data-full-width-responsive="true"> 0 引言随着我国社会和经济的不断发展，火灾造成的损失也越来越大。据统计，因火灾造成的直接经济损失，在20 世纪80 年代年均为32 亿元，死亡18 644 人；90年代，共发生火灾约629 万起，死亡23 715 人，直接经济损失年均为106 亿元；进入21 世纪，仅前5 年间的年均火灾损失就高达155 亿元。为了减少火灾造成的损失，必须加强消防产品的建设。而防火涂料作为消防产品中的重要一员，在其中扮演了极其重要的角色。随着人们环保意识的增强，越来越关注水性防火涂料。水性防火涂料是用于可燃性基材表面，能降低被涂材料表面的可燃性，阻滞火灾的迅速蔓延，用以提高被涂材料耐火极限的一种特种涂料。其阻燃原理如下：（1）本身具有难燃性或不燃性，涂层遇火受热后，经过熔融、膨胀等物理变化，以及聚合物等组分的分解和炭化等化学作用吸收大量热量，抵消一部分作用于物体的热，从而延缓底材的受热升温过程；（2）遇火受热分解出不燃性的惰性气体，冲淡保护基材受热分解出的易燃气体和空气中的氧气，抑制燃烧；（3）遇热释放活性自由基，与有机自由基结合后能减缓或终止燃烧连锁反应；（4）遇热膨胀，形成隔热隔氧的膨胀碳层，封闭基材，从而阻止基材着火燃烧。1 水性防火涂料的组成水性防火涂料由基料、发泡剂、成炭剂、脱水成炭催化剂、颜填料、防火添加剂、助剂等所组成。11 基料水性防火涂料选用的基料是亲水性的水溶性树脂或水分散性的聚合物乳液。聚合物乳液是水性防火涂料的主要成膜物质，要求乳液对底材具有良好的附着力、耐久性和耐水性。乳液对发泡剂、成炭剂、脱水成炭催化剂、颜填料等起黏结作用，当涂膜干燥固化后，附着在基材表面形成坚韧、牢固、均匀的涂层。涂层的膨胀发泡、耐燃性、耐水性、耐化学品性和黏结强度等都与乳液的性能和质量有关。水性防火涂料的基料包括无机化合物和有机化合物。无机化合物包括水玻璃、硅酸盐、硅溶胶等。水玻璃耐热性好，价格便宜，来源广泛，但耐碱性和耐水性较差。硅酸盐包括硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂、硅酸铝等。硅酸锂价格较贵，用得较少；低硅比的硅酸钠耐水性较差，必须使用固化剂，常用氟硅酸钠、磷酸盐、硼酸盐等；硅溶胶具有纳米尺寸，具有良好的耐水性，但弹性较差。有机化合物的聚合物乳液包括聚丙烯酸乳液、苯乙烯改性聚丙烯酸乳液、聚醋酸乙烯乳液、聚偏氯乙烯乳液等。聚偏氯乙烯乳液的防火性能最好，是因为偏氯乙烯树脂中的氯原子有阻燃作用。但该树脂在燃烧受热时会放出刺激性氯气，且我国该树脂产量较少，因此在配方选择中不宜选用该树脂。纯丙（甲基丙烯酸酯- 丙烯酸酯共聚物）乳液、乙丙（丙烯酸酯-醋酸乙烯酯共聚物）乳液和苯丙（丙烯酸酯- 苯乙烯共聚物）乳液，无毒无臭，具有较高的耐寒性和保光性，附着力强，可常温固化，均是很好的聚合物乳液，但其阻燃性、耐热性较差，高温易返黏、易黏尘，低温时易变脆，透气性较差。为改善这些性能，可以采用乳液拼用、合成改性树脂（用丙烯酸单体与有机硅单体共聚制成硅丙树脂）或增添阻燃剂等方法。12 阻燃剂阻燃剂是水性防火涂料能起到防火作用的关键组分。阻燃剂在受热时能吸收大量热，释放出捕获燃烧反应的自由基，以及不燃性气体，或形成隔热隔氧且热导率很低的膨胀炭层。水性防火涂料的阻燃剂是一个防火体系，由脱水剂（酸源）、成炭剂（碳源）和发泡剂（受热分解出不燃性气体）组成。