防火涂料又称阻燃涂料,它具有普通涂料的装饰性,更重要的是涂料本身具有特性决定了它具有防火保护功能,因此在火灾发生时能够阻止燃烧或对燃烧的拓展有延滞作用,从而使人们有充分的时间进行灭火工作,达到保护人们生命财产安全的目的。
到目前为止,我国的防火涂料生产企业已超过300家,主要集中在北京、上海、江浙等地,年销售量在5万吨以上,已形成了跨行业,跨部门的生产体系。
防火涂料按照其防火原理,可分为膨胀型和非膨胀型两大类。若以溶剂类型来分,可分为溶剂型和水溶型两大类,两类涂料所选用的防火组分基本相同,其选用的溶剂以采用的成膜物质而定。溶剂型防火涂料的成膜物质一般选用氯化聚烯烃、丙烯酸树脂、氨基树脂、环氧树脂、酚醛树脂等,采用的溶剂为溶剂汽油、醋酸丁酯等。水剂型防火涂料的成膜物质一般选用氯偏乳液、丙烯酸乳液、苯丙乳液、聚醋酸乙烯酯等,这些材料均以水为溶剂。这两类涂料在涂料的防火性能、理化性能以及耐候性能等方面,溶剂型防火涂料都优于水剂型防火涂料,但是由于成本、环境污染等原因,水溶型防火涂料也发展得较快。
防火涂料按其应用场合可分为:
(1)饰面型防火涂料,施涂于可燃基材表面,能形成具有防火阻燃保护和装饰作用涂膜的防火涂料。
(2)钢结构防火涂料,施涂于建筑物及钢结构建筑物表面,能形成耐火隔热保护层,以提高钢结构耐火极限的防火涂料。
(3)电缆防火涂料,施涂于电线电缆表面,能形成具有防火阻燃涂层,以防止电线电缆延续燃烧的防火涂料。这类防火涂料的构成,理化性能等特点与饰面型防火涂料
相似,但防火性能与试验方法不同。
一、防火涂料的机理与组成
1、膨胀型防火涂料
膨胀型防火涂料成膜后,在常温下是普通的漆膜。在火焰或高温作用下,涂层发生膨胀炭化,形成一个比原来厚度大几十倍甚至几百倍的不燃的蜂窝泡沫状炭质层,它可以隔断外界火源对基材的加热,从而起到阻燃作用。另一方面,在火焰或高温作用下,涂层发生软化、熔融、蒸发、膨胀等物理变化及高聚物、填料等组分所发生的分解、解聚、化合等化学变化,这些物理和化学的变化,吸收了大量的热能,抵消了一部分外界作用于物体的热能,从而对被保护物体的受热升温过程起延滞作用。涂层在高温下发生脱水成炭反应和熔融覆盖作用,隔绝了空气,使有机物转化为炭化层,避免了氧化放热反应发生。还由于涂层在高温下分解出不燃性气体,如氨、水等,稀释了空气中可燃性气体及氧的浓度,抑制有焰燃烧的进行。
2、非膨胀型无机防火涂料
无机防火涂料有较高的耐热性和完全不燃、不发烟的特点,且有原料易得、价格低廉、制备简单、着色自由、施工方便、无毒无火灾危险等优点。早期的无机防火涂料主要是灰泥状的,涂刮于被保护物体表面。目前品种已经很多,仍在不断发展。
作为无机涂料的粘合剂主要有水玻璃(硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂等)、硅溶胶、磷酸盐、水泥等。其填料是一些耐火的矿物,如氧化铝、高岭土、滑石粉、碳酸钙、氧化锌、硅藻土、珍珠岩、耐火土、细砂子、钛白粉、火山灰及岩棉纤维、硅酸铝纤维等。
无机涂层的防火保护作用是有赖于涂层自身耐火不燃性和高温下形成似釉膜封闭保护基材,与空气隔绝,使之不能燃烧。无机涂层也具有一定的隔热作用,但不足之处是附着力及物理机械性能较差,耐潮性差,易龟裂、粉化、剥落,且涂层装饰性不好等。
