摘 要：介紹了透明防火涂料的分類(lèi)、組成、防火機(jī)理，并對(duì)我國(guó)透明防火涂料今后的發(fā)展進(jìn)行了展望，提出了建設(shè)性的意見(jiàn)。
關(guān)鍵詞：防火涂料；透明；膨脹
0 引 言
防火涂料是指涂覆于可燃性基材表面，能降低基材表面的可燃性、阻滯火災(zāi)的迅速蔓延，或是涂覆于結(jié)構(gòu)材料表面，用于提高構(gòu)件耐火極限的功能材料。在建筑業(yè)高速發(fā)展的今天，人們對(duì)裝飾性要求和消防要求越來(lái)越高。因而防火涂料幾乎覆蓋了一般涂料的所有領(lǐng)域。如建筑內(nèi)外墻、娛樂(lè)場(chǎng)所、商店、賓館、工業(yè)廠(chǎng)房、寫(xiě)字樓、家庭住宅、家具涂飾、輪船、飛機(jī)等。有的防火涂料還能應(yīng)用到一般涂料不能應(yīng)用的領(lǐng)域。如鋼結(jié)構(gòu)防火涂料應(yīng)用在重要場(chǎng)所：展覽館，侯機(jī)樓、體育館[1 ,2]
目前，非透明性防火涂料雖然發(fā)展較為成熟， 但應(yīng)用于裝飾材料表面后會(huì)破壞原來(lái)的裝飾效果，特別是對(duì)古建筑、文物保護(hù)及高檔家具等方面， 為保持裝飾物的原貌， 又起到防火與裝飾作用， 因此透明防火涂料的研制具有很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
1 透明防火涂料的分類(lèi)
1. 1 定義
透明防火涂料是一種涂刷在易燃基材或要求特殊保護(hù)作用的物件上，既能保持底材原貌，又能起防火和裝飾作用的專(zhuān)用涂料。
1. 2 分類(lèi)
按透明防火涂料的形式分為膨脹型和非膨脹型兩大類(lèi)。
非膨脹型透明防火涂料一般受火時(shí)涂層基本不發(fā)生體積變化，而是形成釉狀保護(hù)層的一類(lèi)涂料。該釉狀保護(hù)層能起到隔絕氧氣的作用，進(jìn)而發(fā)揮阻燃性能。但這種釉狀保護(hù)層的熱導(dǎo)率往往較大，單位面積的耗用量較大，使用成本高，所以其使用范圍不及膨脹型透明防火涂料。
膨脹型透明防火涂料是一種在常溫下呈普通涂膜，在火焰或高溫作用下，可產(chǎn)生比涂層厚幾十甚至上百倍的不易燃海綿狀炭質(zhì)層的涂料。由于海綿狀炭質(zhì)層能夠有效地隔離外部熱源，涂料受熱燃燒又能產(chǎn)生不燃性氣體，如二氧化碳、水蒸汽等，降低了可燃?xì)怏w以及空氣中氧氣的濃度，因此這類(lèi)涂料的防火、阻燃作用更加明顯。故而膨脹型透明防火涂料是目前國(guó)內(nèi)外使用最廣泛的一種防火涂料。
2 透明防火涂料的防火機(jī)理
防火涂料的防火機(jī)理主要可概括為以下幾點(diǎn)[3]：1. 防火涂料本身不可燃或難燃，保護(hù)基材不與空氣直接接觸，從而延緩基材著火；2. 防火涂料遇熱分解放出不燃的惰性氣體，沖淡被保護(hù)基材釋放出的可燃性氣體和空氣中的氧，抑制燃燒；3.防火涂料遇熱生成減緩或終止燃燒連鎖反應(yīng)的自由基；4. 防火涂料遇熱膨脹，形成隔熱、隔氧的膨脹碳層，阻止基材的燃燒。
根據(jù)上述機(jī)理的不同， 并結(jié)合防火效果來(lái)看， 膨脹型透明防火涂料明顯優(yōu)于非膨脹型透明防火涂料，這是由于膨脹型透明防火涂料遇到火源后， 涂層膨脹形成的致密炭質(zhì)泡沫層， 能有效阻止外部熱源對(duì)基材的作用， 同時(shí)也隔絕了基材與空氣的接觸， 從而防止了基材燃燒， 達(dá)到阻燃目的。目前對(duì)透明防火涂料的研制集中在膨脹型透明防火涂料，研究的關(guān)鍵在于涂料基料和阻燃劑的選擇。
3 膨脹型透明防火涂料的組成及阻燃劑的選擇
膨脹型透明防火涂料主要由基料、脫水劑、炭化劑、發(fā)泡劑、阻燃劑、顏填劑、助劑和分散劑等組成。
3.1 基料
基料是把涂料中的各主要成份粘接在底材上，形成涂層的物質(zhì)。它是主要成膜物質(zhì)，與其他組分匹配，既能保證涂層在常溫條件下具有較好的性能，又能在火焰或高溫作用下具有難燃性和優(yōu)異的膨脹效果，例如氨基樹(shù)脂、醇酸樹(shù)脂。
