Introdução: Revestimento intumescente — fazendo a estrutura de aço “resistir” aos críticos 180 minutos em chamas
Ponto fraco fatal das estruturas de aço (edifícios altos/pontes/instalações petroquímicas)Quando a temperatura sobe para >500°C — a resistência de escoamento do aço é reduzida pela metade — >600°C — perda da capacidade de suporte de carga — colapso estrutural
— a causa direta do colapso do World Trade Center em 11/09 — não foi o impacto do avião — mas a combustão do querosene de aviação (>1000°C) — falha do revestimento corta-fogo da estrutura de aço — amolecimento do aço — colapso em “pilha de panquecas” dos pavimentos. A missão da tinta intumescentesob a curva padrão de incêndio (ISO 834/temperatura ambiente→>500°C/5min→>800°C/30min→>1000°C/120min) — retardar a temperatura da estrutura de aço de >1000°C para 60-180 minutos
— este é o valor da tinta intumescente “usar alguns milímetros de revestimento — para salvar centenas de vidas”.
O revestimento intumescente ignífugo é um tipo de tinta funcional especial composta por três componentes funcionais — a fonte de ácido (fosfato de amônia polimerizado APP — catalisa a desidratação e formação de carvão), a fonte de carbono (pentaeritritol PER — fornece a estrutura de carbono) e a fonte de gás (melamina MEL — expansão e formação de espuma) — combinados com a resina aglutinante (epóxi/acrílico/alcídica) — que, sob alta temperatura de incêndio (>200°C), através de três etapas de reação “catálise ácida e desidratação → carbonização → expansão por gás” — o revestimento expande >50-100 vezes — forma uma camada de carvão espumoso porosa com >2-5cm de espessura (condutividade térmica <0.1W/m·K) — mantém a temperatura da estrutura de aço subjacente em faixa segura (<140°C) por 60-180 minutos — protegendo a integridade da estrutura do edifício e a segurança das pessoas.
I. O sistema químico de “três fontes” dos revestimentos intumescentes à prova de fogo
| Componente | Composto representativo | Temperatura de decomposição(°C) | Mecanismo de ação | Proporção típica(%) | Indicadores-chave de qualidade |
|---|---|---|---|---|---|
| Fonte de ácido(Agente desidratante) | APP(fosfato de amônio polimerizado/grau de polimerização>1000) | >215°C——libera ácido polifosfórico | O ácido polifosfórico catalisa a desidratação e esterificação dos -OH da fonte de carbono(PER)——forma ésteres fosfóricos——sofre pirólise adicional——carbonização”catalisador de desidratação e formação de carbono” | 25-35 | Grau de polimerização>1000(resistente à água/não migratório)/teor de P₂O₅>55%/solubilidade em água<0,5g/100ml |
| Fonte de carbono(Carbonificante) | PER(pentaeritritol/dipentaeritritol) | >250°C(em coexistência com APP——esterificação antecipada) | Os múltiplos grupos hidroxila(-OH) sofrem esterificação com o ácido polifosfórico——desidratam——carbonizam——formam uma camada de carbono grafitizada(“esqueleto de carbono”) | 10-15 | Pureza>98%/teor de hidroxila(OH% teórico=58,8%)/finura<50μm |
| Fonte de gás(Espumante) | MEL(melamina) | >300°C——sublimação+decomposição | Sublima e decompõe sob calor——libera gases inertes como NH₃/N₂/CO₂——”incha” a camada de carbono fundida formando espuma——taxa de expansão>50×——espessura da camada de carbono>2-5cm | 10-15 | Pureza>99%/faixa estreita de temperatura de decomposição(300-350°C”espuma concentrada”) |
| Resina base | Epóxi/acrílico/alcídica | Variável(>150°C amolece) | Em baixa temperatura——fornece integridade física e adesão do revestimento——em>200°C——a resina amolece——torna-se o ”portador fundido” para o gás inflar——a fonte de carbono/fonte de ácido reagem na resina | 25-40 | Tg/ponto de amolecimento——compatível com a temperatura de reação de APP/PER/MEL”sincronizado com as três fontes” |
Perguntas Frequentes
Q1: A proporção clássica de APP/PER/MEL (3:1:1) — por que esta proporção — o que acontece se houver desvio?
