防火涂料又稱阻燃涂料,它具有普通涂料的裝飾性,更重要的是涂料本身具有特性決定了它具有防火保護功能,因此在火災發生時能夠阻止燃燒或對燃燒的拓展有延滯作用,從而使人們有充分的時間進行滅火工作,達到保護人們生命財產安全的目的。
到目前為止,我國的防火涂料生產企業已超過300家,主要集中在北京、上海、江浙等地,年銷售量在5萬噸以上,已形成了跨行業,跨部門的生產體系。
防火涂料按照其防火原理,可分為膨脹型和非膨脹型兩大類。若以溶劑類型來分,可分為溶劑型和水溶型兩大類,兩類涂料所選用的防火組分基本相同,其選用的溶劑以采用的成膜物質而定。溶劑型防火涂料的成膜物質一般選用氯化聚烯烴、丙烯酸樹脂、氨基樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂等,采用的溶劑為溶劑汽油、醋酸丁酯等。水劑型防火涂料的成膜物質一般選用氯偏乳液、丙烯酸乳液、苯丙乳液、聚醋酸乙烯酯等,這些材料均以水為溶劑。這兩類涂料在涂料的防火性能、理化性能以及耐候性能等方面,溶劑型防火涂料都優于水劑型防火涂料,但是由于成本、環境污染等原因,水溶型防火涂料也發展得較快。
防火涂料按其應用場合可分為:
(1)飾面型防火涂料,施涂于可燃基材表面,能形成具有防火阻燃保護和裝飾作用涂膜的防火涂料。
(2)鋼結構防火涂料,施涂于建筑物及鋼結構建筑物表面,能形成耐火隔熱保護層,以提高鋼結構耐火極限的防火涂料。
(3)電纜防火涂料,施涂于電線電纜表面,能形成具有防火阻燃涂層,以防止電線電纜延續燃燒的防火涂料。這類防火涂料的構成,理化性能等特點與飾面型防火涂料
相似,但防火性能與試驗方法不同。
一、防火涂料的機理與組成
1、膨脹型防火涂料
膨脹型防火涂料成膜后,在常溫下是普通的漆膜。在火焰或高溫作用下,涂層發生膨脹炭化,形成一個比原來厚度大幾十倍甚至幾百倍的不燃的蜂窩泡沫狀炭質層,它可以隔斷外界火源對基材的加熱,從而起到阻燃作用。另一方面,在火焰或高溫作用下,涂層發生軟化、熔融、蒸發、膨脹等物理變化及高聚物、填料等組分所發生的分解、解聚、化合等化學變化,這些物理和化學的變化,吸收了大量的熱能,抵消了一部分外界作用于物體的熱能,從而對被保護物體的受熱升溫過程起延滯作用。涂層在高溫下發生脫水成炭反應和熔融覆蓋作用,隔絕了空氣,使有機物轉化為炭化層,避免了氧化放熱反應發生。還由于涂層在高溫下分解出不燃性氣體,如氨、水等,稀釋了空氣中可燃性氣體及氧的濃度,抑制有焰燃燒的進行。
2、非膨脹型無機防火涂料
無機防火涂料有較高的耐熱性和完全不燃、不發煙的特點,且有原料易得、價格低廉、制備簡單、著色自由、施工方便、無毒無火災危險等優點。早期的無機防火涂料主要是灰泥狀的,涂刮于被保護物體表面。目前品種已經很多,仍在不斷發展。
作為無機涂料的粘合劑主要有水玻璃(硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸鋰等)、硅溶膠、磷酸鹽、水泥等。其填料是一些耐火的礦物,如氧化鋁、高嶺土、滑石粉、碳酸鈣、氧化鋅、硅藻土、珍珠巖、耐火土、細砂子、鈦白粉、火山灰及巖棉纖維、硅酸鋁纖維等。
無機涂層的防火保護作用是有賴于涂層自身耐火不燃性和高溫下形成似釉膜封閉保護基材,與空氣隔絕,使之不能燃燒。無機涂層也具有一定的隔熱作用,但不足之處是附著力及物理機械性能較差,耐潮性差,易龜裂、粉化、剝落,且涂層裝飾性不好等。