采用粒度不同的无机填料(如:膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、膨胀石墨、海抱石等)配合使用能提高涂层燃烧后的致密性,减少龟裂现象。适当加入高熔点的无机纤维,能增加涂层的整体性及涂层在高温下骤冷不开裂等性能。采用有机成膜物,如乳液型有机树脂等和无机成膜物拼用,也能改善涂层上述的缺点。
有机树脂系和钛酸系树脂与无机涂料组分拼用也有较好的性能,此外,在水玻璃中添加氟硅酸钠、氟硅酸锌等也可改善其耐水性。在无机涂层的基础上,配套有机的防水涂层,进行封闭保护,对提高无机防火涂料的耐潮性和使用寿命有是很有效的。
三、几类防火涂料的应用
1、饰面型防火涂料
饰面型防火涂料是一种集装饰和防火为一体的新型涂料品种。当它涂覆于可燃基材(如木材、胶合板、塑料、织物等)上时,平时可起到一定的装饰作用;一旦火灾发生时,则具有阻止火势蔓延,从而达到保护可燃基材的目的。饰面型防火涂料实际用量较少,约占防火涂料总数的5%。
饰面型防火涂料质量检验按照国家标准GB12441-1998《饰面型防火涂料通用技术条件》进行。
2、钢结构防火涂料
目前,钢结构已在建筑工程中发挥着独特且日益重要的作用。钢结构以其自身的优越性引起业内关注,已经在工程中得到合理的、迅速的应用,现已广泛运用于厂房、库房、体育馆、展览馆、机场机库等工程。
钢材虽为非燃烧材料,但钢不耐火,温度为400℃时,钢材的屈服强度将降至室温下强度的一半,温度达到600℃时,钢材基本丧失全部强度和刚度,所以一般裸露钢结构耐火极限只有十几分钟。因此,当建筑采用无防火保护措施的钢结构时,一旦发生火灾,结构很容易遭到破坏。例如,2001年9月11日,震惊世界的“911事件”中被飞机撞毁的纽约世界贸易大楼姊妹楼,事后专家分析认为,其实飞机并没有将大楼撞倒,而是由于飞机在撞到大楼的同时破坏了大楼钢结构上的防火涂层,并爆炸起火,使得钢结构暴露在熊熊烈火中,在一个多小时后,结构软化,强度丧失,终于载不动如此沉重的负担,轰然倒下,造成几千人命丧废墟,损失多达几百亿美圆;1998年5月5日,北京玉泉营环岛家具城大火,结构防火未达标,造成1.3万平米钢结构轻体建筑(倒塌)及其它1万平米的全部过火,造成家具城、建材城建筑和参展家具全部烧毁,直接经济损失达到人民币2087万。
正是由于钢结构的这一弱点,所以人们只得采用涂刷钢结构防火涂料的方法来提高钢结构的耐火极限,以达到保护人们的生命财产安全的目标。
钢结构防火涂料根据涂层厚度来分,可分为厚型、薄型、超薄型钢结构防火涂料。
钢结构防火涂料各项性能指标依据国家标准GB14907-94《钢结构防火涂料通用技术条件》技术要求来判定产品是否质量合格。
钢结构防火涂料的适用范围:高层建筑、大型场馆、石油、电力、邮电、化工、机械、广播电视等的金属结构及其它部件的防火保护。钢结构防火涂料的使用量约占防火涂料总量的90%以上。
2.1几种钢结构防火涂料
2.1.1超薄型钢结构防火涂料
超薄膨胀型钢结构防火涂料指防火涂层厚度在3毫米以下,主要是溶剂型为主,具有很好的装饰和理化性能,受火时膨胀发泡形成致密、强度高的防火隔热层,该防火隔热层极大地延缓了被保护钢材的温升,提高钢结构构件的耐火极限的一类新型防火涂料。超薄膨胀型钢结构防火涂料一般使用在耐火极限要求在2.0小时以内的建筑钢结构上。如可对一类建筑物中的梁楼板与屋顶承重构件,及二类建筑中的柱、梁、楼板等进行有效防火保护。近年来,轻型钢结构在工程中的应用倍受青睐,各种轻钢梁、网架等到也可用该类型防火涂料进行防火保护。由于该类防火涂料涂层超薄,工程中使用量较厚型、薄型钢结构防火涂料大大减少,从而降低了工程总费用,又使钢结构得到了有效的防火保护,是目前消防部门大力推广的品种。
