Optimization of wastepaper sludge ash (WSA) in robust cementitious systems

Abstract : Wastepaper sludge ash (WSA) is generated by a cogeneration station by burning wastepaper sludge. It mainly consists of amorphous aluminosilicate phase, anhydrite, gehlenite, calcite, lime, C2S, C3A, quartz, anorthite, traces of mayenite. Because of its free lime content (~10%), WSA suspension has a high pH (13). Previous researchers have found that the WSA composition has poor robustness and the variations lead to some unsoundness for Portland cement (PC) blended WSA concrete. This thesis focused on the use of WSA in different types of concrete mixes to avoid the deleterious effect of the expansion due to the WSA hydration. As a result, WSA were used in making alkali-activated materials (AAMs) as a precursor source and as a potential activator in consideration of its amorphous content and the high alkaline nature. Moreover, the autogenous shrinkage behavior of PC concrete at low w/b ratio was used in order to compensate the expansion effect due to WSA. The concrete properties as well as the volume change were investigated for the modified WSA blended concrete. The reaction mechanism and microstructure of newly formed binder were evaluated by X-ray diffraction (XRD), calorimetry, thermogravimetric analysis (TGA), scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). When WSA was used as precursor, the results showed incompatible reaction between WSA and alkaline solution. The mixtures were not workable and provided very low compressive strength no matter what kinds of chemical activators were used. This was due to the metallic aluminum in WSA, which releases abundant hydrogen gas when WSA reacts with strong alkaline solution. Besides, the results of this thesis showed that WSA can activate the glassy phase contained in slag, glass powder (GP) and class F fly ash (FFA) with an optimum blended ratio of 50:50. The WSA/slag (mass ratio of 50:50) mortar (w/b of 0.47) attained 46 MPa at 28 days without heat curing assistance. A significant fast setting was noticed for the WSA-activated binder due to the C3A phase, free lime and metallic aluminum contained in the WSA. Adding 5% of gypsum can delay the fast setting, but this greatly increased the potential risk of intern sulfate attack. The XRD, TGA and calorimetry analyses demonstrated the formation of ettringite, C-S-H, portlandite, hydrogarnet and calcium carboaluminate in the hydrated binder. The mechanical performance of different binder was closely related to the microstructure of corresponding binder which was proved by the SEM observation. The hydrated WSA/slag and WSA/FFA binder formed a C-A-S-H type of gel with lower Ca/Si ratio (0.47~1.6). A hybrid gel (i.e. C-N-A-S-H) was observed for the WSA/GP binder with a very low Ca/Si ratio (0.26) and Na/Si ratio (0.03). The SEM/EDX analyses displayed the formation of expansive gel (ettringite and thaumasite) in the gypsum added WSA/slag concrete. The gradual emission of hydrogen gas due to the reaction of WSA with alkaline environment significantly increased the porosity and degraded the microstructure of hydrated matrix after the setting. In the last phase of this research WSA-PC blended binder was tailored to form a high autogenous shrinkage concrete in order to compensate the initial expansion. Different binders were proportioned with PC, WSA, silica fume or slag. The microstructure and mechanical properties of concrete can be improved by decreasing w/b ratios and by incorporating silica fume or slag. The 28-day compressive strength of WSA-blended concrete was above 22 MPa and reached 45 MPa when silica fume was added. The PC concrete incorporating silica fume or slag tended to develop higher autogenous shrinkage at low w/b ratios, and thus the ternary binder with the addition of WSA inhibited the long term shrinkage due to the initial expansion property to WSA. In the restrained shrinkage test, the concrete ring incorporating the ternary binder (PC/WSA/slag) revealed negligible potential to cracking up to 96 days as a result of the offset effect by WSA expansion. The WSA blended regular concrete could be produced for potential applications with reduced expansion, good mechanical property and lower permeability.

