配方，该配方产品符合新型防火涂料发泡体系对熔体材料的要求。　　经过研究，开发了两个新型无机膨胀体系钢结构防火涂料配方。其中一配方以乳液为粘结剂，以氢氧化镁、低熔玻璃粉等无机材料为阻燃体系材料的乳液无机膨胀钢结构防火涂料；另一配方以高模数硅酸钠为粘结剂，低熔玻璃粉为高温熔体发泡材料，膨胀石墨及氢氧化镁等为发泡剂，成功制得致密稳定高强度的膨胀层。采用TG、DTG、XRD、扫描电镜、阻燃实验以及烟气分析实验等分析手段对所制防火涂料的各项性能及阻燃机理等进行了研究，并与P-C-N有机膨胀体系涂料进行了各项性能对比分析。　　研究结果表明，本研究中配方的各组分在各温度段能高效匹配，协同作用。其中乳液薄型膨胀钢结构防火涂料与P-C-N有机膨胀体系配方涂料阻燃性能相当，经过两个小时阻燃实验，钢板背面温度均稳定在210℃左右，但乳液无机薄型膨胀防火涂料相对有机膨胀体系有毒烟气量下降93.7％，膨胀层强度提高60%以上，膨胀层中发挥重要阻燃作用的无机残余物提高102.6%；另一新型无机超薄防火涂料配方性能相对P-C-N有机膨胀体系配方性能取得突破性提升，经过2小时阻燃实验，涂覆新配方涂料的钢板背面温度稳定于150℃，大大低于有机配方的210℃，阻燃更稳定长效。有毒烟气量相对乳液无机薄型膨胀防火涂料进一步减少34.6%，而相对有机体系配方有毒烟气量减少达95.9%以上。该膨胀层强度相对有机体系泡沫炭层提高350倍以上，最终膨胀层无机残余物相对有机体系配方提高156.8%，经过XRD测试分析，新配方涂层在阻燃中生成了MgSiO3·MgO陶瓷质材料。　　本文所研制的新型无机超薄钢结构防火涂料综合性能非常优异，所形成无机阻燃膨胀层是高效致密稳定的闭孔结构MgSiO3·MgO陶瓷与低熔玻璃粉的复合固化层。拥有高效无毒等特点的无机膨胀体系，将是未来防火涂料的重要发展方向。

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第一章 绪论

1.1钢结构

1.2钢结构防火涂料

1.3有机P-C-N体系膨胀型钢结构防火涂料

1.4有机P-C-N体系膨胀钢结构防火涂料存在的问题与发展

1.5无机膨胀体系的开发

1.6无机膨胀体系熔体发泡原理简介

1.7低熔玻璃

1.8本课题的主要目的及研究内容

第二章 BaO-B2O3-P2O5体系磷酸盐低熔玻璃粉

2.1 磷酸盐低熔玻璃粉的制备

2.2 磷酸盐低熔玻璃的形成区域研究

2.3 磷酸盐低熔玻璃的分析与测试

2.4 BaO-B2O3-P2O5体系配方最优样品及小结

第三章 乳液薄型无机膨胀钢结构防火涂料

3.1乳液薄型无机膨胀钢结构防火涂料的制备

3.2乳液薄型无机膨胀钢结构防火涂料的性能测试与表征

3.3乳液薄型无机膨胀钢结构防火涂料配方的研究

3.4乳液薄型无机膨胀钢结构防火涂料的正交实验

第四章 新型无机超薄型钢结构防火涂料

4.1新型无机超薄型钢结构防火涂料的制备

4.2性能测试与表征方法

4.3新型无机超薄型钢结构防火涂料的配方研究

4.4新型无机超薄型钢结构防火涂料的正交实验

第五章 钢结构防火涂料性能的综合分析对比

5.1涂层阻燃前后外观对比

5.2防火涂料阻燃性能比较

5.3涂层耐水性能及耐冷热循环性能对比

5.4发泡后涂层强度比较

5.5阻燃过程中释放有机烟气量对比

5.6配方涂层热分析结果比较

5.7无机超薄钢结构防火涂料阻燃膨胀层XRD分析

5.8最终性能对比结果总结

第六章 结论

参考文献

攻读硕士期间取得研究成果

致谢

作者简介

石河子大学硕士研究生学位论文导师评阅表