摘 要：介紹了透明防火涂料的分類、組成、防火機理，并對我國透明防火涂料今后的發展進行了展望，提出了建設性的意見。
關鍵詞：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、阻滯火災的迅速蔓延，或是涂覆于結構材料表面，用于提高構件耐火極限的功能材料。在建筑業高速發展的今天，人們對裝飾性要求和消防要求越來越高。因而防火涂料幾乎覆蓋了一般涂料的所有領域。如建筑內外墻、娛樂場所、商店、賓館、工業廠房、寫字樓、家庭住宅、家具涂飾、輪船、飛機等。有的防火涂料還能應用到一般涂料不能應用的領域。如鋼結構防火涂料應用在重要場所：展覽館，侯機樓、體育館[1 ,2]
目前，非透明性防火涂料雖然發展較為成熟， 但應用于裝飾材料表面后會破壞原來的裝飾效果，特別是對古建筑、文物保護及高檔家具等方面， 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濟效益和社會效益。
1 透明防火涂料的分類
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用涂料。
1. 2 分類
按透明防火涂料的形式分為膨脹型和非膨脹型兩大類。
非膨脹型透明防火涂料一般受火時涂層基本不發生體積變化，而是形成釉狀保護層的一類涂料。該釉狀保護層能起到隔絕氧氣的作用，進而發揮阻燃性能。但這種釉狀保護層的熱導率往往較大，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，可產生比涂層厚幾十甚至上百倍的不易燃海綿狀炭質層的涂料。由于海綿狀炭質層能夠有效地隔離外部熱源，涂料受熱燃燒又能產生不燃性氣體，如二氧化碳、水蒸汽等，降低了可燃氣體以及空氣中氧氣的濃度，因此這類涂料的防火、阻燃作用更加明顯。故而膨脹型透明防火涂料是目前國內外使用最廣泛的一種防火涂料。
2 透明防火涂料的防火機理
防火涂料的防火機理主要可概括為以下幾點[3]：1. 防火涂料本身不可燃或難燃，保護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。
根據上述機理的不同， 并結合防火效果來看， 膨脹型透明防火涂料明顯優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泡沫層， 能有效阻止外部熱源對基材的作用， 同時也隔絕了基材與空氣的接觸， 從而防止了基材燃燒， 達到阻燃目的。目前對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。它是主要成膜物質，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異的膨脹效果，例如氨基樹脂、醇酸樹脂。
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。其主要功能是促進涂層的熱分解，阻止放熱量大的碳氧化反應發生等。目前采用的有含磷、硼、鹵等阻燃元素的酸、鹽、酯類等物質。
3.3 炭化劑
炭化劑是在高溫條件下形成三維空間結構不易燃泡沫炭化層的物質基礎，對泡沫炭化層起著骨架作用。這類物質多屬含羥基的多元醇類。
3.4 發泡劑
發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構的物質。如三聚氰胺、尿素、胍等。
3.5 助劑
助劑是可改進生產工藝、改善施工條件、提高涂料質量，具有特殊功效的物質。如增稠劑、乳化劑、增韌劑等。
3.6 阻燃劑的選擇
阻燃劑對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：氯化石蠟既是發泡劑，又是炭化劑，同時也是阻燃劑；多聚磷酸銨既是脫水劑，又是發泡劑和阻燃劑。在選擇其它組分時也要注意，由于許多堿性涂料會降低膨脹的厚度，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。同時還要注意發泡劑和脫水劑的溫度要匹配。對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，各種物質間應有良好的協同作用，才能起到優異的阻燃效果。
