今天，大多数多层高层建筑和公共设施(体育馆、机场等)都是钢架结构。虽然钢铁不能燃烧，但它仍然需要防火保护，因为如果没有足够的保护，钢结构可以在五分钟内达到500°C的临界温度;在这个温度以上，钢开始失去承载能力，可能会弯曲或倒塌，对它所支撑的建筑物的稳定性造成灾难性的后果。因此，承重钢结构的持续完整性是建筑当局关注的关键问题。

可以采取许多措施保护钢材免受火灾。这些通常属于被动类别，涉及绝缘技术，包括包裹在混凝土，或装箱在耐火板。然而，现在许多设计师更喜欢展示建筑物的钢骨架——为此，被动式膨胀涂料是理想的。

一般来说，膨胀涂料通常是溶剂型的，但近年来，水基膨胀涂料取得了重大进展，特别是在纤维素型防火方面。水基涂料提供更快的干燥时间，允许更快的涂层和/或更多的保护涂层。它们通常适用于室内环境，虽然也可用于外部保护与适当的面漆或“封口剂”。

膨胀可以分为两类:由碳氢化合物来源(包括所谓的“喷射火”)和由纤维素来源(木材、纸张、家具等)提供燃料的膨胀。水基膨胀涂料根据所需的防火长度进一步分为名义类别。表1列出了英国商业/住宅建筑根据楼层数所需的耐火时间。

它是如何工作的

膨胀涂层的基本原理涉及到一种涂层，该涂层通过膨胀(膨胀或膨胀)对上升的热量做出反应，产生一种隔热焦状物，这种焦状物可以减缓甚至潜在地阻止钢的温度达到临界温度500°C。

水性膨胀涂料有四个关键成分:

1. 酸供体(通常是聚磷酸铵);
2. 碳源(典型的多元醇如季戊四醇);
3. 发泡剂(通常是三聚氰胺);
4. 结合聚合物(通常是醋酸乙烯酯共聚物)。

在大约275°C的温度下，膨胀反应被激活。它是一种吸热反应，吸收热量，释放惰性气体，形成有效的保温层。根据成分的不同，这种膨胀涂层可以膨胀到原来厚度的10到100倍，从而形成泡沫炭屏障，与底层材料绝缘。

根据所使用的专业原材料，膨胀过程可分为不同的步骤:188金宝搏bet官网

1. 在超过250°C的温度下，热塑性粘合剂“融化”形成液体/粘性基质，在其中可以发生进一步的热化学反应。
2. 在大约275°C时，膨胀涂层的主要成分聚磷酸铵(酸供体)开始分解，生成聚磷酸。
3. 这种聚磷酸与碳供体(通常是季戊四醇或双季戊四醇)反应形成无机/有机酯。
4. 发泡剂(如三聚氰胺)分解并释放气体，使熔融的树脂和酯产生泡沫，形成绝缘屏障。
5. 随着温度的不断升高，酯分解形成坚硬的碳炭(图1)。

由此产生的焦炭使基板隔热。因此，钢结构的保护时间取决于焦炭的质量(密度、附着力、完整性、形成速度)以及焦炭的厚度。在30- 60分钟的保护下，通常需要大量的，轻/细腻的焦炭。对于较长的保护时间，炭通常更紧凑和更坚韧，但由于干膜厚度/涂层数量较高，整体绝缘效果更大。

其他功能性原料也被认为可以改善性能:为了减188金宝搏bet官网少火焰的传播速度和赋予涂层自熄性，可以使用阻燃剂。此外，三聚氰胺主要用作发泡剂，也是一种氮基阻燃剂，可以表现出优异的阻燃性能。

添加增强材料(如纤维)可以改善涂料的干燥性能(如188金宝搏bet官网减少泥浆开裂，提高低剪切粘度)，也可以提高焦的稳定性。纤维增强炭将更好地承受火灾中产生的湍流热电流，增加膨胀涂层的整体性能。

