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1、水性鋼結(jié)構(gòu)膨脹防火涂料的制備與性能研究王珂2015年12月中圖分類號(hào):TQ630.1UDC分類號(hào):540水性鋼結(jié)構(gòu)膨脹防火涂料的制備與性能研究作者姓名王珂學(xué)院名稱材料學(xué)院指導(dǎo)教師李定華副教授答辯委員會(huì)主席楊榮杰教授申請(qǐng)學(xué)位工學(xué)碩士學(xué)科專業(yè)材料科學(xué)與工程學(xué)位授予單位北京理工大學(xué)論文答辯日期2015年12月PreparationandPerformanceStudyofWaterborneIntumescentFlameRetardantCoatingsforSteelStructureCandidateName:KeWangSchoolorDepa
2、rtment:SchoolofMaterialsFacultyMentor:Prof.DinghuaLiChair,ThesisCommittee:Prof.RongjieYangDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor:MaterialScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:December,2015研究成果聲明本人鄭重聲明:所提交的學(xué)位論文是我本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作獲得的研究成果。盡我
3、所知,文中除特別標(biāo)注和致謝的地方外,學(xué)位論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果,也不包含為獲得北京理工大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書所使用過的材料。與我一同工作的合作者對(duì)此研究工作所做的任何貢獻(xiàn)均已在學(xué)位論文中作了明確的說明并表示了謝意。特此申明。簽名:日期:北京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要溶劑型超薄鋼結(jié)構(gòu)防火涂料中含有大量的可揮發(fā)性有機(jī)物(VOC),其應(yīng)用越來越受到限制。水性超薄膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料以聚合物乳液作為成膜物質(zhì),減少了VOC的排放量,降低了涂料在生產(chǎn)、施工、應(yīng)用等環(huán)節(jié)中對(duì)人體的的危害和環(huán)境的污染,符合節(jié)能減排、綠色環(huán)保的發(fā)展趨勢。
4、本論文采用燃燒背溫測試儀、錐形量熱儀、熱失重分析、掃描電子顯微鏡、X射線熒光光譜分析、X射線光電子能譜分析、耐水實(shí)驗(yàn)等測試分析手段,確定了水性環(huán)氧固化體系為基料,通過正交實(shí)驗(yàn)確定了膨脹阻燃體系的最優(yōu)配比,研究了新型大分子三嗪成炭劑、無機(jī)填料對(duì)防火涂層耐火阻燃性能的影響,將聚磷酸銨納米復(fù)合物應(yīng)用于膨脹防火涂層并對(duì)其耐火阻燃機(jī)理進(jìn)行了探討。為制備耐火阻燃性能優(yōu)良、熱釋放及煙釋放低等應(yīng)用性能良好的超薄鋼結(jié)構(gòu)防火涂料提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。主要研究工作如下:(1)從涂層理化性能、耐火阻燃性能及膨脹炭層形貌的角度研究了成膜物質(zhì)對(duì)防火涂料性能的影響。研究結(jié)果表明:以
5、芳香胺為固化劑的環(huán)氧固化體系EP-2/HB具有較好的封閉性,作為基料乳液應(yīng)用到防火涂料中可以使涂層具有良好的附著力及沖擊強(qiáng)度,提高涂層耐水性能。環(huán)氧固化體系中由于芳香鏈段的存在而具有較高的初始熱分解穩(wěn)定性,與膨脹阻燃劑之間有更好的匹配性,有利于參與體系成炭,形成更加完整致密、力學(xué)強(qiáng)度更高的膨脹炭層、有效降低涂層的熱釋放及煙釋放。(2)以EP-2/HB環(huán)氧固化體系作為基料,聚磷酸銨/雙季戊四醇/三聚氰胺(APP/DPER/MEL)作為膨阻燃體系,通過正交實(shí)驗(yàn)對(duì)膨脹阻燃體系的配比進(jìn)行了優(yōu)化;以新型大分子三嗪成炭劑發(fā)泡劑代替雙季戊四醇與三聚氰胺制備新型
6、膨脹防火涂層(EP/N-IFR)并與傳統(tǒng)膨脹防火涂層(EP/T-IFR)進(jìn)行了對(duì)比研究。結(jié)果表明:膨脹阻燃體系最佳配比為APP:DPER:MEL=37:15:13,影響順序?yàn)镸EL>IFR>APP:DPER;三嗪大分子成炭發(fā)泡劑應(yīng)用于防火涂層可以提高涂層的隔熱耐火作用,降低熱釋放及煙釋放。(3)研究了氫氧化鎂、硼酸鋅及納米二氧化鈦三種無機(jī)填料對(duì)防火涂料性能的影響。單獨(dú)添加氫氧化鎂和硼酸鋅均可以不同程度地提高涂層的耐火阻燃性能,二者復(fù)配使用可以進(jìn)一步改善炭層結(jié)構(gòu),降低涂層背溫、熱釋放速率和產(chǎn)煙量,起到阻燃協(xié)同的作用;納米二氧化鈦?zhàn)鳛橐环N納米無機(jī)填料
7、具有較強(qiáng)的遮蓋力,提高炭層在高溫階段的熱穩(wěn)定性,提高耐火阻燃性能。當(dāng)防火涂料中納米二氧化鈦添加為1%時(shí),I北京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文涂層具有最佳的耐火阻燃作用。(4)分別以聚磷酸銨蒙脫土納米復(fù)合物(APP-MMT)、聚磷酸銨二氧化鈦納米復(fù)合物(APP-TiO2)替代聚磷酸銨作為膨脹阻燃體系酸源,研究了納米復(fù)合物對(duì)防火涂層性能的影響并探討了耐火阻燃作用機(jī)理。熱重差值分析表明MMT在高溫段與APP分解產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng),生成熱穩(wěn)定性更高的物質(zhì)提高涂層的耐火阻燃性能;納米復(fù)合物中的MMT以納米形態(tài)分散與膨脹阻燃劑作用更充分比APP/MMT物理混合物具有更高的阻
8、燃效率。熱重差值(ΔT)分析和XRD分析表明APP-TiO2納米復(fù)合物中納米二氧化鈦在高溫階段與APP分解產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)生成焦磷酸鈦,焦磷