防火涂料的研究现状与发展
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! $ $" 防火涂料的分类 （& ） 卤系防火涂料 ’ 该品种目前产量大， 使用 量大， 缺点是受热分解卤化氢具有强腐蚀性， 但因 其阻燃效果好， 价格适中， 未来产量仍会继续增加。 （+ ） 有机硅氧烷防火涂料 ’ 其优点是无卤素、 低烟、 低 毒、 燃 烧 生 成 炭0硅 阻 隔 层。如 日 本 1230 4562472 /84 97:;2<8= 公司在使用羟苯基烷基封端 的聚二甲基硅氧烷制备阻燃剂中作了大量研究， 申 请了多项专利， 是主要发展趋势之一。 （"） 聚氨酯涂料’ 具有优异的长效性、 户外耐 久性、 化学稳定性， 被大量用于军事装备的防护。 （!） 环氧酚醛树脂涂料 ’ 它们本身为可燃性 材料， 通过添加阻燃材料， 可降低可燃性。 （# ） 含氯树脂涂料’ 美海军选用的水性偏二氯 乙烯防火涂料及六氯四氢邻苯二甲酸酐基氯化醇酸 树脂作为军舰内部防火涂料， 具有很好的防火性能。 （% ） 丙烯酸类涂料 ’ 它分为丙烯酸乳胶漆和 溶剂型丙烯酸涂料两类。丙烯酸树脂具有较高的 可燃性， 加入含磷成分使其具有很高的氧指数。 ! $ !" 钢结构防火涂料 建筑物的钢结构是防火涂料使用最多的地方， 钢结构防火涂料在防火涂料中占有重要的地位。 对 于 建 筑 火 灾， 火 场 温 度 大 多 在 -)) > & +)) * ， 在火灾发生的 &) ;2? 内， 火场温度即达到 ,)) * 以上。对于裸露钢材， 只要几分钟就可达到 钢材临界温度。( ・&& 事件后， 钢结构的防火问题 更加引起各国政府的重视。钢结构防火涂料有厚涂 型和超薄型之分， 其厚度分别为 - > #) ;;， " > , ;;
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防
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现
状
与
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展
趋
势
个时间比其他国家的同类产品最高温的耐受时间多 !"!。将耐火材料的厚度加大到 # $ % && 则可使建 筑物在 ’ """ ( 高温下保持 !" $ )" &*+。我国对钢 结构防火涂料的研究起步较晚， 但发展较快。’,%年四川消防研究所研制出我国第一种钢结构防火涂 料— — —./ 钢结构防火涂料， ’,,- 年推出的 012 超 薄型防火涂料耐火极限达到 3 4 以上。目前， 该研 究所和中国建筑学研究院也在进行水基超薄型干旱 结构防火涂料的研究， 而北京航空材料研究院的防 火涂料已实现35 ,- &&、 ’", &*+ 的耐火极限。 ! 5 "# 新型防火涂料 随着对环境污染的日益重视， 挥发性有机物 （ 671 ） 含量很高的溶剂型涂料的使用受到越来越 严格的控制。环境友好型涂料主要有水性涂料、 粉 末涂料、 光固化涂料等， 其中水性防火涂料和无溶 剂型防火涂料具有广阔的发展前景。此外， 高固体 分防火涂料 （ 固含量超过 )" !） 及液体无溶剂涂料 都是具有发展前景的环保防火涂料。我国市场上 目前 溶 剂 型 防 火 涂 料 约 占 ## !， 水性涂料约占 -’ !， 其 他 约 占 - !， 与西方发达国家差距较生， 并具有较好的粘结能， 耐酸、 碱及海水的腐蚀。
"# 评# 价
通常用模拟防火涂料的失效来评价其防火性 能。防火性能的评价方法大体可分为 ! 类： 小型试 验法、 模拟试验法、 中型试验法。其中小型试验法 包括： 氧指数测定法、 水平燃烧及垂直燃烧性能试 验、 发烟性试验。 常用的有大板燃烧法、 隧道燃烧法、 小室燃烧 法。我国防火涂料按 /2 @ < 3--’ 规定进行理化性 能测试， 按 /2 @ < ’#--35 3 的规定进行耐燃时间测 试， 按 /2 @ < ’#--35 ! 的规定进行传播比值测试，
［ ,］
代表性产品有英国 @5==A2B: CD%)# 和 E+)， 日本 FG 系列室内外钢结构防火涂料， 美国 #) 号、 1H?HIH3:、 J=620<=8K 钢结构防火涂料， 加拿大 J L MA2B:A2=;， 德国 N:B6:B34"-"+)， "-)(& 系列， 法国 FON 钢结构防火涂 料。捷克以 E0@09 体系为基础， 加入氯乙烯聚合物 开发出新型膨胀型防火涂料。芬兰研制出以磷酸 盐、 高炉渣等为主要成分的无机膨胀型钢结构防火 涂料。日本开发出钢结构丙烯酸聚氨酯防火涂料。 俄罗斯最近开发出一种防火涂料， 该涂料最长可使 建筑结构在& ))) * 高温下保持 ") > %) ;2?， 这种防 火涂料在塑胶板上的厚度为 +$ ) > +$ # ;;， 可以在 超过 +)) * 的高温下， 使建筑结构保持 &# ;2?。这
