防火涂料市場發(fā)展及趨勢和展望

 　　在歷史發(fā)展的長河中，火對人類文明進(jìn)步發(fā)揮著重要的作用。但是，火是一把雙刃劍，它不僅可以造福人類，也可以給人類帶來巨大的災(zāi)難。 
　　我國改革開放以來，各行各業(yè)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，高層，超高層建筑拔地而起，各種新材料不斷涌現(xiàn)，同時大量的應(yīng)用化學(xué)建材是易燃的，日益增多的鋼結(jié)構(gòu)建筑的耐熱性很低，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災(zāi)隱患。涂覆防火涂料是預(yù)防和阻止火災(zāi)發(fā)生和發(fā)展的有效手段之一?；谌绱耍罅ν茝V和使用防火涂料，一旦發(fā)生火災(zāi)事故，讓火患無法蔓延并消失于無形之中，這對于降低和消滅火災(zāi)事故具有重要意義。目前，防火涂料廣泛應(yīng)用于提高工程建筑、古建筑和文物、船舶、隧道、運輸、軍工、化工、電訊等領(lǐng)域的御災(zāi)能力。 
　　2 防火涂料的作用及機理 
　　防火涂料，又叫阻燃材料，是指涂裝在物體表面，可防止火災(zāi)發(fā)生，阻止火勢蔓延傳播或隔離火源，延長基材著火時間或增加絕熱性能以推遲結(jié)構(gòu)破壞時間的一類涂料。因此涂覆防火涂料，是預(yù)防和阻止火災(zāi)發(fā)生的必要手段。 
　　2.1 防火涂料的作用 
　　防火涂料的作用是當(dāng)涂覆于可燃基材上時， 除起到與普通裝飾涂料相同的裝飾、防腐及延長被保護材料的使用壽命外， 一是遇到火焰或熱輻射時， 防火涂料將迅速發(fā)生物理、化學(xué)變化而隔絕熱量， 阻止火焰蔓延， 起到阻燃作用； 二是當(dāng)涂覆于構(gòu)件表面除具有防銹、耐酸堿、耐鹽霧等作用外， 遇火時隔絕熱量、降低構(gòu)件表面溫度、起到耐火作用。防火涂料的防火阻燃作用只在一定時間內(nèi)起作用， 為撲救工作贏得時間。 
　　2.2 防火涂料的分類及其機理 
　　按照其防火機理， 可以分為兩大類型， 一種是膨脹型防火涂料， 另一種是非膨脹型防火涂料。后者又分成難燃型防火涂料（ 一般為有機涂料） 和不燃型防火涂料（ 為無機涂料） 兩種。按照用途可以分為飾面型防火涂料，鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，電纜防火涂料，混凝土結(jié)構(gòu)防火涂料。 
　　對膨脹型防火涂料和非膨脹型防火涂料得防火機理簡述如下。 
　　2.2.1 膨脹型防火涂料 
　　膨脹型防火涂料的概念最早由Tramm 于1937年提出，他采用二氰二銨為膨脹發(fā)泡劑、磷酸二銨為催化劑制備了可膨脹型防火涂料， 聚合物基膨脹型防火涂料除了少量催化劑及添加型發(fā)泡劑為無機材料，其主要成分為有機物[1]。 
　　膨脹型防火材料在火焰或高溫作用下，一方面會膨脹發(fā)泡，生成泡沫隔熱層，封閉被保護的基材，阻止基材著火燃燒。另一方面，涂層發(fā)生的軟化、熔融、蒸發(fā)、膨脹等物理變化及聚合物、填料等組分發(fā)生的分解、降解、化合等化學(xué)變化也能吸收大量的熱能，抵消一部分外界作用于物體的熱，從而保護基材。而且，涂層在高溫下分解出不燃性氣體能稀釋有機物熱分解產(chǎn)生的可燃性氣體或氧氣的濃度，從而抑制燃燒的進(jìn)行。 
　　2.2.2非膨脹型防火涂料 
　　非膨脹型防火涂料主要是通過以下三條途徑發(fā)揮防火作用的，首先，涂料本身具有難燃或不燃性，能起到隔離作用；其次，涂料遇火受熱分解出不燃的惰性氣體，沖淡被保護基材受熱分解出的易燃?xì)怏w和空氣中的氧，抑制燃燒；最后，在火焰或高溫條件下形成不可燃性的無機“釉膜層”。該釉膜層結(jié)構(gòu)致密，能有效隔絕氧氣。[2] 
