防火涂料

防火涂料

防火涂料是用于可燃性基材表面，能降低被涂材料表面的可燃性、阻滞火灾的迅速蔓延，用以提高被涂材料耐火极限的一种特种涂料。防火涂料涂覆在基材表面，除具有阻燃作用以外，还具有防锈、防水、防腐、耐磨、耐热以及涂层坚韧性、着色性、黏附性、易干性和一定的光泽等性能。

防火涂料按用途分为钢结构用防火涂料、混凝土结构用防火涂料、木结构用防火涂料等。防火涂料按其组成材料和防火原理的不同，一般分为膨胀型和非膨胀型两大类。

(一)防火涂料的防火机理

1.膨胀型防火涂料

在膨胀型防火涂料的组分中，其阻燃体系主要由脱水催化剂、炭化剂和发泡剂构成，三者协同作用，在高温或火焰作用下起阻燃防火的保护作用。其中由成炭剂、脱水催化剂以及发泡剂组成的磷-氮-碳的防火膨胀体系形成泡沫炭化层的主要反应机理如下［1-3］：

APP-PE-Mel 的膨胀体系，受热时季戊四醇先熔融，随后催化剂聚磷酸铵开始分解，生成的磷酸及多聚磷酸与炭化剂季戊四醇在气相发生酯化反应。发泡剂三聚氰胺在稍高的温度下分解释放氨气等不燃性气体，与反应中生成的水蒸气同时使熔融体系发泡膨胀。与此同时，多元醇和酯脱水炭化，形成无机物及炭化残余物，且体系进一步发泡膨胀。反应接近完成时，体系逐渐失去流动性而胶化、固化，形成多孔的泡沫炭层。显然，由于聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺三者发生作用的温度范围基本一致，能形成孔径均匀、结构完整的炭化层，此时膨胀层高度达到最大。在持续的火焰燃烧下，涂层表面形成了一种相对高温和高压的强气流场，炭化层中炭逐渐被O2 氧化形成CO2而逸出体系同时有一部分炭化层由于自身附着力不够亦被气体带走。

尽管上述活性组分对膨胀体系起着决定性的作用，但成膜剂、颜料和其它各种助剂的加入，对体系的热性质影响也相当大。其中，成膜剂能使涂层成为一个整体，且熔融态的粘合剂能抑制发泡剂产生的气体的，逸出，起到控制泡沫炭层的孔径大小和膨胀程度的作用。

2.非膨胀型防火涂料的防火机理

非膨胀型防火涂料是由难燃性或不燃性树脂及阻燃剂、防火填料等组成。其

涂膜具有较好的难燃性，能阻止火焰的蔓延。厚质非膨胀防火涂料常掺入大量的轻质填料，因而涂层的导热系数小，具有良好的隔热作用，从而起到防火作用和保护基层材料的作用。

在非膨胀型防火涂料的组成中必需含有阻燃（防火剂），如含磷、含卤素的有机物（如十溴联苯醚）、硼酸钠、三氧化锑等。硼酸钠尤其合用于用作乙酸乙烯系乳液的阻燃剂，其添加量按10%溶液计，以占聚合物的40%~60%为宜。三氧化二锑本身的阻燃能力并不算高，但当它处在燃烧初期可以天生三氯化锑的情况下，例如在氯化石蜡并用，就会施展出优胜的阻燃能力。

为了获得优异的防火机能，除添加阻燃剂外，基料的选择也很重要。因为卤素（一般为氯和溴）和磷等元素对改进防火性效果十分显著，所以最好选用含有这些元素的基料。例如，以氯乙烯或偏二氯乙烯共聚物乳液或氯化橡胶乳液作为基料最为优胜。此外要以选用磷酸三甲苯酯和β-三氯乙烯磷酸酯作为阻燃性增塑剂。

膨胀型防火涂料的防火机理在于当防火涂料的饰面层暴露于火焰上时，涂膜中的发泡性成分即受热分解，形成隔热性的海绵状发泡层，从而阻止火焰的，传播。涂料中的防火助剂主要是发泡成分，包括碳源、发泡剂和有机氮化合物等，它们可以配合使用。

