防火涂料阻燃机理的研究

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防火涂料阻燃机理的研究

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杨佳庆:防火涂料阻燃机理的研究2007年第5期
防火涂料阻璐机理的研究
杨 佳 庆
(公安部上海消防研究所，上海2000犯)
摘要:对目前国内外市场应用的钢结构防火涂料、电缆防火涂料、饰面型防火涂料以及隧道防火涂料的阻燃及防火机理
进行分析讨论。
关键词:防火涂料;阻燃机理;热膨胀;隔热性
1 前言
防火 涂 料 是目前广泛应用的消防产品，根据保护
对象的不同主要包括钢结构防火涂料、电缆防火涂料、
饰面型防火涂料以及隧道防火涂料。防火涂料的主要
组成包括成膜树脂、阻燃体系、溶剂体系及添加剂，其
中起阻燃效果的是阻燃体系，其阻燃及防火机理主要
’包括无机隔热、热膨胀、隔热及热膨胀复合作用三种，
本文将讨论各种防火涂料的阻燃机理，并结合涂料的
应用方法，以利于涂料的研究、生产及应用。
2 防火涂料的无机隔热阻燃机理
无 机 隔 热防火涂料主要包括厚涂型钢结构防火涂
料、隧道混凝土钢结构防火涂料，其主要组成成分包括
颗粒状多孔隔热材料、豁结剂及添加剂组成，其中起阻
燃效果的是颗粒状多孔隔热材料，常用的有膨胀蛙石、
珍珠岩等轻质防火材料，这些颗粒状多孔隔热材料本
身就是良好的热绝缘体，在火灾时不燃烧，隔热效果
好。材料本身多孔，小孔之间是空气，颗粒之间的缝隙
由空气填充，这类涂料一般涂层厚度较厚，涂层中包含
了多层的颗粒状多孔材料，层与层之间的缝隙形成相
互交错的空气隔热层，由于空气是良好的热绝缘体，与
隔热材料一起协同作用起到阻止热源向内层传播，从
而达到保护基材的效果。无机隔热涂料的阻燃效果较
好，其耐火极限超过180 min.
无机 隔热 涂料由于涂层较厚，因此要求涂料的干
密度一定要小，以保证涂层对基材有较好的豁结力，并
且减少对基材负荷的要求。这类涂料的阻燃作用基本
是依靠物理的隔热作用，隔绝热传递、热辐射因此不产
生有毒有害气体，具有较好的环保效果，可以在高层建
筑及地下空间、隧道中应用，其缺点是装饰效果差，涂
层表面比较粗糙。
3 防火涂料的热膨胀阻燃机理
膨胀 型 防 火涂料的膨胀机理包括P-N-C磷一氮-
碳)膨胀体系和材料自身膨胀两种。
P-N -C 膨 胀体系的膨胀型防火涂料膨胀组分一般
由脱水成炭催化剂、成炭剂和发泡剂三部分组成。
防火 机 理 为脱水成炭催化剂一般是可在受热条件
下释放无机酸的化合物，释放出的无机酸要求沸点高，
而氧化性不太强，一般选用磷酸系化合物。成炭剂是
膨胀多孔炭层的碳源，一般是含碳丰富的多官能团的
物质，可以单独或在催化剂作用下加热成炭。发泡剂
是受热条件下释放出惰性气体的化合物，一般选用含
氮丰富的聚合物。
膨胀 型 防 火涂料受热时，成炭剂在催化剂作用下
脱水成炭，炭化物在发泡剂分解的气体作用下形成膨
松、有封闭结构的炭层，该炭层可以阻止基材与热源
间的热传导，另外多孔炭层可以阻止气体扩散，同时阻
止外部氧气扩散到基材表面，达到防火目的。
目前 国 内 外所采用的催化剂主要是聚磷酸按，有
的也使用三聚氰胺磷酸盐等，选择的原则是耐水性、加
工性及发泡性的好坏。应选用聚合度高及分散性好的
产品。
目前 广 泛 采用的成炭剂主要有季戊四醇和多季戊
四醇，它们虽然是较好的炭源，但也存在着亲水性高及
加工不易、漆膜状态不好等缺点。应探索新的成炭剂，
特别是能够作为成炭剂的树脂，它不仅要对成炭有利，
而且还要对涂料的加工、施工及理化性能有所提高。
目前 使 用 的发泡剂多是三聚氰胺，也有人在生产
配方中填加一些低成本的按盐，所有这些发泡剂均存
在耐水性差的明显不足，为了解决这一问题，有人将三
聚氰胺与季戊四醇/聚磷酸按反应，形成较大分子，以
降低其亲水性同时再赋予其炭源或酸源的作用。取得
实际应用的是三聚氰胺的磷酸盐衍生物，它具有发泡
2007年第5期消防技术与产品信息
和催化的双重作用。
P-N -C 膨 胀体系虽然有很好的性能，但随着研究
的深人，其表现出来的不足也越来越明显，如耐水性、
耐久性差，对涂料成分敏感，要求比例高(一般在涂料
中要达到60%一70%)，漆膜理化性能差等;为了解决
这一问题，人们已开始研究新的膨胀防火机理，其中比
较成功的是选用自身能膨胀的物质作为膨胀源，当涂