脱水剂是一种促进涂层产生不易燃烧的炭化层的物质，在受热分解时产生的磷酸易与涂层中含羟基的有机物作用而脱水炭化，该炭化层的形成起到阻止或延缓火灾发生的作用。常用的脱水剂有聚磷酸铵、硫酸铵、磷酸三聚氰胺、三氯乙基磷酸酯等。成炭剂的主要作用是促进和改变热分解进程，使含有羟基的化合物脱水炭化，形成三维的不易燃烧的泡沫炭化层，对防火层起骨架作用。成炭剂通常采用多元醇化合物，如季戊四醇、二季戊四醇、三季戊四醇、山梨醇；碳水化合物，如淀粉、葡萄糖等。发泡剂遇高温受热时能分解释放出氨气、二氧化碳、水、卤化氢等气体，鼓吹起炭化层，形成多孔的不燃炭质泡沫。发泡剂常用三聚氰胺、双氰胺、碳酸铵、聚磷酸铵、尿素等。磷酸铵、聚磷酸铵、磷酸脲、磷酸蜜胺等既是酸源，也是发泡剂。着火时，这三者相互作用，发泡组分能在较低的温度下分解、膨胀，形成立体炭质泡沫层。成炭剂为膨胀防火提供炭架，是形成泡沫炭质层的物质基础。在催化剂与发泡剂的作用下，与提供碳源的高碳化合物作用，使正常的燃烧反应转化为脱水反应，脱水形成不燃的海绵状炭质泡沫层。13 颜填料颜填料不仅使水性防火涂料具有装饰性，更重要的是改善防火涂料的机械物理性能和化学性能，提高涂层的耐热性并抵抗气流冲击。填料既能提高防火阻燃性能，又能降低生产成本。有些填料熔融体可以与无机基料形成覆盖层，隔绝空气，阻止燃烧的发生；有些填料在高温下可发生脱水、分解等吸热反应或熔融、蒸发等吸热过程，抑制热分解和燃烧的进程，同时填料所分解出的气体能冲淡可燃性气体和氧的浓度，抑制燃烧的进行。常用的着色颜料以热稳定性较好的无机颜料为主，如二氧化钛、氧化锌、氧化铁红、铁黄等。常用的无机填料有高岭土、滑石粉、碳酸钙、珍珠岩、云
母粉、粉煤灰微珠、无机纤维等。14 助剂助剂作为辅助成分，用量少而作用大。
它可以改善涂料的柔韧性、弹性、附着力、稳定性等性能。比如为了提高涂层及炭化层的强度，避免泡沫气化造成涂层破裂，可加入少量玻璃纤维、石棉纤维、酚醛纤维作为涂层的增强剂，也可提高涂料的施工厚度和防流挂性等。为改善涂层的柔韧性，常需要加入增塑剂，常用的增塑剂为有机磷酸酯、氯化石蜡、氯化联苯等。有些树脂（如氯化橡胶），在温度不太高的情况下（150℃左右）就会发生分解，如涂料在研磨过程中放出氯化氢，或涂层直接暴露在大气中，导致涂层老化。因此，在涂料组分中加入热稳定助剂、抗老化剂等十分必要。加入增稠剂（羟甲基纤维素溶液）、乳化剂（OS-15、平平加等）、增韧剂（氯化石蜡、磷酸三甲酚、卤代烷基磷酸酯等）、颜料分散剂（六偏磷酸钠等）可提高涂料的贮存稳定性和施工性。2 水性防火涂料现状水性防火涂料的开发较早。20 世纪30 年代在国外就有以水玻璃为基料，加矿粉为填料的无机防火涂料。50 年代，Abi 化学公司推出了主要成分为脲醛、磷酸二氢铵、淀粉、颜料和改性酚醛树脂组成的水性膨胀型防火涂料，这种水性防火涂料的阻燃性较好，但涂膜性能差；日本东亚涂料株式会社、伊贺涂料株式会社推出了以硅酸钠为主要基料的水性防火涂料，用于钢材和木材的涂装。70 年代，日本亚沙奇化工公司首先开发了硅酸钠复合乳液的膨胀型无机水性防火涂料。进入80 年代后，英国专利报道了以玉米淀粉、水玻璃为主体的膨胀型无机水性防火涂料。近几年，国外水性防火涂料发展迅速。日本发明了由100∶1~200 的聚烯烃和含磷聚酯组成的水性防火涂料，柔韧性好，具有很好的阻燃性，适用于塑料、金属、纸张、木制品、纤维、玻璃、橡胶、陶瓷和混凝土。英国Nullifire 公司的水性防火涂料系列性能优良，在世界上具有很高的声望。