　　3 我國防火涂料的發(fā)展現(xiàn)狀 
　　防火涂料的發(fā)展具有悠久的歷史，更是早在古羅馬時代就有人開始把木材漫涂醋和粘士漿液來進(jìn)行難燃處理，等發(fā)展到近代，則用石膏、灰泥、水泥等與水調(diào)和，涂覆于建筑物表面，使之隔熱防火。[3]后來，有人曾仔細(xì)觀察蛇被燒的變化，蛇體膨脹冒氣和起泡，蛇體發(fā)生蜷縮，而內(nèi)部機體則受到一定程度的保護，由此啟發(fā)而發(fā)明了以汽油二甲苯之類為有機溶劑的膨脹型防火涂料。20世紀(jì)30年代已有以水玻璃為黏結(jié)劑，加礦粉為填料的無機防火涂料。我國的防火涂料的起步，較國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家晚但15～20年，雖然起步較晚，但發(fā)展速度很快。近代的防火涂料的研制和應(yīng)用起始于50年代后期，即以硅酸和開發(fā)新型防火涂料的工作，主要是溶劑型。70年代末，公安部四川消防研究所開始研究防火涂料，首先研究出膨脹型過氯乙烯防火涂料，后來又研究出膨脹型丙烯酸乳膠防火涂料從80年代中期開始，公安部四川消防科學(xué)研究所率先研制成LG鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，與北京建筑材料防火公司共同研制成LG鋼結(jié)構(gòu)膨脹型防火涂料。[4]1990年開始，防火涂料得以迅速發(fā)展，防火涂料的產(chǎn)量和品種數(shù)目劇增，全國注冊生產(chǎn)廠家不下百家，從品種類型、技術(shù)性能、應(yīng)用效果和標(biāo)準(zhǔn)化程度上看，已接近或達(dá)到國際先進(jìn)水平。 
　　3.1膨脹型防火涂料 
　　3.1.1鋼結(jié)構(gòu)防火涂料 
　　近年來，鋼結(jié)構(gòu)在建筑業(yè)中廣泛應(yīng)用，但建筑材料中鋼材的耐火性差，機械強度隨溫度的升高而降低，同時鋼材的力學(xué)性能也迅速下降，很快會失去支撐能力，導(dǎo)致建筑物倒塌。因此，采用防火涂料對建筑物的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防火保護，是一條切實可行且經(jīng)濟的途徑。在建筑物鋼結(jié)構(gòu)防火保護中，應(yīng)用前景最好的當(dāng)屬膨脹型防火涂料。膨脹型防火涂料包括薄涂型（涂層厚度為3～7mm）和超薄型（涂層厚度<3mm）鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。 
　　最早開發(fā)的防火涂料的主要成分為無機材料，聚合物基膨脹型防火涂料除了少量催化劑及添加型發(fā)泡劑為無機材料，其主要成分為有機物。近年來，研究得最多的體系則為C-N-P 阻燃體系。這類體系的聚合物基料普遍為改性后的丙烯酸樹脂、改性高氯化聚乙烯樹脂 
　　以及改性氨基樹脂等。[5]以這類聚合物為基料的涂料可以有良好的裝飾性，耐候性及抗腐蝕性。 　　無機填料對膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料防火性能提高的研究主要集中在可膨脹石墨以及納米無機填料兩個領(lǐng)域。[3]該防火涂料在鋼表面具有良好的附著力，并且具有優(yōu)越的耐候性，燃燒后發(fā)泡層為密實的微孔狀泡沫結(jié)構(gòu)。 
