水性防火涂料的研究

1、水性防火涂料的研究進(jìn)展摘要：從防火涂料阻燃原理著手，介紹了水性防火涂料的種類及國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，并分類進(jìn)行了詳細(xì)闡述，提出水性防火涂料存在問題的解決途徑，并對水性防火涂料的發(fā)展趨勢作了預(yù)測。關(guān)鍵詞：水性防火涂料 有機(jī)水乳型 無機(jī)膨脹型 復(fù)合型 涂料發(fā)展?fàn)顩rThe research progress of water-based fire coatingsAbstract: From the fire retardant coating on principle, this paper introduces the types of waterborne fire coatings and the

2、 domestic and foreign development, and classification in detail, put forward the existing problems of the waterborne fire coatings solutions, and of the water-soluble fire coatings predict the future.Key words: water-based fire coatings organic aq inorganic compound coating type expandable developme

3、nt situation.前言 隨著水性防火涂料在工業(yè)或者是建筑業(yè)上的擴(kuò)大使用, 它的發(fā)展前景很是被看好, 同時水性防火涂料隨著整個涂料工業(yè)向節(jié)能、低污染、高性能方向發(fā)展. 目前水乳液型的防火涂料已占了越來越大的比例。與此同時, 提高防火涂料的耐水性能、防火性能、裝飾性能、降低成本等方面也不斷取得進(jìn)展。1、防火涂料的阻燃原理防火涂料涂覆于可燃性基材表面，能降低被涂材料表面的可燃性，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)件的耐火極限。防火涂料一般由基料、分散介質(zhì)、阻燃劑、填料、助劑（增塑劑、穩(wěn)定劑、防水劑、防潮劑等）組成，其阻燃原理如下：1.1 防火涂料本身具有難燃或不燃性，使被

4、保護(hù)的基材不直接與空氣接觸而延遲基材著火燃燒；1.2 防火涂料遇火受熱分解出不燃性的惰性氣體，沖淡被保護(hù)基材受熱分解出的易燃?xì)怏w和空氣中的氧氣，抑制燃燒；1.3 防火涂料遇熱能生成減緩及終止燃燒連鎖反應(yīng)的自由基；1.4 防火涂料遇熱膨脹，形成隔熱隔氧的膨脹碳層，阻止基材著火燃燒。2、防火涂料的分類防火涂料按用途可分為飾面型防火涂料和鋼結(jié)構(gòu)。飾面型防火涂料是一種既有裝飾效果 又有防火涂料防火作用的新型涂料。當(dāng)它涂覆在可燃性基材上時起到一定的裝飾作用。一旦發(fā)生火災(zāi)，涂層發(fā)生膨脹炭化形成一層比原來涂膜厚度大幾十上百倍的不易燃燒的海綿狀炭化層。這種炭化層是很好的隔熱體，能使被保護(hù)物體在一定時間內(nèi)保持低

5、溫。從而達(dá)到阻止或延緩物體被燃燒。鋼結(jié)構(gòu)防火涂料是施涂在建筑物或構(gòu)筑物鋼構(gòu)件上的涂料。發(fā)生火災(zāi)時能形成一種耐火隔熱保護(hù)層以提高鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限，從而滿足建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范的要求。 按分散介質(zhì)的種類，防火涂料可分為溶劑型防火涂料和水性防火涂料。同時兩種防火涂料都可具備阻止或延緩物體燃燒的防火作用。水性防火涂料的開發(fā)較早，國內(nèi)水性防火涂料的研制和應(yīng)用始于20世紀(jì)50年代后期, 主要是以硅酸鹽、水玻璃為成膜物的無機(jī)防火涂料。3、水性防火涂料分類及研究現(xiàn)狀目前, 水性防火涂料主要以性能優(yōu)異的有機(jī)、無機(jī)和有機(jī)一無機(jī)復(fù)合的膨脹型防火涂料為主。3.1 有機(jī)乳液型防火涂料的應(yīng)用及研究乳膠型防火涂料是用乳液聚合物