目前，国外（如美国，日本）膨胀型防火涂料中水性涂料占75% 以上。我国水性防火涂料的研制和应用始于20 世纪50年代后期，当时的产品主要是以硅酸盐、水玻璃为成膜物的无机防火涂料，涂料的理化性能较差；70 年代，四川消防科研所推出了磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇为主要防火添加剂的膨胀型防火丙烯酸乳胶涂料，防火等级达3 级；80 年代，四川消防科研所又研制成以磷酸铝盐为基料，三氯乙基磷酸酯、三聚氰胺、滑石粉为复合阻燃剂的膨胀型水性防火涂料，其防火性能及主要理化性能均达1 级；90 年代开始，随着环保意识和科技水平的提高，水性防火涂料迅速发展。四川消防科研所研发了E60-1 型无机水性防火涂料、B60-2 膨胀型水性防火涂料；天津消防科研所研制出FSF-1 膨胀型水性防火涂料；上海涂料有限公司研制功B60-4 膨胀型水溶性防火涂料；北京城建天宁消防公司的TN-L60-01 水性防火涂料等都是比较好的产品。近年来，水性防火涂料新产品不断涌现，如四川消防研究所研发了由水溶性丙烯酸酯乳液、低硫可膨胀石墨、聚磷酸铵组成的水性低烟低毒薄型钢结构防火涂料，降低了涂料产生的烟气量及其毒性；大连理工大学发明了一种膨胀型水性环保防火涂料，隔热性好，耐燃时间长。目前，我国水性防火涂料生产厂家已达100 多家，产量达几万吨，品种有几十种。但我国水性防火涂料在整个水性涂料中的份额很小，以至于未被统计在内。与美国水性防火涂料占其整个防火涂料生产规模的2/3 相比有很大差距。我们应加大对水性防火涂料的研究开发力度。3 存在问题及改进方法31 耐候性问题通过天然老化和加速老化试验，发现部分水性防火涂料出现粉化、起泡、脱落现象。涂层的防火性能和理化性能均有不同程度的下降，耐火极限明显降低。影响水性涂料防火性能的因素主要是成膜物和防火添加剂。水性防火涂料所用的成膜物质主要是丙烯酸乳液、苯丙乳液、乙丙乳液等高分子合成乳液，这些乳液制成乳胶漆时具有良好的耐候性，但在水性防火涂料中，它们的用量较少（5%~10%，最高达25%），影响了涂料的耐候性。防火涂料的检测报告所给出的耐火极限是涂料涂装后1~2 个月的检验结果，而火灾发生可能是在防火涂料涂覆后的若干年。如果发生火灾时，防火涂料已因老化或其它原因而失去其应有的防火性能，后果不堪设想。选择性能更好的氯偏乳液、硅丙乳液或者几种乳液搭配使用，以及适当增加乳液用量（达25％或以上），可以改善水性防火涂料的耐候性。为了能在短期内预测防火涂料的实际使用寿命，还要对防火涂料耐久性的评定方法进行深入研究，以便确定是否需更换或维修防火涂料。防火涂料厂商应在产品说明书中给出该涂料在不同的使用环境下可使用的年限或更换周期，以便用户选择或使用后注意更换。32 标准滞后问题水性防火涂料标准的制定与执行往往滞后于产品的生产与使用，这就使其生产与销售容易出现无据可依的局面，部分劣质产品鱼目混珠，给使用带来隐患。为了解决这一问题，需要加快水性防火涂料标准的制定工作，使标准的研究制定工作先于产品的生产和使用。在执行标准过程中，要做到有据可依，为水性防火涂料的应用打下坚实的基础。4 结语节能、低污染、高性能是涂料工业的发展方向。水性防火涂料的耐火时间更长，而且由于它使用水性基料，具有更省资源、节能、无污染的优势。目前水性防火涂料的外观，尤其是耐候性方面与溶剂型防火涂料还有一定距离，要求广大科技人员开发更好的产品来满足市场需要。
