防火涂料研究新进展

魏小赟，王艳艳，王小瑞

(兰州石化职业技术学院 应用化学工程学院 ， 甘肃 兰州 730060)

防火涂料，也叫阻燃涂料[1]，是一种能够用到可燃性的基材表面，能够降低被涂材料表面的可燃性，同时能够阻滞火灾迅速蔓延，提高被涂材料耐火极限的一种特殊涂料。随着科技的进步和经济社会的快速发展，阻燃涂料已经在各个地方、各个行业得到了广泛的普及和运用，特别是在建筑行业，无论是适应建筑装饰要求，还是满足安全和消防要求，阻燃涂料都得到了更为广泛地运用，需求更为广泛，地位也愈来愈重要。

从防火涂料的组成来看，主要包括两部分：一部分是基料，另外一部分是阻燃添加剂。

从防火涂料的功能来看，也主要表现在两方面：一方面是装饰及对基材提供物理保护的功能，另一方面是阻燃耐火的功能，要求防火涂料在一定温度发泡形成防火隔热层。

因此，防火涂料是一种具备特殊功效的涂料，它既能够装饰，又能够防火，同时还具有防腐、防锈、耐酸碱、耐水、耐盐雾等优良功能，将其涂覆于建筑物表面，对建筑物的防火保护具有重要的功效和作用。

1 防火涂料的防火原理

防火涂料的防火原理大致可归纳为以下五点:

⑴防火涂料自身不宜燃烧，它可以使基材和空气不发生直接接触，这样可以延迟物体着火和燃烧的速度；

⑵防火涂料的导热系数较低，它可以延迟火焰温度向被保护基材的传递；

⑶防火涂料受热后会分解出不燃性的气体，这些气体可以降低可燃性气体的浓度，从而保护基材不宜燃烧或降低燃烧速度；

⑷添加了阻燃元素的防火涂料，如添加N、P等元素后，受热分解出NO、NH3等基团，与有机游离基化合，中断连锁反应，降低温度；

⑸膨胀型防火涂料受热膨胀发泡，形成的碳质泡沫隔热层封闭被保护的物体，延迟热量与基材的传递，阻止物体着火燃烧或因温度升高而造成的强度下降。

2 防火涂料的分类

防火涂料的类型可用不同的方法来定义：

(1)按照所用的基料来划分，可以分为有机型和无机型。有机型防火涂料以天然的或合成的有机树脂、有机乳液为其基料；无机型防火涂料以无机粘接剂为基料。

(2)②按照防火的形式来划分，可分为膨胀型和非膨胀型。

(3)按照使用的范围来划分，可分为饰面性防火涂料、钢结构防火涂料、电缆防火涂料、预应力混凝土楼板防火涂料、隧道防火涂料等。

3 防火涂料的研究进展

我国关于防火涂料研究，起步相对较晚。但随着社会的不断发展、科技的不断进步，通过不断学习、吸收国外的先进技术，我国关于防火涂料的研究和推广运用都得到了迅速的发展。

乔浩[2]等参照熔体发泡法制备泡沫陶瓷的原理,将Bi系低熔点玻璃粉作为高温熔体添加到防火涂料中,达到高温条件下为涂料膨胀提供熔体,提高涂料的影胀倍数,优化涂料的影胀结构,从而提高涂料的防火性能。通过热重分析及耐火时间分析发现，掺加6%～8%的低熔点玻璃粉Bi2O2-B2O3-ZnO(325-390-435℃)能够有效的改善防火涂料的阻燃性能，尤其是涂层的膨胀倍数达到10倍左右，耐火时间可达120min。热重结果发现，添加了玻璃粉的防火涂料热稳定性更高，在高温条件下残余率可达77.34%，在很大程度上提高了无机超薄膨胀型钢结构防火涂料的防火性能。

韩忠智[3]〗等以环氧树脂、聚酰胺固化剂作为膜树脂,在其中加入钛白粉和云母粉作为无机颜、填料,以聚磷酸铵、季戊四醇和三聚氟胺作为阻燃剂体系,通过添加膨胀石墨提高了防火涂料的膨胀高度和耐火时间，得到了一种具有良好附着力、耐化学品性及阻燃性优良的膨胀型环氧防火涂料。

