摘要：通過納米技術(shù)、微膠囊包覆技術(shù)介紹了水性膨脹型防火涂料防火性能和耐水性能的提升方法，采用物理和化學(xué)相結(jié)合的角度對(duì)涂層的耐腐蝕性能進(jìn)行針對(duì)性分析，就鋼結(jié)構(gòu)水性膨脹型防火涂料抑煙性能和力學(xué)性能的作用機(jī)理論述了高強(qiáng)度、高膨脹且致密炭層的生成策略，著重提出了多功能一體化涂料是未來(lái)鋼結(jié)構(gòu)水性膨脹型防火涂料研究、開發(fā)和應(yīng)用的發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞：水性；膨脹型防火涂料；鋼結(jié)構(gòu)；防火性能；性能優(yōu)化
鋼結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度高、韌性好、施工快、質(zhì)量輕等特點(diǎn)，在現(xiàn)代建筑中得到廣泛應(yīng)用，它的性能對(duì)安全起著至關(guān)重要的作用。然而在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，鋼的溫度會(huì)急劇上升至500 ℃，導(dǎo)致其承載能力迅速下降，10min后，溫度迅速達(dá)到800 ℃，整個(gè)結(jié)構(gòu)將崩塌，從而造成嚴(yán)重的安全事故，威脅人的生命安全。為了阻止鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中失效，防火涂料應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為當(dāng)今建筑業(yè)的重要策略之一。防火涂料主要是對(duì)底材有隔熱保護(hù)的作用，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)可以延緩甚至阻止火焰的快速蔓延。鋼結(jié)構(gòu)防火涂料可按分散介質(zhì)不同分為溶劑型防火涂料和水性防火涂料，相比于溶劑型防火涂料，水性防火涂料具有低毒、低 VOC、易儲(chǔ)存、節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)。隨著綠色觀念深入人心，水性防火涂料已成為防火涂料行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。目前，國(guó)內(nèi)外大部分學(xué)者已對(duì)鋼結(jié)構(gòu)水性膨脹型防火涂料展開深入研究，其核心目的是對(duì)鋼結(jié)構(gòu)水性膨脹型防火涂料的防火性能、耐水性能、耐腐蝕性能、抑煙性能以及力學(xué)性能進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)。本文將從以上5個(gè)方面對(duì)涂料性能的優(yōu)化 思路展開論述，以期對(duì)多功能一體化水性防火涂料的研究、開發(fā)和應(yīng)用提供參考。
1、防火性能
水性膨脹型防火涂料的防火機(jī)理是涂料分解吸 收熱量并伴隨涂層膨脹發(fā)泡，生成了蜂窩狀或海綿狀炭層，致使火焰不能接觸底材。此過程釋放水蒸 氣、二氧化碳和氨氣等不燃性氣體，稀釋了空氣中氧 氣的濃度，阻礙了熱量向鋼材傳遞，進(jìn)而保護(hù)了鋼結(jié)構(gòu) 。防火性能的提高是水性膨脹型防火涂料最基本的研究方向，以下從涂料配方優(yōu)化的角度對(duì)此進(jìn)行論述。
1.1成膜物質(zhì)