Design of unique composites based on aromatic thermosetting copolyesters

Aromatic thermosetting copolyester (ATSP) has promise in high-temperature applications. It can be employed as a bulk polymer, as a coating and as a matrix for carbon fiber composites (ATSP/C composites). This work focuses on the applications of high performance ATSP/C composites. The morphology of the ATSP matrix in the presence of carbon fiber was studied. The effect of liquid crystalline character of starting oligomers used to prepare ATSP on the final crystal structure of the ATSP/C composite was evaluated. Matrices obtained by crosslinking of both liquid crystalline oligomers (ATSP2) and non-liquid crystalline oligomers (ATSP1) tend to crystallize in presence of carbon fibers. The crystallite size of ATSP2 is 4 times that of ATSP1. Composites made from ATSP2 yield tougher matrices compared to those made from ATSP1. Thus toughened matrices could be achieved without incorporating any additives by just changing the morphology of the final polymer. The flammability characteristics of ATSP were also studied. The limiting oxygen index (LOI) of bulk ATSP was found to be 40% whereas that of ATSP/C composites is estimated to be 85%. Thus, ATSP shows potential to be used as a flame resistant material, and also as an aerospace reentry shield. Mechanical properties of the ATSP/C composite were characterized. ATSP was observed to bond strongly with reinforcing carbon fibers. The tensile strength, modulus and shear modulus were comparable to those of conventionally used high temperature epoxy resins. ATSP shows a unique capability for healing of interlaminar cracks on application of heat and pressure, via the Interchain Transesterification Reaction (ITR). ITR can also be used for reduction in void volume and healing of microcracks. Thus, ATSP resin systems provide a unique intrinsic repair mechanism compared to any other thermosetting systems in use today. Preliminary studies on measurement of residual stresses for ATSP/C composites indicate that the stresses induced are much lower than that in epoxy/C composites. Thermal fatigue testing suggests that ATSP shows better resistance to microcracking compared to epoxy resins.

Caracterização Microestrutural e Tribocorrosiva de Sistemas Metalocerâmicos Odontológicos do Tipo Ni-Cr/Porcelana E Ni-Cr/Ti/Porcelana

The partial fixed prosthodontics restoration is used to rehabilitate form and function of partial or total compromised teeth, having to remain permanently joined to remainder tooth. The most useful material on prosthodontics is the feldspar porcelain, commercialized as aluminosilicate powders. Dental porcelains are presented with limited mechanical properties to rehabilitate extensive spaces. The association with Ni-Cr metallic systems (metal-ceramic system) allows that the metallic substructure compensates the fragile porcelain nature, preserving the thermal insulation and aesthetics desirable, as well as reducing the possibility of cracking during matication efforts. Cohesive flaws by low mechanical strength connect the metallic substructure to the oral environment, characterized by a electrolytic solution (saliva), by aggressive temperature, pH cyclic changes and mechanical requests. This process results on ionic liberation that could promote allergic or inflammatory responses, and/or clinical degradation of ceramometal system. The aim of this study was to evaluate the presence of an intermediate titanium layer on the microscopic fracture behavior of porcelains on ceramometal systems. Plasma deposition of titanium films result in regular passivating oxide layers which act as barriers to protect the metallic substrate against the hazardous effects of corrosive saliva. Tribocorrosion tests were performed to simulate the oral environment and mechanical stress, making it possible the early detection of crack formation and growth on metal-ceramic systems, which estimate the adherence between the compounds of this system. Plain samples consisting of dental feldspar porcelain deposited either onto metallic substrates or titanium films were fired and characterized by scanning electron microscopy. The result showed that the titanium film improved the adherence of the system compared to conventional metal-ceramic interfaces, thus holding crack propagation

Effects of infiltration pressure on mechanical properties of Al–12Si/graphite composites for piston engines

In this work results for the flexural strength and the thermal properties of interpenetrated graphite preforms infiltrated with Al-12wt%Si are discussed and compared to those for packed graphite particles. To make this comparison relevant, graphite particles of four sizes in the range 15–124 μm, were obtained by grinding the graphite preform. Effects of the pressure applied to infiltrate the liquid alloy on composite properties were investigated. In spite of the largely different reinforcement volume fractions (90% in volume in the preform and around 50% in particle compacts) most properties are similar. Only the Coefficient of Thermal Expansion is 50% smaller in the preform composites. Thermal conductivity of the preform composites (slightly below 100 W/m K), may be increased by reducing the graphite content, alloying, or increasing the infiltration pressure. The strength of particle composites follows Griffith criterion if the defect size is identified with the particle diameter. On the other hand, the composites strength remains increasing up to unusually high values of the infiltration pressure. This is consistent with the drainage curves measured in this work. Mg and Ti additions are those that produce the most significant improvements in performance. Although extensive development work remains to be done, it may be concluded that both mechanical and thermal properties make these materials suitable for the fabrication of piston engines.

