什么是膨胀型防火涂料、膨胀型防火涂料的组分有哪些、其类型又有哪些、其防火机理是什么

什么是膨胀型防火涂料?膨胀型防火涂料的组分有哪些?其类型又有哪些?其防火机理

是什么?

膨胀型防火涂料是由难燃树脂、难燃剂及成碳剂、脱水成碳催化剂、发泡剂等组成的，涂层在火焰或高温作用下会发生膨胀，形成比原来涂层厚度大几十倍的泡沫碳质层，能有效地阻挡外部热源对底材的作用，从而起到能阻止燃烧发生的一种建筑防火特种涂料。

膨胀型防火涂料阻止燃烧的效果大于非膨胀型防火涂料。

膨胀型防火涂料的主要成膜物质常用合成树脂，有：聚丙烯酸酯乳液、聚醋酸乙烯乳液、醋酸乙烯-乙烯乳液、不饱和聚酯、环氧树脂、醇酸树脂、聚氨酯、环氧-聚硫等。它们与有机难燃剂相结合，使涂层既具有良好的常温使用性，又具有良好的难燃性。

在高温及火焰作用下，能迅速碳化的物质称为成碳剂，它们是形成泡沫碳化层的物质基础。常是含高碳的多羟基化合物，如淀粉、季戊四醇及含羟基的有机树脂等。

防火涂料组分中的脱水成碳催化剂的主要功能是促进含羟基有机物脱水碳化，形成不易燃烧的碳质层。这类物质主要有聚磷酸铵、磷酸氢铵和有机磷酸酯等。

发泡剂是指能在涂层受热时分解出大量灭火性气体，使涂层发生膨胀形成海绵状细泡结构的一种助剂，这类物质有三聚氰胺、双氰胺、氧化石蜡、多聚磷酸铵、硼酸铵、双氰胺甲醛树脂等。

膨胀型防火涂料通常选用的难燃性良好的无机颜料与填料，基本上与非膨胀型防火涂料所采用的无机颜料与填料相同。

膨胀型防火涂料的特点是当涂层受热达到一定温度后即膨胀到10～100倍以上，这样在被涂面与火源之间形成海绵状碳化层，阻止热量向底材传导，同时产生不燃性气体，使可燃性底材的燃烧速度和燃烧温度明显降低，因此膨胀型防火涂料应具有下列性质：

①涂料的成膜物质在需要的温度下熔化，以利于膨胀，该温度应低于发泡剂的活化温度;

②应在膨胀时，产生稳定的泡沫;

③涂料的基料应是不易燃烧的或者自身能熄灭的。

膨胀型防火涂料按分散介质的不同可分为溶剂型防火涂料，乳液型防火涂料，水溶液型防火涂料。国内目前膨胀型防火涂料的主要品种是膨胀型丙烯酸酯乳胶防火涂料。

根据本章第17题所归纳的五点防火机理，其④、⑤两点解释膨胀型防火涂料的防火机理较为符合，但也包含着前三点的内容。

膨胀型防火涂料受火后的变化较为复杂，涉及的因素较多，从解释物质燃烧的理论出发，物质燃烧是一种反应极快的游离基连锁反应，这种游离基有极高的活泼性，使反应以极高的速度进行，但也极易在障碍物上相互化合成稳定的分子而中断连锁反应。如果连锁反应的传递物是有机游离基，极少量的NO、NH3就会大大地降低反应速度，因为NO和NH3很容易和有机游离基化合而使连锁反应中止。在膨胀型防火涂料受火发泡形成泡沫层的同时，被保护的物体受热干馏分解出可燃性气体，接触火源引起连锁性的燃烧反应，但由于导致连锁反应的游离基碰到组成泡沫的微粒上，连锁反应又立即中断。磷-氮- 碳体系膨胀型防火涂料的成分含有大量的氮化物，遇火产生NO和NH3，也会破坏连锁反应，这是膨胀型防火涂料具有持久耐火性的一个重要的理论解释。

膨胀型防火涂料受火膨胀发泡，形成隔绝氧气和隔热的泡沫层，以应用最普遍的磷-氮-碳防火体系为例，隔热层的形成过程如下：首先在较低的温度下(110～150℃) 涂层变软，熔融; 与此同时，体系中的成碳化剂聚磷酸铵分解出磷酸或聚磷酸，与体系中的成碳剂季戊四醇进行碳化反应，并脱水碳化; 此时发泡剂三聚氰胺也发生分解反应，这个过程放出的水蒸气和不燃性气体(NH3、NxOy、P2O5……)，使已处于熔融状态的体系膨胀发泡，碳化的碳或磷-碳微粒均匀地沉积在泡沫上; 近而，熔融状态的泡沫在较高的温度下，基料与防火体系协同。进行脱水反应，这种黏附着碳或磷-碳微粒的泡沫体也逐渐转化成碳，也称作胶化、固化，泡沫层碳质化了，整个泡沫层也就变得致密和坚固。

形成的泡沫层把被保护的物体封闭起来，隔绝了体系外的氧气，燃烧则不能进行。这种泡沫也是隔热体，使被保护的物体在一定时间内保持低温。用热传导理论说明膨胀型防火涂料的隔热效果，使物体保护在较低温度是很明显的：

Q=Aλ(△T)/L

式中Q为传递的热量; A为传导面积; λ为热导率; △T为热源与基材之间的温度差; L为传热距离。

涂层受热膨胀后，泡沫层的厚度L会是原涂层的10～100 倍，热导率λ是原来的1/5～1/35 [一般涂层的λ 约为：1.163×10-4～8.14×10-4W/(m2·K)]，泡沫层的λ接近空气的λ，约为2.636×10-5W/(m2·K)，在A和△T不变的情况下，将L、λ代入上式计算可知碳化泡沫层有效地阻止了热的传递。

根据热学理论，防火涂料膨胀发泡的过程，体积不断增加，必须消耗体系的内能，内能的消耗必然降低体系的温度。同时，发泡的过程也是涂料组分中碳水化合物脱水碳化的过程，以及一些物质分解放出气体的过程，水和气体的挥发，必须消耗大量的热能而降低体系的温度。这种降低体系温度的效应，通过差热分析是很容易证实的。