防火涂料市场发展及趋势和展望

 　　在历史发展的长河中，火对人类文明进步发挥着重要的作用。但是，火是一把双刃剑，它不仅可以造福人类，也可以给人类带来巨大的灾难。 
　　我国改革开放以来，各行各业的发展突飞猛进，高层，超高层建筑拔地而起，各种新材料不断涌现，同时大量的应用化学建材是易燃的，日益增多的钢结构建筑的耐热性很低，普遍使用的混凝土材料也是不耐火的，也因此埋下了巨大地火灾隐患。涂覆防火涂料是预防和阻止火灾发生和发展的有效手段之一。基于如此，大力推广和使用防火涂料，一旦发生火灾事故，让火患无法蔓延并消失于无形之中，这对于降低和消灭火灾事故具有重要意义。目前，防火涂料广泛应用于提高工程建筑、古建筑和文物、船舶、隧道、运输、军工、化工、电讯等领域的御灾能力。 
　　2 防火涂料的作用及机理 
　　防火涂料，又叫阻燃材料，是指涂装在物体表面，可防止火灾发生，阻止火势蔓延传播或隔离火源，延长基材着火时间或增加绝热性能以推迟结构破坏时间的一类涂料。因此涂覆防火涂料，是预防和阻止火灾发生的必要手段。 
　　2.1 防火涂料的作用 
　　防火涂料的作用是当涂覆于可燃基材上时， 除起到与普通装饰涂料相同的装饰、防腐及延长被保护材料的使用寿命外， 一是遇到火焰或热辐射时， 防火涂料将迅速发生物理、化学变化而隔绝热量， 阻止火焰蔓延， 起到阻燃作用； 二是当涂覆于构件表面除具有防锈、耐酸碱、耐盐雾等作用外， 遇火时隔绝热量、降低构件表面温度、起到耐火作用。防火涂料的防火阻燃作用只在一定时间内起作用， 为扑救工作赢得时间。 
　　2.2 防火涂料的分类及其机理 
　　按照其防火机理， 可以分为两大类型， 一种是膨胀型防火涂料， 另一种是非膨胀型防火涂料。后者又分成难燃型防火涂料（ 一般为有机涂料） 和不燃型防火涂料（ 为无机涂料） 两种。按照用途可以分为饰面型防火涂料，钢结构防火涂料，电缆防火涂料，混凝土结构防火涂料。 
　　对膨胀型防火涂料和非膨胀型防火涂料得防火机理简述如下。 
　　2.2.1 膨胀型防火涂料 
　　膨胀型防火涂料的概念最早由Tramm 于1937年提出，他采用二氰二铵为膨胀发泡剂、磷酸二铵为催化剂制备了可膨胀型防火涂料， 聚合物基膨胀型防火涂料除了少量催化剂及添加型发泡剂为无机材料，其主要成分为有机物[1]。 
　　膨胀型防火材料在火焰或高温作用下，一方面会膨胀发泡，生成泡沫隔热层，封闭被保护的基材，阻止基材着火燃烧。另一方面，涂层发生的软化、熔融、蒸发、膨胀等物理变化及聚合物、填料等组分发生的分解、降解、化合等化学变化也能吸收大量的热能，抵消一部分外界作用于物体的热，从而保护基材。而且，涂层在高温下分解出不燃性气体能稀释有机物热分解产生的可燃性气体或氧气的浓度，从而抑制燃烧的进行。 
　　2.2.2非膨胀型防火涂料 
　　非膨胀型防火涂料主要是通过以下三条途径发挥防火作用的，首先，涂料本身具有难燃或不燃性，能起到隔离作用；其次，涂料遇火受热分解出不燃的惰性气体，冲淡被保护基材受热分解出的易燃气体和空气中的氧，抑制燃烧；最后，在火焰或高温条件下形成不可燃性的无机“釉膜层”。该釉膜层结构致密，能有效隔绝氧气。[2] 
　　3 我国防火涂料的发展现状 
　　防火涂料的发展具有悠久的历史，更是早在古罗马时代就有人开始把木材漫涂醋和粘士浆液来进行难燃处理，等发展到近代，则用石膏、灰泥、水泥等与水调和，涂覆于建筑物表面，使之隔热防火。[3]后来，有人曾仔细观察蛇被烧的变化，蛇体膨胀冒气和起泡，蛇体发生蜷缩，而内部机体则受到一定程度的保护，由此启发而发明了以汽油二甲苯之类为有机溶剂的膨胀型防火涂料。20世纪30年代已有以水玻璃为黏结剂，加矿粉为填料的无机防火涂料。我国的防火涂料的起步，较国外工业发达国家晚但15～20年，虽然起步较晚，但发展速度很快。