Diagnóstico energético da indústria de placas de borracha e optimização do sector de pintura

Cada vez mais a indústria tem vindo a sofrer algumas mudanças no seu processo produtivo. Hoje, mais que nunca, é preciso garantir que as instalações produtivas sejam o mais eficiente possível, procurando a racionalização de energia com um decrescimento dos custos. Deste modo o objectivo desta dissertação é o diagnóstico energético da fábrica de placas de borracha e a optimização do sector da pintura na empresa Monteiro Ribas. A realização de um diagnóstico energético, para a detecção de desperdícios de energia tem sido amplamente utilizada. A optimização irá prospectar potenciais de mudanças e aplicação de tecnologias de eficiência energética. Pretende-se deste modo travar o consumo energético sem que seja afectada a produção, já que a empresa é considerada consumidora intensiva de energia. Na empresa Monteiro Ribas há consumo de gás natural, de vapor e de energia eléctrica, sendo o vapor a forma de energia mais consumida, seguida da energia eléctrica e por fim, do gás natural nas proporções de 55%, 41% e 4%, respectivamente. A optimização feita permitiu estudar a influência de algumas variáveis, nos consumos anuais da energia, e assim apresentar propostas de melhoria. Uma das propostas analisadas foi a possibilidade de efectuar um isolamento térmico a algumas válvulas. Este isolamento conduziria a uma poupança de 79.263,4 kWh/ano. Propôs-se também a implementação de balastros electrónicos, que conduziria a uma diminuição em energia eléctrica de 29.509,92 kWh/ano. Relativamente às máquinas utilizadas no sector da pintura, verificou-se ser a estufa IRK 6, um dos equipamentos de grande consumo energético. Então analisou-se a influência da velocidade de circulação das placas de borracha através desta máquina, bem como a alteração da respectiva potência, pela diminuição do número de cassetes incorporados nesta estufa.

Metodologia de análise da patologia de fachadas de edifícios recentes com sistema ETICS

Ao percorrermos as cidades portuguesas, deparámo-nos frequentemente com fachadas de edifícios muito degradadas, não só de edifícios antigos, mas também de edifícios recentes (construção edificada a partir do início da década de 70). A presença de anomalias nas fachadas, para além de ser esteticamente desagradável na paisagem urbana, pode também potenciar a degradação prematura da envolvente vertical dos edifícios, deixando estas de desempenhar satisfatoriamente as funções de impermeabilidade e eficiência térmica. Tem-se assistido nas últimas décadas em Portugal, não só a uma evolução das técnicas construtivas das fachadas face à crescente exigência da qualidade dos edifícios, mas também a uma crescente utilização de novos revestimentos, nomeadamente, o sistema de isolamento térmico pelo exterior, conhecido pela sigla inglesa ETICS (External Thermal Insulation Composite System) e designado por “revestimento delgado armado sobre isolante”. O principal objectivo da presente dissertação consiste no desenvolvimento e aplicação de uma proposta de metodologia para análise da patologia de fachadas de edifícios recentes com sistema ETICS, que gradualmente tem vindo a implantar-se em Portugal como uma das soluções de carácter inovador de isolamento térmico e de protecção higrométrica da envolvente vertical opaca dos edifícios.

Estudo laboratorial e em condições reais sobre o aglomerado de cortiça expandida aplicado como revestimento exterior

Trabalho Final de Mestrado elaborado no Laboratório de Engenharia Civil para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Edificações no âmbito do protocolo de cooperação entre o ISEL e o LNEC

Análise de tecnologias de impermeabilização e isolamento em reabilitação da envolvente de edifícios

