論建筑的防火材料與涂料

李涵

福建工程學(xué)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(xué)院土木工程系（361000）

就防火材料和防火涂料的機(jī)理進(jìn)行了簡(jiǎn)略闡述，同時(shí)對(duì)常用防火材料和防火涂料的類(lèi)別和特性進(jìn)行了歸納和分析，在此基礎(chǔ)上介紹了新型防火材料與涂料，對(duì)新型防火材料和涂料的類(lèi)別、材料組成、防火機(jī)理進(jìn)行了論述，最后論述了建筑防火材料的未來(lái)趨勢(shì)。

防火材料；涂料；發(fā)展趨勢(shì)

0 引言

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)的推進(jìn)，房地產(chǎn)的快速發(fā)展，人口的不斷聚集，消防安全問(wèn)題越來(lái)越被關(guān)注，建筑防火問(wèn)題越來(lái)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(lái)越重要的作用。

1 防火材料與防火涂料的機(jī)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(dǎo)熱系數(shù)，可以延遲火焰溫度向被保護(hù)基材的傳遞，使被保護(hù)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(hù)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(tuán)，與有機(jī)游離基化合，中斷連鎖反應(yīng)，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(hù)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(qiáng)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(chǎng)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(diǎn)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(qiáng)。

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

3）防火儲(chǔ)物箱。防火儲(chǔ)物箱能承受相當(dāng)高的外部溫度，可獨(dú)立擺放，也可嵌入墻壁中，能保護(hù)貴重物品在火災(zāi)中減少損失。

4）防火玻璃。常見(jiàn)的有夾層復(fù)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(xiǎn)、文物收藏、財(cái)務(wù)結(jié)算等重要場(chǎng)所，商廈、賓館、計(jì)算機(jī)房、車(chē)站碼頭等公共建筑，其他設(shè)有防火分隔要求的工業(yè)及民用建筑的防火門(mén)、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(yīng)用于能產(chǎn)生高熱能及高溫的電器中，主要通過(guò)改性樹(shù)脂或添加不同的材料來(lái)達(dá)到防火等級(jí)。添加材料通常有玻纖、碳酸鈣等，按不同的比例與樹(shù)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(wú)色、透明、無(wú)毒、無(wú)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(zāi)的發(fā)生。

2）FQ復(fù)合型防火防腐橋架。FQ復(fù)合型防火防腐橋架由無(wú)機(jī)不燃材料為基體，內(nèi)外表面復(fù)合有機(jī)高分子難燃材料制成。FQ復(fù)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(jìn)行防火處理，具有橋架輕、安裝維護(hù)方便、整體美觀(guān)等優(yōu)點(diǎn)。

3）可瓷化高分子復(fù)合材料?？纱苫叻肿訌?fù)合材料是一種新型防火材料，是在含硅的高分子（如硅橡膠）基體中加入黏土類(lèi)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(fù)合材料在室溫下具有普通電線(xiàn)與電纜的絕緣層材料的性質(zhì)，遇高溫燃燒時(shí)形成堅(jiān)硬的陶瓷保護(hù)層，可以隔絕火焰而達(dá)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(lèi)，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(diǎn)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(lài)于它本身的難燃性和不燃性來(lái)阻止火焰的傳播，利用其本身具有的低熱傳導(dǎo)系數(shù)來(lái)阻止熱量向基材傳導(dǎo)。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(hù)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(shí)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(yīng)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(shù)脂，一般為含鹵素、磷、氮之類(lèi)的高分子合成樹(shù)脂，如鹵化的醇酸樹(shù)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(shí)現(xiàn)涂層的難燃化。水玻璃、硅溶膠、磷酸鹽等無(wú)機(jī)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(wú)毒等特點(diǎn)。難燃劑常用的有:含磷、鹵的有機(jī)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(wú)機(jī)難燃劑。難燃性乳液涂料是含有大量無(wú)機(jī)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?xún)?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(shù)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(huì)發(fā)生膨脹，形成比原來(lái)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(duì)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(guó)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(fù)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(yīng)極快的游離基連鎖反應(yīng)，這種游離基有極高的活潑性，使反應(yīng)以極高的速度進(jìn)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(yīng)。如果連鎖反應(yīng)的傳遞物是有機(jī)游離基，極少的NO、NH3就會(huì)大大地降低反應(yīng)速度，因?yàn)镹O和NH3很容易和有機(jī)游離基化合而使連鎖反應(yīng)中止。

在膨脹型防火涂料受火發(fā)泡形成泡沫層的同時(shí),被保護(hù)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(yīng)，但由于導(dǎo)致連鎖反應(yīng)的游離基碰到組成泡沫的微粒上，連鎖反應(yīng)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(huì)破壞連鎖反應(yīng)，這是膨脹型防火涂料具有持久耐火性的一個(gè)重要的理論解釋。

4 未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

1）納米技術(shù)

采用物理、化學(xué)方法，將固體阻燃劑分散成1～100 nm大小微粒的方法，稱(chēng)納米技術(shù)。物理方法有蒸發(fā)冷凝法、機(jī)械破碎法；化學(xué)方法有氣相反應(yīng)法，液相法。例如使Sb2O3穿過(guò)等離子弧的尾氣反應(yīng)蒸發(fā)區(qū)蒸發(fā)，然后進(jìn)入冷凝室進(jìn)行急冷，能得到0.275 μm的Sb2O3粒子。阻燃劑超細(xì)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(duì)于改善阻燃劑的發(fā)煙性、耐候性、著色性都會(huì)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(lái)。例如用硅烷、鈦酸酯對(duì)Al(OH)3、Mg(OH)2進(jìn)行表面處理；或者將阻燃劑吸附在無(wú)機(jī)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(jī)硅樹(shù)脂，可以使易熱分解的有機(jī)阻燃劑被很好地保護(hù)起來(lái)，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(xiàn)（γ射線(xiàn)、β射線(xiàn)或X射線(xiàn)）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(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性。

4）復(fù)配技術(shù)

在對(duì)材料進(jìn)行阻燃處理過(guò)程中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)某些阻燃劑同時(shí)使用會(huì)取得很好的協(xié)同效應(yīng),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(yǔ)

近年來(lái)，多起建筑火災(zāi)事件的發(fā)生，才引發(fā)對(duì)防火的思考，本文只是粗略的談了防火材料與防火涂料，對(duì)防火材料的了解和研究遠(yuǎn)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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