防火涂料的組成一般為基料、阻燃劑、增強(qiáng)涂料、溶劑、顏料、助劑等。
一、基本樹脂
能用于制備防火涂料的數(shù)值很多，但實(shí)際中往往不會(huì)單獨(dú)使用一種樹脂。單一的樹脂做基料的防火涂料有許多缺陷，如涂料的光澤差，不揮發(fā)分含量低，耐候性、耐水性、柔韌性差等。因此，經(jīng)常采用幾種樹脂混合使用，相互之間取長(zhǎng)補(bǔ)短，已獲得性能理想的涂膜。
（一）溶劑型涂料用樹脂
1、 丙烯酸樹脂
丙烯酸樹脂是丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯和其他不飽和單體進(jìn)行加成聚合而制得的共聚樹脂。相對(duì)分子量一般在75000～120000。
優(yōu)點(diǎn)： 丙烯酸樹脂不吸收紫外線，不容易水解，所以耐氣候性能比較突出，化學(xué)穩(wěn)定性、耐水性、耐腐蝕性亦堪稱優(yōu)秀，無(wú)色透明，保色保光，耐酸、耐堿，對(duì)顏料的粘結(jié)能力大，施工性能好。此外它的配方比較靈活，可與許多官能性單體共聚獲得具有廣泛物性和用途的共聚物。缺點(diǎn)：拉絲性—豐滿度差；對(duì)熱敏感；耐溶劑差。極性過(guò)強(qiáng)。
近年來(lái)丙烯酸樹脂廣泛地應(yīng)用在飾面型防火涂料、鋼結(jié)構(gòu)防火涂料、電纜防火涂料、塑料防火涂料等的研制中。
2、 環(huán)氧樹脂
環(huán)氧樹脂是大分子主鏈上含有醚鍵和仲醇基，同時(shí)兩端含有環(huán)氧基團(tuán)的一類聚合物的總稱，是熱固性樹脂中用量最大、應(yīng)用最廣的品種。環(huán)氧樹脂中含有獨(dú)特的環(huán)氧基以及羥基、醚鍵等活性基團(tuán)和極性基團(tuán)，因而具有許多優(yōu)異的性能。與其他熱固性樹脂相比較，環(huán)氧樹脂的種類和牌號(hào)最多、性能各異。環(huán)氧樹脂固化劑的種類更多，再加上眾多的促進(jìn)劑、改性劑等，可以進(jìn)行多種多樣的組合，從而能獲得各種各樣性能優(yōu)異的、各具特色的環(huán)氧固化體系和固化物。
（1）優(yōu)點(diǎn) ①力學(xué)性能好。環(huán)氧樹脂具有很強(qiáng)大內(nèi)聚力，分子結(jié)構(gòu)致密。②黏結(jié)性能優(yōu)異。在環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)中含有脂肪族羥基、醚基都有高度的極性，使環(huán)氧樹脂分子能在臨界面產(chǎn)生電磁引力，而環(huán)氧基團(tuán)能與介質(zhì)表面的自由基起反應(yīng)形成化學(xué)鍵，所以環(huán)氧樹脂的粘結(jié)力特別強(qiáng)。它對(duì)大部分材料如木材金屬、玻璃、塑料、橡膠、皮革、陶瓷、纖維等都具有良好的黏結(jié)性能，固有“萬(wàn)能膠”之稱，只對(duì)少數(shù)材料如聚苯乙烯、聚氯乙烯等粘結(jié)性較差；③固化收縮率小。一般為1%～2%。所以其產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定，內(nèi)應(yīng)力小，不易開(kāi)裂。④工藝性好。環(huán)氧樹脂固化時(shí)基本上不產(chǎn)生低分子揮發(fā)物，所有可低壓成型或接觸壓成型。