料受热时，材料本身即可发生膨胀，产生具有隔热效果
的膨胀层。这种办法的优点是不用或少用P-N-C膨胀
体系阻燃材料，从而使涂料具有几乎和普通涂料一样
的理化性能。
自身 具 有 受热膨胀特性的材料有很多，物理作用
的有膨胀蛙石、膨胀石墨等，化学作用的有氨基苯磺酸
盐、氨基磺酞对苯胺、P,P- 氯化二苯磺酞脐、5-氨基一2
硝基苯甲酸等化合物。
应用 热 膨 胀原理的防火涂料包括薄型、超薄型钢
结构防火涂料，电缆防火涂料及饰面型防火涂料，其阻
燃效果根据添加热膨胀阻燃体系的比例有所不同，钢
结构防火涂料耐火要求高，添加比例高，耐火极限最高
可达2h，电缆防火涂料和饰面型防火涂料对阻燃的要
求低，阻燃体系添加量也少。
4 防火涂料的隔热及热膨胀复合作用
机 理
随着 防 火 涂 料 研究和应用的不断发展，对防火涂
料的要求也不断提高，在满足阻燃效果的同时，必须具
有良好的理化性能以及其他功能。研究者开始尝试在
涂料中添加热膨胀阻燃体系的同时，也添加无机隔热
材料，使涂料在火灾时无机隔热作用与热膨胀作用协
同工作，从而达到增强阻燃效果，减少阻燃体系添加量
的效果。
利 用 无 机隔热及热膨胀复合作用机理的防火涂料
一般添加的无机隔热材料包括超细云母、高岭土、玻璃
纤维等无机隔热材料，分散在P-N-C膨胀体系形成的
炭质泡沫层中，增加成炭泡沫层的强度，从而提高阻燃
效果。
在 实 际应 用中膨胀型电缆防火涂料、膨胀饰面型
防火涂料添加超细云母后能明显的提高涂料的阻燃效
果以及绝缘性。在膨胀型钢结构防火涂料中添加玻璃
纤维可以提高成炭层的强度以提高阻燃效果。
降低涂料中阻燃体系的添加量从而提高涂料的理化性
能。其中新型P-N-C膨胀体系的研究以及自膨胀体系
的研究是防火涂料研究的难点和热点。
防火 涂 料 在应用后的实际阻燃效果除阻燃体系本
身外，与其成膜树脂的稳定性、涂料与基材的勃结力、
涂料的施工工艺等也有很大的关系。
5 结语
目前 国 内 外对防火涂料的研究集中在膨胀型防火
涂料，研制高效稳定的阻燃体系以提高涂料的阻燃性、
参考文献:
[1〕杨佳庆，张正敏透明防火涂料研究探索.消防科学与
技术 ，20 01,2 0( 1):46-47.
[2〕杨佳庆，陈莉.电缆防火涂料耐火性能的研究.消防技
术与 产 品 信息，2003,(12):9 7.
[3] 李风，等.钢结构涂料的研究和应用.涂料工业，1999,
(3 ):3 1- 34 .
[4] M.E.A. Cudlby, etc.Polymer, 1985,26:169-175.
[51 Aleman J V. Angew Makromol.Chem.， 1985:133，141-146.
[6」吕文康，马索琴.膨胀型防火涂料的阻燃机理.涂料工业，
199 1， (4 ).
收稿日期:2007-01-0系修回日期:2007-04-10
作者地址:上海市徐汇区中山南二路601号
电话:(021)64165334
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(上接第76页)
2 I NT ER CE PT OR Q RT M的 特 性 和 优 点
(1) 火 焰 扑集。无火焰释放，为人们提供安全的操
作环境。消除了二次点火和爆炸的可能性。
(2) 粉 尘 收集。将过程产品(粉尘)收集在内部，有
效地防止了潜在的毒性产品进人到作业环境中。
(3) 温 度 和压力升高可忽略不计。人员和环境几
乎不受影响。
(4) 安 装 简便经济。采用单侧法兰盘连接。
(5) 无 须 维护。不需要日常的维护保养。
(6) 不 锈 钢制造。免于腐蚀，可以用于食品加工
行业。
(7 )过 程 友好。如果爆炸发生，INTERCEPTOR
QRT“的启动不会对加工过程造成污染，避免了繁重的
清洗工作。
(8 )清 理后可重新使用。如果爆炸发生，
INTERCEPTOR Qe 启动，经清理后可重新工作。
3 I NTERCEPTORQ RTM的规格尺寸
INT ER CE PTORQ RTm系列产品的规格见表to
田 宏 编 译自《INTERCEPTORQ I0 SafeP assive
Flameless Indoor Explosion Venting，CV Technology, Inc.

CAMI

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