6、作基料乳液聚合物的相對分子質(zhì)量高, 所以作為涂料的成膜物有較好的機(jī)械性能, 用水作溶劑, 添加適當(dāng)種類和數(shù)量的助劑經(jīng)研磨而制備成的涂料。常用作水性防火涂料基料的乳液有聚丙烯酸乳液、苯乙烯改性聚丙烯酸乳液、聚醋酸乙烯乳液聚偏氯乙烯乳液等。另外, 要求選用的聚合物乳液必須對基材具有良好的附著力, 耐久性和耐水性好。純丙甲基丙烯酸酪一丙烯酸醋共聚物乳液、乙丙丙烯酸醋一醋酸乙烯醋共聚物乳液和苯丙丙烯酸醋一苯乙烯共聚物乳液, 無毒無臭, 具有較高的耐寒性和保光性, 附著力強(qiáng), 可常溫固化。均是很好的乳液聚合基料, 但其阻燃性、耐熱性較差, 高溫易返粘、易粘塵, 低溫時易變脆, 透氣性較差。為改善這些性能

7、, 可以來用乳液拼用、合成改性樹脂用丙烯酸單體與有機(jī)單體共聚形成硅一丙樹脂或增添阻燃劑等方法。3.2 無機(jī)膨脹型防火涂料的研究與應(yīng)用無機(jī)膨脹型防火涂料主要由成膜劑、發(fā)泡劑、成炭劑、脫水劑、防火填料及顏料等組成。成膜劑主要有水玻璃, 硅溶液膠體和磷酸鹽等, 一般選用價格便宜, 來源廣泛的水玻璃; 發(fā)泡劑常用的有磷酸鹽、氯化石蠟、三聚氰胺等。但選擇時注意與成膜劑的匹配, 如磷酸銨鹽和水玻璃容易沉淀板結(jié), 氯化石蠟和成膜劑的混溶不好; 成炭劑常用季戊四醇、淀粉等, 這些多羥基化合物和脫水催化劑反應(yīng)生成多孔結(jié)構(gòu)的炭化層; 脫水劑常采用磷酸的銨鹽、磷酸酯及三聚 氰胺等來促進(jìn)涂層分解; 防火填料主要有氫氧

8、化鋁、高嶺土、硼砂、滑石粉、碳酸鈣等。這些原料在受熱分解時一方面要吸收大量熱量; 另一方面, 如硼砂、氫氧化鋁、碳酸鈣等會不斷產(chǎn)生大量的水汽或二氧化碳, 在材料周圍形成惰性屏障, 減緩燃燒速度。國內(nèi)無機(jī)水性防火涂料的開發(fā)和應(yīng)用始于20世紀(jì)50年代后期。是以水玻璃為粘結(jié)劑的無機(jī)水性防火涂料。20世紀(jì)90年代以來國內(nèi)各公司及院校不斷推出新的產(chǎn)品。如北京建筑涂料公司研制出以玻璃粉生石灰粉、硅酸鈉、石棉粉為主要組分的無機(jī)膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。解放軍總后建筑研究工程院采用復(fù)合涂層技術(shù)研制出分層分涂的無機(jī)膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。西安建筑工程研究所推出膨脹型硅酸鹽無機(jī)防火涂料，利用梯次發(fā)泡原理采用無機(jī)低溫發(fā)泡

9、層和高溫發(fā)泡層的復(fù)合泡層，解決火災(zāi)中鋼結(jié)構(gòu)前期升溫快和后期涂層熔滴問題，綜合性能較好。3.3 有機(jī)-無機(jī)復(fù)合型防火涂料無機(jī)材料作為主要成膜物質(zhì)的防火涂料, 其阻燃性優(yōu)于有機(jī)防火涂料, 但耐水性等物理性能較差, 若將二者結(jié)合起來, 就得到性能優(yōu)良的有機(jī)-無機(jī)復(fù)合型防火涂料。這類防火涂料的基料由有機(jī)樹脂或有機(jī)乳液和無機(jī)系粘接劑復(fù)合而成。這種“復(fù)合”可以為化學(xué)過程, 也可以為物理過程。所謂化學(xué)過程, 是通過化學(xué)方法, 在無機(jī)物的分子結(jié)構(gòu)上引入有機(jī)物基因, 使其性質(zhì)得到改善。而所謂物理過程, 多指機(jī)械混合, 得到有機(jī)和無機(jī)的混合分散液。4、水性防火涂料的配方舉例國內(nèi)外早期的防火涂料多采用硅酸鹽為基料,