　　環(huán)氧膨脹防火涂料中環(huán)氧樹脂為防火涂料的成膜物， 固化后的環(huán)氧樹脂，具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性、耐熱性、耐酸堿及良好的電絕緣性，因而用它來配制的防火涂料具有優(yōu)良的附著力、防腐蝕性和機械強度。[6]因為環(huán)氧樹脂防火涂料具有極佳的封閉性，阻燃成分不會遷移到涂層面，因此，其防火性能受時間和環(huán)境的影響較小。特別是環(huán)氧樹脂防火涂料在爆炸發(fā)生后都能保持完好并粘附在基材上，較傳統(tǒng)膨脹型防火涂料更適用于海上石油平臺、油田、煉油廠及石化廠等。 
　　水性超薄膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料是近年來發(fā)展起來的一種新材料。水性超薄膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料是指涂層使用厚度不超過3 mm，以水作分散介質(zhì)的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，其成膜物可以是有機高分子樹脂，一般以乳液型居多，加入發(fā)泡劑、阻燃劑、碳源、酸源及其它填料組成防火體系，受火時可形成均勻而致密的蜂窩狀或海綿狀的碳質(zhì)泡沫層，對鋼材具有良好的防火保護作用。[7] 覃文清進(jìn)行了較詳細(xì)的論述，介紹了水性鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀[8]，王國建等人配制了有機硅氧烷乳液與自交聯(lián)純丙乳液的混合乳液，以其為基料、聚磷酸銨、三聚氰胺為發(fā)泡劑、二氧化鈦為填料等制備了水性超薄膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。 
　　3.1.2 飾面型防火材料 
　　飾面型膨脹防火涂料分為溶劑型和水性兩類，兩類選用的防火組分基本相同，區(qū)別在于成膜物。溶劑型防火涂料的成膜物質(zhì)一般選用氯化橡膠，過氯乙烯，氨基樹脂等，采用的容積為200號溶劑汽油等；水性防火涂料的成膜物質(zhì)一般選乙烯-偏二氯乙烯乳液等，它以水為溶劑。 
　　近些年發(fā)展起來的透明防火涂料兼具防火和裝飾功能，包括共聚或化學(xué)改性聚合物、添加阻燃劑等， 體系中一般含P、Si、B、N等元素。[9]在之前很長一段時間，國內(nèi)對透明型防火涂料的開發(fā)集中在以脲醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、三聚氰胺-甲醛-尿素共聚樹脂等氨基樹脂或改性氨基樹脂為成膜物質(zhì)的體系。20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)初我國主要采用的是醚化氨基樹脂和多官能性的磷酸酯/ 磷酸鹽制備膨脹型透明防火涂料。該類體系由于含有充足的P、N、C等膨脹阻燃體系必須的元素， 具有良好的防火性能。 
　　3.1.3 電纜防火涂料 
　　電纜防火涂料是在飾面型防火涂料基礎(chǔ)上結(jié)合自身要求發(fā)展起來的，主要由基料及阻燃添加劑、增強填料、溶劑、顏料、助劑六部分組成。[10]我國最早出現(xiàn)的電纜防火涂料是以氨基樹脂為基料的膨脹型反火涂料，隨著電纜防火涂料的迅速發(fā)展，還出現(xiàn)了氯化橡膠等為基料的溶劑型電纜防火涂料以及以丙烯酸乳液等為基料的水性電纜防火涂料，但當(dāng)這些成膜劑與防火組分作用后，會導(dǎo)致防火性能的降低。這也是現(xiàn)在亟待解決的問題。 
　　3.2非膨脹型防火涂料 
　　早期發(fā)展的防火涂料一般為非膨脹型防火涂料， 其防火性能及涂膜的其它物理力學(xué)性能都很差。近年來， 由于有機合成材料的發(fā)展及其所具有的優(yōu)異的物理力學(xué)性能， 才使得有機防火涂料得以迅速發(fā)展并大量應(yīng)用。目前無機防火涂料的品種很多，它采用的無機涂料粘合劑主要是水玻璃（硅酸鈉、硅酸鉀等）、硅溶膠、磷酸鹽等；而填料是一些耐火的礦物。 