成膜物質(zhì)也稱基料或黏結(jié)劑，它能將涂料中其他組分黏結(jié)成一個(gè)整體，不僅具有較好的成膜能力，還能在高溫或遇火時(shí)與膨脹阻燃體系協(xié)同發(fā)揮作用構(gòu)成 多孔膨脹層，阻止鋼結(jié)構(gòu)的快速升溫。因此成膜物質(zhì)的選擇對(duì)提高涂層防火性能有著不可忽視的作用。郝海東等將環(huán)氧樹脂和純丙乳液按照質(zhì)量比 1∶1加入到水性防火涂料中，純丙乳液熱分解溫度與 P-N-C體系分解溫度相匹配，有利于涂層發(fā)泡膨脹，但易出現(xiàn)“熱脆冷粘”現(xiàn)象，而環(huán)氧樹脂與固化劑交聯(lián) 作用提高了涂層與鋼板之間的附著力，改善了炭層強(qiáng)度，復(fù)配的防火涂料膨脹阻燃體系中釋放的 NH3和CO2等不燃性氣體被成膜物質(zhì)有效包覆，炭層倍率達(dá)到 14. 4，炭層與鋼板黏結(jié)性增強(qiáng)，防火測(cè)試80 min后 鋼板背溫僅為284. 3 ℃。王清海等將聚醋酸乙烯酯乳膠和醋叔乳液共混后加入到水性超薄防火涂料中。由于聚醋酸乙烯酯乳膠軟化溫度較低（約110 ℃），涂層遇火時(shí)，在膨脹阻燃體系分解前涂層就已經(jīng)成為軟化熔融狀態(tài)，促進(jìn)了膨脹且致密炭層的形成，但形成的炭層強(qiáng)度較低，表面出現(xiàn)穿孔和裂紋；而醋叔乳液具有較高的熔融黏度，提高了炭層的強(qiáng)度，兩者按質(zhì)量比2∶1共混后涂層耐火時(shí)間提升至 71. 1 min，膨脹倍率提高到31，炭層致密且表面無(wú)裂紋。
1.2膨脹阻燃體系
膨脹阻燃體系根據(jù)反應(yīng)機(jī)理分為物理變化型和化學(xué)反應(yīng)型 。水性膨脹型防火涂料中化學(xué)膨脹阻燃體系一般由 P、N、C元素為核心的阻燃劑組成。其中包括脫水催化劑（酸源）、成炭劑（碳源）、發(fā)泡劑 （氣源）。物理膨脹型阻燃體系由受熱時(shí)自身發(fā)生膨脹的一類阻燃劑組成，協(xié)同化學(xué)膨脹型阻燃體系提高防火涂料的防火性能。劉治田等利用納米磷酸鋯包覆聚磷酸銨對(duì)水性防火涂料膨脹阻燃體系進(jìn)行改性，改性后的聚磷酸銨可以共同作用在凝聚相和氣相，并在凝聚相中發(fā)揮覆蓋效應(yīng)，在氣相中發(fā)揮自由基淬滅效應(yīng)，增強(qiáng)涂料的防火性能。并且納米包覆的聚磷酸銨更好地催化了防火涂料中成炭劑發(fā)生炭化發(fā)應(yīng)，更多的炭化產(chǎn)物提高了炭層的致密度和熱穩(wěn)定性，改性后涂層表面形貌均勻細(xì)膩，耐火時(shí)間提升至 148. 7 min。Zhou 等將尿嘧啶酮（UPY）接枝到羥丙基甲基纖維素（HPMC）上，合成改性纖維素（HPMC-UPY）， 利用超聲處理與可膨脹石 墨（EG）結(jié)合形成 EG-HPMC-UPY 后添加到防火涂料中。含有 EG的涂層遇到火焰作用時(shí)，大量膨脹的蠕蟲狀石墨向外延伸，導(dǎo)致炭層表面產(chǎn)生孔洞，出現(xiàn)缺陷。EG-HPMC-UPY 的引入使碳質(zhì)層中產(chǎn)生小而均勻的孔隙，結(jié)構(gòu)變得更加緊湊（圖1）。解決了EG的“爆米花 效應(yīng)”。同時(shí)，EG-HPMC-UPY 可以支撐并連接碳質(zhì)層中的孔隙，防止其開裂脫落，防火測(cè)試 70 min 后， 鋼板背溫僅350 ℃。
1.3顏填料
