周子鹄 涂伟萍
    摘要    本文对一超薄型钢结构防火涂料配方进行了改进，以氨基树脂和丙烯酸
树脂为基料，调整了树脂和氯化石蜡的含量及阻燃体系等。得到的涂料配方干膜厚度
为1mm时，其阻燃时间可达到60min以上。
    关键词  防火涂料   钢结构    超薄型

1． 引言
现代建筑物的主要承重构件大都依赖于坚固又轻便的钢材，这些钢材赋予建筑物以宽
阔、轻盈、而又不失稳固的建筑风格。然而，钢材在高温火焰的直接灼烧下，一般只
有15min的耐火极限，远远达不到国家规定的防火规范要求，会很快失去其承载能
力。一旦发生这种情况，将对整个建筑物造成灾难性的后果。正因为如此，对这些钢
梁采取有效的保护，使其避免受高温火焰的直接灼烧，从而延缓其坍塌时间，为消防
救火提供宝贵的时间就显得十分重要。采用防火涂料进行阻燃的方法被认为是有效的
措施之一。将防火涂料涂敷于材料表面，除具有装饰和保护作用外，由于涂料本身的
不燃性和难燃性，能阻止火灾发生时火焰的蔓延和延缓火势的扩展，较好地保护了基
材。
    钢结构防火涂料按防火机理分为膨胀型和非膨胀型两类[1]；按涂层厚度可分为
厚涂型、薄涂型和超薄型[2,3,4,5]，其中后两种一般为膨胀型。超薄型钢结构防火
涂料为0~3mm厚，其涂层遇火受热即熔融、膨胀、发泡形成蜂窝状炭化层，使火焰得
到隔离，大大降低传导至底层的热量，从而达到阻燃或延缓火焰扩展的目的。
    现有一超薄型钢结构防火涂料配方，经分析得知该配方以氨基树脂作基料，
APP、AB阻燃剂、三聚氰胺、季戊四醇构成阻燃体系。对该配方进行检验，分4次涂敷
在30cm×15cm红丹防锈底漆的钢板上，发现其涂层易开裂，且其裂纹宽度超过
0.5mm，涂层对基材的附着力较差。而且当涂在75cm×75cm的红丹防锈底漆钢板上，
用煤气喷灯灼烧时，涂层受热易脱落，难以了解该阻燃体系的阻燃性能。
因此，我们至少需要解决以下三个问题：（1）解决涂敷时涂层开裂问题；（2）解决
涂层在灼烧时受热脱落问题；（3）找出最佳阻燃体系。
2． 试剂和仪器
    氨基树脂、丙烯酸树脂，广州制漆厂；HCPE，奉化市裕隆新材料有限公司；
APP，AB型阻燃剂，四川康威阻燃材料厂；季戊四醇，三聚氰胺，湖南衡阳化工厂；
氯化石蜡，北斗代理；红丹环氧防锈底漆，广州制漆厂；助剂。
    Red Evil Equipment（“快手”），三辊机，钢板（小板11cm×11cm×0.4cm，
中板30cm×30cm×0.4cm，大板90cm×90cm×0.4cm），模拟大板燃烧装置（自行设
计，图2）。
3． 实验流程及装置
首先加入一定量的树脂和氯化石蜡，再依次称量并加入好阻燃体系组分、颜填料、助
剂，装入同重量的钢珠，用“快手”分散5~6小时后过滤备用。将所配制的涂料用溶
剂稀
释至合适的粘度后，涂敷于钢板上，观察其外观，并采用下列燃烧装置（图1，图2）
检验其阻燃性能。
                     


4． 试验研究
4．1 树脂组分的选择
    树脂基料对膨胀型防火涂料的性能有重大的影响，与其它各组分配合，既保证了
涂层在正常条件下具有各种使用性能，又能在火焰灼烧或高温作用下具有难燃性和优
异的膨胀发泡效果。
实验初期，我们主要采用加入丙烯酸树脂来解决其开裂问题。保持整个体系基本不
变，仅改变基料组成，用丙烯酸树脂代替部分氨基树脂。将各次制得的涂料涂敷在小
板（11cm×11cm×0.4cm）和中板（30cm×15cm×0.4cm）上进行观察表面开裂状况，
并将中板放在酒精喷灯上灼烧中板，观察其阻燃发泡效果（如表1）。
表1   改变树脂基料配比的实验结果