3.2 脫水劑
脫水劑即脫水成炭催化劑，是一種能在比碳化物的分解溫度低的溫度下分解出含阻燃元素的酸，而且分解出的酸能使多元醇上的羥基酯化的物質(zhì)。其主要功能是促進(jìn)涂層的熱分解，阻止放熱量大的碳氧化反應(yīng)發(fā)生等。目前采用的有含磷、硼、鹵等阻燃元素的酸、鹽、酯類(lèi)等物質(zhì)。
3.3 炭化劑
炭化劑是在高溫條件下形成三維空間結(jié)構(gòu)不易燃泡沫炭化層的物質(zhì)基礎(chǔ)，對(duì)泡沫炭化層起著骨架作用。這類(lèi)物質(zhì)多屬含羥基的多元醇類(lèi)。
3.4 發(fā)泡劑
發(fā)泡劑是遇火分解釋放不燃性氣體，如：氨氣、二氧化碳、水、鹵化氫，使泡沫膨脹并形成海綿狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。如三聚氰胺、尿素、胍等。
3.5 助劑
助劑是可改進(jìn)生產(chǎn)工藝、改善施工條件、提高涂料質(zhì)量，具有特殊功效的物質(zhì)。如增稠劑、乳化劑、增韌劑等。
3.6 阻燃劑的選擇
阻燃劑對(duì)涂料的防火性能的影響非常重要。膨脹阻燃劑由脫水催化劑、炭化劑、發(fā)泡劑組成。往往膨脹型阻燃劑不起一種作用，而是起雙重作用、甚至三重作用。例如：氯化石蠟既是發(fā)泡劑，又是炭化劑，同時(shí)也是阻燃劑；多聚磷酸銨既是脫水劑，又是發(fā)泡劑和阻燃劑。在選擇其它組分時(shí)也要注意，由于許多堿性涂料會(huì)降低膨脹的厚度，所以不宜使用。而二氧化鈦在許多膨脹漆中呈惰性，是一種常用的顏料。同時(shí)還要注意發(fā)泡劑和脫水劑的溫度要匹配。對(duì)于膨脹型透明防火涂料，要想使其具有良好的阻燃性能，必須使其基料、阻燃劑等成分合理搭配，各種物質(zhì)間應(yīng)有良好的協(xié)同作用，才能起到優(yōu)異的阻燃效果。
4 影響防火性能的因素
1948年Abi公司首先發(fā)表了膨脹型防火涂料的專(zhuān)利，其主要成分為脲醛、磷酸二氰胺、淀粉、顏料和改性酚醛樹(shù)脂，其阻燃性能較好，但漆膜性較差。隨著大量研究工作的進(jìn)行，到目前為止，膨脹型防火涂料的防火性能和理化性能都有了很大的提高。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道[4]，影響膨脹型防火涂料的防火性能主要的物理化學(xué)因素有：炭質(zhì)層的結(jié)構(gòu)，泡孔大??；炭質(zhì)層在火作用霞的穩(wěn)定性即炭質(zhì)層強(qiáng)度；炭質(zhì)層的化學(xué)組成；所發(fā)生的化學(xué)吸熱反應(yīng)。
要想形成一定厚度的炭質(zhì)層就必須使用足夠量的防火助劑，一般來(lái)說(shuō)，防火助劑的用量占總量的60-70%。另外，脫水劑、發(fā)泡劑及炭化劑的用量也必須比例適當(dāng)，它們用量的大小直接影響著涂料的膨脹效果，雖然炭化劑的用量對(duì)防火涂料的性能影響較小，但它的用量必須保證形成足夠的炭化層骨架。炭化層的傳熱系數(shù)大小由其結(jié)構(gòu)的均勻性、泡孔的大小、疏松程度以及化學(xué)組成決定，當(dāng)所用的樹(shù)脂基質(zhì)不同時(shí)，涂層的化學(xué)組成也不同，涂料的防火性能也會(huì)有差別。發(fā)泡層的強(qiáng)度、抗然氣沖刷的能力也影響著防火性能的優(yōu)劣，通常為了提高泡沫炭質(zhì)層的強(qiáng)度，往往會(huì)加入纖維、無(wú)機(jī)填料粒子等，這樣不僅可以提高防火性能，而且可以降低成本。如在涂料中加入少量玻璃纖維，可以提高涂料施工時(shí)的第一次涂刷厚度和膨脹后泡沫炭質(zhì)層的強(qiáng)度。T Olcese等[5]研究了幾種不同的透明粒子，在溶劑型膨脹防火涂料和水基膨脹防火涂料中，對(duì)膨脹炭質(zhì)層及其涂料防火性能的影響研究表明，某種粘結(jié)基料與適當(dāng)?shù)耐该髁Ｗ优浜夏茱@著提高防火性能，同時(shí)增強(qiáng)膨脹炭質(zhì)層的強(qiáng)度，增強(qiáng)其耐燃?xì)鉀_刷的能力。