顏填料可有效改善膨脹層缺陷，進(jìn)而影響其膨脹行為和泡沫結(jié)構(gòu)，是涂料組成中不可缺失的部分。納米材料粒徑小、比面積大，與高分子基料相容性極 好，適當(dāng)比例的納米顏填料的添加可較好地提高水性防火涂料的防火性能。Wang 等將納米ZrO2與層狀氫氧化鋁鎂（LDH 納米片）結(jié)合聚多巴胺（PDA）得到了LDH-PDA-ZrO2 （LPZ），并將其用于水性環(huán)氧樹脂（EP）防火涂料中，研究發(fā)現(xiàn)，納米顏填料的引入有效地抑制了防火涂層的熱分解，LPZ2. 5%/EP 復(fù)合涂層最大熱分解溫度達(dá)到 386. 4 ℃，殘?zhí)苛繛?6. 5%，燃燒后的膨脹高度和膨脹率分別達(dá)到23. 65 mm 和 18. 92，防火測(cè)試 60 min后，鋼板背面溫度穩(wěn)定在177. 9 ℃。納米 ZrO2 具有良好的阻燃性和機(jī)械性能，在交聯(lián)和縮合階段可以促進(jìn)更多芳香族結(jié)構(gòu)的形成，同時(shí)，LDH納米片在高溫下產(chǎn)生的金屬氧化物增強(qiáng)了炭層的強(qiáng)度和對(duì)熱的阻隔作用，阻礙了降解產(chǎn)物向外界擴(kuò)散。Yang等采用聚多巴胺（PDA）修飾改性六方氮化硼（h-BN納米片）得到納米混合物（BPT），將其添加到水性環(huán)氧膨脹型阻燃涂料中。h-BN納米片的二維層狀結(jié) 構(gòu)具有“曲折路徑”效應(yīng)，阻礙了揮發(fā)性降解產(chǎn)物的逸出，不僅增加了殘?zhí)柯蔬€提高了涂層的膨脹率（殘?zhí)柯视?20. 5% 提高到 29. 1%，膨脹率由 3. 04 提高到 8. 91）。且BPT表面的 Ti-O化合物在高溫下形成 TiO2，部分TiO2與多磷酸反應(yīng)形成TiP2O7，增強(qiáng)了炭層的穩(wěn)定性，與不含有 BPT的防火涂層相比，涂覆含有 3% BPT的防火涂層的鋼板背溫下降了 61 ℃（259 ℃ 降低到198 ℃）。綜上可知，水性防火涂料中成膜物質(zhì)、膨脹阻燃體系、顏填料的選擇與三者之間的相互協(xié)同作用促進(jìn)了致密、膨脹炭層的生成，水性膨脹型防火涂料防火性能的提高可從成膜物質(zhì)復(fù)配的方法彌補(bǔ)單一樹脂缺陷、根據(jù)膨脹阻燃體系各組分作用機(jī)理及特點(diǎn) 進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)；綜合考慮利用納米填料的理化性能 來(lái)提高炭層的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。
2、耐水性能
水性防火涂料應(yīng)用在戶外甚至海洋鋼結(jié)構(gòu)上， 其膨脹阻燃體系中的三聚氰胺和季戊四醇微溶于水，將導(dǎo)致涂層與水接觸時(shí)，它們?cè)谒邪l(fā)生水解、 遷移，使涂層結(jié)構(gòu)遭到破壞進(jìn)而影響其防火性能，一些學(xué)者通過開發(fā)天然、生物脫水催化劑和成炭劑，其中包括天然纖維、DNA、殼聚糖等，雖然提高了涂層的耐水性，但成本較高，工藝復(fù)雜，不適合用于大型室外鋼結(jié)構(gòu)上，利用微膠囊包覆策略來(lái)提高防火涂層的耐水性是一個(gè)可行的方向。Liu 等將三聚氰胺甲醛（MF）樹脂包覆聚磷酸銨（APP）實(shí)現(xiàn)了APP的微膠囊化（MFAPP），將其應(yīng)用于水性膨脹型防火涂料中。當(dāng)APP和MFAPP在水中浸泡2h后，APP的溶解度為4. 03 g，MFAPP的溶解度為 0. 93 g；浸泡10h后，APP的溶解度逐漸增加到 5. 32 g，而MFAPP溶解度幾乎不變。與含APP的涂層相比，含MFAPP的涂層的耐水性更好，結(jié)構(gòu)更加緊湊、孔洞更少（圖2）。陳中華等用密胺樹脂包覆聚磷酸銨（MF-APP），并用雙季戊四醇（DPER）替代季戊四醇（PER） 制得水性防火涂料，MF-APP 在水中的溶解度為 0. 07g，DPER 分子鏈較 PER 長(zhǎng)，具有較低的水溶性， 在水中的溶解度僅為0. 