Long Yan[4]等用环磷酸酯和聚乙二醇硼酸酯经酯化反应合成了一系列新型磷、硼阻燃剂，将所得的阻燃剂应用于氨基树脂中，制备了透明的阻燃涂料。透明度分析和防火试验结果表明，含聚乙二醇硼酸酯的阻燃涂料即使在其含量较高的情况下也具有较高的透明度，同时为木材基板提供了良好的防火性能。同时，聚乙二醇硼酸酯的引入对降低涂层的放热和产烟具有良好的协同作用，特别是当环磷酸酯/聚乙二醇硼酸酯的质量比为80∶20时，得到的涂层与未添加聚乙二醇硼酸酯的涂层相比，峰值释热率降低51.5%，总释热率降低48.1%，烟气密度等级降低59.7%。热重分析表明，聚乙二醇硼酸酯的加入提高了涂层的热稳定性。此外，与聚乙二醇相比，同样添加聚乙二醇硼酸酯对阻燃涂料的防火性能和成焦性能具有更好的协同作用。聚乙二醇硼酸酯涂料具有优异的阻燃和抑烟性能，这是由于聚乙二醇硼酸酯涂料在缩合过程中形成了较多的含磷、含硼交联结构和芳香族结构，在燃烧过程中产生了较稳定、致密、膨胀的炭黑。

梁光明[5]等研究了氢氧化铝添加量对膨胀型钢结构防火涂料附着力和耐火性的影响。该实验在防火涂料配方中不改变其他组分质量，仅改变氢氧化铝添加量，结果发现当配方中氢氧化铝用量少于2%时,涂层受火时易发生熔融脱落;当氢氧化铝用量为6%左右时,涂膜附着力较好。氢氧化铝用量对涂膜的耐火性也有较大影响,当氢氧化铝的用量为6%～10%时,炭化层强度高,且与基材表面附着良好,耐火时间达120min以上。

陆文卿[6]等用2种不同玻璃化转变温度的乳液共混作为成膜物质，加入防火助剂、无机填料和增强材料,制备了一种水性防火阻尼双功能涂料。通过防火性能测试装置、动态黏弹谱仪(DMA)和扫描电镜(SEM)等手段研究了乳液和碱式硫酸镁(MHSH)对涂料防火及阻尼性能的影响。结果表明:低玻璃化转变温度乳液的加入可以提高涂料低温区的阻尼性能,但会降低涂料的防火性能。在此基础上加入适量MHSH,涂料的防火性能和阻尼性能均有提升。当乳液加入量为24%,MHSH加入量为3%时,可得到防火和阻尼综合性能均较优的双功能涂料。

XiaochunHu[7]等将一种MgAlCO3 -层状双羟基化合物(MgAlCO3-LDHs)引入到含有水性膨胀型阻燃剂(IFR)的由多磷酸铵(APP)、季戊四醇(PER)和三聚氰胺(MEL)制成的纳米涂料中。通过热重分析、差热分析、傅里叶变换红外光谱、x射线功率谱、扫描电镜、防火性能试验和锥形量热法等手段对MgAlCO3-LDHs的影响进行了评价。结果显示，当1.8 %的MgAlCO3-LDHs添加到IFR中时，MgAlCO3-LDHs增强了IFR涂层的剩余重量、热稳定性和抗氧化性。统计结果表明，在IFR涂层中加入适量的MgAlCO3-LDHs，可以使炭层形成均匀致密的泡沫，从而增强了其隔热性能。锥形量热法测定结果表明，与不添加MgAlCO3-LDHs的涂层相比，添加MgAlCO3-LDHs涂层的总排烟量降低46%，排烟率降低25%。可以看出，在IFR涂层中加入MgAlCO3-LDHs后能够提高涂层的阻燃性能。

4 结语

贯彻落实以人民为中心的发展思想、推动经济社会高质量发展的要求，对防火涂料的安全、环保等性能都提出了新的、更高的要求。特别是党和国家大力推进生态文明建设，人们的环保意识不断提高，环保型防火涂料必将成为发展所需、民众所求和市场主流。这就要求我们，必须下功夫深入研究防火涂料基体树脂的性能，从而更好地提高安全阻燃性能和环保性能。