data-full-width-responsive="true"> 木材阻燃涂料常晓雅，吴 静，张 蕾，王明枝（北京林业大学材料学院，北京 100083）木材强重比高，具有使人感到亲切的纹理及光泽等诸多优点，而且易加工，能耗少，可自然降解和回收利用，对环境污染较小，被广泛运用于各行各业。但其具有易燃性、可燃性。木材燃烧产生大量的热、烟雾以及有毒气体。高温加速火灾蔓延，烟雾大大降低了火灾现场的能见度，有毒气体甚至会导致人员窒息死亡，因此，对木材进行阻燃处理是重要课题。现阶段国内外对木材进行阻燃处理主要分为 3 种方法：深层处理，通过一定手段使阻燃剂或具有阻燃作用的物质，浸注到整个木材中或达到一定深度。渗透性较好的树种适合用浸渍法，而渗透性较差的树种适合用浸注法；表面处理，即在木材表面涂刷或喷涂阻燃物质，最常用的木材表面处理方法是涂阻燃涂料；贴面处理。即在木材表面贴具有阻燃作用的材料，如石膏板、硅酸钙板、铁皮等。本文主要介绍木材用膨胀阻燃涂料。膨胀型阻燃涂料一般由基料、脱水催化剂、炭化剂、发泡剂、填料颜料、助剂等组成。膨胀型阻燃涂料的组成成分不同，其阻燃性能也相对有较大差异。基料是组成涂料的基础，是主要的成膜物质，对涂料的性能影响至关重要。基料一般易于分解，但隔火阻燃能力较差。对于阻燃涂料而言，基料还必须与阻燃剂相匹配，构成一个有机防火体系。膨胀型阻燃涂料所用基料与其
他组分配伍，既要保证涂料的涂饰性能和使用性能，又要保证在火焰和高温下具有难燃性和优良的膨胀性能。目前常用的基料一般为阻燃型树脂，分为 3 类：水性树脂，具有良好的拼合作用，如苯丙乳液，丙烯酸乳液，聚醋酸乙烯乳液，聚丙烯酸酯乳液，聚丁橡胶乳液，聚乙烯醇等；含氮树脂，这类基料的耐水性、耐化学性、装饰性和物理机械性能都比较好。常见的有三聚氰胺甲醛树脂、脲醛树脂、聚氨基甲酸酯树脂、聚酰胺树脂、丙烯腈共聚物等；其他树脂，常用的有难燃性的含卤素树脂，如氯化醇酸、过氯乙烯树脂、溴化环氧树脂、氯化橡胶、氯化环氧树脂等。现在对基料改性是一个相对热门的研究方向，经过改性，阻燃涂料的阻燃性能以及其自身的机械性能都得到了一定的提高。例如徐晓光等人以丙烯酸改性水性聚氨酯为基料制备了一种改性阻燃水性聚氨酯涂料，使涂料同时具备了丙烯酸的耐候性以及聚氨酯的耐磨性及机械性能；冯建稳、王奉强等人以三聚氰胺改性脲醛树脂与聚乙酸乙烯树脂共混物作为基料制备了一种膨胀型水性木材阻燃涂料，该涂料施工简便、成本低、环保性好，在遇火时能膨胀形成均匀且致密的泡沫炭层，从而减少热传递，有效阻燃。事实证明，不同的基料所制的阻燃涂料阻燃性能有所差异。张旭昀对不同乳液种类的阻燃涂料做了相应的性能测试。最终发现 PEA 乳液型涂料的防火性能最佳。因此选择合适的基料也是非常重要的。脱水催化剂、炭化剂、发泡剂 3 者合称为膨胀阻燃体系。膨胀阻燃涂料发挥作用的过程一般如下所示：阻燃体系中的脱水催化剂分解释放出可作为脱水机的无机酸聚偏磷酸，与含羟基化合物发生酯化反应，而体系中的胺则作为酯化反应的催化剂，加速酯化反应的速率：发泡剂三聚氰胺受热分解出氨气，同时成膜物质中部分成分分解生成氨气、氯气和水蒸气等使已处于熔融状态的体系持续膨胀发泡，形成泡沫层。同时多元醇和酯脱水炭化，形成无机物和残炭，并且体系进一步膨胀发泡。反应即将结束时，体系胶化和固化，脱水成炭，生成的不饱和主链再进行环化架桥反应，最后生成致密且坚硬的炭化层。炭化剂又可称为成炭剂、炭源。当涂层遇到火焰或高温时，在脱水催化剂的作用下，炭化剂脱水炭化形成炭层，起到隔热作用。常用的炭化剂分为 3 类：碳水化合物，如淀粉、葡萄糖；多元醇化合物，如三梨醇、季戊四醇、二季戊四醇；树脂性物质，如尿素树脂、氯醚树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂等。发泡剂即气源，在受热分解时释放出如氯化氢、氨气、水蒸气等不燃性气体，使涂层膨胀形成海绵状炭层。常用的发泡剂有三聚氰胺、尿素、脲醛树脂、双氰胺、聚酰胺、蜜胺、聚脲、氯化石蜡等。如采用 2 种或多种发泡剂并用，有时可以提高涂料的阻燃性能。现在使用最普遍的是聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇阻燃体系，3 者质量之比不同，阻燃效果有所差异。除此之外，在阻燃体系里加入相应的协效剂，也有助于提高阻燃涂料的防火功效。无机填料在膨胀型阻燃涂料里仅占有很小的比例，但作用却不容忽视，其加入量直接影响到涂层的膨胀高度和耐火时间。一般来说，加入量越大，涂层越不易膨胀，炭层越致密，强度越高。但如果添加过高，则影响涂层的发泡效果，降低涂层的防火性能。Cardelle 等在制备热降解及聚硅氮烷涂料时，发现在阻燃涂料中添加相应的助剂会大大增强阻燃效果。常用的助剂有增稠剂、润湿剂、分散剂、消泡剂和流平剂等。增稠剂可提高涂料粘度，膨胀型阻燃涂料可以羟甲基纤维素做增稠剂。润湿剂可延长涂膜的干燥时间，使涂料有充分的时间渗透到木材的棕眼中去来增加涂膜的附着力、流平性。分散剂可缩短固体研磨和分散的时间。消泡剂可消除涂料制备过程中因气体产生的泡沫状物质。流平剂是一种成膜助剂，可降低涂料的表面张力，提高涂膜表面平整度和手感度。流平剂分为 3 大类，分别是溶剂型、丙烯酸型、有机硅型。