配方設(shè)計(jì)靈活性大，可設(shè)計(jì)出適合各種工藝性要求的配方。⑤電磁性能好。是熱固性樹脂中介電磁性能最好的品種之一。⑥穩(wěn)定性好。不含堿鹽等雜質(zhì)的環(huán)氧樹脂不易變質(zhì)。⑦固化后的環(huán)氧樹脂，具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性、耐熱性、耐酸性及良好的電絕緣性，因而用它來(lái)配制的膨脹型防火材料不僅具有優(yōu)良的附著力、防腐蝕性、抗化學(xué)品性、硬度、柔韌性及堅(jiān)牢度等性能，從而可以應(yīng)用與戶外，此外，耐烴類火災(zāi)的能力較普通膨脹型防火材料好得多。樹脂可在150～200℃溫度下長(zhǎng)期使用耐寒性可達(dá)-55℃.樹脂可儲(chǔ)存一年不變質(zhì)。
（2）缺點(diǎn) 熱固性樹脂，固化是通過(guò)加入固化劑來(lái)實(shí)現(xiàn)的。另外固化涂層較脆。
3、綠化聚烯烴樹脂
（1）氯化橡膠 氯化橡膠是由天然橡膠經(jīng)過(guò)煉解或異戊二烯橡膠溶于四氯化碳中，通氯氣而制得的白色多孔性固體物質(zhì)，他可以水相法制的，通常含氯量在62%～67%。其特點(diǎn)如下。
① 對(duì)光、熱不穩(wěn)定，130℃以上時(shí)開(kāi)始分解，在潮濕溫度下60℃就開(kāi)始分解，所以使用溫度低于60℃。
② 水、水蒸氣通過(guò)率低，抗?jié)B透性好。
③ 無(wú)毒、快干、單組份不受施工溫度限制。
④ 附著力好，無(wú)層間附著問(wèn)題。
⑤ 含氯量高，因此阻燃性好，且在潮濕條件下可防霉。
⑥ 單獨(dú)用于涂料時(shí)漆膜較脆，制漆時(shí)需加入增塑劑或其他塑性較好的樹脂，低分子量的增塑劑。
⑦ 合成氯化橡膠時(shí)采用四氯化碳做溶劑，其成品也往往含有一定量的游離的四氯化碳，破壞大氣中臭氧層，目前從世界范圍內(nèi)正在禁止溶劑法的氯化橡膠的生產(chǎn)。正在發(fā)展水相法的氯化橡膠較溶劑法的氯化橡膠的性能尚有一定的差距。
（2）聚偏氯乙烯樹脂（PVDC） 又稱聚偏氯乙烯樹脂、氯偏樹脂，相對(duì)分子量為20000～1000000.
聚偏氯乙烯樹脂很難燃燒，其燃燒火焰呈黃色，端部呈綠色。軟化點(diǎn)為185～200℃，分解溫度為210～215℃，含氯量為72%。偏聚氯乙烯樹脂具有不受細(xì)菌、昆蟲侵蝕的優(yōu)點(diǎn)，能耐多種溶劑，在含氧和氯代溶劑中易溶脹。
（二） 膨脹防火涂料成炭、發(fā)泡體系用原料
膨脹防火體系主要由酸源、碳源、發(fā)泡劑組成�？捎糜谂蛎浶苑阑鹜苛系呐蛎浄阑痼w系的阻燃原料種類繁多，性能各異，下面介紹幾種用的用的比較多的品種：尿素、三聚氰胺、二氫二胺、碳酸氫銨、碳酸氫二胺、聚磷酸銨、磷酸二氫鋁、季戊四醇、丙三醇、淀粉、三乙醇胺。
二、阻燃劑
下面介紹在防火涂料和防火阻燃液中目前用的比較多的部分阻燃產(chǎn)品。
（一）無(wú)機(jī)阻燃劑
1.三氧化二銻阻燃劑
它是防火涂料中應(yīng)用較廣的一種無(wú)機(jī)阻燃性添加劑，單獨(dú)使用時(shí)阻燃效果較低，若與磷酸酯、鹵化物配合使用，有良好的協(xié)同效應(yīng)，阻燃效果顯著提高。
2. 氫氧化鋁阻燃劑
氫氧化鋁阻燃劑的使用量在無(wú)機(jī)阻燃劑中占有很大比重，氫氧化鋁阻燃劑具有熱穩(wěn)定性好，無(wú)毒、不揮發(fā)、不析出、不產(chǎn)生腐蝕性氣體、發(fā)煙量小等優(yōu)點(diǎn)，而且資源豐富價(jià)格便宜。