Neste trabalho é abordado o estágio efectuado por um período de sete meses na E.A. (Engenheiros Associados) e um estudo de caso sobre as tecnologias aplicadas no isolamento térmico de paredes exteriores. Na primeira parte deste relatório é efectuada uma breve caracterização da empresa e da sua actividade no mercado. A Engenheiros e Associados tem a sua estrutura assente nos seguintes sectores: Técnico-Comercial, de Aprovisionamento e de Gestão Administrativa; da qual foi efectuada uma descrição do trabalho desenvolvido em cada um desses sectores, nomeadamente a permanência na obra e as visitas e diligências às obras. A segunda parte deste relatório, que é a parte fulcral do trabalho desenvolvido, assenta sobre o sistema de ETICS (External Thermal Insulation Composite System), ou seja, o sistema de reboco delgado armado sobre isolamento térmico. Foi utilizado o sistema Cappotto na Obra de Requalificação da Urbanização de Vila d’Este – 1ª Fase. Após uma breve apresentação e evolução da história do ETICS ao longo do tempo, é exposta a caracterização da obra onde vai ser aplicado o sistema, que recai sobre a tipologia dos edifícios. Refira-se que, neste relatório, os edifícios por serem de construção túnel se dividem em três tipos: tipo plana ou corrente, tipo ângulo e tipo topo. Na Analise de Patologias efectuada evidenciam-se as fissuras e a humidade presentes em quase toda a extensão dos referidos edifícios antes do tratamento, tornando-as assim as principais anomalias destes edifícios. Foram elemento de foco as anomalias existentes nos edifícios, como: Deterioração do fibrocimento; Insuficiência das caleiras; Deficiências das impermeabilizações; Ausência de rufos; Deficiência das ligações; Degradação do revestimento e pintura; Fissuração do reboco; Degradação dos forros exteriores; Deterioração das padieiras; Deterioração dos peitoris; Deterioração das juntas de dilatação; Infiltrações e condensações; Ruptura das canalizações; Deslocamentos; Deficiências de ventilação; Deficiências de estanqueidade; Inexistência de Sistema de combate a incêndios. Para estas patologias são apresentadas as propostas de solução de forma a eliminar as mesmas. Sendo o ETICS escolhido por ser o sistema que elimina a maior parte destas patologias, tendo em conta uma relação de qualidade/preço, é abordada de uma forma detalhada e extensiva da aplicação do sistema antes, durante e depois da obra em si. Assim como, é feita uma descrição pormenorizada do material utilizado para a implementação do sistema. A análise dos pontos críticos refere-se a zonas sensíveis onde há a necessidade de reforço do sistema com vista a eliminar o aparecimento posterior de patologias, como por exemplo as características de suporte. Após a aplicação do sistema podem aparecer algumas patologias das quais se destaca o facto dos produtos serem preparados em obra, o erro humano nas dosagens do fabricante e no acrescento de água sem necessidade e a par das condições climatéricas, são as causas mais comuns do aparecimento de anomalias no sistema de ETICS, provocando fissurações e infiltrações, que são descritas neste relatório. É também abordada a manutenção e reparação do sistema, onde a manutenção refere-se à lavagem e à remoção de microorganismos das paredes e posterior pintura. A reparação dos danos divide-se em dois tipos, áreas até 2 cm2 e áreas maiores que 2 cm2. Por fim, são apresentados alguns rendimentos, que foram possíveis obter ao longo do desenvolvimento do trabalho, dos materiais e da mão-de-obra, dando origem aos custos directos. Sendo também abordadas as vantagens e desvantagens do sistema desde o seu início até à sua conclusão.

Contribuição do isolamento térmico para o aumento da eficiência energética em edifícios

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Tecnologia de revestimentos em zinco e cobre na envolvente exterior de edifícios

Mestrado em Engenharia Civil – ramo Tecnologia e Gestão das Construções

Impacto das medidas de conservação de energia em projeto na redução da intensidade de utilização de matérias-primas na construção de um edifício