树脂配比比例
氨基树脂 —— 17% 40% 60% 75% 100%
每次最大可涂敷厚度 3mm 2.5mm 2mm 1.5mm 0.5mm
0.5mm
开裂状况 不开裂 不开裂 不开裂 不开裂 不开裂 容易开裂
干燥状况 难以表干和实干 较难实干 难以实干 较易表干和实干
易表干和实干 易表干和实干
燃烧结果 发泡温度 高 较高 较高 较低 较低
低
炭化层厚度 很薄 薄 较薄 较厚 较厚
厚

通过对实验现象分析发现，加入丙烯酸树脂可以明显有助于改善原配方开裂的状
况，。同时，氨基树脂含量越低，丙烯酸树脂加入越多，表面越不易开裂，不过其涂
层难以实干。但丙烯酸树脂加入太多，其发泡炭化层厚度不高，阻燃性能较差。因此
需要找出氨基树脂与丙烯酸树脂的最佳配比。当氨基树脂与丙烯酸树脂的配比为3：1
时，即氨基树脂为75%时，只要涂敷量较少，其涂层不会开裂，故在氨基树脂与丙烯
酸树脂的配比为3：1的附近数值进一步进行配比。经实验后，若丙烯酸树脂在树脂总
量中占15%~20%时，分3~6次涂敷，每次涂敷量在0.5mm~1mm，且待涂层实干后（约24
小时）再涂敷下一层，这样有利于涂层迅速干燥，可以保证涂层不会开裂。
若采用HCPE树脂代替丙烯酸树脂，当其在基料总量中占30%以上时，所得涂层才会不
易开裂。用中板进行燃烧实验，发现采用HCPE时其炭化层较厚，发泡小而且致密，炭
化层与内层联接紧密，但炭化层太软，而采用丙烯酸树脂时的炭化层结构较硬。由于
炭化层需要经受住一定的气流的，故选用氨基树脂与丙烯酸树脂作基料。
4．2 基料含量的选择
    根据上述结果配制得到的涂料中，基料为氨基树脂与丙烯酸树脂、氨基树脂与
HCPE的复合树脂。将它们涂敷在90cm×90cm的大钢板上，用煤气喷灯大火灼烧，约
3min左右时，涂层开始变软，有很小面积的涂层开始炭化发泡，但中间已开始隆起，
大块涂料受热小坠。经研究分析，认为主要是由于涂层与底层的附着力还不够。虽然
未灼烧之前涂层与底层联接较好，但涂料受热熔融后，熔融的树脂与底层的附着力承
受不住涂层和炭化层的重量，就出现了涂层受热后开始大块下坠的现象。
为解决涂层受热下坠的问题，保持阻燃体系以及颜填料的组分和含量不变，而增加涂
料中树脂的量。将配制的涂料，分别涂敷在90cm×90cm×0.4cm的大钢板上，用煤气
喷灯灼烧，观察实验结果（如表2）。
表2  以氨基树脂与丙烯酸树脂作基料，改变树脂含量后的燃烧结果

树脂含量 40%~45% 35%~40% 30%~35%
燃烧结果 炭化层厚度 1cm~2cm 4cm~5cm ≤1cm
发泡情况 发泡小但疏松 发泡细而致密 泡大且疏松
其它现象 附着力好，但内层涂层受热变黄，炭化层太软。 附着力较
好，炭化层较硬。 涂层受热易熔融下坠，附着力太差。
阻燃效果 较好 好 差
  
   树脂的加入量在一定程度上对膨胀发泡效果有影响。树脂组分太少，涂层熔融时
与底层的附着力较弱；但树脂组分太多，涂层发泡膨胀的炭化层约2cm厚，阻燃隔热
效果与木结构防火涂料相近，但远未达到钢结构防火涂料的阻燃要求。因此，确定树
脂加入量为35%~40%。
4． 3 阻燃组分含量的改变
   防火涂料是以APP、AB型阻燃剂、三聚氰胺和双季戊四醇构成防火阻燃体系。其中
APP和AB型阻燃剂主要作为酸催化剂，三聚氰胺为发泡剂，双季戊四醇作为炭化剂。
与季戊四醇相比，采用双季戊四醇，其炭化层质量较好，发泡呈圆形，细小而致密。
但由于双季戊四醇价格太贵，且采用季戊四醇也可以达到防火要求，故在所设计的配
方中，用季戊四醇代替原配方中的双季戊四醇。
    在以氨基树脂和丙烯酸树脂为基料，且树脂含量为35%~40%时，仅改变APP、AB型
阻燃剂、三聚氰胺、季戊四醇之间的比例，观察发泡情况，以确定阻燃体系。
表3   阻燃体系的确定