10、 這類涂料在遇火災(zāi)時, 只有一定延緩燃燒的作用, 且涂料的耐水性較差。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步防火涂料采用了有機(jī)成膜物質(zhì)作為防火涂料的基料, 如丙烯酸-偏氯乙烯共聚膠乳作基料, 添加消泡劑、成膜助劑、阻燃劑等助劑, 涂料的防火性能有了明顯提高, 涂料的外觀和施工性也有了改善。隨著涂料工業(yè)和阻燃工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展, 水性防火涂料得到了迅速發(fā)展。目前采用的成膜物質(zhì)主要有聚丙烯酸酯乳液、聚醋酸乙烯乳液、氯乙烯偏二氯乙烯共聚物乳液、氯丁膠乳液、水溶性三聚氰胺甲醛樹脂、苯-丙乳液、聚乙烯醇等。從涂層的難燃及綜合性能考慮, 也可以采用乳液拼合。阻燃劑主要采用膨脹型阻燃劑, 顏填料含量較少, 常用的有鈦白粉、氧化鋅

11、、鐵紅、鐵黃等。5、水性防火涂料存在問題與解決途徑目前的水性防火涂料, 主要存在耐候性及耐水性問題。通過國家防火材料質(zhì)量檢驗(yàn)部門對該類產(chǎn)品的抽驗(yàn), 分別進(jìn)行天然老化和加速老化試驗(yàn), 發(fā)現(xiàn)防火性能均有不同程度的降低且理化性能也降低, 甚至部分產(chǎn)品出現(xiàn)粉化、起泡、脫落的現(xiàn)象, 給防火涂料的使用和消防監(jiān)督管理都帶來了一定的困難。導(dǎo)致水性防火涂料耐候性不好的原因主要是成膜物質(zhì)和防火添加劑。水性防火涂料所選的有機(jī)成膜物質(zhì)主要是聚丙烯酸乳液、苯-丙乳液、乙-丙乳液等高分子合成乳液, 這些乳液在制造乳膠涂料時都有較好的耐候性, 但在防火涂料中由于其使用量較少 ( 5%-10% ,影響了耐候性能。當(dāng)前, 對于

12、水性防火涂料存在的耐候性及耐水性問題, 可采用下列途徑來解決:(1有機(jī)成膜物質(zhì)可選擇性能更好的氯偏乳液, 丙-硅乳膠或者幾種乳液搭配使用, 適當(dāng)增加乳液用量到25%或以上, 改善防火涂料的耐候性(2對于天然成膜物質(zhì), 可采用加熱固化; 對水玻璃進(jìn)行改性處理; 涂刷罩面層; 添加固化劑, 提高涂料的耐水性。(3無機(jī)、有機(jī)成膜物質(zhì)配合使用, 膨脹型和非膨脹型阻燃劑配合使用, 提高涂料的耐水性及其他性能。6、結(jié)語隨著工業(yè)向大型化和建筑向集群化、高層化發(fā)展, 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展, 人們對防火涂料的要求越來越高。由于水性防火涂料克服了油性防火涂料價格高，毒性大，運(yùn)輸貯存和使用不安全的缺點(diǎn)，有利于環(huán)境保護(hù)

13、及生產(chǎn)、施工人員的健康和安全，所以應(yīng)用越來越廣泛。隨著整個涂料工業(yè)向節(jié)能、低污染、高性能方向發(fā)展，人們對防火涂料的要求和期望也越來越高，目前的水性防火涂料在外觀，尤其是耐候性方面與溶劑型防火涂料還有一定距離，但隨著國家經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)一步提高, 相信水性防火涂料會具有更加廣闊的應(yīng)用和發(fā)展。參考文獻(xiàn)1 許峰, 鄒侯招1國內(nèi)外無機(jī)涂料應(yīng)用與發(fā)展J , 化學(xué)建材,2002, (1 :15-172 覃文清, 李風(fēng)1材料表面涂層防火阻燃技術(shù)M 1北京:化學(xué)工業(yè)出版社,20043 郭義謙1水性防火涂料J , 現(xiàn)代涂料與涂裝,2001,(1 :13-154 徐曉楠1防火涂料M 1北京:化學(xué)工業(yè)出版社,20035 楊群, 李樹林1膨脹防火涂料的研究進(jìn)展J , 中國涂料12001, (4 :37-466 趙宗治1我國防火涂料現(xiàn)狀與發(fā)展J , 消防技術(shù)與產(chǎn)品信息,2000, (12 :14-207 王國建, 張小翠1乳液型膨脹防火涂料的研究J 1建筑材