李涵

福建工程學院土木工程系（361000）

論建筑的防火材料與涂料

李涵

福建工程學院土木工程系（361000）

就防火材料和防火涂料的機理進行了簡略闡述，同時對常用防火材料和防火涂料的類別和特性進行了歸納和分析，在此基礎上介紹了新型防火材料與涂料，對新型防火材料和涂料的類別、材料組成、防火機理進行了論述，最后論述了建筑防火材料的未來趨勢。

防火材料；涂料；發(fā)展趨勢

0 引言

隨著我國城鎮(zhèn)化建設的推進，房地產(chǎn)的快速發(fā)展，人口的不斷聚集，消防安全問題越來越被關(guān)注，建筑防火問題越來越受到公眾的重視，建筑防火材料和涂料在建筑消防安全中起到越來越重要的作用。

1 防火材料與防火涂料的機理

1）防火材料與涂料本身具有難燃性或不燃性，具有較低的導熱系數(shù)，可以延遲火焰溫度向被保護基材的傳遞，使被保護基材不直接與空氣接觸而延遲物體著火和減慢燃燒的速度。

2）防火材料與涂料受熱分解出不燃惰性氣體，沖淡被保護物體受熱分解出的可燃性氣體，使之不易燃燒或燃燒速度減慢。

3）含氮的防火材料與涂料受熱分解出NO、NH3等基團，與有機游離基化合，中斷連鎖反應，降低溫度。

4）膨脹型防火材料與涂料受熱膨脹發(fā)泡，形成碳質(zhì)泡沫隔熱層封閉被保護的物體，延遲熱量與基材的傳遞，阻止物體著火燃燒或因溫度升高而造成的強度下降。

2 常用與新型防火材料

2.1 常用防火材料

1）防火板。這是目前市場上最為常用的防火材料，分為兩種:一種是高壓裝飾耐火板，其優(yōu)點是防火、防潮、耐磨、耐油、易清洗，而且花色品種較多；一種是玻鎂防火板，外層是裝飾材料，內(nèi)層是礦物玻鎂防火材料，可抗1500℃高溫，但裝飾性不強。

2）防火門。防火門分為木質(zhì)防火門、鋼質(zhì)防火門和不銹鋼防火門。通常防火門用于防火墻的開口、樓梯間出入口、疏散走道、管道井開口等部位，對防火分隔、減少火災損失起著重要作用。

3）防火儲物箱。防火儲物箱能承受相當高的外部溫度，可獨立擺放，也可嵌入墻壁中，能保護貴重物品在火災中減少損失。

4）防火玻璃。常見的有夾層復合防火玻璃、夾絲防火玻璃和中空防火玻璃三種。防火玻璃是金融保險、文物收藏、財務結(jié)算等重要場所，商廈、賓館、計算機房、車站碼頭等公共建筑，其他設有防火分隔要求的工業(yè)及民用建筑的防火門、窗和防火隔墻等范圍的理想防火材料。

5）防火塑料材料。防火塑料材料主要應用于能產(chǎn)生高熱能及高溫的電器中，主要通過改性樹脂或添加不同的材料來達到防火等級。添加材料通常有玻纖、碳酸鈣等，按不同的比例與樹脂生產(chǎn)成防火塑料材料。

2.2 新型防火材料

1）ZRY天然纖維阻燃液。ZRY天然纖維阻燃液是一種具有良好阻燃性能的新型阻燃劑。它無色、透明、無毒、無味、不腐蝕。棉織物、麻織物、木材、紙張、纖維板及其他的植物纖維制品，經(jīng)ZRY阻燃處理后，有顯著的阻燃效果，能有效地抑制火焰的蔓延，阻止火災的發(fā)生。

2）FQ復合型防火防腐橋架。FQ復合型防火防腐橋架由無機不燃材料為基體，內(nèi)外表面復合有機高分子難燃材料制成。FQ復合型防火防腐橋架與普通鋼橋架相比，具有優(yōu)異的防火防腐性能，不需要再進行防火處理，具有橋架輕、安裝維護方便、整體美觀等優(yōu)點。

3）可瓷化高分子復合材料?？纱苫叻肿訌秃喜牧鲜且环N新型防火材料，是在含硅的高分子（如硅橡膠）基體中加入黏土類礦物粉末填料、結(jié)構(gòu)控制劑以及其他助劑制備而成的。這種復合材料在室溫下具有普通電線與電纜的絕緣層材料的性質(zhì)，遇高溫燃燒時形成堅硬的陶瓷保護層，可以隔絕火焰而達到防火的效果。

3 防火涂料

3.1 非膨脹性防火涂料

非膨脹型防火涂料可分為兩類，即難燃性防火涂料和不燃性防火涂料。難燃性防火涂料的特點是涂膜自身難燃，自身具有滅火性。難燃性防火涂料又可分為難燃性乳液涂料及含阻燃劑的防火涂料。

非膨脹型防火涂料正是依賴于它本身的難燃性和不燃性來阻止火焰的傳播，利用其本身具有的低熱傳導系數(shù)來阻止熱量向基材傳導。它的涂層都較厚，一旦著火，在高溫下就形成一種釉狀物，這種釉狀物結(jié)構(gòu)很致密，能有效地隔絕氧氣，使被保護的物體因缺氧而不能著火燃燒或降低燃燒速度。這種釉狀物還具有反向熱量的作用，它可將著火時產(chǎn)生的熱量部分反向,從而使基材干餾出可燃性氣體。另外，有些非膨脹型防火涂料的成分中還含有大量的鹵素化合物。這些化合物在高溫下可分解出大量的鹵化氫氣體,它可沖淡氧和其他可燃性氣體，從而抑制燃燒和降低燃燒反應速度。