61 g，三聚氰胺（MEL）是非極性分子 ，在水中溶解度為0. 25 g。含有MF-APP/DPER/MEL涂層經(jīng)42h浸水后無(wú)起泡現(xiàn)象，浸水后仍保留較好的防火性能，其鋼板隨時(shí)間背溫變化曲線與浸水前大致相同。密胺樹脂的包覆作用保證了防火涂料在高濕環(huán)境下的防火性能。劉婷婷等通過異丙醇鋁水解制備了一種高耐水性的復(fù)合氫氧化鋁-季戊四醇（ATH-PER），經(jīng)氫氧化鋁（ATH）包覆后 ，溶解度由7. 728 g 降低至 1. 946 g，耐水性能改善顯著。將ATH-PER引入到水性防火涂料中，經(jīng)過24h浸水后，涂有常規(guī)防火涂料的鋼板背板溫度為 194. 2 ℃，炭層膨脹倍率為 2. 14， 而涂覆 ATH-PER 的防火涂料的鋼板背板溫度為 146. 2 ℃，涂層膨脹倍率為 7. 88，表現(xiàn)出更優(yōu)異的耐水性能和耐火性能。綜上可知，微膠囊包覆技術(shù)可利用溶解度低的囊壁如密胺樹脂、ATH、三聚氰胺甲醛樹脂對(duì)溶解度高的囊芯（APP和PER）進(jìn)行包覆，一定程度上降低了涂料成分在水中的溶解度，解決了防火涂層在高濕環(huán)境下成分水解、遷移導(dǎo)致的防火性能下降問題，顯著提高了水性防火涂料耐水性能，其工藝簡(jiǎn)單、成本低，是提高涂層耐水性的有效方法。
3、耐腐蝕性能
腐蝕會(huì)造成鋼結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能如強(qiáng)度、韌性顯著惡化 。目前主要通過在鋼材表面涂覆一層防腐涂料后再涂覆防火涂料，或是涂覆溶劑型防火涂料提 高涂層的防腐性能，但這會(huì)導(dǎo)致涂層存在附著力差和污染環(huán)境等問題。因此，研究者們嘗試通過物理屏 蔽和化學(xué)保護(hù)來(lái)提高防火涂層的耐腐蝕性能。
3.1物理屏蔽
在涂層中構(gòu)建層層排布且相互交疊的結(jié)構(gòu)可有效防止腐蝕性介質(zhì)在涂層中傳輸，涂層固化過程中形成的交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，也可以延長(zhǎng)腐蝕性介質(zhì)進(jìn)入到基材的路徑，從而提高涂層的耐腐蝕性。王娜等利用乙二胺對(duì)氧化石墨烯（GO）進(jìn)行氨基化處理得到氨基化氧化石墨烯（NGO），將其加入到水性環(huán)氧樹脂中，環(huán)氧樹脂中環(huán)氧基團(tuán)可與NGO表面的活性氨基交聯(lián)復(fù)合形成交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；NGO本身具有二維層狀結(jié)構(gòu)，可以填補(bǔ)涂層中的微孔。這種交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和層狀結(jié)構(gòu)阻止了腐蝕性離子在涂層中滲透，經(jīng)鹽霧實(shí)驗(yàn) 400 h后，鋼板基體較涂覆清漆涂層的鋼板只出現(xiàn)少量銹斑。且NGO的引入抑制了揮發(fā)性產(chǎn)物的逸出，提高了炭層的致密性，防火性能也進(jìn)一步增強(qiáng)。王國(guó)建等研究了水性環(huán)氧固化劑H208B添加量對(duì)水性膨脹型防火涂料防火和防腐性能的影響，樹脂經(jīng)過固化劑的固化交聯(lián)反應(yīng)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，固化劑占比越大，交聯(lián)度越大，涂層表面形成的保護(hù)膜越致密，但過于密集的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)會(huì)使炭層的膨脹受到一定阻礙，影響其防火性能。同時(shí)，過低的交聯(lián)度會(huì)使涂層的防火性能變差，固化劑含量為 20％時(shí)，炭層強(qiáng)度高，發(fā)泡完整且泡孔均勻致密，具有較好的耐腐蝕性能（涂層耐酸時(shí)間、耐堿時(shí)間分別提升至408 h和504 h）和防火性能。