(二)常用防火涂料

1．钢结构防火涂料

钢结构防火保护的目的在于将钢结构的耐火极限由0. 25h升高到防火设计规范规定的耐火极限, 防止钢结构在火灾中迅速升温产生变形以至倒塌, 从而为灭火和人员安全疏散赢得宝贵时间,避免或减少火灾损失。

钢结构防火涂料可以按不同的方法进行分类。目前,普遍按使用厚度分类的方法将钢结构防火涂料分为厚型、薄型和超薄型。

厚涂型防火涂料又称为非膨胀型防火涂料,主要成分为无机绝热材料,遇火不膨胀。其自身具有良好的隔热性,因而也叫隔热性防火涂料。涂层一般为25 mm左右,对应耐火极限2 h以上。厚涂型防火涂料的防火机理是利用涂层固有的良好绝热性,以及高温下部分成分蒸发分解产生的吸热作用, 阻止并消耗火灾热量向钢材传递,并且在高温下形成一种釉状物,这种釉状物结构致密,能有效隔绝氧气并具有反射热量作用,使火灾时产生的热量部分反射,抵消外部热源

对钢材的作用。还有些厚涂型防火涂料的成分中含大量卤化物,在高温下分解出大量卤化氢气体,冲淡氧和其他可燃性气体,抑制燃烧和降低反应速度。

薄涂型防火涂料又称膨胀型防火涂料,涂抹厚度一般为2～7 mm。其基料为有机树脂、发泡剂和碳化剂等成分。当涂层受热达到一定温度时,即可膨胀10～100倍,在被涂面与火源成海绵碳化层,如同一个绝热屏障,阻止热量向钢材传导。同时在涂料受热干馏时产生不燃性气体使燃性底材与助燃气体分隔,以降低其燃烧速度和温度。

该类钢结构防火涂料受热时膨胀发泡形成致密的防火隔热层,该防火层延缓了钢材的温升,提高了钢构件的耐火极限。超薄膨胀型钢结构防火涂料施工可采用喷涂、刷涂或滚涂,一般使用在耐火极限要求2. 0小时以内的建筑钢结构上。如可对一类建筑物中的梁楼板与屋顶承重构件,及二类建筑中的柱、梁、楼板等进行有效防火保护。

目前,薄涂型也越来越多并得以推广应用[4-6]。钢结构防火涂料的研究多以P-C-N为阻燃体系,采用热固性树脂(如环氧树脂)与热塑性树脂(如醛、酮树脂)相结合作为基料,辅以助剂,利用增塑剂、分散剂等按一定工艺制作而成。所得的钢结构防火涂料耐火性高、粘结性好,施工方便,兼有良好的装饰作用。同时,工艺配方尽可能减少钢结构防火涂料组分中挥发性毒性有机化合物的排放量, 减少对环境的污染。国外钢结构防火涂料的生产厂家,主要分布在美国、英国、德国、韩国、加拿大以及日本等国家,代表性的厂家有英国NullfireTS605和P20,日本FR系列室内外钢结构防火涂料,美国50号、Mono2 kote、A lbi -clad钢结构防火涂料,加拿大A/Dfire2 film,德国Herberts38320, 3809系列,法国FOH钢结构防火涂料。捷克以PNC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。

2．饰面型防火涂料

饰面型防火涂料是指涂于可燃基材(如木材、塑料、纤维板等)表面，能形成具有防火阻燃保护和装饰作用涂膜的一类防火涂料的总称。

饰面型防火涂料按其防火性分为一、二两级。饰面型防火涂料的防火性能、级别与指标应满足《饰面型防火涂料防火性能分级及试验方法》(GB 15442.1-1995)的规定(表4-12)，其它技术性质应满足《饰面型防火涂料通用技术条件》(GB 12441-90)的规定(表4-13)，饰面型非膨胀防火涂料可参照执行。

饰面型防火涂料的色彩多样、耐水性好、耐冲击性高、耐燃时间较长，可使可燃基材的耐燃时间延长10~30min。