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钢结构海洋平台用于海洋中石油和天然气的采集工作,火灾的形成主要是由井喷引起,在海洋环境中,火灾一旦发生逃生较困难,钢结构虽然属于不燃材料,但是由于钢结构的热传导系数较大,强度模量与温度有很大的关系。当温度达到600℃,钢结构的强度完全丧失,失去支撑作用,使得建筑有坍塌的危险,造成极大的人员损失与经济损失,所以延长钢结构达到极限临界温度的时间,降低明火的蔓延速率,可以为救援提供更多的时间。水性超薄防火涂料,具有环保高效等优点,仅需涂覆2 mm的厚度,即可在发生火灾时形成40-50 mm厚度的膨胀炭层,具有很好的隔热、减缓火灾蔓延的性能。所以在钢结构表面涂覆水性超薄防火涂料对钢结构的保护具有积极意义。由于涂料应用于海洋环境,因此防火涂料应具有良好的耐水性。本研究以水性环氧乳液(EP)为成膜基体,APP/MEL/PER为膨胀体系,寻找了最佳的配方比例。通过添加耐高温的无机填料ZrN,与膨胀体系形成协效作用,提高防火阻燃性能。由于膨胀体系中APP、PER的耐水性较差,通过表面改性提高了 APP和PER的耐水性,从而提高了涂层的耐水性,能够在水中浸泡以后仍然保持较好的防火阻燃性能。主要工作如下:1.选择APP、PER、MEL为膨胀体系的主要组分,进行正交试验。对炭层膨胀高度和极限防火时间进行正交结果分析,得出最佳影响因素和优水平。经过正交结果分析,对炭层膨胀高度的影响顺序是APP>MEL>PER。对极限防火时间的影响顺序为APP>PER>MEL。APP作为膨胀体系中的成炭催化剂,是最主要的影响因素;MEL作为气源,能够产生大量的气体,所以对炭层的膨胀高度影响高于PER。极限防火时间与整体炭层有关,PER作为炭源,与成炭有关,所以对极限防火时间的影响大于MEL。最终得到膨胀体系APP/MEL/PER的最佳添加量,确定了各组分的配方。2.将氮化锆作为无机填料加入以APP/MEL/PER为膨胀体系的膨胀防火涂料中,研究其添加量对涂料防火性能的影响。通过极限防火测试和TGA分析,当ZrN的添加量为3%时,极限防火时间最长,达到61 min,并且残炭含量最高,涂层的热稳定性随ZrN含量的增加而提高。通过Cone测试得到,THR降低20.3%,TSP降低40.0%。随后通过SEM对炭层进行形貌观察,加入3%的ZrN后炭层更加致密。结合拉曼光谱分析和XRD分析,得到在高温情况下加入ZrN后有ZrP2O7和Ti0.8Zr0.2P2O7固溶体生成,发挥了凝聚相阻燃的作用,从而提高了炭层强度,使得炭层有更好的热稳定性,后期的隔热性更好。3.利用原位聚合法制备了环氧树脂包覆的APP(EPAPP),利用酯化反应法得到季戊四醇C9马来酸酐共聚微球酯(PER-C9-MAH)。通过FTIR、TGA、SEM对其进行表征,成功制备了 EPAPP和PER-C9-MAH。并且通过接触角测试对其疏水性进行测试。将EPAPP和PER-C9-MAH添加到涂料中,明显提高了涂层的耐水性。在蒸馏水和5g/L的盐水中浸泡48h以后,涂层未出现起泡脱落的现象,涂层失重率分别降低到0.210%和0.275%。将浸泡水以后的涂层进行极限防火性能测试,涂层依然保持良好的防火性能,炭层膨胀程度良好。通过拉曼光谱分析和TGA分析可知,加入PER-C9-MAH微球后,炭层的石墨化程度增加,提高了炭层的强度及热稳定性。