3:1:1 (APP:PER:MEL — proporção em peso) é a “sinergia ótima” obtida após >40 anos de otimização e inúmeros testes de formulação (1) APP é dominante (>50% das três fontes totais) — porque é necessário polifosfato suficiente — catalisar a esterificação de todos os -OH do PER — APP insuficiente — parte do PER não é esterificada — não forma carvão — a camada de carvão tem “estrutura frouxa” — taxa de expansão <20 — tempo de resistência ao fogo <30min
; (2) PER 10-15% — estrutura de carvão “esqueleto” suficiente mas não excessiva — PER em excesso — camada de carvão muito densa — difícil inflar pela fonte de gás “má expansão” — PER insuficiente — camada de carvão muito fina “rompe” sem isolamento térmico; (3) MEL 10-15% — fornece gás adequado — MEL em excesso “espuma excessiva” camada de carvão muito espessa mas “porosa e frágil” baixa resistência estrutural — sob o impacto da chama a camada de carvão “explode e desprende” — MEL insuficiente “espuma insuficiente” camada de carvão fina — sem isolamento térmico. Desvio de formulação de ±2% — o desempenho de resistência ao fogo pode cair >30% — a proporção das “três fontes” — é a “formulação de vida” da tinta intumescente.
Q2: Por que a “condutividade térmica” da camada de carbono expandido > camada de carbono de 2cm de espessura consegue reduzir 1000°C para <140°C?
Camada de carbono expandido — estrutura de espuma (poros fechados/abertos —> 90% de porosidade) — preenchida com gás inerte N₂/CO₂ — condutividade térmica do gás (>0.01-0.03W/m·K — muito inferior ao aço >50 — carbono >5)condutividade térmica efetiva da camada de carbono como um todo <0.1W/m·K — é 1/500 do aço
. (1) Lei de Fourier — fluxo de calor estacionário através da camada de carbono Q=(k/δ)×(T_fogo-T_aço) — k=0.1 — δ=0.03m (>3cm de camada de carbono) — diferença de temperatura ΔT≈900°C — Q≈3000W/m² — e a estrutura de aço dissipa calor para o ambiente — consegue suportar este fluxo de calor — temperatura do aço estabiliza em <140°C; (2) camada de carbono 3× — aço >500°C — falha. A “espessura” da camada de carbono é determinada pelo fator de expansão (>50× — DFT inicial de 50μm — expande→>2.5cm de camada de carbono — 5cm de camada de carbono). “Espessura é vida” — é por isso que o DFT da tinta intumescente precisa ser >0.5-5mm — de 10 a 100 vezes mais espesso que o revestimento anticorrosivo convencional.
Q3: Epóxi, acrílico, alquídico — qual base é mais adequada para o sistema APP/PER/MEL?
(1) Epóxi — excelente resistência química + aderência — mas o epóxi a >200°Cnão amolece e degrada diretamente — carboniza — a camada de carbono é “dura e quebradiça” e sob o arraste da chama “trinca fragilmente”, o desempenho à prova de fogo é instável — geralmente é necessário adicionar “agentes tenacificantes” (fosfato — plastificante sólido — para melhorar a tenacidade da camada de carbono) — o sistema epóxi é adequado para interior/sem UV
(tanques de armazenamento — petroquímica — ambiente químico “proteção contra fogo epóxi — tipo espessura elevada”); (2) Acrílico — baixo Tg — temperatura de amolecimento (>100-150°C) — janela de reação compatível com APP/PER/MEL “melhor portador fundido” camada de carbono uniforme — taxa de expansão estável — excelente resistência às intempéries — estruturas de aço externas”
— é a base principal atual das tintas intumescentes (>60% de participação de mercado) — mas resistência química < epóxi — não adequado para ambientes de ácido/base forte; (3) Alquídico — secagem lenta — reticulação por oxidação — filme relativamente espesso — mas o alquídico contém C=C insaturado — a >200°C — degradação oxidativa — estrutura da camada de carbono solta “alta taxa de expansão mas baixa resistência” desempenho à prova de fogo muito variável — atualmente participação de mercado em tintas intumescentes <10%
— substituído principalmente pelo acrílico.