近代的防火涂料的研制和应用起始于50年代后期，即以硅酸和开发新型防火涂料的工作，主要是溶剂型。70年代末，公安部四川消防研究所开始研究防火涂料，首先研究出膨胀型过氯乙烯防火涂料，后来又研究出膨胀型丙烯酸乳胶防火涂料从80年代中期开始，公安部四川消防科学研究所率先研制成LG钢结构防火涂料，与北京建筑材料防火公司共同研制成LG钢结构膨胀型防火涂料。[4]1990年开始，防火涂料得以迅速发展，防火涂料的产量和品种数目剧增，全国注册生产厂家不下百家，从品种类型、技术性能、应用效果和标准化程度上看，已接近或达到国际先进水平。 
　　3.1膨胀型防火涂料 
　　3.1.1钢结构防火涂料 
　　近年来，钢结构在建筑业中广泛应用，但建筑材料中钢材的耐火性差，机械强度随温度的升高而降低，同时钢材的力学性能也迅速下降，很快会失去支撑能力，导致建筑物倒塌。因此，采用防火涂料对建筑物的钢结构进行防火保护，是一条切实可行且经济的途径。在建筑物钢结构防火保护中，应用前景最好的当属膨胀型防火涂料。膨胀型防火涂料包括薄涂型（涂层厚度为3～7mm）和超薄型（涂层厚度<3mm）钢结构防火涂料。 
　　最早开发的防火涂料的主要成分为无机材料，聚合物基膨胀型防火涂料除了少量催化剂及添加型发泡剂为无机材料，其主要成分为有机物。近年来，研究得最多的体系则为C-N-P 阻燃体系。这类体系的聚合物基料普遍为改性后的丙烯酸树脂、改性高氯化聚乙烯树脂 
　　以及改性氨基树脂等。[5]以这类聚合物为基料的涂料可以有良好的装饰性，耐候性及抗腐蚀性。 　　无机填料对膨胀型钢结构防火涂料防火性能提高的研究主要集中在可膨胀石墨以及纳米无机填料两个领域。[3]该防火涂料在钢表面具有良好的附着力，并且具有优越的耐候性，燃烧后发泡层为密实的微孔状泡沫结构。 
　　环氧膨胀防火涂料中环氧树脂为防火涂料的成膜物， 固化后的环氧树脂，具有优良的耐化学腐蚀性、耐热性、耐酸碱及良好的电绝缘性，因而用它来配制的防火涂料具有优良的附着力、防腐蚀性和机械强度。[6]因为环氧树脂防火涂料具有极佳的封闭性，阻燃成分不会迁移到涂层面，因此，其防火性能受时间和环境的影响较小。特别是环氧树脂防火涂料在爆炸发生后都能保持完好并粘附在基材上，较传统膨胀型防火涂料更适用于海上石油平台、油田、炼油厂及石化厂等。 
　　水性超薄膨胀型钢结构防火涂料是近年来发展起来的一种新材料。水性超薄膨胀型钢结构防火涂料是指涂层使用厚度不超过3 mm，以水作分散介质的钢结构防火涂料，其成膜物可以是有机高分子树脂，一般以乳液型居多，加入发泡剂、阻燃剂、碳源、酸源及其它填料组成防火体系，受火时可形成均匀而致密的蜂窝状或海绵状的碳质泡沫层，对钢材具有良好的防火保护作用。[7] 覃文清进行了较详细的论述，介绍了水性钢结构防火涂料的国内外研究现状[8]，王国建等人配制了有机硅氧烷乳液与自交联纯丙乳液的混合乳液，以其为基料、聚磷酸铵、三聚氰胺为发泡剂、二氧化钛为填料等制备了水性超薄膨胀型钢结构防火涂料。 
　　3.1.2 饰面型防火材料 
　　饰面型膨胀防火涂料分为溶剂型和水性两类，两类选用的防火组分基本相同，区别在于成膜物。溶剂型防火涂料的成膜物质一般选用氯化橡胶，过氯乙烯，氨基树脂等，采用的容积为200号溶剂汽油等；水性防火涂料的成膜物质一般选乙烯-偏二氯乙烯乳液等，它以水为溶剂。 
　　近些年发展起来的透明防火涂料兼具防火和装饰功能，包括共聚或化学改性聚合物、添加阻燃剂等， 体系中一般含P、Si、B、N等元素。[9]在之前很长一段时间，国内对透明型防火涂料的开发集中在以脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、三聚氰胺-甲醛-尿素共聚树脂等氨基树脂或改性氨基树脂为成膜物质的体系。20世纪80年代至21世纪初我国主要采用的是醚化氨基树脂和多官能性的磷酸酯/ 磷酸盐制备膨胀型透明防火涂料。该类体系由于含有充足的P、N、C等膨胀阻燃体系必须的元素， 具有良好的防火性能。 
