李凌

摘 要：1837年Louis P研制出第一個(gè)防火涂料配方，直至1921年，美國(guó)人Wortelmann才獲得第一個(gè)防火涂料發(fā)明專(zhuān)利。本文就防火涂料進(jìn)行了專(zhuān)利技術(shù)概述，從專(zhuān)利角度對(duì)該領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外的專(zhuān)利申請(qǐng)情況作了初步分析，介紹防火涂料的發(fā)展現(xiàn)狀及技術(shù)熱點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：防火涂料，膨脹型，非膨脹型，專(zhuān)利

一、防火涂料簡(jiǎn)介

防火涂料是指涂覆于基材表面，能降低被涂材料表面的可燃性、阻滯火災(zāi)的迅速蔓延，或是涂覆于結(jié)構(gòu)材料表面，用于提高構(gòu)件耐火極限的一類(lèi)物質(zhì)。它具有普通涂料的裝飾性，更重要的是涂料本身具有的特性決定了它具有防火保護(hù)功能，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)能夠阻止燃燒或?qū)θ紵杆贁U(kuò)展有延滯作用，從而使人們有充分的時(shí)間進(jìn)行火災(zāi)撲救工作。

防火涂料的組成一般為基料、阻燃劑、增強(qiáng)填料、溶劑、顏料、助劑六個(gè)部分。除基料、阻燃劑外的組成為涂料領(lǐng)域的常規(guī)組分。

防火涂料的基料樹(shù)脂，一方面要有較強(qiáng)的粘結(jié)作用，可把涂料中的各個(gè)組分粘合在一起，涂料干燥后能形成堅(jiān)固的涂層，對(duì)涂料的理化性能有著決定性的影響。另一方面，涂層遇火時(shí)，作為高分子材料同樣分解炭化，與小分子不同的是，它的炭化物強(qiáng)度要高得多，尤其是熱固型或交聯(lián)型樹(shù)脂。

二、防火涂料發(fā)展歷程

1921年，美國(guó)人Wortelmann獲得第一個(gè)防火涂料發(fā)明專(zhuān)利（US1397028A）。該發(fā)明專(zhuān)利是其防火涂料發(fā)明的典型，主要包括硅酸鈉、水、粉狀石棉、磷酸鈉、硫酸鎂、皂化樹(shù)脂和甘油。

隨著阻燃技術(shù)的發(fā)展及對(duì)防火材料性能要求的提高，出現(xiàn)了膨脹型防火涂料。世界上第一種膨脹型防火涂料問(wèn)世于1924年，這是一類(lèi)以石棉、氟化鈉、立德粉和高嶺土為主要原料的防火涂料。1937年，Tramm等第一次提出以磷酸二銨為催化劑，二氰二胺為膨脹發(fā)泡劑，甲醛為炭化劑的膨脹型防火涂料，建立了現(xiàn)代膨脹型防火涂料的雛形。

20世紀(jì)30年代，出于施工安全和環(huán)保性考慮，世界上第一個(gè)以水玻璃為粘結(jié)劑、礦粉為填料的水性無(wú)機(jī)防火涂料誕生，這種涂料使用時(shí)環(huán)保無(wú)污染，但防水性能差，浸泡在水中或受雨水淋洗涂層易脫落。

1948年，Abi化學(xué)公司較早發(fā)表了水性膨脹型防火涂料的專(zhuān)利，其主要成分系脲醛、磷酸二氫銨、淀粉、顏料和改性酚醛樹(shù)脂組成，這種水性防火涂料的阻燃性較好，但漆膜性能差。