2.1.2薄型钢结构防火涂料
薄型钢结构防火涂料指防火涂层厚度在3毫米到7毫米之间,此类钢结构防火涂料主要是水溶型为主,具有较好的装饰和理化性能,受火时能膨胀发泡,以膨胀发泡所形成的耐火隔热层延缓钢材的温升,保护钢构件。这类钢结构防火涂料一般是用合适的乳液聚合物作基料,再配以复合阻燃剂、防火添加剂、矿物纤维等组成。对这类防火涂料,要求选用的乳液聚合物必须对钢基材有良好的附着力、耐久性和耐水性。其装饰性优于厚浆型防火涂料,稍差于超薄型钢结构防火涂料,一般耐火极限在2小时以内。因此常用在≤2h耐火极限的钢结构防火保护工程中,常采用喷涂施工。如可对高层民用建筑中的梁,一般工业与民用建筑中支承单层的柱、梁、楼板以及屋顶承重构件中的钢结构进行防火保护。
2.1.3厚型钢结构防火涂料
该类防火涂料指防火涂层厚度在8毫米到50毫米之间,其在火灾中利用材料的不燃性、低导热性或涂层中材料的吸热性,延缓钢材的温升,保护钢材。这类防火涂料是用合适的粘结剂(如水玻璃、硅溶胶、磷酸铝盐、耐火水泥等),再配以无机轻质材料(如膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、海抱石、漂珠、粉煤灰等)和增强材料(如硅酸铝纤维、岩棉、陶瓷纤维、玻璃纤维等)组成,具有成本较低的优点。施工常采用喷涂或抹涂,一般用在耐火极限≥2h的钢结构防火保护中。如:高层民用建筑的柱、一般工业与民用建筑中的支承多层的柱的耐火极限均应达到3小时,需采用该厚型防火涂料保护。
这三中钢结构防火涂料中,以超薄型为最大,约占钢结构防火涂料的70%,其次是厚型,约占20%,薄型钢结构防火涂料用量较少。
3、电缆防火涂料
电线电缆是电力事业的重要材料。近年来,国内外大量电缆火灾的发生,以及由此而造成的直接和间接损失的惨重,使人们意识到电缆火灾危害极大,防止电缆着火,阻止电缆延燃,非常必要。电缆防火涂料是在饰面型防火涂料基础上发展起来集装饰和防火于一体的新型防火涂料品种。当它涂覆于普通电缆表面时,平时可起一定的装饰和保护作用,一旦火灾发生则具有阻止火焰蔓延,防止火灾发展的作用,从而达到保护电缆的目的。
随着电缆防火涂料的应运而生,为推动其应用,国家建设部制定的GB50217-94《电力工程设计规范》已将电缆防火涂料作为电缆防火保护的措施列入其中。目前全国生产电缆防火涂料的企业较多,由于该类产品的生产设备和工艺相对来讲较简单,需要的固定资产投资少,见效快,故生产厂一般为中小型企业,而且以乡镇企业和股份制企业居多。公安部为了规范电缆防火涂料的产品质量,于1998年颁布了行业标准GA181-1998《电缆防火涂料通用技术条件》。
四、防火涂料的发展方向
近十几年来防火涂料发展方兴未艾,其各项性能都有了很大的改进和提高,品种和应用范围不断扩大。特别是钢结构防火涂料,随着建筑钢结构产业的扩展,使用范围和用量成几何倍数增加。防火涂料随着整个涂料工业正在向“五E”方向迈进,即提高涂膜质量(Excellence of finish)、方便施工(Easy of application)、节省资源(Economics)、节省能源(Energy saving)和适应环境(Ecology)。目前水溶型的防火涂料已占了越来越大的比例。与此同时,提高防火涂料的理化性能、防火性能、装饰性能,降低成本等方面也不断取得进展。