环氧防火涂料的研究现状及发展前景

杨灵娟

（兰州石化职业技术学院，甘肃 兰州 730000）

钢材是最常见的建筑材料之一。虽然采用钢结构施工时间短、费用低、工业化程度高并且钢材强度高、自重轻、抗震性好[1]，但在安全性上，钢结构却有其致命的缺点。钢材耐火性能较差，当温度达到500℃时，钢材的强度将下降50%，而火场的温度一般将达到800～1000℃，并且裸露的钢材料由于塑性变形而崩塌[2]；钢结构的导热性较好，会导致附近的其他易燃材料燃烧，加重火灾的蔓延。所以对钢结构建筑表面要进行保护，将火灾带来的损失减少到最小。

对钢结构保护中的一种途径是在表面涂防火涂料。目前我国在钢材上大多数用的防火涂料主要是环氧防火涂料。环氧防火涂料的基料是环氧树脂，环氧树脂内聚力很强，分子结构致密 ，这两个性能赋予了环氧树脂极强的力学性能和封闭性能，同时使涂料耐火性、耐湿热性、耐酸碱腐蚀性提高。环氧防火涂料里的极性基团如：环氧基、醚基、羧基等使其在各种材料上有极强的附着力[3]。但是普通的环氧树脂涂料由于苯环的存在，其脆性、韧性、抗冲击性能较差并且耐候性不好。为了提高环氧防火涂料的性能，大量学者对其进行了研究。

1 通过改变助剂提高环氧防火涂料的性能

助剂在涂料中的使用量很少，但是要想得到性能优异的涂层，助剂是涂料配方中必不可少组成材料。王昊等[4]在环氧树脂中加入助剂BYKP104和BYK-A530，自主研制了EHF-1环氧防火涂料，通过对配方的不断改进，使得研发出来的涂料各项性能均能达到国外同类涂料的水平。为了提高防火涂料的阻燃性能，通常要在涂料中加入硼酸盐阻燃剂，而硼酸盐的耐久性较差并且会对动物有生殖毒害性。张武军等[5]通过加入磷酸酯阻燃剂制成了不含硼酸盐的环氧防火涂料，通过对两种防火涂料的性能比较不含硼酸盐的环氧防火涂料对环境干扰性小，失质量率低，耐火性好。张海师[6]研究发现，加入适量的纳米助剂，如：纳米SiO2、纳米TiO2、水镁石，可大大提高膨胀碳质层的耐火时间和强度，提高涂料的耐火性能。

2 采用共混法提高环氧防火涂料的性能

不同的材料有特定的优异性能，将两个相容材料进行共混，可以使形成的复合材料具有两个材料的优点，从而拓宽材料的使用领域。霍海凤等[7]研究发现环氧树脂虽可以改善涂料的防火性能，但随着环氧树脂的量越来越多，涂料的耐燃时间反而会有下降的趋势，如果将丙烯酸树脂和环氧树脂共混并注意两个组分的配比，制得的涂料其耐燃时间有所增长。张广宇[8]在此基础上加入用硅烷偶联剂改性后的纳米氢氧化铝，当其含量为70%时，耐火时间增加了5%～10%，同时涂料的烟密度及钢材的升温速率均降低。

目前，最常用的钢结构防火涂料的阻燃体系是P-N-C体系（即聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇）。由于其成分的原因，在发生火灾时其会释放出有毒有害气体，如：氰化氢、一氧化碳、氯气、氨气及氮氧化物等。王庆平等[9]把粉煤灰用硅烷偶联剂 KH－550、KH－570改性后与环氧树脂涂料进行共混，共混后的涂料其耐火性能得到明显的改善，当粉煤灰的加入量为5%时，涂料的性能最优，到1800s时，样品的温度仅仅上升到325℃左右。聚磷酸铵（APP）具有吸水性，会影响涂层的使用，王杰[10]通过界面聚合法制得了聚脲包覆APP的微胶囊，结果证明，添加此聚脲微胶囊的涂层具有良好的力学性能，其阻燃性能、抗氧化性能、强度均得到改善。

3 对材料进行改性提高环氧防火涂料的性能

材料的种类有限，由于不同材料分子结构不同，材料性能往往具有单一性。若对材料进行改性，可提高材料性能的多样化。对于防火涂料，可以对其中的材料进行接枝改性，从而提高涂料的性能。杨保平等[11]将溴元素引入到环氧树脂里，再将溴碳环氧树脂和环氧树脂以一定比例作为基料，通过调整配方最终制备的防火涂料均能达到国家的标准，并且其可在较宽的温度范围中使用。

膨胀石墨是一种优异的阻燃剂，在阻燃过程中发生的是物理变化，不会产生有毒有害气体，并且膨胀性及耐火性较好。邵志恒等[12]通过用可膨胀石墨（EG）和石墨烯微片（GM）分别对环氧防火涂料进行改性，研究得出适量的EG可以提高涂料的耐火性能；相同添加量下，EG的协效阻燃效果稍好于GM。韩忠智等[13]把环氧树脂和聚酰胺固化剂作为成膜树脂，通过膨胀石墨进行改性，得到的可膨胀石墨改性环氧涂料其耐火极限达到了1.5h。

为了提高涂料的耐火性能，P-N-C阻燃体系在配方中的添加量在80%左右，这反而使漆膜性能变差，同时降低涂料的耐老化性能。赵敏[14]通过正交实验用硼酚醛树脂对环氧树脂进行改性，各组配比如下：环氧树脂40%，硼酚醛树脂25%，磷酸酯改性胺 13%，硅酸铝14%，固化剂/丁基环氧醚8%，涂料的各项理化性能均达到国家标准。郑自武等[15]用硼酚醛树脂改性环氧树脂涂料，通过测试，其耐燃时间达到55min,在800℃时，残炭量仍达到45%，热稳定性明显增加。

4 结论

目前，国内大多数防火涂料生产厂家依旧采用的是以往的生产配方，要想提高防火涂料的性能，还应对配方进行改进，开发新的多功能材料。随着环保相关法规提出，防火涂料在研究、生产及形成涂层的过程中，也要考虑其环保性能，减少对环境、从业人员及使用者的危害。性能单一的涂料已经不能满足市场要求，多功能化涂料已逐渐取代传统的涂料，研究人员除了关注防火涂料耐火性能，还要考虑其耐久性能、可涂布性、涂层的外观及涂膜的性能等等。总之，环氧防火涂料要在钢结构建筑中长久应用，研究时除了要考虑涂料的环保性以外，还要开发性能多样化的防火涂料。