水性膨胀型防火涂料的现状和应用

黄普铭

(广东省韶关市消防救援支队，广东 韶关 512026)

当前时代，科技水平取得了质的飞跃，水性膨胀型防火涂料具备涂层薄、涂覆量少、粘结强度高、不易脱落等多种优势，取代了传统溶剂型防火涂料，并成为使用范围最广、涂覆面积最多、使用量最大的防火涂料之一。同时，作为一种环境友好型防火涂料，水性膨胀型防火涂料对环境污染低，有机挥发物少，近年来也成为了防火涂料的新发展方向[1]。

1 水性膨胀型防火涂料防火机理

水性膨胀型防火涂料是以水作为分散介质且涂层厚度保持在3 mm以内的钢结构防火涂料，其成膜物以有机高分子树脂为主，通常情况下乳液型更多，待填料加入之后，如碳源、阻燃剂及发泡剂等，防火体系即可形成，一旦有火灾出现，会有致密且均匀的一层海绵状或蜂窝状碳质泡沫层形成，有利于钢构件耐火极限的提升[2]。在火焰高温作用下，水性膨胀型防火涂料涂层会逐渐分解出降低可燃气体及空气中含氧浓度的惰性气体，能够减缓燃烧或使其自熄。与火遭遇后，涂层膨胀发泡，会有隔热覆盖层形成，发泡层可将氧气隔绝，同时在1 000 ℃左右的高温下，其与钢基材的粘结性较强，隔热性也十分良好，热导率不高，可一定程度上延缓热量传递至被保护基材的速度，从而火焰及高温无法直接影响钢构件，防火隔热效果十分突出。

2 水性膨胀型防火涂料性能

就水性膨胀型防火涂料而言，其附着力、耐久性、防火性能及装饰效果相当突出，且具备舒适、安全及环保等特性。水性膨胀型防火涂料的特性主要包含下述四点：其一，环保特性。突出绿色及环保项目，在建筑材料的挑选及应用过程中，必须对环保特性予以足够关注，以便最大限度控制有机溶剂等挥发性有机物。水性膨胀型防火涂料的应用，1 m2钢结构表面积1.5 h防火时间内排放的有机溶剂至少会减少530 g，而这还是将清洗工具及设备使用的有机溶剂除开在外之后的结果；其二，安全特性。水性膨胀型防火涂料并不是易燃材料，以水作为分散介质，不含有机溶剂，施工现场不会出现着火的情况，油漆挥发的溶剂引发火灾或爆炸的情况也不存在。水性膨胀型防火涂料不含氯，即便是有火灾事故发生，也不会有含氯有毒气体产生，可规避吸入式中毒；其三，舒适特性。水性膨胀型防火涂料不含有机溶剂，以水为分散介质，几乎不会散发气味，因而不论是哪个阶段的涂装施工，周边环境都不会有恶臭产生；其四，施工特性。水性膨胀型防火涂料施工方便，拥有几乎一致于溶剂型防火涂料的干燥速度，喷涂施工单道膜厚并不低，有利于现场施工。

此外，目前使用的传统溶剂型防火涂料，需要将聚磷酸铵(APP)添加至防火涂料中，从而促进防火涂料在火灾条件下的受热膨胀。在完成施工后的防火涂料，APP易受水分侵蚀，故而APP应当被有机包覆，促成其抗水性能的长期存在。而这恰好突出了防火涂料面漆致密性和耐蚀性是其耐水汽侵蚀能力的决定性因素[3]。相对而言，水性膨胀型防火涂料能够良好的与聚氨酯面漆、聚硅氧烷面漆及丙烯酸面漆等市场常见面漆相容，拥有更为显著的抗水气侵蚀性能，故而钢结构受水而出现早期腐蚀的问题并不会产生。

3 水性膨胀型防火涂料的应用

3.1 呼吸幕墙上的应用

建筑呼吸幕墙在通风换气层空气流通及循环作用的影响下，其内层幕墙基本保持着一致于室内温度的温度，两者之间仅存在极小的差异。但是，存在于呼吸幕墙内的通风换气层，却也是消防安全隐患的引发根源之一。2012年，由我国公安部研发了一种专用于呼吸幕墙且兼具防火与通风功能的封堵系统，该系统在美观、通风方面不存在缺陷[4]。正常使用下的呼吸幕墙，呼吸墙内空气能够自由的在防火网网孔间流通。防火网上的防火涂层在发生火灾并受热之后，会有膨胀反应出现，此时会在短时间内形成可将防火网堵住的隔热耐火性防火材料，阻碍幕墙呼吸腔中热量与烟气的自由流通，可对火灾水平或竖向的蔓延产生抑制作用。该呼吸幕墙防火封堵系统中，网状结构的防火网发挥着主要作用，而水性膨胀型防火涂料恰好便是此类防火网制造过程中采用的膨胀型材料。

