硼酸锌对超薄型钢结构防火涂料性能的影响

赵兴艺

（中国人民武装警察部队学院消防工程系，河北 廊坊 065000）

伴随着我国经济高速发展，高层建筑大量出现的同时，城市的火灾发生也越来越多。然而，钢材的耐火性能较差，当温度超过300℃，强度开始下降，温度达到500℃时强度降低约为50%，600℃时降低约为70%。火灾会在15min左右引起钢结构建筑倒塌，造成人员和经济损失。

钢结构建筑防火保护的基本原理是采用隔热阻火材料防止燃烧火焰直接灼烧钢结构，降低向底材传递热量的速度，延滞钢结构温升和强度变弱的时间，提高其耐火性能［1］。目前，世界各国对钢结构采用了多种方法进行防火保护，主要有涂敷钢结构防火涂料、粘贴无机防火板、喷涂无机纤维、粘贴纤维板、粘贴柔性板材及结构内部通水。在上述几种方法中，涂敷钢结构防火涂料施工简单、重量轻、耐火时间长，而且不受钢结构几何形状的制约，具有良好的经济性和实用性［2］。钢结构防火涂料又可以分为厚涂型钢结构防火涂料，薄涂型钢结构防火涂料和超薄型钢结构防火涂料。其中的超薄型钢结构防火涂料以其装饰性好，耐火性能优良的特点被重点研究和发展。

本文以环氧树脂、酚醛树脂［3］、聚磷酸铵、季戊四醇和三聚氰胺为原料制备防火涂料，研究加入硼酸锌后对其耐火极限的影响。

1 实验部分

1.1 原料与仪器

（1）原料：改性酚醛树脂，自制；环氧树脂E51，市售工业品；六次甲基四胺、聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺、乙酸乙酯、硼酸锌均为化学试剂。

（2）仪器：粉碎机，膨胀防火涂料现场检测电炉［4］，扫描电子显微镜KYKY1000B。

1.2 样品制备

将改性酚醛树脂等固体组分按配方比例混合、粉碎后备用，将环氧树脂等液体按配方比例混合后备用。将粉碎后的粉末加入液体组分中混合搅拌至粘稠状，按GB／T14907－2002涂刷于标准钢板上备用。

1.3 性能测试

将硼酸锌按0%，3%，6%，9%，12%，15%的添加量加入自制防火涂料体系中，按“膨胀防火涂料现场检测电炉”的使用方法将制备好的防火涂料放入，做耐火性能检测。然后用扫描电镜观察炭化层显微结构。

2 结果与讨论

2.1 耐火性能

硼系阻燃剂是最早使用的阻燃剂之一，亦是重要的无机阻燃剂，其特点为热稳定性好，毒性低，消烟，与其它阻燃剂复配效果良好，添加后明显减少材料燃烧烟浓度，广泛应用于PVC电缆、PE、EVA、PET、PBT、尼龙、不饱和聚酯、环氧树脂、聚酰亚胺及各种防火涂料中。

硼酸锌是常用的硼系阻燃剂之一，它的阻燃机理主要是：形成玻璃态无机膨胀涂层；促进成炭；阻碍挥发性可燃物的逸出；在高温下脱水，具有吸热、发泡及冲稀可燃物的功效。在高温下，其可以分解为氧化硼。在防火涂料发泡－催化－成炭的过程中，可以形成B－C分子键，配合B的三价和C的四价，在空间形成比较坚实的分子骨架，使炭层比较坚硬。

表1 防火涂料配方

表2 不同硼酸锌添加量对自制防火涂料的耐火时间影响

由表2可以看出，随着硼酸锌添加量的增加，防火涂料的耐燃时间呈现先增长后减短的趋势，在添加量到达6%的时候，耐燃时间达到65′5″。由图1可以看出，随着硼酸锌添加量的增加，防火涂料膨胀炭层炭质变硬，膨胀倍率有所增加，其中最外受火面的炭层泡比较细小。但是当硼酸锌增加到6%之后，再增加硼酸锌会造成膨胀炭层膨胀倍率下降，发泡较难，泡的密实度下降，且出现开裂的现象。

图1 不同硼酸锌添加量的防火涂料烧后宏观图片

2.2 SEM 检测

图2 硼酸锌不同添加量烧后的微观炭层

由图2可以看出，当硼酸锌加到6%时，膨胀炭层的泡孔最细小。超过6%的添加量后，膨胀炭层很难形成密实封闭的小泡，从而影响了防火涂料的防火效果。这可能是因为当填料硼酸锌添加过多之后，虽然增加了催化成炭过程中炭层的紧实度，但是过多的填料使防火涂料炭层太硬而气体无法逸出形成泡孔。

3 结论

（1）硼酸锌的加入对该防火涂料体系的耐燃性能有一定影响，其中当添加量为6%时效果最好；

（2）硼酸锌的加入可以使防火涂料在催化成炭过程中形成的炭层硬度增大，形成B－C分子结构；

（3）SEM观察显示加入适量的硼酸锌，有助于炭层形成密实细小的泡，利于隔热，增加防火涂料的耐火极限。

［1］ 龚建清，何亚东，黄政宇.企业技术开发［J］.2007.7.

［2］ 赵宗治.我国防火涂料研究开发应用现状与前景［J］.涂料工业，1999，29（增刊）：13－17.

［3］ 赵敏，刘玲，赵兴艺.酚醛在丙烯酸树脂防火改性中的应用［J］.热固性树脂，2009.9

［4］ 熊家锦等.用于膨胀防火涂料现场检测的电炉［P］.2008.