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倡导低碳型生活环保型防火涂料发展十分可观

https://www.biud.com.cn 2011年07月23日09:35 家居装修知识网

　　防火涂料是特种涂料的其中一个品种，是防火建筑材料中的重要组成部分。防火涂料是指涂装在物体表面，可防止火灾发生，阻止火势蔓延传播或隔离火源，延长基材着火时间或增加绝热性能以推迟结构破坏时间的一类涂料。由于建筑工程的高层化、集群化、工业的大型化及有机合成材料的广泛应用，人们对防火工作引起高度重视，而采用涂料防火方法比较简单，适应性强，因而在公用建筑、车辆、飞机、船舶、古建筑及文物保护、电器电缆、宇航等方面都有应用。

　　按用途和使用对象的不同可分为：饰面型防火涂料、电缆防火涂料、钢结构防火涂料、预应力混凝土楼板防火涂料等。我国防火涂料的发展，较国外工业发达国家晚15～20年，虽然起步晚，但发展速度较快。
　　
　　在环保法规日益完善，人们对环境污染及人身健康日益重视的今天，挥发性有机化合物含量很高的溶剂型涂料的使用受到越来越严格的限制。早在20世纪70年代，国际室内空气科学学会提出了VOC(挥发性有机化合物)概念，意识到了VOC对环境的污染。日本在1997年就制定了防止大气污染的修正法和化学物质排放管理的促进法(PollutantReleaseandTransferRegister，PRTR法)。我国在1994年颁布了《环境标志产品技术要求》，明确提出环保型涂料在“产品配制或生产过程中不得使用甲醛、卤化物溶剂或芳香族碳氢化合物”；1996年出台了《大气污染物综合排放标准》；2000年出台了《中华人民共和国大气污染防治法》；2001年又推出了强制性国家标准《室内装饰装修材料内墙涂料中有害物质限量》，明确要求室内用涂料的VOC不得大于200g/L，游离甲醛的浓度不得大于0.1g/L。所有这一切，都对涂料行业提出了一个新问题，那就是必须加快开发不用或少用有机溶剂的涂料，也就是开发所谓“环境友好型涂料”。环境友好型涂料主要有：水性涂料、粉末涂料、光固化涂料等。针对防火涂料而言，由于粉末涂料和光固化涂料的特殊性，仅水性防火涂料和无溶剂防火涂料具有可观的发展前景。

　　水性防火涂料
　　
　　自20世纪70年代能源危机引发第一次水性涂料开发热潮以来，水性化一直是涂料发展的方向之一。目前我国市场上的水性防火涂料以饰面型防火涂料和厚浆型防火涂料为主，从成膜物性质上大体可分为如下几类：
　　
　　(1)合成聚合物乳液型，成膜物为苯丙乳液、纯丙乳液、醋酸乙烯乳液等，添加膨胀型阻燃剂及其他材料制成。
　　
　　(2)水溶性树脂型，水溶性树脂中的脲醛-三聚氰胺树脂具有色浅、耐光好、不发霉、干燥快、成本低、附着力好、耐水、耐油、耐热、优良的电性能、本身可作为炭源和气源等诸多优点，因此，受到众多厂家的青睐，引起了科研人员的高度重视。在这方面我国取得了非常多的成果。
　　
　　(3)无机粘合剂型，这类涂料以硅酸盐水泥、氢氧化镁或其他无机高温粘合剂为基料，添加膨胀珍珠岩、矿棉等骨料及其他化学助剂和水等组成，以非膨胀型为主，其缺点是用量大，涂层厚，但由于可用于室外，因而，也取得了很好的应用效果。
　　
　　在所有水性防火涂料品种中，无机粘合剂型防火涂料是对环境最友好的品种，但其制得的防火涂料多为非膨胀型，且涂层的理化性能存在一些难以克服的不足。水溶性氨基树脂、脲醛树脂等本身有较好的阻燃能力且可帮助成炭，由它们制成的防火涂料具有非常好的综合防火效果，但由于其甲醛含量较高(我国市场上此类树脂的甲醛含量一般在1.0g/L以上)，难以满足环保对毒性的要求，故以为，其前途并不看好。目前市场上应用较多的水性防火涂料多为合成聚合物乳液型。但它也有一些不足：其一，在低温(如0℃)环境中，其贮存及应用均有困难；其二，乳液本身不同程度地含有一些助溶剂或成膜助剂(质量好的乳液含2%～5%，稍差的则含8%～10%)，它们一般均为挥发速度较慢的有异味的高沸点溶剂；其三，水性涂料在耐水性、附着力等方面与溶剂型涂料相比有明显的不足；其四，膨胀型防火涂料中含有大量的亲水性材料(如聚磷酸铵等)，它们易从含有乳化剂的水性涂膜中迁移出来，从而使防火涂料失去防火效果。

