Abstract Mapping the performance of intumescent coatings as a function of concentration of ingredients is of great significance for formulation optimization. In this work, the effects of ammonium polyphosphate (APP), melamine (MEL), TiO2, CaCO3, and vitreous silicate fiber, were investigated on the fire-resistance performance of selected zinc borate (ZB)-containing and ZB-free hydrocarbon intumescent coatings with exposure to the hydrocarbon fire testing curve UL 1709. Owing to the promoted interactions of APP with epoxy binder and zinc borate, increasing levels of APP in the ZB-containing coatings enhanced the critical times of steel substrate and the formation of macroporous and compact char layers. In contrast, when increasing the content of MEL, the performance of the ZB-containing coatings generally declined, due mainly to the restricted char formation resulting from the decreased binder content. Among the investigated formulations, the coating with 25 wt.% APP or 5 wt.% MEL obtained the best performance. The oxides TiO2 and CaCO3, and the fiber barely had effects on the performance of the ZB-containing intumescent coatings, but the critical times and char appearance were strongly affected for the ZB-free coatings. Increasing the content of any of the three inorganics led to reduced expansion of the ZB-free coatings, but improved the chars with more mechanically stable structures. The longest critical times (e.g. to 550 °C) were found with the ZB-free formulations containing 1.5 wt.% TiO2 (87.7 min), 2.5 wt.% CaCO3 (86.3 min), and 5 wt% vitreous silicate fiber (85.1 min).

中文翻译：

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涂层成分对烃类膨胀涂层炭热性能和形态结构的影响

摘要 将膨胀型涂料的性能作为成分浓度的函数进行绘制对于配方优化具有重要意义。在这项工作中，研究了聚磷酸铵 (APP)、三聚氰胺 (MEL)、TiO2、CaCO3 和玻璃硅酸盐纤维对选定的含硼酸锌 (ZB) 和不含 ZB 的碳氢化合物膨胀材料的耐火性能的影响。 UL 1709 碳氢化合物燃烧测试曲线的涂层。由于 APP 与环氧粘合剂和硼酸锌的相互作用，含 ZB 涂层中 APP 水平的增加提高了钢基材的临界时间和大孔和致密物的形成炭层。相比之下，当增加 MEL 含量时，含 ZB 涂层的性能普遍下降，主要是由于粘合剂含量减少导致炭形成受限。在所研究的配方中，含有 25 wt.% APP 或 5 wt.% MEL 的涂层获得了最佳性能。氧化物 TiO2 和 CaCO3 以及纤维对含 ZB 膨胀涂层的性能几乎没有影响，但对于不含 ZB 的涂层，临界时间和炭化外观受到强烈影响。增加三种无机物中任何一种的含量都会导致无 ZB 涂层的膨胀减少，但改善了具有更机械稳定结构的炭。最长的临界时间（例如至 550 °C）发现于含有 1.5 wt.% TiO2（87.7 分钟）、2.5 wt.% CaCO3（86.3 分钟）和 5 wt% 玻璃状硅酸盐纤维（85.1 分钟）的无 ZB 配方）。在所研究的配方中，含有 25 wt.% APP 或 5 wt.% MEL 的涂层获得了最佳性能。氧化物 TiO2 和 CaCO3 以及纤维对含 ZB 膨胀涂层的性能几乎没有影响，但对于不含 ZB 的涂层，临界时间和炭化外观受到强烈影响。增加三种无机物中任何一种的含量都会导致无 ZB 涂层的膨胀减少，但改善了具有更机械稳定结构的炭。最长的临界时间（例如至 550 °C）发现于含有 1.5 wt.% TiO2（87.7 分钟）、2.5 wt.% CaCO3（86.3 分钟）和 5 wt% 玻璃状硅酸盐纤维（85.1 分钟）的无 ZB 配方）。在所研究的配方中，含有 25 wt.% APP 或 5 wt.% MEL 的涂层获得了最佳性能。氧化物 TiO2 和 CaCO3 以及纤维对含 ZB 膨胀涂层的性能几乎没有影响，但对于不含 ZB 的涂层，临界时间和炭化外观受到强烈影响。增加三种无机物中任何一种的含量都会导致无 ZB 涂层的膨胀减少，但改善了具有更机械稳定结构的炭。最长的临界时间（例如至 550 °C）发现于含有 1.5 wt.% TiO2（87.7 分钟）、2.5 wt.% CaCO3（86.3 分钟）和 5 wt% 玻璃状硅酸盐纤维（85.1 分钟）的无 ZB 配方）。纤维对含 ZB 膨胀涂层的性能几乎没有影响，但对无 ZB 涂层的临界时间和炭化外观影响很大。增加三种无机物中任何一种的含量都会导致无 ZB 涂层的膨胀减少，但改善了具有更机械稳定结构的炭。最长的临界时间（例如至 550 °C）发现于含有 1.5 wt.% TiO2（87.7 分钟）、2.5 wt.% CaCO3（86.3 分钟）和 5 wt% 玻璃状硅酸盐纤维（85.1 分钟）的无 ZB 配方）。纤维对含 ZB 膨胀涂层的性能几乎没有影响，但对无 ZB 涂层的临界时间和炭化外观影响很大。增加三种无机物中任何一种的含量都会导致无 ZB 涂层的膨胀减少，但改善了具有更机械稳定结构的炭。最长的临界时间（例如至 550 °C）发现于含有 1.5 wt.% TiO2（87.7 分钟）、2.5 wt.% CaCO3（86.3 分钟）和 5 wt% 玻璃状硅酸盐纤维（85.1 分钟）的无 ZB 配方）。