膨胀型防火涂料的研究及应用

膨胀型防火涂料的研究及应用

应化0881-符晓莉-01

摘要：简述了防火涂料的分类，从粘结剂和各种防火助剂（包括脱水成碳催化剂、成炭剂、防火填料和颜料，）方面综述了膨胀型防火涂料的研究进展，采用有机硅氧烷乳液、自交联丙烯酸酯乳液和水溶性三聚氰胺甲醛树脂作为成膜剂，配合P-C-N膨胀阻燃体系以聚磷酸铵为脱水剂、双季戊四醇为碳化剂、三聚氰胺为发泡剂，制备了一种膨胀型防火涂料。介绍了膨胀型防火涂料的阻燃性能。分析了膨胀型防火涂料的趋势。

关键词：膨胀型、防火涂料、阻燃体系

Research Progress and application of Intumescent Fireproof Coatings Abstract ：The classification of fireproof coatings is recommended. The research progress of expansible firepreproof coating is introduccd from bindcr and various fire resisdant auxiliaries( including catalyzer of dehydration carbon formation,carbon forming agent,blister,fire restant filling and pigment and other auxiaries) The application of the expansible fireproof coatings is introduced.A waterborne intumescent fire-retardant coating was prepared using organosiloxane emulsion,selfcross-linking acrylic emulsion and water-soluble melamine formaldehyde resin film forming agent,P-C-N as intumescent flame retardant syatem,ammonium polyphosphate as a dehydration catalyst,dippentaerythritol as charring agent and the melamine as blowing agent.The flame retardancy of the waterborne intumescent fire retardant coating were introduced.Analy the development tendency of intumescent fireproof coating.

Key words ：intumesscent, fireproof coating, flame-retardant system

前言：

防火涂料又叫阻燃涂料，涂覆于可燃性基材表面能降低被涂材料表面的可燃性，阻滞火灾的迅速蔓延。涂覆于结构材料表面可提高构件的耐火极限。防火涂料以其特有的装饰性和防火性得到了广泛应用，为保障国家和人民生命财产的安全做出了巨大贡献。

防火涂料是一种功能涂料，能有效防止或延缓火势蔓延，与金属类防火材料

相比，还具有隔热性好、密度低、易施工、成本低、不需要连接、可用于各种复杂形面等优点。被广泛应用于钢结构、电缆、隧道和飞机等诸多场所的防火保护防火涂料的分散介质经历了水一有机物水的发展，目前国外新型水溶型防火涂料的物理、力学性能接近有机溶剂型防火涂料，但毒性、安全性远优于有机溶剂型防火涂料，而且符合涂料的环保发展趋势。在美国和日本等发达国家，膨胀型防火涂料中水性涂料占75％以上，同时水性防火涂料在防火性、装饰性、耐水性、降低成本等方面也在不断地取得进展和突破。

一、防火涂料的分类

目前国内已有数十种防火涂料应用于各个领域。在防火涂料的发展过程中，人们参照一般油漆、建筑涂料的习惯分类法，同时结合防火涂料自身的功能特点，根据基料组成、分散介质、保护对象、防火机理对防火涂料进行分类。

按基料组成不同，可分为无机水溶性防火涂料和有机防火涂料；按使用的分散介质的不同，可分为水溶性防火涂料和溶剂型防火涂料；根据保护对象的不同，可分为钢结构防火涂料、预应力混凝土防火涂料；按防火机理不同可分为非膨胀型防火涂料和膨胀型防火涂料两大类。由于这两种防火涂料的防火助剂和防火机理的不同，它们的应用行业和范围也有着较大的差别在膨胀型防火体系的研究方面，基本上形成了P—C—N体系，防火涂料中阻燃剂的研究和应用已经从20世纪60年代的非膨胀型阻燃剂向膨胀型防火阻燃体系过渡，并进入了稳步的发展阶段膨胀型防火涂料中所使用的防火阻燃体系。从阻燃效果、装饰效果及经济成本角度考虑，膨胀型防火涂料应用更为广泛，其防火效果最好，是当今防火涂料的发展趋势。

二、膨胀型防火涂料的研究进展

2．1、粘结剂

用于膨胀型防火涂料的粘结剂通常有：水性树脂（如聚丙烯酸酯乳液、聚醋酸乙烯乳液）、含氮树脂（如三聚氰胺甲醛树脂等）及其它树脂。姚亚东等以可在分散乳胶粉为粘结剂，郑跟稳等以硅丙乳液为粘结剂，程群超发明的多用途膨胀型防火涂料以乙烯-醋酸乙烯共聚乳液和改性树脂为粘结剂，天津消防科学研究所开发出的防火涂料以改性氨基树脂/丙烯酸共聚物和聚醋酸乙烯乳液为复合基料，东北重型机械学院以乙醇改性脲醛树脂为粘结剂。

有机粘结剂粘结性能一般都较好，但存在耐久性差的问题。因此，实际使用中通常也是以有机物为主，添加少量无机粘结剂，组成性能优良的有机-无机复合型防火涂料。如丙烯酸-磷酸铝复合膨胀型防火涂料，以及以丙乳液、582树脂、AEC膨胀水泥为粘结剂的复合膨胀型防火涂料。

2．2、阻燃体系的确定

膨胀型防火涂料遇火受热时，碳化剂在催化剂作用下酯化脱水成碳，碳化物在发泡剂分解的惰性气体作用下形成封闭的立体蜂窝状碳化层，该碳层可以封

闭被保护基材，阻止气体扩散，同时阻止外部氧气扩散到基材表面，达到防火隔热的目的。

膨胀型防火涂料膨胀层厚且导热率非常低，防火性能显著优于非膨胀型防火涂料。膨胀型防火涂料基本上分为P—C—N或P—C—N—Cl阻燃体系，无机阻燃膨胀体系及有机、无机复合型阻燃膨胀体系。本文研制的是有机、无机复合型P —C—N膨胀阻燃体系。P—C—N膨胀阻燃体系根据机能包括脱水催化剂、碳化剂和发泡剂三部分。

2．3、成炭剂的选择

成炭剂是在膨胀催化剂和发泡剂的同时作用下形成三维空间结构的不易燃发泡炭化层的物质基础，对发泡起着骨架作用。成炭剂结构的有效性取决于它的羟基数以及含碳量：羟基含量决定它的脱水速度和发泡速度，含碳量决定它的炭化速度。当采用聚磷酸铵作膨胀催化剂时，如果选用淀粉作炭化剂，在聚磷酸铵热分解之前，淀粉早已分解并产生大量焦油，这时应选用热稳定性高的多元醇，如季戊四醇、二聚季戊四醇、三聚季戊四醇、一缩二季戊四醇等作炭化剂才能形成理想的膨胀体。由于季戊四醇价廉物丰，我国的许多防火涂料都采用它作碳化剂。

2．4、脱水催化剂的选用

防火涂料的脱水催化剂受热能分解产生具有脱水作用的酸，其主要功能是促进和改进涂层的热分解进程，产生不易燃的立体蜂窝状碳层结构。可用的脱水催化剂有磷酸、硫酸、硼酸等的盐、酯和酰胺类化合物。

目前常用的脱水催化剂有聚磷酸铵(APP)、磷酸铵镁和磷酸三聚氰胺(MP)等，脱水催化剂能与涂层中含羟基的成膜物和碳化剂发生强烈的酯化反应并脱水