膨胀型防火涂料作用过程分析与成膜剂的选择
时 虎1,赵华伟2,张锦丽1
(1.中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室，合肥230026;2.安徽省淮南市消防支队防火监督处，安徽淮南 232001)

防火涂料按照其防火原理，可分为膨胀型和非膨胀型两大类。目前防火涂料90% 左右都是膨胀型的。膨胀型防火涂料成膜后，在常温下是普通的漆膜;在火焰或高温作用下，涂层发生膨胀炭化;形成一个比原来厚度大几十倍甚至上百倍的非易燃的海绵状的碳质层,它可以隔断外界火源对基材的加热,从而起到阻燃作用。防火涂料按其应用场合和目前国家标准的分类可分为：饰面型防火涂料、钢结构防火涂料、电缆防火涂料、混凝土结构及隧道防火涂料。

1 膨胀型防火涂料的机理分析及作用过程
1.1 防火机理
（1）防火涂料本身具有难燃或不燃性，使之被保护的可燃性基材不直接与空气接触而延缓基材着火燃烧。
（2）防火涂料遇火受热分解放出不燃性的惰性气体，冲淡被保护基材受热分解放出的易燃气体和空气中的氧气，抑制燃烧。
（3）燃烧被认为是游离基引起的连锁反应。而含氮、磷的防火涂料受热分解放出一些活性自由基团，与有机自由基结合，中断连锁反应，降低燃烧速度。
（4）膨胀防火涂料遇火膨胀发泡，生成一层泡沫隔热层，封闭被保护基材，阻止基材燃烧。
1.2 作用过程
膨胀防火涂料发挥作用的过程，主要是涂料中防火阻燃体系中的发泡剂三聚氰胺首先热分解，释放出非燃性气体NH3(式1)，同时成膜物质中部分成分分解产生NH3、HCl 和水蒸气等促使阶段已熔融软化的成膜物质持续地膨胀发泡，形成泡沫层，此时脱水催化剂聚磷酸铵分解放出能酯化多元醇和可作为脱水剂的无机酸聚偏磷酸，与多元醇成炭剂季戊四醇、成膜物质等含羟基有机化合物进行酯化反应(式2，3，4,5)，生成物是强的吸水性物质，在空气中的吸水率达到原物质量55%左右。而体系中的胺则作为酯化反应的催化剂，使酯化反应加速进行。与此同时多元醇和酯脱水炭化，形成无机物及炭化残余物，且体系进一步发生膨胀发泡。反应接近完成时，体系胶化和固化，脱水成炭(式6)，生成的不饱和主链，再进行环化架桥反应，后生成致密坚硬的黑色蜂窝状炭化层(式7)。蜂窝状炭化层的厚度要比原有涂层厚度大几十倍，其导热系数接近于空气的导热系数，因此可以有效地隔绝外部热源，保护电缆基材。这其中要求成膜物质、发泡剂、脱水催化剂、成炭剂必须有良好的匹配性，否则就不能够形成理想的炭化层。
防火涂料按照其防火原理，可分为膨胀型和非膨胀型两大类。目前防火涂料90% 左右都是膨胀型的。膨胀型防火涂料成膜后，在常温下是普通的漆膜;在火焰或高温作用下，涂层发生膨胀炭化;形成一个比原来厚度大几十倍甚至上百倍的非易燃的海绵状的碳质层,它可以隔断外界火源对基材的加热,从而起到阻燃作用。防火涂料按其应用场合和目前国家标准的分类可分为：饰面型防火涂、钢结构防火涂料、电缆防火涂料、混凝土结构及隧道防火涂料。

1 膨胀型防火涂料的机理分析及作用过程
1.1 防火机理
（1）防火涂料本身具有难燃或不燃性，使之被保护的可燃性基材不直接与空气接触而延缓基材着火燃烧。
（2）防火涂料遇火受热分解放出不燃性的惰性气体，冲淡被保护基材受热分解放出的易燃气体和空气中的氧气，抑制燃烧。
（3）燃烧被认为是游离基引起的连锁反应。而含氮、磷的防火涂料受热分解放出一些活性自由基团，与有机自由基结合，中断连锁反应，降低燃烧速度。
（4）膨胀防火涂料遇火膨胀发泡，生成一层泡沫隔热层，封闭被保护基材，阻止基材燃烧。
1.2 作用过程
膨胀防火涂料发挥作用的过程，主要是涂料中防火阻燃体系中的发泡剂三聚氰胺首先热分解，释放出非燃性气体NH3(式1)，同时成膜物质中部分成分分解产生NH3、HCl 和水蒸气等促使阶段已熔融软化的成膜物质持续地膨胀发泡，形成泡沫层，此时脱水催化剂聚磷酸铵分解放出能酯化多元醇和可作为脱水剂的无机酸聚偏磷酸，与多元醇成炭剂季戊四醇、成膜物质等含羟基有机化合物进行酯化反应(式2，3，4,5)，生成物是强的吸水性物质，在空气中的吸水率达到原物质量55%左右。而体系中的胺则作为酯化反应的催化剂，使酯化反应加速进行。与此同时多元醇和酯脱水炭化，形成无机物及炭化残余物，且体系进一步发生膨胀发泡。反应接近完成时，体系胶化和固化，脱水成炭(式6)，生成的不饱和主链，再进行环化架桥反应，后生成致密坚硬的黑色蜂窝状炭化层(式7)。蜂窝状炭化层的厚度要比原有涂层厚度大几十倍，其导热系数接近于空气的导热系数，因此可以有效地隔绝外部热源，保护电缆基材。这其中要求成膜物质、发泡剂、脱水催化剂、成炭剂必须有良好的匹配性，否则就不能够形成理想的炭化层。