　　3.1.3 电缆防火涂料 
　　电缆防火涂料是在饰面型防火涂料基础上结合自身要求发展起来的，主要由基料及阻燃添加剂、增强填料、溶剂、颜料、助剂六部分组成。[10]我国最早出现的电缆防火涂料是以氨基树脂为基料的膨胀型反火涂料，随着电缆防火涂料的迅速发展，还出现了氯化橡胶等为基料的溶剂型电缆防火涂料以及以丙烯酸乳液等为基料的水性电缆防火涂料，但当这些成膜剂与防火组分作用后，会导致防火性能的降低。这也是现在亟待解决的问题。 
　　3.2非膨胀型防火涂料 
　　早期发展的防火涂料一般为非膨胀型防火涂料， 其防火性能及涂膜的其它物理力学性能都很差。近年来， 由于有机合成材料的发展及其所具有的优异的物理力学性能， 才使得有机防火涂料得以迅速发展并大量应用。目前无机防火涂料的品种很多，它采用的无机涂料粘合剂主要是水玻璃（硅酸钠、硅酸钾等）、硅溶胶、磷酸盐等；而填料是一些耐火的矿物。 
　　4 我国防火涂料的发展趋势 
　　纵观防火涂料的发展史，经历了一个从无机到有机又到无机的循环过程。在21世纪到来之际，我国的防火涂料将进入一个更高的发展阶段。随着涂料工业向节能、低污染、高性能化、专业化方向发展，防火涂料也像“五E”方向[7]迈进，即提高涂膜质量（Excellence）、方便施工（Easy of application）、节省资源（Economics）、节省能源（Energy saving）、生态平衡（Ecology）。 
　　4.1环保型发展方向 
　　目前，国内普遍使用的溶剂型和厚型防火涂料耐火极限差，不符合环保要求，在其使用上也会因人们对环境污染及人身健康的日益重视而受到越来越严格的限制。这就要求大力发展无污染涂料，如水性防火涂料和无机防火涂料。水性涂料由于无毒安全、节约资源、保护环境，成为建筑涂料发展的主要方向。水性膨胀型防火涂料将成为防火涂料的主要发展方向，同时应着眼于进一步提高涂层的耐水性、防火性及装饰性。无机防火涂料节能源、省资源，无环境和健康的不良影响，属于“绿色建材”，符合涂料工业水性化、功能化和人类发展的大趋势。从涂料性能上来说，无机防火涂料不燃，耐高温，在高温作用下不会产生有害气体。涂膜的某些物理性能和装饰效果虽然不尽人意，但通过拼用适量的合成树脂乳液或通过采取其他技术措施可以改善。 
　　4.2低成本型发展方向 
　　由于膨胀型防火涂料的生产工艺比较复杂，技术含量高，因此成本相对较高。但是，随着防火涂料的深入研究，在保证防火涂料性能的前提下，其成本的降低指日可待。 
　　4.3 高性能型发展方向 
　　突破传统的膨胀体系和模式，可以采用膨胀型和非膨胀型防火涂料相结合，配方中既含有膨胀型组分，又含有较多耐火填料组分，还加入高熔点的无机纤维等，使涂料在高温火焰作用下形成低膨胀率的高强灰化层，确保膨胀涂层长时间耐火隔热而不脱落。 
　　4.4 多功能型发展方向 
　　随着人类文化和生活水准的提高，对于防火涂料除了要求具有防火保护作用和精美的装饰性外，还需要兼具绝热性、隔热性、消音性、辐射性等特殊功能。研究开发出功能复合化的钢结构防火涂料以及能赋予涂料特殊功能的树脂和添加剂的研究是当今一大课题。 
　　5 结束语 
　　近年来，随着我国经济的高速发展，防火涂料的广泛应用于各行各业，新型防火涂料的研究开发越来越重要，因此研发防火性能更好更易于施工成本更低使用寿命更长的防火涂料成为当今的热点。与此同时，随着人们环保意识的不断提高，环境友好型防火涂料的需求越来越高。 由此，研究开发环保和防火性能兼具的膨胀型无机溶剂防火涂料和水性膨胀型防火涂料或许会成为当今的研究主要方向之一。