　　a：用双组分水性乳液，如含羟基的水性树脂以异氰酸酯作为交联剂。据称在防腐蚀涂料方面已取得与溶剂型涂料相当的性能；水性环氧-多胺体系具有VOC低、涂膜光泽好、耐冲击、耐水等优点，已在许多场合取得了不俗的应用业绩。与普通乳液相比，双组分乳液在对水、化学物质的封闭上有很大改善。
　　
　　b：考虑到普通乳液中均含2%～5%的有机溶剂，大日本涂料公司新近开发出一种有机溶剂含量低于1%的聚合物乳液。理论上，核/壳乳液由于壳部分有较低的玻璃化温度，不需要成膜助剂或其他助剂帮助成膜，因而有人称以核/壳乳液为基料的乳胶漆为“零VOC乳胶漆”。
　　
　　c：提高乳液自身的阻燃能力，减少阻燃剂用量。一方面可将一些阻燃元素接枝到树脂上，如江阴国联化工有限公司的GHS系列硅丙乳液；另一方面，合理开发纳米材料在涂料中的应用，充分利用纳米材料能提高树脂耐热能力的特性。
　　
　　第二，对目前所用的防火阻燃剂进行表面处理，解决其亲水性问题。如：对聚磷酸铵进行表面处理，使聚磷酸铵的水溶性由原先25℃下的8.2%下降到0.2%。也有人对红磷进行表面包覆处理，将之胶囊化，大大改善了其与树脂的相容性、颜色等，由于它的含磷量明显比聚磷酸铵等化合物高，因而，在许多场合其单位质量的阻燃效果也就好得多。
　　
　　第三，选用多功能材料，如三聚氰胺磷酸酯等集酸源、气源于一体的新型材料。它不仅能降低阻燃剂的总用量，而且还有很低的水溶性。如三聚氰胺磷酸酯在20℃时，溶解度为0.35%；60℃时，仅为1.16%；800℃时，形成残余物的质量为原始质量的30%，是普通聚磷酸铵的6倍。
　　
　　第四，打破传统配方，开发新型的膨胀体系或膨胀材料。如氨基苯磺酸盐、氨基磺酰对苯胺、P，P''''-氯化二苯磺酰肼、5-氨基-2硝基苯甲酸等材料均具有自膨胀特性，如果它们能在涂料中得到合理的应用，必将大大减少膨胀型防火涂料中阻燃材料的用量，从而改进涂料的综合性能。
　　
　　总之，在我国，水性涂料市场占整个涂料市场份额的41%左右，这其中，内、外墙建筑涂料占了绝大部分。水性防火涂料在整个水性涂料中的份额很少，以至于未被统计在内。与美国水性防火涂料占其整个防火涂料生产规模的2/3相比有较大差距。我们应加大对水性防火涂料的研究开发力度。

　　高固体分防火涂料
　　
　　所谓的高固体分涂料是指固含量超过60%甚至达75%～80%的涂料，由于其所含的有机可挥发分比普通的溶剂型涂料少，因而对环境的污染轻，并且一次施工可得到较厚的漆膜，因而很快被广泛接受。目前市售的膨胀型防火涂料固含量一般为60%～70%，一次涂覆的厚度可达70～80μm或更高。海洋化工研究院的SCM-2超薄型钢结构防火涂料固含量达70%以上，一次厚涂可达150μm。但是由于这些涂料仍含有约30%的可挥发分，因而在一些应用场合仍然受到限制。事实上，海洋化工研究院早在1998年就研制成功膨胀型船用防火涂料GY-1。它以低毒的脂肪烃等为溶剂，并且加入了抑烟成分，虽然其固含量很高，但由于其仍有超过20%的有机可挥发分，因而，至今仍未能在船舶上取得广泛的应用。
　　
　　随着人们环保及健康意识的提高，高固体分涂料的使用也会受到越来越多的限制，因为它仍有较高的可挥发有机物，即使是乳胶型防火涂料，由于乳液中不可避免的含有约2%～5%的可挥发有机物，涂刷时常产生异味，施工后长时间仍对环境造成污染。国内一些企业，特别是涉外企业，已经对涂料的可挥发分提出了明确要求。美国朗讯青岛公司在对损坏的防火涂层进行修补时，就提出了挥发性有机物(特别是苯、甲醛等气体)对环境的污染、安全及对人员身体健康影响的问题。可见，高固体分防火涂料只能是环保型防火涂料问世前的一种过渡产品。
　　
　　液体无溶剂涂料
　　
　　液体无溶剂涂料也有人称之为超高固体分涂料。它具有很低含量的挥发性有机化合物(VOC)，甚至能达到“零VOC”。它主要是以低分子量、低粘度的液体树脂及固化剂体系为基料，并用活性稀释剂来进一步降低体系粘度从而保证涂料体系的综合性能。可用于液体无溶剂涂料体系的树脂有：聚氨酯树脂、环氧树脂、有机硅树脂等。环氧树脂对颜填料的容忍度很高，本身可兼作膨胀体系的炭源和气源；聚氨酯树脂本身可作为膨胀体系的炭源和气源；有机硅树脂本身具有很高的阻燃性。它们均是液体无溶剂膨胀型防火涂料的理想成膜物。
　　
　　液体无溶剂涂料的研究目前主要集中在重防腐涂料、地坪涂料和特殊用途涂料领域。关于无溶剂膨胀型防火涂料的研究，目前世界范围内几乎没有公开的报道。美国专利5292799及5432007等披露的无溶剂防火涂料，事实上是以有机硅树脂为基料的耐热阻燃涂料。国内关于无溶剂防火涂料的研究也很少。
　　
　　结语
　　
　　一个国家环保型涂料占全部涂料总量的程度，代表着这个国家科技发展的程度。美国在1999年，水性涂料所占比例为61.1%，高固体分涂料占10.7%，粉末涂料占8.7%，辐射固化涂料占1.0%，传统的溶剂型涂料仅占18.5%；而我国传统的溶剂型涂料约占55%，水性涂料约占41%，其他约占4%。通过这些数据的比较，可以明显地看到我国涂料工业与发达国家之间的差距。
　　
　　随着环保法规和劳动法规的不断健全，环境友好型、低或零VOC排放的新型防火涂料的研发已越来越引起人们的重视。在实际应用中，水性防火涂料已经占有一定的市场份额，但它仍有许多有待改进的地方，如冬季施工困难、对湿气敏感等。在没有彻底解决这些问题前，水性防火涂料尚无法与溶剂型防火涂料相抗衡。液体无溶剂防火涂料对环境、人体完全无害，一次可厚涂，耐化学品性质优异，一旦开发成功，将在很大程度上取代溶剂型防火涂料的市场地位。