[01925195]高性能多功能水性钢结构涂料

钢结构作为一种绿色节能环保材料，已被广泛应用于建筑中，但是裸露钢结构具有两大安全隐患：易腐蚀和低耐火性。当钢材的受热温度升高到500℃以上时，会因强度下降而失去支撑力。同时，钢结构在空气和潮湿的环境中易于腐蚀，腐蚀严重时，钢结构强度下降。因此，钢结构在发生火灾和腐蚀时，往往会导致建筑物垮塌，造成较大的人员伤亡和巨大的经济损失。所以必须对钢结构进行防火防腐保护，以保障其安全性。 

在钢结构表面涂敷涂料是众多钢结构防护措施中最为经济有效的方法。目前国内外已有的钢结构涂料按照材料形态可分为：溶剂型、水基型和粉末型,市场上70％以上钢结构涂料为溶剂型的。由于溶剂型涂料在制备和涂装的过程中会有大量的有机溶剂挥发,造成环境污染和人身伤害。随着人们节能环保意识的增强和相关法律法规的实施，溶剂型涂料将会退出市场。水性钢结构涂料因其低的VOC排放即能满足环保要求，而备受青睐，成为钢结构防火涂料发展的主方向。 

l 目标及主要任务: 

（一）目标 

通过纳米导电碳材料改性水性环氧富锌涂料制备力学性能和防腐性能优异的零VOC排放低锌含量的高性能钢结构底漆。将片形纳米材料与P-N-C膨胀阻燃体系复配制备高效的耐水防腐阻燃多功能涂料。 

（二）主要任务 

环氧富锌涂料广泛用作重腐蚀环境下使用的钢结构的防护底漆,但是为了发挥涂层的防腐作用,涂料中需添加大量的锌粉,导致涂层力学性能差;同时因环氧的导电性差使得环氧富锌涂料的有效防腐时间较短，只有3-5年，增加了钢结构涂装维修成本。另外，高含量的锌粉使得被涂钢材在电焊切割时产生大量的氧化锌烟雾，造成环境污染和“锌热病”。针对以上问题，通过使用纳米导电碳材料部分取代锌粉, 降低锌粉含量减少锌污染,涂层中均匀分散的纳米导电碳材料增进锌粉颗粒之间、锌粉与金属材料之间的接触，增强锌粉粒子和钢结构之间的电流传导，充分发挥阴极保护作用。同时通过纳米碳材料的添加提高涂膜的柔韧性，改进环氧富锌涂料的抗冲性能等力学性能。 

从现有钢结构涂料来看，大多数涂料功能比较单一，防腐涂料不妨火，而防火涂料不防腐，往往需要多道涂装施工即底涂防腐涂料再涂防火涂料，工艺繁琐，施工工期长，成本高，而且一旦防腐涂料与底材剥离，防火涂料也即脱落失效。针对这些问题,在通用的P-N-C膨胀阻燃体系的基础上，加入功能性纳米材料，其具有六方片层结构，该结构在涂层中发挥“迷宫”效应，增强了P-N-C膨胀阻燃体系的耐水性，同时赋予涂层防腐性能，提高了涂层防火时效性。另外该纳米材料是一种具有一定催化功能的固体酸，能有效提高涂层的发泡率，发泡层的厚度可达原涂层厚度的30-50倍；而且还具有较高的热稳定性，能在膨胀残碳层中保持片层结构，增加残碳层的比重，增强膨胀层强度，提高耐火极限。 

 现有工作基础: 

该项目已完成实验室研发，申请相关专利2项，具有自主知识产权。 

性能 Zn粉含量>80％ Zn粉含量<70％ 纳米复合样品1 纳米复合样品2 

附着力 2级 1级 1级 1级 

柔韧性 

(曲率半径) 2.0mm 1.0mm 0.5mm 0.5mm 

抗冲击性 35cm 40cm >50cm >50cm 

耐盐雾 800小时 700小时 >1000小时 >1100小时 

表1 性能钢结构底漆及性能 

  对比样品 样品1 样品2 样品3 样品4 

初期干燥抗裂性 无裂纹 无裂纹 无裂纹 无裂纹 无裂纹 

附着力(等级) 2 1 1 2 2 

耐冲击性（kg.cm） 20 36 40 30 30 

耐湿热性(h) 720 840 960 864 900 

耐水性(h) 180   240   240      200 220 

耐盐雾(次) 30 36 40 33 36 

防火性能 涂层厚度(mm) 1.38 1.5 1.32 1.34 1.30 

膨胀率 24 26 35 32 34

耐火极(min) 60 79 92 80 79

表2 多功能钢结构涂料及性能 

 预期经济和社会效益: 

在国家政策导向下,建筑钢结构涂料的环保性要求日趋提高,水性钢结构建筑涂料是零VOC排放的绿色环保涂料，是目前建筑钢结头涂料发展的主流方向。性能和功能与普通溶剂型涂料的差距是制约水性涂料发展的因素之一。高性能钢结构涂料在降低体系中的锌粉含量于70％以下，添加适量的导电碳纳米材料后，力学性能与防腐性能都有很大程度的提升。同时减少了锌污染，提高了防腐寿命，降低了维修成本。钢结构涂料的多功能化能够减少涂装工艺，缩短工期，提高效率，降低成本。 

 合作方式： 

技术转让或相关产品技术合作研发。