粘合剂是一个关键的成分，有许多作用。在湿配方中，粘合剂直接(有时是单独)有助于整个配方的应用性能和稳定性。在干燥的薄膜中，聚合物将涂料绑定到底漆/基材上，并提供诸如耐划伤等机械性能。当涂层膨胀时，聚合物必须先软化，然后在合适的温度下熔化，以便在整个过程中为其他反应的发生提供基质。因此，正确选择粘合剂是至关重要的;虽然许多类型的乳液聚合物可以完成一些所需的功能，但最有效地满足膨胀涂料广泛需求的粘合剂是基于醋酸乙烯酯共聚物的粘合剂。醋酸乙烯酯共聚物具有良好的热分解性能。¹

防火涂料配方

委托进行统计设计实验，以更详细地探讨不同参数(原材料、PVC、钢材类型等)在生产膨胀涂料中的作用和有效性。188金宝搏bet官网本研究集中于根据en13381标准体系制定一种“适合用途”的30-60防护涂层。

原材料和基本参数的初步筛选是通过在0.5 m内的多个200188金宝搏bet官网x15x5 mm钢板完成的^3.炉。所有基材都经过喷丸处理，并预涂2K环氧基工业标准金属底漆。所有涂层被涂到相同的干膜厚度。在所有测试中，市场领先的60分钟膨胀涂料被纳入内部标准，以评估可能的性能。

第一阶段-关键原材料的选择188金宝搏bet官网

本阶段只考虑了基本的关键原料，重点研究了合成炭188金宝搏bet官网在平板上的膨胀性能和基本评价。关键原料(聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺、粘合剂)的近似起始比率众所周知，是初步评价的基础。188金宝搏bet官网在所有的情况下，水只添加到可能良好应用的水平;所有的评估都是在相等的干膜厚度下进行的。

聚磷酸铵水平的评价

基本配方及修改如表2所示，以及配方的物理特性和耐火时间。两种不同的聚磷酸铵(APP)等级进行了评估(来自不同的供应商)。

从结果可以看出，该推测配方中APP的最优水平约为26.2组分(配方1c和1d)。APP1在这一基本调查中明显优于APP2。

三聚氰胺含量的评估

从结果(表3)可以看出，推测配方中三聚氰胺的最佳含量约为9.4或11.1份(配方1a、1h和1d)。然而，这里的结果略有不同，在较高的三聚氰胺水平下，APP2比APP1表现更好。

季戊四醇水平的评价

由表4可以看出，推测配方中季戊四醇的最适含量与APP1(配方1a)结合约为9.5份。然而，不同原料成分的影响再次变得更加明显，较高水平的季戊四醇对APP2更有效。在权衡结果的基础上，决定继续使用APP1，因为这是一种市场领先的聚磷酸铵，而且广泛使用。

辅助原材料的评估188金宝搏bet官网

增强纤维

增强纤维通常被添加以改善炭的结构和鲁棒性。表5详细说明了单一增强纤维的两级对比。所开发的配方适用于30- 60分钟的应用，其中一般炭是轻和体积。在这种配方中，由于使用了这种化合物，火灾时间减少了，而且合成的炭，特别是在较高的水平，被发现是紧凑和坚韧的特性更适合较长的防火应用(90-120分钟)。因此，在这种特殊的应用中，使用这种化合物没有观察到任何优势。

阻燃增塑剂

阻燃增塑剂有许多功能，包括修改初始液体/粘性基质和生成的焦炭，抑制初始火灾。表5还显示了两种不同阻燃增塑剂的比较。增塑剂1焦化程度较差，几乎没有结构，已经塌陷和收缩;然而增塑剂2给了一个轻，更均匀和蓬松/细腻的炭，这是更适合预期的应用。