3.2化學(xué)保護(hù)
防火涂料化學(xué)防護(hù)的主要原理體現(xiàn)在兩方面， 一方面是通過犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法來(lái)阻止鋼材與腐蝕性離子發(fā)生反應(yīng)，另一方面是通過涂層中活性較高的成分與鋼結(jié)構(gòu)中的鐵離子發(fā)生發(fā)應(yīng)，在鋼材表面形成鈍化保護(hù)膜，抵制腐蝕離子接觸鋼材表面對(duì)其進(jìn)行腐蝕。于歡等將三聚磷酸鋁（ATP）、磷酸鋅（ZP）、鋁銀漿構(gòu)成防腐體系，并將聚磷酸銨、三聚氰胺、季戊 四醇和可膨脹石墨構(gòu)成膨脹阻燃體系制備了防火- 防腐雙功能水性膨脹型防火涂料。鋁單質(zhì)對(duì)鋼材起到電化學(xué)保護(hù)作用，ATP和ZP起到屏蔽保護(hù)作用，經(jīng)中性鹽霧測(cè) 試30d后沒有銹蝕 ，腐蝕電流僅為1. 38 μA，涂層具有極高的防腐性能。Wang等將ATP作為填料引入到水性膨脹型防火涂料中，ATP的引入顯著增強(qiáng)了涂層的耐腐蝕性能，腐蝕電流密度和腐蝕速率分別為 8. 23×10-9 A/cm2 和 9. 57× 10-5 mm/a。主要是因?yàn)锳TP中的三聚磷酸根離子 P3O10 5- 化學(xué)活性極高，與 Fe2+ 和 Fe3+ 有較強(qiáng)的絡(luò)合能力，形成三聚磷酸鐵鈍化保護(hù)膜覆蓋在鋼材表面阻礙了腐蝕離子的擴(kuò)散。物理屏蔽和化學(xué)防護(hù)都是提高水性膨脹型防火涂料耐腐蝕性能的有效策略?？赏ㄟ^涂層的交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、顏填料的層狀結(jié)構(gòu)來(lái)減少腐蝕離子進(jìn)入的數(shù)量；鋁單質(zhì)的電化學(xué)保護(hù)作用和三聚磷酸鐵鈍化保護(hù)膜的屏蔽作用來(lái)阻礙腐蝕性離子接觸鋼材。鋼結(jié)構(gòu)水性防火涂料的研發(fā)可以將兩者相結(jié)合，使涂層在具備防火性能的基礎(chǔ)上同時(shí)具備防腐性能，替代雙層涂覆和溶劑性涂料的涂覆。
4、抑煙性能
在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，由于涂層中高聚物的不充分燃燒，會(huì)產(chǎn)生大量煙霧干擾視線，妨礙救援和逃生。調(diào)查表明，火災(zāi)事故人的死亡七成是因?yàn)槲霟煔鈱?dǎo)致中毒甚至窒息。因此涂層的低煙化可保證人們的生命健康與財(cái)產(chǎn)安全，而減少涂層的生煙量主要利用致密蜂窩炭層的吸附作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。Hu等在水性防火涂料中加入一定量的MgAlCO3-層狀雙氫氧化物（MgAlCO3-LDHs）后促進(jìn)了泡沫層的膨脹，涂層中形成了均勻而緊密的泡沫層；MgAlCO3-LDHs高溫分解的鋁鎂氧化物提高了炭層的抗氧化能力，增強(qiáng)了炭層的交聯(lián)密度并抑制了炭層降解，涂層在900 ℃時(shí)的殘?zhí)柯蕪?0%降到8%，總產(chǎn)煙量（TSP）減少了46%，產(chǎn)煙率（SPR）下降了25%。