Effect of various additives on performance of polyester coating as fire protection material for steel

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Larismaa, Juha
dc.contributor.advisor Chen, Qian
dc.contributor.author Lipiäinen, Harri
dc.date.accessioned 2014-06-25T09:26:03Z
dc.date.available 2014-06-25T09:26:03Z
dc.date.issued 2014-06-23
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/13555
dc.description.abstract Intumescent coatings are fire protection materials which expand due to the heat of a fire. High porosity and thickness of the expanded layer provide it with a high thermal resistance. Organic intumescent coatings also transform into a thermally stable char. Intumescent coatings have four basic components: a gas source, a binder, a charring catalyst and a carbon source. Thermal decomposition of the gas source produces bubbles in the binder material, while the charring catalyst reacts with the carbon source into char. The components should be compatible with each other and the binder should have an appropriate viscosity to trap the gas being generated. The produced char should have a high porosity, a small pore size and a uniform structure. In addition, it should be mechanically and thermally stable. A polyester coating was modified by introducing various additives into it with the purpose of increasing thermal resistance it has during a fire. Ammonium polyphosphate (charring catalyst), pentaerythritol (carbon source) and melamine (gas source) were added into the coating. Effects of Mg(OH)2, Mg(OH)2-SiO2 core-shell particles, SiO2 microspheres and graphene oxide on the performance of the intumescent formulation were studied. A custom fire test using a Bunsen burner was developed for this purpose. Further testing was performed using a cone heater of a standard cone calorimeter. A 400 micrometre coating using a composition with 50 m-% of a mixture of ammonium polyphosphate, pentaerythritol and melamine (molar ratio 2:1:1) expanded by a factor of 19 in the custom fire test and showed improvement in thermal resistance compared to the unmodified coating. Its expansion was reduced by low coating viscosity during fire testing. Other additives had an adverse effect on the performance of the coating. Mg(OH)2 and SiO2 increased the viscosity of the coating, but the 400 micrometre coatings with these additives had low expansion factors. In the fire tests using the cone heater, all compositions failed to expand and provided little insulation. en
dc.description.abstract Paisuvat pinnoitteet laajenevat lämmön vaikutuksesta, muodostaen paksun ja huokoisen kerroksen, joka suojaa tulipalon vaikutukselta. Paisumisen yhteydessä orgaaniset paisuvat pinnoitteet myös hiiltyvät termisesti vakaaksi aineeksi. Paisuvat pinnoitteet koostuvat neljästä peruskomponentista, jotka ovat kaasun lähde, sideaine, hiiltymisen katalytti ja hiilen lähde. Hajotessaan lämmön vaikutuksesta kaasun lähde muodostaa kuplia sideaineeseen. Hiiltymisen katalyytti puolestaan reagoi hiilen lähteen kanssa muodostaen hiiltymää. Jotta materiaali paisuisi tehokkaasti, käytettyjen lisäaineiden tulee sopia keskenään yhteen ja sideaineen viskositeetin on oltava sopiva estääkseen kaasujen karkaamisen. Paisunut hiiltymä suojaa tehokkaasti alustaansa, jos sillä on korkea huokoisuus, pieni huokoskoko ja tasainen rakenne sekä jos se on sitkeää ja termisesti vakaata. Polyesteripinnoitteen palosuojaominaisuuksia pyrittiin parantamaan sekoittamalla siihen eri lisäaineita. Ammoniumpolyfosfaattia (hiiltymisen katalyytti), pentaerytritolia (hiilen lähde) ja melamiinia (kaasun lähde) lisättiin pinnoitteeseen, jotta se paisuisi lämmön vaikutuksesta. Mg(OH)2:n, Mg(OH)2-SiO2 core-shell hiukkasten, tyhjien SiO2 mikrokapselien ja grafeenioksidin vaikutusta seokseen tutkittiin. Tutkimusta varten kehitettiin bunsenpoltinta käyttävä tulikoemenetelmä. Jatkotutkimuksia tehtiin kartiokalorimetriä käyttäen. 400 mikrometrin paksuinen pinnoite, joka sisälsi 50 m-% ammoniumpolyfosfaattia, pentaerytritolia ja melamiinia moolisuhteissa 2:1:1, paisui kehitetyssä koejärjestelyssä 19-kertaiseksi ja toimi huomattavasti parempana eristeenä kuin alkuperäinen polyesteripinnoite. Lisäaineiden tehoa vaikutti heikentävän pinnoitteen matala viskositeetti tulikokeen aikana. Mg(OH)2 ja SiO2 vaikuttivat kasvattavan sulaneen pinnoitteen viskositeettia, mutta niiden läsnäolo kuitenkin vähensi pinnoitteen paisumakerrointa. Kartiokalorimetria käyttävissä tulikokeissa yksikään tutkittu näyte ei paisunut, mistä johtuen ne eivät kyenneet toimimaan tehokkaina eristeinä. fi
dc.format.extent 89 + 7
dc.language.iso en en
dc.title Effect of various additives on performance of polyester coating as fire protection material for steel en
dc.title Eri lisäaineiden vaikutus polyesteripinnoitteen toimintaan teräksen palosuojamateriaalina fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö en
dc.contributor.school Kemian tekniikan korkeakoulu fi
dc.subject.keyword intumescent coating en
dc.subject.keyword steel en
dc.subject.keyword DFT en
dc.subject.keyword viscosity en
dc.subject.keyword polyester en
dc.subject.keyword APP en
dc.subject.keyword pentaerythritol en
dc.subject.keyword melamine en
dc.subject.keyword magnesium hydroxide en
dc.subject.keyword graphene oxide en
dc.subject.keyword silica en
dc.subject.keyword encapsulation en
dc.subject.keyword W/O en
dc.subject.keyword sol-gel en
dc.subject.keyword paisuva pinnoite fi
dc.subject.keyword teräs fi
dc.subject.keyword kalvonpaksuus fi
dc.subject.keyword viskositeetti fi
dc.subject.keyword polyesteri fi
dc.subject.keyword APP fi
dc.subject.keyword pentaerytritoli fi
dc.subject.keyword melamiini fi
dc.subject.keyword magnesiumhydroksidi fi
dc.subject.keyword grafeenioksidi fi
dc.subject.keyword piidioksidi fi
dc.subject.keyword kapselointi fi
dc.subject.keyword W/O fi
dc.subject.keyword sooli-geeli fi
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201408272511
dc.programme.major Soveltava materiaalitiede fi
dc.programme.mcode MT3001 fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Hannula, Simo-Pekka
dc.programme MTE - Materiaalitekniikan koulutusohjelma fi
dc.location PK fi


Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account