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第 6 期 王 娜，等: PEPA-EG/EP 复合涂料的制备及其阻燃防腐性能 ·1071·

1.3 结构表征与性能测试 炭层膨胀，使得导热系数增加，降低了阻燃性能。
采用背温测试法对涂料试样的耐火极限进行测 除此之外，过量的填料会导致其在固化过程中富集
试，用铁夹将厚度为（50±3） μm 的涂料试样固定， 于涂料表面，导致涂层表面产生微孔或微裂纹，进
然后置于酒精喷灯火焰的正上方，控制喷灯口离试 而导致膨胀炭层表面出现缺陷，无法有效阻止热传
样的距离为 8 cm，以开始灼烧到试样钢片背面温度 递，复合涂层的耐火时间下降。因此，EP2 的耐火
达到 500 ℃时的时间计为耐火极限;使用热重分析 时间最长，其钢片背温达到 500 ℃的时间为 38 min。
仪对通过烘箱 80 ℃干燥 24 h 的复合涂料试样进行
热重分析，扫描温度为 40~800 ℃，以 10 ℃/min
的速率进行升温，以氮气作为保护气体，分析材料
质量随温度升高的变化;按照 GB/T 10707—2008 [15]
要求，采用氧指数仪测定复合涂料的氧指数，试样
尺寸：150 mm×6.5 mm×3 mm；采用水平垂直燃烧
测定仪进行测试，试样长为（126±3）mm，宽为（13.0±
0.3）mm，厚为（3.0±0.2）mm；采用扫描电子显微
镜观察测试极限氧指数后样条外层残炭的炭层结

构；使用电化学工作站进行电化学测试，将涂料试
样厚度为（50±3）μm 的钢片固定在电解池上，以 图 1 钢板背温随时间变化图
Fig. 1 Change of back temperature of steel plate with time
NaCl（质量分数为 3.5%）溶液作为电解质溶液，实

验采用三电极体系，工作电极为涂层/金属复合电 2.1.2 热失重分析
极，辅助电极为铂电极，参比电极为饱和甘汞电极 图 2 是添加不同含量复合填料 EP 的 TG 曲线。
（SCE），在实验前两种参比电极均比照标准电极进 从图中可以看出，EP1、EP2、EP3、EP4 涂层的热
行相对电位校正，电化学阻抗谱测试频率范围设定 分解均分为 3 个阶段完成。其中，100~270 ℃左右
为 100 kHz~ 0.1 Hz，测试电压为开路电压，正弦波激 的失重主要是高聚物中未交联的小分子和 EG 受热
励信号幅值为 0.1 mV；采用拉开法附着力测试仪进 膨胀过程中插层剂分解引起的；270~380 ℃阶段的
行测量，测试方法为：将涂料样片表面及锭子进行粗 失重主要是 PEPA 受热分解生成强脱水性的聚磷酸，
略打磨，采用胶粘剂将涂层表面及锭子（直径 20 mm） 由于聚磷酸本身不易挥发、化学性质稳定、非常黏
粘接。待粘接剂固化完全后，按 ASTM D4541—02 稠，覆盖于 EP 表面，使被覆盖的含氧有机物迅速
标准 [16] 进行测量，每组试样选取 6 个样片进行测试， 脱水炭化所致；380 ℃以上的失重归因于甲基、亚
将测试所得值求平均值，即为该涂料试样与金属的 甲基和苯环等的炭化分解 [17-18] 。
附着力。

2 结果与讨论

2.1 PEPA-EG/EP 复合涂料阻燃性能
2.1.1 背温测试分析
如图 1 所示，和水性环氧树脂清漆试样（EP0）
相比，水性环氧复合涂料试样（EP1、EP2、EP3、
EP4 ）的耐 火时间有了 较为明显的 提升，说明
PEPA/EG 复合填料能明显增强 EP 的阻燃性能。对
于水性环氧复合涂料而言，5 min 内，钢板背面温度

迅速升到 270 ℃左右，此时复合涂料中的复合填料 图 2 PEPA-EG/EP 复合涂料的 TG 曲线
开始发挥作用。随着复合填料的增加，复合涂料中 Fig. 2 TG curves of PEPA-EG/EP composite coatings
PEPA 和 EG 的作用使得涂层表面缺陷减少，涂层的
致密性增强，形成更加连续并且致密的炭层，膨胀 为了进一步考察不同含量的复合填料对 EP 热
效果更加明显，有效阻止了热量传递，缓解了内部 稳定性的影响，将复合涂料失重率为 50%的温度
涂层的破坏，由此提高了耐火时间。当 PEPA-EG 复 （T 50% ）及 800 ℃的残炭量（W 800 ）列于表 2 进行
合填料的添加量继续增大时，EP3、EP4 的耐火时间 比较。通过图 2 可以看出，PEPA-EG/EP 复合涂料
均小于 EP2，这是由于过多复合填料的添加会抑制 的起始分解温度均高于 EP0，这是由于 EG 受热膨