4 影響防火性能的因素
1948年Abi公司首先發表了膨脹型防火涂料的專利，其主要成分為脲醛、磷酸二氰胺、淀粉、顏料和改性酚醛樹脂，其阻燃性能較好，但漆膜性較差。隨著大量研究工作的進行，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。據文獻報道[4]，影響膨脹型防火涂料的防火性能主要的物理化學因素有：炭質層的結構，泡孔大??；炭質層在火作用霞的穩定性即炭質層強度；炭質層的化學組成；所發生的化學吸熱反應。
要想形成一定厚度的炭質層就必須使用足夠量的防火助劑，一般來說，防火助劑的用量占總量的60-70%。另外，脫水劑、發泡劑及炭化劑的用量也必須比例適當，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。炭化層的傳熱系數大小由其結構的均勻性、泡孔的大小、疏松程度以及化學組成決定，當所用的樹脂基質不同時，涂層的化學組成也不同，涂料的防火性能也會有差別。發泡層的強度、抗然氣沖刷的能力也影響著防火性能的優劣，通常為了提高泡沫炭質層的強度，往往會加入纖維、無機填料粒子等，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的第一次涂刷厚度和膨脹后泡沫炭質層的強度。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，對膨脹炭質層及其涂料防火性能的影響研究表明，某種粘結基料與適當的透明粒子配合能顯著提高防火性能，同時增強膨脹炭質層的強度，增強其耐燃氣沖刷的能力。
5 透明防火涂料的展望
近十幾年來，我國透明防火涂料的發展方興未艾，其防火性能和裝飾性能有了很大的改進和提高，品種和應用范圍也不斷擴大。隨著人們對涂料性能要求的不斷提高，透明防火涂料的研究將會有更大的發展空間。歸納起來，今后我國透明防火涂料主要將在以下方面開展工作：
5.1 開發多功能、高效、低水溶性的脫水成炭催化劑和發泡劑是透明防火涂料研究和發展的技術關鍵[6]
多聚磷酸銨的研制成功，大大促進了透明防火涂料的發展，而磷酸三聚氰胺則把磷酸脫水催化和三聚氰胺發泡兩者的作用結合起來，且水溶性更低。自膨脹單體是20世紀70年代出現的新型膨脹劑，作為膨脹型透明防火涂料中唯一的防火組分。經研究還發現氨基苯磺酸鹽、氨磺酰對苯胺及其它類似的有機物均可作為膨脹單體，這類物質的研究也是今后的方向。
5.2 開發粉體工程等粉碎新技術改進阻燃劑及阻燃體系的阻燃效果
作為透明防火涂料的關鍵組份，阻燃劑及阻燃體系的研制是今后透明防火涂料發展的又一重要方向。當前，各國都在集中力量研制高性能無機阻燃劑以提高阻燃效果。但是，氫氧化鋁、氫氧化鎂、氧化銻等無機阻燃劑的更有效的使用都要采用粉體工程新技術使之微?；瑲溲趸X要求達到平均微粒1μ級，而氧化銻要求更細的粒度，研究實驗結果表明，粒度和阻燃效果有關，因此必須開發粉碎新技術。在必要的阻燃劑粒度、粒度級配、顆粒形狀等物理參數的基礎上，還必須同時運用表面化學的方法來處理氫氧化鋁等物質表面，以增加他們與被阻燃樹脂的親和力，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、化學性能。
5.3 開展多種阻燃劑協同作用的研究，使之搭配合理，提高阻燃效果
5.4 開發阻燃體系與成膜樹脂結合技術
透明防火涂料研制的難點在于成膜樹脂的理化性能和使用壽命，以及高效、性能穩定的阻燃體系，將阻燃體系與成膜樹脂結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；含發泡組分的改性氨基樹脂用作成膜樹脂可減少阻燃劑用量；將阻燃劑接枝到成膜樹脂上可提高防火涂料的使用壽命。
6 結語
隨著建筑業的蓬勃發展以及我國消防法規的日益健全，消防工作越來越受到重視，防火涂料的研究也越來越深入，新的品種不斷問世。透明防火涂料防火性能好、裝飾效果強、應用范圍廣，它的快速增長，將會為促進消防事業的發展，保護國家和人民的生命財產安全發揮重大作用。 |
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