粘结剂含量/PVC的评价

一般膨胀涂料的配方是尽可能高的固体体积(同时保持稳定性)，以提供高的干膜厚度;较高的颜料体积浓度(PVC)通常会减少炭中不需要的气孔的形成。相反，乳液聚合物也有望稳定整个体系，因此较低的粘合剂水平也意味着较低的表面活性剂水平，较差的稳定性，在应用过程中可能会有更多的问题，可能会有更有限的粘性基质，在其中发生膨胀反应。

表6详细说明了在开发配方中PVC的阶梯。最初的试验是在平板钢板上进行的，但在“半h”微型钢截面上进行了进一步评估。在湿态或700微米(dft)温度下使用时，没有发现任何问题。在使用凹陷棒的单独应用测试中，当应用在100到2000微米(湿)时，没有发现坍落等问题，这表明该配方在pvc测试中的应用和稳定性方面保持良好。

对应的耐火性能结果(在“半h”截面上)见图2。可以看出，趋势具有一定的非线性;随着聚氯乙烯初始量的增加，防火时间略有下降;然而，本质上几乎没有变化。在较高的PVC(78-80%)时，保护时间显著增加——对所得到的炭的检查表明，与较低的PVC炭相比，结构变得更轻、更均匀和体积更大，并且空气空隙显著减少(图3)。尽管PVC可以推得更高，但需要考虑产品的长期稳定性和应用特性。因此80%被认为是“全方位”的最佳PVC原料平衡。188金宝搏bet官网

三维钢部分

钢板和“半h”型材只适用于基础配方开发。为了考虑一个产品进行大规模甚至全面的测试，重要的是要确认该材料在各种断面类型和不同的干膜厚度上表现良好。

典型的截面类型有工字梁、H柱、圆空心和方空心截面。因此，优选配方应用于这些类型的1米切片和不同的干膜厚度(700和1500微米干)。该系列与市场上可获得的产品进行了复制，以提供可比数据。每个钢截面至少包含4个热电偶，以确保每个截面的热数据覆盖范围，并识别结果可能异常的地方。

从图4-5可以看出，在所有测试的部分，衍生配方的性能至少与市场产品一样好。此外，在较高的干膜厚度下，推导出的配方具有优越的性能;虽然炭通常是轻和体积(如预期的应用)，推导出的配方有更好的结构和较少的缺陷在较厚的薄膜。

总结

通过本研究，结果表明:

1. 主要原料的选择和比例是关键。188金宝搏bet官网水平的改变或使用这些特定材料的替代品将显著改变末端耐火性能。188金宝搏bet官网
2. 二次原料也会极大地影响整体性188金宝搏bet官网能。
3. 对钢板的初步评价仅可用于初步配方开发;需要大量的改进，以生产一个配方，在各种三维钢截面和干膜厚度的范围内执行所需的。

“指示性”或预认证提交过程的最后阶段是通过独立见证的测试验证1米长的钢梁和柱的性能。为此，推导出的配方和商业产品都应用于环氧底漆上，在两种不同截面尺寸(HP/a)和两种柱型的1米h梁上。这些部分目前正在通过一个认可的第三方测试机构进行评估。

本研究不能保证通过推导出的配方就能获得认证，但应该提供这样的信心:如果正确遵循，该配方至少在认证前的开发阶段能与市场上的认证产品提供相当的性能。*油漆制造商的验证和完整的认证程序仍然是必需的。

目前，这些系统的入门级标准是30-60分钟的保护时间。越来越高的标准要求更长的消防时间和更低的干膜厚度。因此，Synthomer一直致力于为高性能膨胀涂料开发其Emultex FR粘合剂。

*推导出的配方已被证明在阶段测试前提供了良好的性能指标，并可用于降低开发成本。然而，Synthomer不承担任何责任，也不保证配方，如果遵循，将获得完整的认证。如需更多信息，请发送电子邮件simon.austin@synthomer.com或访问www.synthomer.com．

参考文献

1 Pimenta j.t;Goncalves c;Hiliou l;科埃略,Jorge F.J.;Magalhães, F.D.粘结剂对膨胀涂料性能的影响;涂料技术与研究杂志2015年9月。