Q4: Diferenças de aplicação entre o “tipo de espessura grossa” (>2mm) e o “tipo de espessura fina” (<0.5mm) no revestimento intumescente?
Tipo de espessura grossa (à base de epóxi — DFT>2-5mm) — (1) Requer aplicação em múltiplas demãos (cada demão <1mm — evitar fissuras — pois o revestimento grosso retrai + libera calor — acumula tensão interna “fissura de lama”) — >5 demãos — intervalo entre demãos >6h (seco à superfície)
; (2) Ferramentas de aplicação — espátula/bico duplo/ “bomba de pulverização sem ar — pressão >250bar — pois a viscosidade da tinta é extremamente alta (>2000mPa·s) — contém grande quantidade de fase sólida APP/PER/MEL (>60% em peso — sólido “arenoso” entupimento de tubulação — requer diâmetro de tubo >1/2 polegada + bomba de argamassa”; (3) Cura — >7-14 dias — temperatura ambiente >5°C — umidade <85% “reticulação epóxi completa — só então teste de resistência ao fogo — não totalmente curado — desempenho de resistência ao fogo cai severamente”. Tipo de espessura fina (acrílico — DFT<0.5mm) — (1) demão única (>0.2mm) ou dupla — pulverização sem ar comum “aplicação simples — boa aparência — pode servir como decoração arquitetônica”; (2) porém limite de resistência ao fogo <60min (0.5mm DFT) — > tipo de espessura grossa — pode >180min (>3mm DFT). “Fina — estética — curta resistência ao fogo — edifícios/shopping — grossa — industrial — longa resistência ao fogo — petroquímica — túneis”.
Q5: Qual é a relação entre GB 14907-2018 (Revestimento intumescente para estruturas de aço) e a ISO 834 (curva padrão de elevação de temperatura em incêndio)?
A curva ISO 834”incêndio padrão——tempo-temperatura——T=20+345×log₁₀(8t+1)——t=minutos——1h→945°C——2h→1033°C——3h→1082°C——4h→1114°C”este é um modelo genérico de elevação de temperatura em incêndio de edifícios——a curva padrão de fonte de fogo para testes de resistência ao fogo em todo o mundo”. GB 14907-2018——obrigatório na China——(1)cita a ISO 834 como condição de elevação de temperatura (equivalente”condição de elevação de temperatura——GB/T 9978——ISO 834″)——(2)acrescenta——limite de resistência ao fogo——R(resistência)/E(integridade)/I(isolamento térmico)——>0,5h——1h——1,5h——2h——2,5h——3h——seis classes——alinhado com as classes de resistência ao fogo do GB 50016 (Norma de projeto de prevenção de incêndios em edifícios). GB”equivalente à ISO——condições de teste idênticas——classes de resistência ao fogo——formato chinês——R/E/I”.
Leituras relacionadas
Resumo
Revestimento intumescente retardante de fogo — fonte ácida (APP — desidratação catalítica) + fonte de carbono (PER — esqueleto de carbono) + fonte de gás (MEL — expansão) — em incêndio >200°C ocorrem as três reações “esterificação desidratação catalisada por ácido — carbonização — inflação por gás” — a “espessura de 0,5-5 mm” do revestimento intumesce para uma camada de espuma de carbono >2-5 cm — condutividade térmica <0,1 — mantém a temperatura do aço estrutural abaixo de 60-180 minutos. Kexin New Materials produz diversos tipos de revestimentos retardantes de fogo — certificação GB 14907 “silencioso — porém — em contato com o fogo, entra em ação — revestimento de milímetros — que compra tempo de vida — a ‘armadura’ química”.