1965年，美國(guó)開(kāi)始將聚磷酸銨（APP）引入防火涂料配方中，形成了磷酸一銨、二銨、磷酸蜜胺和聚磷酸銨三大膨脹型防火涂料體系。

三、防火涂料技術(shù)專(zhuān)利分析

通過(guò)專(zhuān)利申請(qǐng)量分析防火涂料的發(fā)展脈絡(luò)，可以看出防火涂料的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)階段：第一階段是防火涂料的萌芽階段（1921-1977），該階段防火涂料處于被初步認(rèn)識(shí)階段，從最初的依靠防火填料達(dá)到阻燃目的，到膨脹型防火涂料的問(wèn)世，再到水性涂料的誕生，人們對(duì)防火涂料不斷摸索，專(zhuān)利申請(qǐng)量也較少，每年僅有幾篇專(zhuān)利申請(qǐng)；第二階段為防火涂料的穩(wěn)步發(fā)展階段（1977-2000），該階段防火涂料的專(zhuān)利申請(qǐng)量穩(wěn)步提升，每年約有防火涂料的幾十個(gè)專(zhuān)利申請(qǐng)，防火涂料得到穩(wěn)步發(fā)展，研究日趨成熟，鋼結(jié)構(gòu)防火涂料、裝飾型防火涂料得到初步應(yīng)用；第三階段為快速發(fā)展階段（2000-2014），該階段防火涂料的專(zhuān)利申請(qǐng)量得到大幅度提升，各種防火助劑得以被發(fā)現(xiàn)和利用，防火技術(shù)也被應(yīng)用到涂料中以增強(qiáng)防火涂料的性能，各種新型高性能防火涂料被發(fā)表在專(zhuān)利中，尤其是2009年至今，防火涂料的專(zhuān)利申請(qǐng)量近似指數(shù)式增長(zhǎng)，防火涂料在日常生活中的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍，鋼結(jié)構(gòu)、木器、玻璃等基材表面均可看見(jiàn)涂覆有防火涂料，防火涂料朝著多元化發(fā)展。

通過(guò)歷年來(lái)不同國(guó)家及地區(qū)的防火涂料專(zhuān)利申請(qǐng)量情況了解到，盡管中國(guó)在防火領(lǐng)域起步較晚，但卻占據(jù)了將近一半的專(zhuān)利申請(qǐng)量，這可能是因?yàn)榉阑鹜苛显谥袊?guó)的發(fā)展空間較大，引入中國(guó)后應(yīng)用需求廣泛，帶動(dòng)了中國(guó)對(duì)防火涂料的研究，從而使得中國(guó)成為防火涂料領(lǐng)域的后起之秀。美國(guó)在防火涂料領(lǐng)域發(fā)展較早，隨著其經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，在防火涂料領(lǐng)域的專(zhuān)利申請(qǐng)量穩(wěn)步提升。日本在防火涂料領(lǐng)域發(fā)展較快，其專(zhuān)利申請(qǐng)量?jī)H在美國(guó)之后。

我國(guó)自1987年申請(qǐng)第一份防火涂料專(zhuān)利以來(lái)，直至2003年，國(guó)內(nèi)一直處于防火涂料技術(shù)摸索階段，每年專(zhuān)利申請(qǐng)量低于10件，這其中也跟技術(shù)發(fā)展過(guò)程中對(duì)技術(shù)保密有關(guān)。其次是2004年至2009年，我國(guó)對(duì)防火涂料的研究處于平穩(wěn)發(fā)展階段，專(zhuān)利申請(qǐng)量穩(wěn)步提升，以每年10%的速度增長(zhǎng)，這跟防火涂料技術(shù)的應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)中促進(jìn)專(zhuān)利申請(qǐng)量的增長(zhǎng)有關(guān)。自2010年以來(lái)，防火涂料專(zhuān)利申請(qǐng)量呈現(xiàn)指數(shù)式增長(zhǎng)，到2014年專(zhuān)利申請(qǐng)量達(dá)到375件，這與世界范圍內(nèi)防火涂料的專(zhuān)利申請(qǐng)量相一致，體現(xiàn)了中國(guó)在近年來(lái)在防火涂料領(lǐng)域的巨大發(fā)展。