采用粒度不同的無機填料(如:膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、膨脹石墨、海抱石等)配合使用能提高涂層燃燒后的致密性,減少龜裂現象。適當加入高熔點的無機纖維,能增加涂層的整體性及涂層在高溫下驟冷不開裂等性能。采用有機成膜物,如乳液型有機樹脂等和無機成膜物拼用,也能改善涂層上述的缺點。
有機樹脂系和鈦酸系樹脂與無機涂料組分拼用也有較好的性能,此外,在水玻璃中添加氟硅酸鈉、氟硅酸鋅等也可改善其耐水性。在無機涂層的基礎上,配套有機的防水涂層,進行封閉保護,對提高無機防火涂料的耐潮性和使用壽命有是很有效的。
三、幾類防火涂料的應用
1、飾面型防火涂料
飾面型防火涂料是一種集裝飾和防火為一體的新型涂料品種。當它涂覆于可燃基材(如木材、膠合板、塑料、織物等)上時,平時可起到一定的裝飾作用;一旦火災發生時,則具有阻止火勢蔓延,從而達到保護可燃基材的目的。飾面型防火涂料實際用量較少,約占防火涂料總數的5%。
飾面型防火涂料質量檢驗按照國家標準GB12441-1998《飾面型防火涂料通用技術條件》進行。
2、鋼結構防火涂料
目前,鋼結構已在建筑工程中發揮著獨特且日益重要的作用。鋼結構以其自身的優越性引起業內關注,已經在工程中得到合理的、迅速的應用,現已廣泛運用于廠房、庫房、體育館、展覽館、機場機庫等工程。
鋼材雖為非燃燒材料,但鋼不耐火,溫度為400℃時,鋼材的屈服強度將降至室溫下強度的一半,溫度達到600℃時,鋼材基本喪失全部強度和剛度,所以一般裸露鋼結構耐火極限只有十幾分鐘。因此,當建筑采用無防火保護措施的鋼結構時,一旦發生火災,結構很容易遭到破壞。例如,2001年9月11日,震驚世界的“911事件”中被飛機撞毀的紐約世界貿易大樓姊妹樓,事后專家分析認為,其實飛機并沒有將大樓撞倒,而是由于飛機在撞到大樓的同時破壞了大樓鋼結構上的防火涂層,并爆炸起火,使得鋼結構暴露在熊熊烈火中,在一個多小時后,結構軟化,強度喪失,終于載不動如此沉重的負擔,轟然倒下,造成幾千人命喪廢墟,損失多達幾百億美圓;1998年5月5日,北京玉泉營環島家具城大火,結構防火未達標,造成1.3萬平米鋼結構輕體建筑(倒塌)及其它1萬平米的全部過火,造成家具城、建材城建筑和參展家具全部燒毀,直接經濟損失達到人民幣2087萬。
正是由于鋼結構的這一弱點,所以人們只得采用涂刷鋼結構防火涂料的方法來提高鋼結構的耐火極限,以達到保護人們的生命財產安全的目標。
鋼結構防火涂料根據涂層厚度來分,可分為厚型、薄型、超薄型鋼結構防火涂料。
鋼結構防火涂料各項性能指標依據國家標準GB14907-94《鋼結構防火涂料通用技術條件》技術要求來判定產品是否質量合格。
鋼結構防火涂料的適用范圍:高層建筑、大型場館、石油、電力、郵電、化工、機械、廣播電視等的金屬結構及其它部件的防火保護。鋼結構防火涂料的使用量約占防火涂料總量的90%以上。
2.1幾種鋼結構防火涂料
2.1.1超薄型鋼結構防火涂料
超薄膨脹型鋼結構防火涂料指防火涂層厚度在3毫米以下,主要是溶劑型為主,具有很好的裝飾和理化性能,受火時膨脹發泡形成致密、強度高的防火隔熱層,該防火隔熱層極大地延緩了被保護鋼材的溫升,提高鋼結構構件的耐火極限的一類新型防火涂料。超薄膨脹型鋼結構防火涂料一般使用在耐火極限要求在2.0小時以內的建筑鋼結構上。如可對一類建筑物中的梁樓板與屋頂承重構件,及二類建筑中的柱、梁、樓板等進行有效防火保護。近年來,輕型鋼結構在工程中的應用倍受青睞,各種輕鋼梁、網架等到也可用該類型防火涂料進行防火保護。由于該類防火涂料涂層超薄,工程中使用量較厚型、薄型鋼結構防火涂料大大減少,從而降低了工程總費用,又使鋼結構得到了有效的防火保護,是目前消防部門大力推廣的品種。