3.2 膨脹型防火涂料

主要組分成膜物質(zhì)是難燃性的樹脂，一般為含鹵素、磷、氮之類的高分子合成樹脂，如鹵化的醇酸樹脂、聚酯、環(huán)氧酚醛、氯化橡膠、氯丁橡膠乳液、聚丙烯酸酯乳液等，它們與難燃劑配合可以實現(xiàn)涂層的難燃化。水玻璃、硅溶膠、磷酸鹽等無機質(zhì)材料亦可以作為防火涂料的成膜物質(zhì)，由它們組成的涂料涂層具有不燃、不發(fā)煙和無毒等特點。難燃劑常用的有:含磷、鹵的有機物，如氯化石蠟、溴聯(lián)苯醚、磷酸三氯乙醛酯等,另外還有銻系(Sb203)、硼系、鋁系[Al (0H)3]、鋯系(氧化鋯)等無機難燃劑。難燃性乳液涂料是含有大量無機顏料的醋酸乙烯、氯乙烯、丙烯酸乳液等的一種難燃性涂料，可作難燃性內(nèi)墻和外墻涂料，其制造方法同乳膠涂料。

膨脹型防火涂料是由難燃樹脂、難燃劑、成碳劑、脫水成碳催化劑、發(fā)泡劑等組成。涂層在火焰或高溫作用下會發(fā)生膨脹，形成比原來涂層厚度幾十倍的泡沫碳質(zhì)層，能有效地阻擋外部熱源對基材的作用，從而起到能阻止燃燒發(fā)生的一種建筑防火特種涂料。膨脹型防火涂料阻止燃燒的效果大于非膨脹型防火涂料。

膨脹型防火涂料按分散介質(zhì)的不同可分為溶劑型防火涂料、乳液型防火涂料、水溶液型防火涂料。國內(nèi)膨脹型防火涂料的主要品種是膨脹型丙烯酸酯乳膠防火涂料。

膨脹型防火涂料受火后的變化較為復雜，涉及的因素較多。從解釋物質(zhì)燃燒理論出發(fā)，物質(zhì)燃燒是一種反應極快的游離基連鎖反應，這種游離基有極高的活潑性，使反應以極高的速度進行，但也極易在障礙物上相互化合成穩(wěn)定的分子而中斷連鎖反應。如果連鎖反應的傳遞物是有機游離基，極少的NO、NH3就會大大地降低反應速度，因為NO和NH3很容易和有機游離基化合而使連鎖反應中止。

在膨脹型防火涂料受火發(fā)泡形成泡沫層的同時,被保護的物體受熱干餾分解出可燃性氣體，接觸火源引起連鎖性的燃燒反應，但由于導致連鎖反應的游離基碰到組成泡沫的微粒上，連鎖反應又立即中斷。磷-氮-碳體系的膨脹型防火涂料的成分中含有大量的氮化物，遇火產(chǎn)生NO和NH3，也會破壞連鎖反應，這是膨脹型防火涂料具有持久耐火性的一個重要的理論解釋。

4 未來發(fā)展趨勢

1）納米技術(shù)

采用物理、化學方法，將固體阻燃劑分散成1～100 nm大小微粒的方法，稱納米技術(shù)。物理方法有蒸發(fā)冷凝法、機械破碎法；化學方法有氣相反應法，液相法。例如使Sb2O3穿過等離子弧的尾氣反應蒸發(fā)區(qū)蒸發(fā)，然后進入冷凝室進行急冷，能得到0.275 μm的Sb2O3粒子。阻燃劑超細處理技術(shù)，不僅可以提高阻燃效率，降低阻燃劑用量，而且對于改善阻燃劑的發(fā)煙性、耐候性、著色性都會產(chǎn)生很大影響。

2）微膠囊技術(shù)

即把阻燃劑微粒包裹起來。例如用硅烷、鈦酸酯對Al(OH)3、Mg(OH)2進行表面處理；或者將阻燃劑吸附在無機物載體的空隙中，形成蜂窩狀微膠囊阻燃劑。這樣可以改善阻燃劑與高聚物的相溶性。硅烷分子、鈦酸酯分子在Al(OH)3、Mg(OH)2顆粒表面形成“分子膜層”，在阻燃劑與高聚物之間搭起了“橋鍵”；若用的包裹物是硅酸鹽、有機硅樹脂，可以使易熱分解的有機阻燃劑被很好地保護起來，從而改善阻燃劑的熱穩(wěn)定性。

3）輻射交聯(lián)技術(shù)

高聚物在高能射線（γ射線、β射線或X射線）作用下，引起電離，激發(fā)分子和自由基。這些活性粒子在分子內(nèi)部或分子之間，互相結(jié)合產(chǎn)生“橋架”或“交連鍵”，使聚合物具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而改善材料的耐熱性、阻燃能力、力學性能和化學穩(wěn)定性。

4）復配技術(shù)

在對材料進行阻燃處理過程中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)某些阻燃劑同時使用會取得很好的協(xié)同效應,獲得1+1＞2的阻燃效果。例如磷+鹵、磷+結(jié)晶水化合物等。

5 結(jié)語

近年來，多起建筑火災事件的發(fā)生，才引發(fā)對防火的思考，本文只是粗略的談了防火材料與防火涂料，對防火材料的了解和研究遠不止這些，總之，希望本文能給讀者一些有關(guān)防火材料的有用信息。

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