防火涂料市場發展及趨勢和展望

 　　在歷史發展的長河中，火對人類文明進步發揮著重要的作用。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難。 
　　我國改革開放以來，各行各業的發展突飛猛進，高層，超高層建筑拔地而起，各種新材料不斷涌現，同時大量的應用化學建材是易燃的，日益增多的鋼結構建筑的耐熱性很低，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隱患。涂覆防火涂料是預防和阻止火災發生和發展的有效手段之一。基于如此，大力推廣和使用防火涂料，一旦發生火災事故，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事故具有重要意義。目前，防火涂料廣泛應用于提高工程建筑、古建筑和文物、船舶、隧道、運輸、軍工、化工、電訊等領域的御災能力。 
　　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，可防止火災發生，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構破壞時間的一類涂料。因此涂覆防火涂料，是預防和阻止火災發生的必要手段。 
　　2.1 防火涂料的作用 
　　防火涂料的作用是當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， 防火涂料將迅速發生物理、化學變化而隔絕熱量， 阻止火焰蔓延， 起到阻燃作用； 二是當涂覆于構件表面除具有防銹、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，鋼結構防火涂料，電纜防火涂料，混凝土結構防火涂料。 
　　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，涂層發生的軟化、熔融、蒸發、膨脹等物理變化及聚合物、填料等組分發生的分解、降解、化合等化學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生的可燃性氣體或氧氣的濃度，從而抑制燃燒的進行。 
　　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氣體和空氣中的氧，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”。該釉膜層結構致密，能有效隔絕氧氣。[2] 
　　3 我國防火涂料的發展現狀 
　　防火涂料的發展具有悠久的歷史，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行難燃處理，等發展到近代，則用石膏、灰泥、水泥等與水調和，涂覆于建筑物表面，使之隔熱防火。[3]后來，有人曾仔細觀察蛇被燒的變化，蛇體膨脹冒氣和起泡，蛇體發生蜷縮，而內部機體則受到一定程度的保護，由此啟發而發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30年代已有以水玻璃為黏結劑，加礦粉為填料的無機防火涂料。我國的防火涂料的起步，較國外工業發達國家晚但15～20年，雖然起步較晚，但發展速度很快。近代的防火涂料的研制和應用起始于50年代后期，即以硅酸和開發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研究所率先研制成LG鋼結構防火涂料，與北京建筑材料防火公司共同研制成LG鋼結構膨脹型防火涂料。[4]1990年開始，防火涂料得以迅速發展，防火涂料的產量和品種數目劇增，全國注冊生產廠家不下百家，從品種類型、技術性能、應用效果和標準化程度上看，已接近或達到國際先進水平。 
　　3.1膨脹型防火涂料 
　　3.1.1鋼結構防火涂料 
　　近年來，鋼結構在建筑業中廣泛應用，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，同時鋼材的力學性能也迅速下降，很快會失去支撐能力，導致建筑物倒塌。因此，采用防火涂料對建筑物的鋼結構進行防火保護，是一條切實可行且經濟的途徑。在建筑物鋼結構防火保護中，應用前景最好的當屬膨脹型防火涂料。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）鋼結構防火涂料。 
　　最早開發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構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域。[3]該防火涂料在鋼表面具有良好的附著力，并且具有優越的耐候性，燃燒后發泡層為密實的微孔狀泡沫結構。 
　　環氧膨脹防火涂料中環氧樹脂為防火涂料的成膜物， 固化后的環氧樹脂，具有優良的耐化學腐蝕性、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良的附著力、防腐蝕性和機械強度。[6]因為環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境的影響較小。特別是環氧樹脂防火涂料在爆炸發生后都能保持完好并粘附在基材上，較傳統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構防火涂料是近年來發展起來的一種新材料。水性超薄膨脹型鋼結構防火涂料是指涂層使用厚度不超過3 mm，以水作分散介質的鋼結構防火涂料，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泡沫層，對鋼材具有良好的防火保護作用。[7] 覃文清進行了較詳細的論述，介紹了水性鋼結構防火涂料的國內外研究現狀[8]，王國建等人配制了有機硅氧烷乳液與自交聯純丙乳液的混合乳液，以其為基料、聚磷酸銨、三聚氰胺為發泡劑、二氧化鈦為填料等制備了水性超薄膨脹型鋼結構防火涂料。 
　　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，區別在于成膜物。溶劑型防火涂料的成膜物質一般選用氯化橡膠，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一般選乙烯-偏二氯乙烯乳液等，它以水為溶劑。 
　　近些年發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，國內對透明型防火涂料的開發集中在以脲醛樹脂、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的體系。20世紀80年代至21世紀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上結合自身要求發展起來的，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展，還出現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，但當這些成膜劑與防火組分作用后，會導致防火性能的降低。這也是現在亟待解決的問題。 
　　3.2非膨脹型防火涂料 
　　早期發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性能都很差。近年來， 由于有機合成材料的發展及其所具有的優異的物理力學性能， 才使得有機防火涂料得以迅速發展并大量應用。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 我國防火涂料的發展趨勢 
　　縱觀防火涂料的發展史，經歷了一個從無機到有機又到無機的循環過程。在21世紀到來之際，我國的防火涂料將進入一個更高的發展階段。隨著涂料工業向節能、低污染、高性能化、專業化方向發展，防火涂料也像“五E”方向[7]邁進，即提高涂膜質量（Excellence）、方便施工（Easy of application）、節省資源（Economics）、節省能源（Energy saving）、生態平衡（Ecology）。 
　　4.1環保型發展方向 
　　目前，國內普遍使用的溶劑型和厚型防火涂料耐火極限差，不符合環保要求，在其使用上也會因人們對環境污染及人身健康的日益重視而受到越來越嚴格的限制。這就要求大力發展無污染涂料，如水性防火涂料和無機防火涂料。水性涂料由于無毒安全、節約資源、保護環境，成為建筑涂料發展的主要方向。水性膨脹型防火涂料將成為防火涂料的主要發展方向，同時應著眼于進一步提高涂層的耐水性、防火性及裝飾性。無機防火涂料節能源、省資源，無環境和健康的不良影響，屬于“綠色建材”，符合涂料工業水性化、功能化和人類發展的大趨勢。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措施可以改善。 
　　4.2低成本型發展方向 
　　由于膨脹型防火涂料的生產工藝比較復雜，技術含量高，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 高性能型發展方向 
　　突破傳統的膨脹體系和模式，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 多功能型發展方向 
　　隨著人類文化和生活水準的提高，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。研究開發出功能復合化的鋼結構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今一大課題。 
　　5 結束語 
　　近年來，隨著我國經濟的高速發展，防火涂料的廣泛應用于各行各業，新型防火涂料的研究開發越來越重要，因此研發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今的熱點。與此同時，隨著人們環保意識的不斷提高，環境友好型防火涂料的需求越來越高。 由此，研究開發環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今的研究主要方向之一。