O presente trabalho pretende mostrar que a aplicação de medidas de conservação de energia (MCE) pode representar uma redução da intensidade de utilização de matérias-primas na construção de um edifício. Mais concretamente, pode representar uma redução da utilização de materiais e equipamentos, e como consequência, uma redução no esforço económico ao primeiro investimento. Podendo posteriormente representar uma redução na utilização de energia durante o período de funcionamento do edifício. A aplicação de MCE no sector da construção tem vindo a ser uma prática corrente nos novos edifícios e edifícios sujeitos a grandes intervenções de reabilitação. Esta prática deve-se à obrigatoriedade de cumprimento de requisitos regulamentares aplicados à otimização do desempenho energético dos edifícios e dos seus sistemas técnicos, nomeadamente, o RCCTE e o RSECE, entretanto revogados pelo REH e pelo RECS, respetivamente. A implementação de MCE apresenta, na maioria dos casos, benefícios económicos para o promotor do edifício, uma vez que se traduz muitas vezes, na otimização do dimensionamento dos sistemas de Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado (AVAC). Esta otimização permite reduzir os custos associados ao primeiro investimento, bem como na utilização de energia por parte do utilizador, logo na redução dos custos de exploração. No entanto, a falta de quantificação dos impactos do dimensionamento dos sistemas AVAC, da redução de utilização de energia e da análise do custo-benefício da sua aplicação pode condicionar o interesse na sua implementação. Neste contexto, surge a presente dissertação, por iniciativa do Instituto Soldadura e Qualidade (ISQ), aplicado a um caso prático de um edifício já construído e propriedade daquela empresa. Com este trabalho pretende-se avaliar o contributo efetivo das MCE implementadas na fase de projeto e na fase de construção, quer na otimização da dimensão de sistemas e equipamentos AVAC, por via da redução das necessidades energéticas, quer na redução de utilização de energia, permitindo, de seguida, uma avaliação custo-benefício.Na base do caso de estudo está o ECOTERMOLAB, o edifício acima referido, adquirido pelo ISQ para instalação de um laboratório de formação, investigação e desenvolvimento na área da energia. Após aquisição pelo ISQ, o edifício sofreu várias alterações/beneficiações, entre as quais a implementação de MCE, tais como, a aplicação de isolamento térmico na envolvente opaca (paredes, pavimentos e coberturas), duplicação dos vãos envidraçados simples, conferindo-lhes melhores caraterísticas térmicas, e pela aplicação de proteções solar. Foram ainda adotadas MCE aos sistemas AVAC, designadamente, pela adoção de recuperadores de calor nas Unidades de Tratamento de Ar Novo (UTAN’s) e de variadores de velocidade nas bombas de circulação de água e nos ventiladores de ar das UTAN’s. Pretendia o ISQ concluir se a aplicação de todas as MCE contribuiu de forma efetiva para o dimensionamento de sistemas e equipamentos AVAC de menor capacidade e, consequentemente, numa redução de utilização de energia. Em sequência, pretendia avaliar a viabilidade económica da aplicação de todas as MCE, estimando o sobrecusto inicial e o tempo necessário para o retorno financeiro daquele investimento. Para alcançar os objetivos propostos, procedeu-se à simulação energética dinâmica do ECOTERMOLAB, utilizando o programa EnergyPlus. Primeiro foi simulada uma situação base do edifício, sem quaisquer MCE. Posteriormente foi caraterizada cada uma das situações de aplicação das MCE, com o objetivo de avaliar o respetivo impacto individual na utilização de energia pelos sistemas AVAC. Por último foram assumidas todas as soluções em conjunto para avaliar o impacto final de todas as MCE na utilização de energia dos sistemas AVAC, bem como no seu dimensionamento. Das simulações dinâmicas foram obtidos os valores das necessidades de aquecimento e arrefecimento, de energia utilizada pelos sistemas AVAC e de caudais de água aquecida e arrefecida circulada. Com estes valores foi feita uma estimativa de dimensionamento dos equipamentos e componentes AVAC para as situações da aplicação de todas as MCE no ECOTERMOLAB e a sua ausência. A partir da diferença dos custos de aquisição dos respetivos equipamentos e dos valores de poupança em energia foi realizado o estudo da viabilidade económica da implementação das MCE neste edifício. Este estudo permitiu concluir que a aplicação das MCE no ECOTERMOLAB levou à redução da dimensão na generalidade dos equipamentos e componentes AVAC. Permitiu, ainda, concluir que houve uma diminuição de utilização de energia por parte destes sistemas e equipamentos para o aquecimento e arrefecimento. Conclui-se ainda que o período de retorno (Payback) do sobrecusto inicial, estimado em 37.822€ é de, aproximadamente, onze anos e meio, para um valor atual líquido (VAL) de 8.061€ e à taxa interna de rentabilidade (TIR) de 7,03%.