日趋完善， 还研制出自膨胀化合物， 如硝基苯胺硫 酸盐和磺胺等。低温等离子表面处理技术使得防
［ &］ 火性能大大提高 。我国的防火涂料研究起步较
晚， 但发展速度很快。#’ 世纪 +’ 年代末， 公安部 四川消防研究所开始研究防火涂料， 首先研究出膨 胀型过氯乙烯防火涂料， 后来又研究出膨胀型丙烯 酸乳胶防火涂料。从 #’ 世纪 ,’ 年代中期开始， 公 安部四川消防科学研究所率先研制成 1* 钢结构 防火涂料， 与北京建筑材料防火公司共同研制成 1F 钢结构膨胀型防火涂料。目前， 全国有 +’ 多家 防火涂料的科研生产单位， 共开发了 ,’ 多个品种 的产品， 累计涂料产量 "$ / G "’ % > 以上。
#" 发展史
自 ",&+ 年 12345 6 研制出第一个防火涂料配 方以来， 防火涂料不断发展， 而且性能也得到了很 大改善
［ "］
$" 阻燃机理
非膨胀型防火涂料的阻燃机理： 防火涂料在燃 烧中吸收大量的热量， 使温度难以上升， 其自身不 燃烧并形成一层隔绝氧气的釉状保护层， 对物体起 到一定的保护作用， 但隔热性能较差。膨胀型防火 涂料平常保持普通涂膜状态， 遇火时， 涂层发生软 化熔融， 膨胀形成海绵状或蜂窝状炭化层。对磷H 氮H炭的防火膨胀体系用热分析 （ )* 和 I)- ） 、 扫 、 能谱仪 （ KIJ ）和 L 射 线 衍 射 描电 镜 （ JKD ） （ LBI） 等 方 法 研 究 得 到 如 下 结 论： 脱水成炭剂 （ -66） 受 热 分 解 生 成 酸； 多羟基碳化剂 （ 季戊四 醇） 在酸的催化下脱水分解成炭； 基料中树脂受热 熔融在发泡剂 （ 三聚氰胺） 的作用下膨胀发泡， 同 时进一步形成炭化层。根据 L 射线衍射图分析表 明， 这种炭化层属于无定型炭结构， 其实质是石墨 的微晶体， 所以一旦形成这种泡沫状炭化层， 其本 身很难燃烧， 又有很好的隔氧、 隔热作用， 有效的阻
防火涂料的研究现状与发展趋势
汪! 源" ，朱金华" ，陈兆文# ，文庆珍" （"$ 海军工程大学理学院，湖北 武汉! %&’’&’； #$ 武汉市城市路桥收费管理中心，湖北 武汉! %&’’"(） ［ 摘! 要］ ! 综述了防火涂料的发展、 现状、 分类方法、 防火机理以及几类重要防火涂料的特点， 介绍了防火涂料的测试方法， 评述了防火涂料在实际应用中存在的问题， 指出了解决方法。展望了防 火涂料的发展趋势。 ［ 关键词］ ! 防火涂料；防火机理；发展趋势 ’& . ’’&( . ’% ［ 中图分类号］ )*"+#$ ,#! ［ 文献标识码］ -! ［ 文章编号］ "’’" . "/0’ （ #’’0 ）
! ! ［ 收稿日期］ ! #’’/ "# ’#
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防
火
涂
料
的
研
究
现
状
与
发
展
趋
势
止燃烧继续进行。 防火涂料的阻燃机理有以下几种
［ !］
来的无卤无机膨胀型阻燃剂， 它资源丰富， 制造简 ： 凝集相
［ (］ 单， 与其他协效剂共同使用， 阻燃效果良好 。
界面反应的阻滞； 能阻滞气体燃烧的气体阻燃剂的 气相反应； 阻燃剂吸热分解或吸热气体反应对燃烧 的阻滞； 产生能稀释气相反应物浓度的不燃气体； 形成能阻碍对底材供热或阻滞反应物转移至火焰 区域的隔离区。
!" 引" 言
随着高分子材料在各种场合的广泛应用， 火灾 的潜在危险也在增加， 许多建筑物构件在高温下失 去荷载能力导致建筑物坍塌， 给人们生命财产造成 巨大损失。 防火涂料涂覆于物体表面， 在遇火时涂膜本身 难燃或不燃， 对基材有较好的保护作用， 为灭火和 人员撤离赢得了时间。因此对它的研究和应用已 引起了世界各国的高度重视。
［ #］ 国 AB *?;C; 公司的 D2=2E2>; 钢结构防火喷浆 。
具有代表性的卤系、 磷系防火涂料处于不断发展 中， 但卤系中一些溴类防火涂料因环保问题而备受 争议。接着又出现了以炭源 （ 三季戊四醇） ， 膨胀 剂 （ 多磷酸铵） 和发泡剂 （ 三聚氰铵） 的典型膨胀防 火材料。目前， 膨胀型防火涂料的防火性能及理化 性能都有了很大的提高， 防火助剂的品种、 性能也
。随着阻燃技术的发展及对防火材料性
能要求的提高， 出现了膨胀型防火涂料。"(&+ 年 出现了以磷酸二铵为催化剂， 二氰二胺为膨胀发泡 剂， 甲醛为碳化剂的膨胀型防火涂料。"(/& 年， 有 了含磷酸蜜胺的膨胀型防火涂料。"(0/ 年， 美国 开始将聚磷酸铵 （ -66 ） 引入防火涂料配方中。美 国最早生产保护钢结构的膨胀防火涂料有 789:; <2=>?28 <29>4=@5 公司的 /’ 钢结构的防火涂料， 美