实验序号 各组分在阻燃体系中的含量
实验结果
APP AB型阻燃剂 三聚氰胺 季戊四醇
1# 20%~25% 35%~40% 10%~15% 25%~30% 发泡细小致密，炭化层
约4~5cm。
2# 20%~25% 35%~40% 20%~25% 20%~25% 发泡不高，但泡较大，
炭化层约3cm。
3# 20%~25% 35%~40% 25%~30% 10%~15% 发泡较多，但泡较大，
炭化层也不高，约2cm。
4# 25%~30% 25%~30% 15%~20% 10%~15% 发泡细小，但不多，且
炭化层不高，约1~2cm。
5# 50%~55% — 15%~20% 25%~30% 与4#相比，发泡较早，
炭化层稍低一点，约1~1.5cm。

由上表可知，1#阻燃体系的发泡炭化现象最好，故选用1#阻燃体系作为超薄型钢结构
防火涂料的阻燃体系。
4． 4 氯化石蜡含量的确定
氯化石蜡在防火涂料中既是增塑剂，又是发泡剂和炭化剂。它在120℃以上开始分
解，释放出氯化氢和水蒸气作为发泡剂。氯化石蜡的分解温度低于三聚氰胺和APP的
分解温度，在120℃首先分解炭化，使已熔融的树脂膨胀炭化，阻止火焰直接灼烧到
涂层上，减缓温度的急剧上升。而当涂层内温度达到250℃以上时三聚氰胺也开始分
解发泡，进一步加强了发泡炭化效果，使炭化层增厚。
因此，调整氯化石蜡的含量可以促使发泡时间及炭化层的形成早，形成多层次炭化，
延缓涂层升温时间。但加入太多量的氯化石蜡，涂层较软，难以干燥好固化，且涂层
硬度不够。经实验研究，当氯化石蜡加入量为6%~8%时，效果最好。
5． 结果及验证
    通过以上系列研究，确定超薄型钢结构防火涂料的配方中，以氨基树脂和丙烯酸
树脂为基料，其中丙烯酸树脂在基料中约占15~20%。防火涂料配方中各物质组成及含
量如下：
表4    超薄型钢结构防火涂料配方

物料组成 基料 氯化石蜡 阻燃体系 填料 助剂
含量 35%~40% 6%~8% 40%~50% 5%~12% 5%~12%

按照上述配方配制涂料，并将所配制的涂料分4 次涂覆于100cm×100cm×0.4cm钢板
上，每隔24小时才涂一次，放置4天待涂层完全实干后，涂层干膜厚度为1mm。置于煤
气喷灯上灼烧，用秒表记录时间、热电偶记录钢板背面温度。按照升温曲线加大火
焰，3min后涂层表面开始有出现熔融、发泡、炭化现象，但泡较大且不连续。随着火
焰的加大和温度的升高，表面涂层基本已形成一层炭化层，但厚度较低，约1.5cm，
与木结构防火涂料发泡炭化情况相似。如此持续15min后，炭化层厚度逐渐增加至
4cm~5cm，应当为内层涂料开始熔融、发泡、炭化。灼烧20min后，用刮刀刮去钢板边
缘处的炭化层，发现内层仍有较厚的白色涂层。总共灼烧62min后，但炭化层不再增
厚，钢板背面温度达到300℃。停止灼烧，取下钢板，用刮刀刮开中间部分，里层涂
料全部分解发泡，量得炭化层厚度为4.2cm。
因此该超薄型钢结构防火涂料在干膜厚度为1mm时，阻燃时间达到60min以上，而国家
标准要求超薄型钢结构防火涂料的阻燃时间为30min，可见该超薄型钢结构防火涂料
阻燃性能优异。

参考文献
1. 李风，覃文清．钢结构防火涂料的研究和应用．涂料工业．1993，3．31~34
2. 赵宗治．我国钢结构防火涂料发展回眸与展望．消防技术与产品信息．1999，
12；10~14，5
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大学学报． 1997，23（1）． 79~85
4. 赵宗治．LF溶剂型钢结构膨胀防火涂料的研制与应用．消防技术与产品信息．
1997，12. 14~17