高耐水性膨胀型钢结构防火涂层的制备与性能分析

为解决传统膨胀型防火涂层(IFR)耐水性差、阻燃成分易流失的问题，研究人员通过正交实验优化MPP-DPER-PET-MEL新型阻燃体系，并采用硅丙乳液(SAE)改性环氧树脂(EP)提升涂层性能。结果表明，SC-3涂层热稳定性优异（TG-DTG分析），残炭层致密（SEM观察），磷交联结构保留率高（FTIR检测），耐火指数(IR)达7.35，兼具良好压缩强度和附着力，为钢结构防火应用提供新方案。

　　

钢结构凭借高强度重量比和施工便捷等优势，在建筑领域广泛应用，但其高温下力学性能骤降的缺陷成为重大安全隐患。传统膨胀型防火涂层(IFR)虽能通过膨胀炭层阻隔热传递，但以聚磷酸铵(APP)、季戊四醇(PER)和三聚氰胺(MEL)为核心的阻燃体系易受潮失效，环氧树脂(EP)基体也因羟基亲水性导致耐水性能不足。这一矛盾促使研究者探索新型阻燃体系和粘结剂改性方案。

中国国家自然科学基金资助的研究团队设计了一种创新解决方案：以耐水解的蜜胺聚磷酸盐(MPP)为酸源，二季戊四醇(DPER)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)复合碳源替代传统PER，结合SAE改性EP粘结剂。通过正交实验确定最佳配比后，采用锥形量热仪、热重-微分热重(TG-DTG)、扫描电镜(SEM)等系统评估性能。

材料与方法
研究通过正交实验优化IFR组分，采用SAE与EP共混改性粘结剂。耐火测试参照标准方法，水浸实验评估耐水性，TG-DTG分析热稳定性，SEM观察残炭形貌，FTIR表征化学结构，万能试验机测试力学性能。

防火测试分析
SC-3样品（含SAE改性）表现最优：钢板最高温度(T_max)仅302.5°C，耐火指数(IR)达7.35。TG-DTG显示其热分解温度较传统涂层提高12%，SEM证实其残炭层表面光滑致密，能有效阻隔热量传递。

耐水性与结构表征
水浸48小时后，FTIR显示SC-3残炭仍保留大量含磷交联结构和芳香结构。SAE的引入使涂层吸水率降低63%，TiO₂填料的加入进一步减少炭层孔隙率。

结论与意义
该研究成功开发出MPP-PET-DPER-MEL新型阻燃体系，通过SAE改性显著提升EP基涂层的耐水性。SC-3涂层兼具优异的耐火性能（炭层膨胀比提高40%）、长效耐水性（潮湿环境下成分保持率>95%）和机械强度（附着力达3.2MPa），其创新性体现在：1) 采用DPER-PET复合碳源解决单一组分缺陷；2) SAE的硅氧烷键显著降低EP亲水性；3) MPP的耐水解特性保障长效阻燃效果。这项发表于《Applied Surface Science》的成果为海洋环境等潮湿场景的钢结构防火提供了可靠材料选择。