　　4 我國防火涂料的發(fā)展趨勢 
　　縱觀防火涂料的發(fā)展史，經(jīng)歷了一個從無機到有機又到無機的循環(huán)過程。在21世紀(jì)到來之際，我國的防火涂料將進(jìn)入一個更高的發(fā)展階段。隨著涂料工業(yè)向節(jié)能、低污染、高性能化、專業(yè)化方向發(fā)展，防火涂料也像“五E”方向[7]邁進(jìn)，即提高涂膜質(zhì)量（Excellence）、方便施工（Easy of application）、節(jié)省資源（Economics）、節(jié)省能源（Energy saving）、生態(tài)平衡（Ecology）。 
　　4.1環(huán)保型發(fā)展方向 
　　目前，國內(nèi)普遍使用的溶劑型和厚型防火涂料耐火極限差，不符合環(huán)保要求，在其使用上也會因人們對環(huán)境污染及人身健康的日益重視而受到越來越嚴(yán)格的限制。這就要求大力發(fā)展無污染涂料，如水性防火涂料和無機防火涂料。水性涂料由于無毒安全、節(jié)約資源、保護環(huán)境，成為建筑涂料發(fā)展的主要方向。水性膨脹型防火涂料將成為防火涂料的主要發(fā)展方向，同時應(yīng)著眼于進(jìn)一步提高涂層的耐水性、防火性及裝飾性。無機防火涂料節(jié)能源、省資源，無環(huán)境和健康的不良影響，屬于“綠色建材”，符合涂料工業(yè)水性化、功能化和人類發(fā)展的大趨勢。從涂料性能上來說，無機防火涂料不燃，耐高溫，在高溫作用下不會產(chǎn)生有害氣體。涂膜的某些物理性能和裝飾效果雖然不盡人意，但通過拼用適量的合成樹脂乳液或通過采取其他技術(shù)措施可以改善。 
　　4.2低成本型發(fā)展方向 
　　由于膨脹型防火涂料的生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，技術(shù)含量高，因此成本相對較高。但是，隨著防火涂料的深入研究，在保證防火涂料性能的前提下，其成本的降低指日可待。 
　　4.3 高性能型發(fā)展方向 
　　突破傳統(tǒng)的膨脹體系和模式，可以采用膨脹型和非膨脹型防火涂料相結(jié)合，配方中既含有膨脹型組分，又含有較多耐火填料組分，還加入高熔點的無機纖維等，使涂料在高溫火焰作用下形成低膨脹率的高強灰化層，確保膨脹涂層長時間耐火隔熱而不脫落。 
　　4.4 多功能型發(fā)展方向 
　　隨著人類文化和生活水準(zhǔn)的提高，對于防火涂料除了要求具有防火保護作用和精美的裝飾性外，還需要兼具絕熱性、隔熱性、消音性、輻射性等特殊功能。研究開發(fā)出功能復(fù)合化的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料以及能賦予涂料特殊功能的樹脂和添加劑的研究是當(dāng)今一大課題。 
　　5 結(jié)束語 
　　近年來，隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，防火涂料的廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，新型防火涂料的研究開發(fā)越來越重要，因此研發(fā)防火性能更好更易于施工成本更低使用壽命更長的防火涂料成為當(dāng)今的熱點。與此同時，隨著人們環(huán)保意識的不斷提高，環(huán)境友好型防火涂料的需求越來越高。 由此，研究開發(fā)環(huán)保和防火性能兼具的膨脹型無機溶劑防火涂料和水性膨脹型防火涂料或許會成為當(dāng)今的研究主要方向之一。