Wang等將生物基材料 K-卡拉膠（KC）與過渡金屬元素Fe通過絡(luò)合反應(yīng)接枝，得到了K-卡拉膠- 鐵配合物（KC-Fe），并將其應(yīng)用于水性膨脹型防火涂料中。KC-Fe衍生的鐵氧化物由于自由基捕獲原理，能有效催化 APP生成更多的偏磷酸和多磷酸，與碳源發(fā)生酯化、脫水發(fā)應(yīng)形成了更致密的炭層。另一方面，KC-Fe 在縮合相中發(fā)生了熱分解，形成的氧化鐵均勻分布在炭層中，氧化鐵吸附催化小分子，將可燃小分子轉(zhuǎn)化為炭化物，促進(jìn)致密炭層的形成。測(cè)試結(jié)果表明，加入KC-Fe后，涂層的TSP和SPR 分別降低了60%和34%。Chen等以葡萄糖為原料，采用水熱法合成碳 微球（CMS），在其表面均勻加載一層二硫化鉬（MoS2 ） 納米片，得到一種具有核殼結(jié)構(gòu)的新型雜化材料 （CMS@MoS2 ），并將其引入水性環(huán)氧防火涂料中。添加CMS@MoS2后，MoS2納米片阻礙了氣源向外逃逸， 從而提高了發(fā)泡效率，涂層的膨脹高度和膨脹速率分別提高到10. 2 mm和7. 84，CMS在反應(yīng)過程中抑制了高聚物的降解，與Mo原子協(xié)同作用增加了殘?zhí)课锏纳?，有效地提高了炭層的密度，與純EP涂層相比，含有 EP/CMS@MoS2-3. 0%的涂層煙密度級(jí)（SDR）最低（36. 4%）。高膨脹且致密性好的蜂窩炭層可以有效吸附和過濾煙霧中微小固體顆粒從而提涂層的抑煙性能。如 MgAlCO3-LDHs、KC-Fe、CMS@MoS2能促進(jìn)脫水催化劑和成炭劑發(fā)生更為充分的反應(yīng)，促進(jìn)致密炭層的生成；涂層分解的氧化鋁、氧化鎂可以增強(qiáng)炭層之間的交聯(lián)密度并能抑制炭層的分解，進(jìn)一步增強(qiáng)炭 層的膨脹高度和致密性，從而實(shí)現(xiàn)涂層的低煙化。
5、力學(xué)性能
火災(zāi)發(fā)生時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)表面的防火涂層反應(yīng)生成膨脹炭層，炭層力學(xué)性能對(duì)鋼材的保護(hù)起到關(guān)鍵作用，主要體現(xiàn)在炭層強(qiáng)度上，如果炭層力學(xué)性能不佳，就會(huì)導(dǎo)致炭層產(chǎn)生穿孔、裂紋，甚至從鋼板上直接脫落，火焰和熱量會(huì)透過裂紋和穿孔對(duì)鋼材進(jìn)行破壞，降低涂層的保護(hù)效果。為解決炭層的穿孔和裂紋，可從涂層的成炭率和金屬氧化物的促進(jìn)作用優(yōu)化涂層力學(xué)性能。Zhong等將一種高效氮化硼（BN）引入到環(huán)氧樹脂中，通過路易斯酸堿相互作用將聚乙烯亞胺（PEI） 接枝到BN表面構(gòu)成BN/PEI，通過靜電作用將海藻酸鈉（SA）與 BN/PEI（BPS）結(jié)合，并將鋅離子（Zn2+）通過離子交換吸附在SA表面得到BPS@Zn引入到防火涂 料中。純EP涂層燃燒后表面炭層出現(xiàn)較大的裂紋和空腔。加入BPS@Zn后，炭層表面幾乎沒有裂紋和明顯的空洞，主要是因?yàn)槲皆贐N表面的鋅離子在高 溫下轉(zhuǎn)化為氧化鋅，ZnO可以促進(jìn)熱解產(chǎn)物更多地成炭，使得炭層更致密、更完整，提高炭層的強(qiáng)度。Wang 等利用碳納米管（CNTs）的柔韌性，層狀雙氫氧化物（LDH）優(yōu)異的阻燃性能和催化成炭效應(yīng)， 將聚多巴胺（PDA）裹在碳納米管表面，最終獲得結(jié)構(gòu)良好的 CNTs@PDA@LDH 雜化體（CPL）。