2.1.2薄型鋼結構防火涂料
薄型鋼結構防火涂料指防火涂層厚度在3毫米到7毫米之間,此類鋼結構防火涂料主要是水溶型為主,具有較好的裝飾和理化性能,受火時能膨脹發泡,以膨脹發泡所形成的耐火隔熱層延緩鋼材的溫升,保護鋼構件。這類鋼結構防火涂料一般是用合適的乳液聚合物作基料,再配以復合阻燃劑、防火添加劑、礦物纖維等組成。對這類防火涂料,要求選用的乳液聚合物必須對鋼基材有良好的附著力、耐久性和耐水性。其裝飾性優于厚漿型防火涂料,稍差于超薄型鋼結構防火涂料,一般耐火極限在2小時以內。因此常用在≤2h耐火極限的鋼結構防火保護工程中,常采用噴涂施工。如可對高層民用建筑中的梁,一般工業與民用建筑中支承單層的柱、梁、樓板以及屋頂承重構件中的鋼結構進行防火保護。
2.1.3厚型鋼結構防火涂料
該類防火涂料指防火涂層厚度在8毫米到50毫米之間,其在火災中利用材料的不燃性、低導熱性或涂層中材料的吸熱性,延緩鋼材的溫升,保護鋼材。這類防火涂料是用合適的粘結劑(如水玻璃、硅溶膠、磷酸鋁鹽、耐火水泥等),再配以無機輕質材料(如膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、海抱石、漂珠、粉煤灰等)和增強材料(如硅酸鋁纖維、巖棉、陶瓷纖維、玻璃纖維等)組成,具有成本較低的優點。施工常采用噴涂或抹涂,一般用在耐火極限≥2h的鋼結構防火保護中。如:高層民用建筑的柱、一般工業與民用建筑中的支承多層的柱的耐火極限均應達到3小時,需采用該厚型防火涂料保護。
這三中鋼結構防火涂料中,以超薄型為最大,約占鋼結構防火涂料的70%,其次是厚型,約占20%,薄型鋼結構防火涂料用量較少。
3、電纜防火涂料
電線電纜是電力事業的重要材料。近年來,國內外大量電纜火災的發生,以及由此而造成的直接和間接損失的慘重,使人們意識到電纜火災危害極大,防止電纜著火,阻止電纜延燃,非常必要。電纜防火涂料是在飾面型防火涂料基礎上發展起來集裝飾和防火于一體的新型防火涂料品種。當它涂覆于普通電纜表面時,平時可起一定的裝飾和保護作用,一旦火災發生則具有阻止火焰蔓延,防止火災發展的作用,從而達到保護電纜的目的。
隨著電纜防火涂料的應運而生,為推動其應用,國家建設部制定的GB50217-94《電力工程設計規范》已將電纜防火涂料作為電纜防火保護的措施列入其中。目前全國生產電纜防火涂料的企業較多,由于該類產品的生產設備和工藝相對來講較簡單,需要的固定資產投資少,見效快,故生產廠一般為中小型企業,而且以鄉鎮企業和股份制企業居多。公安部為了規范電纜防火涂料的產品質量,于1998年頒布了行業標準GA181-1998《電纜防火涂料通用技術條件》。
四、防火涂料的發展方向
近十幾年來防火涂料發展方興未艾,其各項性能都有了很大的改進和提高,品種和應用范圍不斷擴大。特別是鋼結構防火涂料,隨著建筑鋼結構產業的擴展,使用范圍和用量成幾何倍數增加。防火涂料隨著整個涂料工業正在向“五E”方向邁進,即提高涂膜質量(Excellence of finish)、方便施工(Easy of application)、節省資源(Economics)、節省能源(Energy saving)和適應環境(Ecology)。目前水溶型的防火涂料已占了越來越大的比例。與此同時,提高防火涂料的理化性能、防火性能、裝飾性能,降低成本等方面也不斷取得進展。