3.2 木质防火门上的应用

将5%的炭粉加入水性膨胀型防火涂料中，调整其为银灰色，随后均匀地在木质防火门受火面上进行涂抹，保持500 g/m2的涂布量并干燥3 h，涂料干膜保持在0.25 mm的平均厚度。将防火门安置在国家建材防火检验中心竖式炉内，对木质防火门耐火性进行测验，检测依据采取国家标准《防火门》(GB12955—2008)[5]。通过试验发现该木质防火门具有2 h 10 min 的耐火极限，其表面会有一层轻质挡火层形成；另用相同方法制备，并未在其受火面涂抹水性膨胀型防火涂料的木质防火门，以相同的检测依据对其耐火性进行测验，耐火极限仅有1 h 30 min，两者相差40 min。

根据上述分析不难发现，因有一层0.25 mm平均厚度的水性膨胀型防火涂层包覆在木质防火门受火面，从而耐火极限增长了40 min左右，由此证实了水性膨胀型防火涂料可促进木质防火门耐火极限的显著提升。

3.3 厚型钢结构防火涂料上的应用

均匀地在厚型钢结构涂料表面进行水性膨胀型防火涂料的涂抹，保持200 g/m2的涂布量并持续24 h干燥，涂料干膜保持在0.21 mm的平均厚度，涂料涂层保持在27 mm的厚度。对厚型钢结构防火涂料耐火性展开测验，测验依据采用国家标准《钢结构防火涂料》，3 h后，钢梁挠度37.9 mm。试验发现，有轻质挡火层出现在厚型钢结构防火涂料表面；而将同种厚型钢结构防火涂料涂抹在钢梁上，厚度27 mm，对厚型钢结构防火涂料耐火性展开测验，测验依据为国家标准《钢结构防火涂料》。试验发现，厚型钢结构防火涂料耐火极限为2 h 40 min，钢梁挠度210 mm。

根据上述分析不难发现，将水性膨胀型防火涂料涂抹在厚型钢结构防火涂料表面，有利于钢结构耐火极限的提升[6]。之所以如此，是因为高温下的水性膨胀型涂料会膨胀发泡，形成一种轻质挡火层，该挡火层能在一定程度上缓解厚型钢结构防火涂料表面所承受的热冲击，其表面在传递热量时，会受到抑制，同时还能延缓钢结构弯曲变形。所以，在厚型钢结构防火涂料上涂抹水性膨胀型防火涂料，有利于其耐火极限的提升。

3.4 防火保险柜上的应用

均匀地在防火保险柜表面进行水性膨胀型防火涂料的涂抹，保持400 g/m2的涂布量并干燥3 h，最终形成一层0.20 mm平均厚度的涂料干膜。防火保险柜转至防火保险柜试验炉内，在标准耐火升温曲线的加温下，防火保险柜内部温度1 h后提高4 ℃[7]。通过试验发现，有一层厚15 mm的白色防火膨胀层出现在防火保险柜外表面，保险柜支架、铁皮并未有明显变形产生，其内放置的小白鼠依旧存活；另在相同检测条件及方法下展开对比试验，试验对象表面没有涂抹水性膨胀型防火涂料，防火保险柜内部温度在30 min后便提高40 ℃，内置小白鼠无一存活。

根据上述分析不难发现，保险柜表面涂抹了水性膨胀型防火涂料之后，在1 h试验完成之后，其内温度的上升仅有4 ℃，能够有效保障保险柜内小白鼠的生命，因而水性膨胀型防火涂料发挥着重要的作用。

4 结语

当前，我国涂料工业的发展方向逐渐转化为节能、高性能、低污染。水性膨胀型防火涂料具有舒适、安全及环保等特点，可以弥补传统溶剂型防火涂料运输贮存与使用不安全、毒性大及养护周期长等不足，既能为生产与施工人员的安全和健康提供保障，又有利于环境保护。因此，其凭借自身环保、防火性能及施工安全等方面的优势，应用日益广泛，成为了防火涂料的主要发展方向以及各类工程项目的首选。