未添加 CPL 的 EP 涂層的炭層表面塌陷嚴(yán)重，產(chǎn)生了較多裂紋和孔洞，添加 CPL 的 EP涂層裂縫和孔洞的數(shù)量明顯減少，這是由于固化過程中CNTs與EP之間形成了互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以及LDH分解產(chǎn)生的金屬氧化物促進(jìn)了更多炭化物的生成，增強(qiáng)了炭層的結(jié)構(gòu)進(jìn)而增大炭層的強(qiáng)度。Dong等采用親水性好、附著力強(qiáng)的聚多巴胺（PDA）對(duì)TiO2納米顆粒進(jìn)行修飾，再通過π-π共價(jià)鍵相互作用與二維納米石墨烯（Gr）結(jié)合得到混合物（TPG），將TPG添加到膨脹型水性環(huán)氧涂料中。Gr的二維結(jié)構(gòu)可有效提高炭層的強(qiáng)度，從而改善了對(duì)熱、氧的阻隔作用，添加納米 TiO2后，納米TiO2能與APP 充分反應(yīng)生成具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的焦磷酸鈦（TiP2O7 ），使得膨脹炭層的結(jié)構(gòu)堅(jiān)固致密。提高炭層的力學(xué)性能可以減少甚至阻止穿孔、裂紋的產(chǎn)生，如引入 BPS@Zn、CPL、TPG 后生成的金屬化合物均提高了涂層的成炭率，緊密的炭層結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了炭層骨架結(jié)構(gòu)，生成的炭層表面和內(nèi)部無(wú)明顯缺陷，另一方面生成的具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的和二維結(jié)構(gòu)的物質(zhì)如 TiP2O7、Gr等分布在炭層表面和內(nèi)部，可以較好抵御火焰氣浪對(duì)炭層的破壞。
6、結(jié) 語(yǔ)
鋼結(jié)構(gòu)水性防火涂料應(yīng)從耐水性、耐腐蝕性、抑煙性能和力學(xué)性能等角度展開深入的研究。研發(fā)過程中需進(jìn)一步參考各性能的作用原理和各個(gè)成分之間的相互反應(yīng)過程，選擇優(yōu)異的樹脂、膨脹阻燃體系 和顏填料，并對(duì)防火涂料配方中成分通過納米技術(shù)、 微膠囊包裹技術(shù)等加以改性來(lái)提高涂層的各類性能。未來(lái)鋼結(jié)構(gòu)水性防火涂料研發(fā)不能只局限于提高防火性能，還應(yīng)要求涂層在高濕環(huán)境下具備一定的耐水能力，保證涂層在火災(zāi)中不失效；在腐蝕環(huán)境下具備一定的防腐能力，避免腐蝕性離子對(duì)鋼材的破壞；涂層自身應(yīng)具有低煙化，為人的健康安全提供保證；在火焰和高溫作用時(shí)涂層不開裂，為人員的安全撤離提供足夠時(shí)間。研制出具有多功能一體化的水性防火涂料已然成為未來(lái)鋼結(jié)構(gòu)防火涂料生產(chǎn)與應(yīng)用的必然趨勢(shì)，以更好地滿足建筑行業(yè)對(duì)水性膨脹型防火涂料的需求。
參考文獻(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)著錄格式：
路 林，趙正任，付 麗等. 鋼結(jié)構(gòu)水性膨脹型防火涂料性能優(yōu)化方法[J]. 涂料工業(yè)，2022，52（9）：70-76.
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DOI:10. 12020/j. issn. 0253-4312. 2022. 9. 70
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