5 透明防火涂料的展望
近十幾年來(lái)，我國(guó)透明防火涂料的發(fā)展方興未艾，其防火性能和裝飾性能有了很大的改進(jìn)和提高，品種和應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大。隨著人們對(duì)涂料性能要求的不斷提高，透明防火涂料的研究將會(huì)有更大的發(fā)展空間。歸納起來(lái)，今后我國(guó)透明防火涂料主要將在以下方面開(kāi)展工作：
5.1 開(kāi)發(fā)多功能、高效、低水溶性的脫水成炭催化劑和發(fā)泡劑是透明防火涂料研究和發(fā)展的技術(shù)關(guān)鍵[6]
多聚磷酸銨的研制成功，大大促進(jìn)了透明防火涂料的發(fā)展，而磷酸三聚氰胺則把磷酸脫水催化和三聚氰胺發(fā)泡兩者的作用結(jié)合起來(lái)，且水溶性更低。自膨脹單體是20世紀(jì)70年代出現(xiàn)的新型膨脹劑，作為膨脹型透明防火涂料中唯一的防火組分。經(jīng)研究還發(fā)現(xiàn)氨基苯磺酸鹽、氨磺酰對(duì)苯胺及其它類(lèi)似的有機(jī)物均可作為膨脹單體，這類(lèi)物質(zhì)的研究也是今后的方向。
5.2 開(kāi)發(fā)粉體工程等粉碎新技術(shù)改進(jìn)阻燃劑及阻燃體系的阻燃效果
作為透明防火涂料的關(guān)鍵組份，阻燃劑及阻燃體系的研制是今后透明防火涂料發(fā)展的又一重要方向。當(dāng)前，各國(guó)都在集中力量研制高性能無(wú)機(jī)阻燃劑以提高阻燃效果。但是，氫氧化鋁、氫氧化鎂、氧化銻等無(wú)機(jī)阻燃劑的更有效的使用都要采用粉體工程新技術(shù)使之微?；?，氫氧化鋁要求達(dá)到平均微粒1μ級(jí)，而氧化銻要求更細(xì)的粒度，研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，粒度和阻燃效果有關(guān)，因此必須開(kāi)發(fā)粉碎新技術(shù)。在必要的阻燃劑粒度、粒度級(jí)配、顆粒形狀等物理參數(shù)的基礎(chǔ)上，還必須同時(shí)運(yùn)用表面化學(xué)的方法來(lái)處理氫氧化鋁等物質(zhì)表面，以增加他們與被阻燃樹(shù)脂的親和力，這樣處理的阻燃體系在同樣的阻燃效果下，可能得到很好的物理、化學(xué)性能。
5.3 開(kāi)展多種阻燃劑協(xié)同作用的研究，使之搭配合理，提高阻燃效果
5.4 開(kāi)發(fā)阻燃體系與成膜樹(shù)脂結(jié)合技術(shù)
透明防火涂料研制的難點(diǎn)在于成膜樹(shù)脂的理化性能和使用壽命，以及高效、性能穩(wěn)定的阻燃體系，將阻燃體系與成膜樹(shù)脂結(jié)合在一起是透明防火涂料的研究方向。例如合成低聚磷酸酯可用作透明防火涂料阻燃體系的脫水催化劑；含發(fā)泡組分的改性氨基樹(shù)脂用作成膜樹(shù)脂可減少阻燃劑用量；將阻燃劑接枝到成膜樹(shù)脂上可提高防火涂料的使用壽命。
6 結(jié)語(yǔ)
隨著建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展以及我國(guó)消防法規(guī)的日益健全，消防工作越來(lái)越受到重視，防火涂料的研究也越來(lái)越深入，新的品種不斷問(wèn)世。透明防火涂料防火性能好、裝飾效果強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣，它的快速增長(zhǎng)，將會(huì)為促進(jìn)消防事業(yè)的發(fā)展，保護(hù)國(guó)家和人民的生命財(cái)產(chǎn)安全發(fā)揮重大作用。 |
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