目前,有机膨胀型钢结构防火涂料以其良好的综合性能已成为市场的主体,但其含大量的挥发性有机物,且基本都是以聚磷酸铵(APP)-三聚氰胺(MEL)-季戊四醇(PE)为膨胀阻燃体系,一旦遇热,就会释放出有毒的氨气和氰化物,对环境及人体产生极大危害。因此,研发一种对环境友好的钢结构防火涂料显得更为迫切。本课题以碱性硅溶胶(LS-30)和40%甲基硅酸钾溶液(PMS-40)为基料,添加颜填料、膨胀阻燃体系和助剂,制备成水性无机膨胀型钢结构防火涂料。研究了LS-30和PMS-40质量比、助剂的种类与添加量、颜基比大小、颜填料及膨胀阻燃体系的添加量对涂料性能的影响。结果表明,m(LS-30):m(PMS-40)=1:1.5,分散剂六偏磷酸钠和聚丙烯酸钠分别占颜填料的0.5%和0.3%,增稠剂羧甲基纤维素钠、黄原胶和N-228分别占涂料的0.3%、0.3%和1-1.5%,消泡剂DF-18和DF-8868各为涂料的0.25-0.35%,有机硅丙烯酸酯类流平剂为涂料的0.5%时,涂料在容器中可稳定存在,不分层无气泡,分散效果及流变性达到最优。颜基比为1.5:1-1.7:1,滑石粉、钛白粉、绢云母粉分别为涂料的2%、5%、15-20%,当膨胀阻燃体系白云石为15-20%,可膨胀石墨为3-5%时称为可膨胀石墨体系水性无机膨胀型钢结构防火涂料;膨胀阻燃体系白云石为15-20%,硼砂为1%,可膨胀石墨为0.5-1.0%时可制成硼砂体系水性无机膨胀型钢结构防火涂料。涂层固化7 d,厚1.5-2.0 mm时,涂层有良好的理化性能和防火性能,灼烧后涂层膨胀5-7倍且均匀,耐火时间可达1 h,炭质层致密,且与钢材之间结合力好,对环境友好无污染。从涂层的表面形貌及组成物质入手,结合SEM、XRD、TG-DSC和FT-IR分析检测,研究了可膨胀石墨体系和硼砂体系的防火涂层膨胀阻燃过程。表明:在可膨胀石墨体系中,灼烧前期,甲基硅酸钾和可膨胀石墨协同膨胀阻燃;灼烧中期,主要是白云石发挥阻燃作用;灼烧后期,体系在800℃-1000℃,发生相变化,由固态变为液态吸收热量形成玻璃相。在硼砂体系中,灼烧前期,甲基硅酸钾、可膨胀石墨和硼砂共同膨胀阻燃;灼烧中期,主要是白云石和硼砂发挥协同阻燃作用;灼烧后期,体系在900℃左右,颜填料晶格破坏转变为非晶态,此过程吸收大量热。整个体系物质间共同作用并相互协调,产生优异的膨胀阻燃作用。