Aerogel fireproof coating
硅气凝胶在防火涂料中的应用研究
用作涂料的填料，会使涂料具备隔热、耐高温、防火、吸附、光催化和隔音吸声等特殊功能。
研究不同涂层厚度下SiO2气凝胶掺量对防火涂料耐火性能的影响以及涂层厚度与涂料耐火性能的关系。
- ▪热导率低： 0.008~0.043 W/(m·K)
- ▪比表面积大：800~1000 m2/g
- ▪孔隙率大 ： 80.0%~99.8%
- ▪表观密度： 0.003~0.35 g/cm3
随着社会的进步，科技的发展，建筑材料不断的更新换代，大型建筑物如雨后春笋般的不断增多。钢结构因其强度高、自重轻、基础造价低、安装容易、抗震性能好、可回收利用等综合优点，在一些大跨度或超高建筑如机场、宾馆、火车站、展览馆、体育馆等建筑中得到大量应用，发展十分迅猛。但是，钢结构建筑的耐火性能远比钢筋混凝土结构要差，而且钢材本身就是热的良导体。钢材的机械强度随温度的上升而下降，当温度达到某一值的时候，钢材便失去承载能力。在建筑物火灾中，火场的温度大约在 800-1200℃之间，未加防火保护的裸露钢结构几分钟内自身温度即可达 500℃左右，其机械强度会迅速下降到 40%-50%从而失去承载作用，出现扭曲变形甚至坍塌，造成重大的财产损失和人员伤亡。
- 2001年9月11日美国纽约的恐怖袭击事件中
装满燃油的飞机撞击世贸大厦后发生爆炸引起火灾，美国标准和技术学会(NIST)的专家们认为，导致世贸大厦坍塌的原因并不是飞机的撞击，而是飞机撞击大厦，导致涂覆在大厦钢结构表面的防火涂料脱落，裸露的钢材在火场的温度下迅速上升，钢材失去承载能力，导致大厦的坍塌，造成大量人员伤亡和重大经济损失。
Event 1 - 1989年3月1日全钢结构建筑北京中国国际贸易中心宴会厅内发生火灾
燃烧持续近 3 小时，顶上的现浇混凝土楼板被烧炸裂露出了钢筋。尽管如此，由于钢梁和钢柱上涂覆了钢结构防火涂料，即使涂料表层被 1000℃的高温烧成了釉状，但涂层内部也无明显变化，仍牢固地附着在钢基材上，所以经过了 3小时的火灾，结构整体完好无损。
Event 2
因此对钢结构建筑物进行防火保护具有十分重要的意义，目前国内外使用的保护措施是在钢结构表明涂覆一层防火涂料，在遇到火焰冲击时，涂层本身难燃甚至不燃，起到防火隔热的保护作用，能有效延缓火势的发展、阻止火焰的蔓延，防止钢材在火灾中的温度迅速上升导致其力学强度下降，避免钢结构失去支撑能力导致建筑物坍塌，对基材起到很好的保护作用，为消防灭火以及人员的撤离赢得了宝贵的时间。
- 水性薄型钢结构
防火涂料以水为分散介质，减少VOC的排放量，降低涂料在生产、施工、应用等环节中对人体的危害和对环境的污染，符合节能减排、绿色环保的发展趋势，是钢结构防火涂料的主要发展方向之一。
- 传统的溶剂型
钢结构防火涂料含有大量的挥发性有机物(VOC)，其应用越来越受到限制，甚至被禁用
针对以上所述问题，并根据我国的实际情况与市场对高性能水性钢结构防火涂料的需求，洛阳浪潮消防科技有限公司决定开展高性能水性膨胀型钢结构防火涂料的研究。本项目拟从水性防火涂料的基本组成着手，研究防火涂料中各种因素对水性防火涂料性能的影响机制，开发出性能优异的水性膨胀型钢结构防火涂料。同时，还将对水性防火涂料中成膜物质的热降解机理及纳米SiO2气凝胶绝热材料在水性防火涂料中的应用进行研究，为设计和开发高性能的水性膨胀型型钢结构防火涂料提供技术支持和理论依据。所以，本项目具有重要的理论意义和实用价值。
主要研究内容和核心技术
- 01阻燃剂中催化剂、成炭剂和发泡剂三者之间发挥协同效应的配比