Diagnóstico energético da indústria de pneus e sugestões de melhoria

Cada vez mais a indústria tem vindo a sofrer algumas mudanças no seu processo produtivo. Hoje, mais que nunca, é preciso garantir que as instalações produtivas sejam as mais eficientes possíveis, procurando a racionalização da energia com um decrescimento dos custos. Deste modo o objectivo desta dissertação é o diagnóstico energético na fábrica de pneus e sugestões de melhoria na empresa CNB/CAMAC. A realização de um diagnóstico energético, para a detecção de desperdícios de energia tem sido amplamente utilizada. A optimização irá prospectar potenciais de mudanças e aplicação de tecnologias de eficiência energética. Pretende-se deste modo travar o consumo energético sem que seja afectada a produção, já que a empresa é considerada consumidora intensiva de energia. Na empresa CNB/CAMAC há consumo de fuelóleo, gasóleo, vapor e energia eléctrica, sendo o vapor a forma de energia mais consumida (36,1%) seguido da energia eléctrica (33,8%), fuelóleo (29,9) e gasóleo (0,3%). O levantamento energético permitiu estudar a influência de algumas variáveis, nos consumos anuais da energia, e assim apresentar propostas de melhoria. Uma das propostas analisadas foi a possibilidade de efectuar um isolamento térmico a algumas válvulas no equipamento de produção e distribuição de vapor. Este isolamento conduziria a uma poupança de 33.540 kWh/ano. Também se propôs o isolamento dos tubos de transporte de vapor no sector da vulcanização o que geraria uma poupança de 549.826 kWh/ano. Sugere-se a implementação de um economizador na caldeira nº1 uma vez que a temperatura média dos gases de chaminé se situa á volta dos 311ºC. Uma vez que existe a pré instalação de um sistema de cogeração, sugere-se que este seja finalizado. Propôs-se a implementação de balastros electrónicos, que conduziria a uma diminuição em energia eléctrica de 33.5877 kWh/ano. Também se propõe a eliminação das fugas de ar na rede de distribuição do ar comprimido poupando assim 12,96kW/h.

Gestão e Direção de Obra – Controlo de Prazos e Custos na Construção

O presente relatório de estágio, integrado na unidade curricular de DIPRE, para satisfação integral dos requisitos do grau de MESTRE EM ENGENHARIA CIVIL – ESPECIALIZAÇÃO EM GESTÃO DA CONSTRUÇÃO, aborda a temática de “Gestão e Direção de uma Obra”, explorando aspetos relativos ao controlo de prazos e de custos na construção, com o principal objetivo de prevenir e/ou mitigar os atrasos que, seja pela atual situação económico-financeira do país, seja pela falta de experiência dos intervenientes, continuam a existir. Aborda também, um conjunto de atividades realizadas na reabilitação dos Edifícios de Vila d’ Este – Fase II, destacando-se a aplicação do sistema ETICS (External Thermal Insulation Composite Systems), formulando e comparando rendimentos de aplicação entre equipas. Este estudo foi elaborado, não só para gerir da melhor maneira possível a aplicação do sistema em obra (reduzindo custos e prazos, sem afetar o modo de colocação do mesmo), mas também para servir de auxílio noutra obra com características semelhantes.

Gas gap heat switch for CryoFree project

Cryogen-free superconducting magnet systems have become popular during the last two decades for the simple reason that with the use of liquid helium is rather cumbersome and is a scarce resource. Some available CFMS uses a mechanical cryocooler as cold source of the superconductor magnet. However, the cooling of the sample holder is still made through an open circuit of helium. A thermal management of a completely cryogen-free system is possible to be implemented by using a controlled gas gap heat switch (GGHS) between the cryocooler and the variable temperature insert (VTI). This way it would eliminate the helium open circuit. Heat switches are devices that allow to toggle between two distinct thermal states (ON and OFF state). Several cryogenic applications need good thermal contact and a good thermal insulation at different stages of operation. A versatile GGHS was designed and built with a 100 mm gap and tested with helium as exchange gas. An analytic thermal model was developed and a good agreement with the experimental data was obtained. The device was tested on a crycooler at 4 to 80 K ranges. A 285 mW/K thermal conductance was measured at ON state and 0.09 mW/K at OFF. 3000 ON/OFF thermal conductance ratio was obtained at 4 K with helium.

Effect of binder on performance of intumescent coatings

This study investigates the role of the polymeric binder on the properties and performance of an intumescent coating. Waterborne resins of different types (vinylic, acrylic, and styrene-acrylic) were incorporated in an intumescent paint formulation, and characterized extensively in terms of thermal degradation behavior, intumescence thickness, and thermal insulation. Thermal microscopy images of charred foam development provided further information on the particular performance of each type of coating upon heating. The best foam expansion and heat protection results were obtained with the vinyl binders. Rheological measurements showed a complex evolution of the viscoelastic characteristics of the materials with temperature. As an example, the vinyl binders unexpectedly hardened significantly after thermal degradation. The values of storage moduli obtained at the onset of foam blowing (melamine decomposition) were used to explain different intumescence expansion behaviors.