從國(guó)內(nèi)防火涂料領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)的主要申請(qǐng)人情況了解到，高校及研究院所在防火涂料領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)，躋身前列的有蘭州理工大學(xué)和廈門(mén)大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)以及研究較早的公安部四川消防研究所，這可能與高校擁有較好的資金資助力度有關(guān)，從而更快開(kāi)展防火涂料領(lǐng)域的技術(shù)研究并申報(bào)專(zhuān)利。其中蘭州理工大學(xué)在防火涂料領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量最大，這在一定程度上映射出該校在防火涂料領(lǐng)域?qū)儆趯?zhuān)科強(qiáng)項(xiàng)，掌握該領(lǐng)域的前沿技術(shù)。

四、防火涂料技術(shù)發(fā)展熱點(diǎn)及趨勢(shì)

防火涂料技術(shù)從開(kāi)始出現(xiàn)到現(xiàn)在經(jīng)過(guò)了80年的發(fā)展，期間出現(xiàn)了膨脹型防火涂料、水性防火涂料等技術(shù)革新，大大改善了防火涂料的防火阻燃性能和施工安全性，為防火涂料在裝飾基材的應(yīng)用提供了可能。超薄型防火涂料的出現(xiàn)大大降低了涂料的工程使用量，在鋼結(jié)構(gòu)能夠得到有效防火保護(hù)的情況下降低了工程總費(fèi)用，施工更方便，同時(shí)對(duì)基材起到美化裝飾效果。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，防火涂料朝著應(yīng)用多樣化、功能全面化發(fā)展。

按溶劑分類(lèi)，防火涂料主要分為油性防火涂料和水性防火涂料。隨著防火涂料專(zhuān)利申請(qǐng)量的增長(zhǎng)，水性涂料和油性涂料的專(zhuān)利申請(qǐng)量均呈現(xiàn)一定的增長(zhǎng)趨勢(shì)，且油性防火涂料的年專(zhuān)利申請(qǐng)量高于水性防火涂料。雖然水性防火涂料相比油性防火涂料具有較多優(yōu)勢(shì)，如環(huán)保性能好，阻火時(shí)不會(huì)產(chǎn)生煙霧和毒性氣體，成本也較低，但是水性防火涂料在涂膜性能、附著力、裝飾性和耐水性方面不如溶劑型涂料，導(dǎo)致其在很多領(lǐng)域不能代替油性溶劑型防火涂料。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的膨脹型防火涂料多是以傳統(tǒng)乳液為成膜物，如苯丙乳液、純丙乳液等，這類(lèi)成膜物制備的膨脹型防火涂料由于發(fā)泡較慢、發(fā)泡不均勻、發(fā)泡持續(xù)時(shí)間段、泡層不致密等缺點(diǎn)，造成防火隔熱效果不理想，這也是限制水性膨脹型防火涂料性能的主要原因。因此，國(guó)內(nèi)產(chǎn)家在研究開(kāi)發(fā)水性防火涂料的同時(shí)，對(duì)成膜物質(zhì)的選擇是技術(shù)改進(jìn)的主要問(wèn)題之一。

按機(jī)理分類(lèi)，防火涂料可分為膨脹型防火涂料和非膨脹型防火涂料。2005-2011年，非膨脹型防火涂料和膨脹型防火涂料專(zhuān)利申請(qǐng)量相差不多，2011年以后，膨脹型防火涂料的專(zhuān)利申請(qǐng)量以較快速度增長(zhǎng)，其申請(qǐng)量高于非膨脹型防火涂料。這是由于在防火涂料應(yīng)用過(guò)程中，膨脹型防火涂料在火焰和高溫下，其表面涂層會(huì)熔融、氣泡、隆起，然后形成均勻而致密的蜂窩狀或海綿狀炭質(zhì)泡沫隔熱層，并釋放出不燃性氣體。這種膨脹的海綿狀隔熱層厚度，往往是原來(lái)涂層厚度的幾十倍甚至上百倍，能很好的隔絕氧氣和熱的傳導(dǎo)。此外，膨脹型防火涂料可以做到涂層較薄，能夠滿足裝飾要求。因此，膨脹型防火涂料從其阻燃效果和裝飾效果上優(yōu)越于非膨脹型防火涂料，將會(huì)是中長(zhǎng)期的研究熱點(diǎn)。endprint