阻燃剂中这三种物质均有其不同作用，任何一种物质的含量过多或过少，都会对阻燃剂的阻燃效果起到不良影响，下表中列出了这三种物质含量过多或过少时对阻燃剂阻燃效果的影响。
含量 成碳剂 发泡剂 催化剂 过多 碳层太厚 易将炭层冲破 挤占其他物质空间 膨胀发泡效果受限 膨胀效果受限 过少 炭层太薄 很难将炭层顶起 成炭剂难以完全脱 易被生成气体冲破 水成炭 针对这三种物质设计试验，研究三者对阻燃剂阻燃效果的影响因素
排序及比例。- 02乳液的选取
阻燃剂中这三种物质均有其不同作用，任何一种物质的含量过多或过少，都会对阻燃剂的阻燃效果起到不良影响，下表中列出了这三种物质含量过多或过少时对阻燃剂阻燃效果的影响。
含量 成碳剂 发泡剂 催化剂 过多 碳层太厚 易将炭层冲破 挤占其他物质空间 膨胀发泡效果受限 膨胀效果受限 过少 炭层太薄 很难将炭层顶起 成炭剂难以完全脱 易被生成气体冲破 水成炭 针对这三种物质设计试验，研究三者对阻燃剂阻燃效果的影响因素
排序及比例。- 03涂料中颜基比（即颜填料与乳液基料的比例）的确定
阻燃剂中这三种物质均有其不同作用，任何一种物质的含量过多或过少，都会对阻燃剂的阻燃效果起到不良影响，下表中列出了这三种物质含量过多或过少时对阻燃剂阻燃效果的影响。
含量 成碳剂 发泡剂 催化剂 过多 碳层太厚 易将炭层冲破 挤占其他物质空间 膨胀发泡效果受限 膨胀效果受限 过少 炭层太薄 很难将炭层顶起 成炭剂难以完全脱 易被生成气体冲破 水成炭 针对这三种物质设计试验，研究三者对阻燃剂阻燃效果的影响因素
排序及比例。- 04无机填料对钢结构防火涂料性能的影响
阻燃剂中这三种物质均有其不同作用，任何一种物质的含量过多或过少，都会对阻燃剂的阻燃效果起到不良影响，下表中列出了这三种物质含量过多或过少时对阻燃剂阻燃效果的影响。
含量 成碳剂 发泡剂 催化剂 过多 碳层太厚 易将炭层冲破 挤占其他物质空间 膨胀发泡效果受限 膨胀效果受限 过少 炭层太薄 很难将炭层顶起 成炭剂难以完全脱 易被生成气体冲破 水成炭 针对这三种物质设计试验，研究三者对阻燃剂阻燃效果的影响因素
排序及比例。- 05硅气凝胶对防火涂料的性能影响
阻燃剂中这三种物质均有其不同作用，任何一种物质的含量过多或过少，都会对阻燃剂的阻燃效果起到不良影响，下表中列出了这三种物质含量过多或过少时对阻燃剂阻燃效果的影响。
含量 成碳剂 发泡剂 催化剂 过多 碳层太厚 易将炭层冲破 挤占其他物质空间 膨胀发泡效果受限 膨胀效果受限 过少 炭层太薄 很难将炭层顶起 成炭剂难以完全脱 易被生成气体冲破 水成炭 针对这三种物质设计试验，研究三者对阻燃剂阻燃效果的影响因素
排序及比例。- 06阻燃机理研究
阻燃剂中这三种物质均有其不同作用，任何一种物质的含量过多或过少，都会对阻燃剂的阻燃效果起到不良影响，下表中列出了这三种物质含量过多或过少时对阻燃剂阻燃效果的影响。
含量 成碳剂 发泡剂 催化剂 过多 碳层太厚 易将炭层冲破 挤占其他物质空间 膨胀发泡效果受限 膨胀效果受限 过少 炭层太薄 很难将炭层顶起 成炭剂难以完全脱 易被生成气体冲破 水成炭 针对这三种物质设计试验，研究三者对阻燃剂阻燃效果的影响因素
排序及比例。
Key issues to be addressed
重点解决的关键问题
01成膜物质（乳液）以及复配乳液对钢结构防火涂料耐火性能的影响，确定乳液类型以及含量
02阻燃剂的所有组分当中，发泡倍率的主要因素的决定因素
03多聚磷酸铵(APP)、季戊四醇(PER)和三聚氰胺( MEL)三种物料的配比
04颜填料对钢结构防火涂料耐火性能的影响，确定颜填料（如钛白粉、氢氧化铝、氢氧化镁、可膨胀石墨等）的含量
05二氧化硅气凝胶对涂料防火隔热性能的影响，确定气凝胶的添加量