3. 氫氧化鎂阻燃劑
氫氧化鎂和氫氧化鋁同樣具有無(wú)煙、無(wú)毒、無(wú)腐蝕性、安全價(jià)廉等優(yōu)
而且氫氧化鎂開(kāi)始釋放水的溫度高于氫氧化鋁。氫氧化鎂用于防火涂料中主要起阻燃劑和發(fā)泡劑、消煙劑的作用，在火焰和高溫作用下，不會(huì)分解成為氣體化合物而燒失，以他的穩(wěn)定性可以起到經(jīng)久耐然的作用，從而使防火涂料具有高效的隔熱防火性。
4. 水合硼酸鋅（FB阻燃劑）
水合硼酸鋅在300℃以上時(shí)陸續(xù)釋放出大量的結(jié)晶水，起到吸熱、降溫、消煙的作用，硼酸鋅為無(wú)機(jī)添加型阻燃劑，由于他無(wú)毒性、低水溶性、高熱穩(wěn)定性、粒度細(xì)、分散性好，故在阻燃劑領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。
（二） 有機(jī)阻燃劑
1.鹵系阻燃劑
鹵系阻燃劑包括溴系和氯系阻燃劑。鹵系阻燃劑是目前世界上產(chǎn)量最大的有機(jī)阻燃劑之一。在鹵系阻燃劑中大部分是溴系阻燃劑。工業(yè)生產(chǎn)的溴系阻燃劑可分為添加型、反應(yīng)型及高聚物型三大類，而且品種繁多。國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上現(xiàn)有20種以上的添加型溴系阻燃劑，10種以上的高分子型溴系阻燃劑，20種以上的反應(yīng)型溴系阻燃劑。添加型的阻燃劑主要有十溴二苯醚(DBDPO)，四溴雙酚A，雙(2，3一二烷丙基)醚(TBAB)，八溴二苯醚(OBDPO)等；反應(yīng)型阻燃劑主要有四溴雙酚A (TBBPA)， 2， 4， 6-三溴苯酚等；高分子型阻燃劑主要有溴化聚苯乙烯、溴化環(huán)氧、四溴雙酚A碳酸酯齊聚物等。溴系阻燃劑之所以受到青睞，其主要原因是它的阻燃效率高，而且價(jià)格適中。由于C-Br鍵的鍵能較低，大部分溴系阻燃劑的分解溫度在200℃~300℃，此溫度范圍正好也是常用聚合物的分解溫度范圍。所以在高聚物分解時(shí)，溴系阻燃劑也開(kāi)始分解，并能捕捉高分子材料分解時(shí)的自由基，從而延緩或抑制然燒鏈的反應(yīng)，同時(shí)釋放出的HBr本身是一種難燃?xì)怏w，可以覆蓋在材料的表面，起到阻隔與稀釋氧氣濃度的作用。這類阻燃劑無(wú)不例外的與銻系(三氧化二銻或五氧化二銻)復(fù)配使用，通過(guò)協(xié)同效應(yīng)使阻燃效果得到明顯提高。
鹵系阻燃劑主要在氣相中發(fā)揮阻燃作用。因?yàn)辂u化物分解產(chǎn)生的鹵化氫氣體，是不燃性氣體，有稀釋效應(yīng)。它的比重較大，形成一層氣膜，覆蓋在高分子材料固相表面，可隔絕空氣和熱，起覆蓋效應(yīng)。更為重要的是，鹵化氫能抑制高分子材料燃燒的連鎖反應(yīng)，起清除自由基的作用。以溴化物為例，其抑制自由基連鎖反應(yīng)的機(jī)理如下：
含溴阻燃劑 → Br·
Br·+RH→R·+HBr
HO·+HBr=H2O +Br·
高分子材料中加入的含溴阻燃劑，遇火受熱發(fā)生分解反應(yīng)，生成自由基Br·，它又與高分子材料反應(yīng)生成溴化氫，溴化氫與活性很強(qiáng)的OH·自由基反應(yīng)，一方面使得Br再生，一方面使得OH·自由基的濃度減少，使燃燒的連鎖反應(yīng)受到抑制，燃燒速度減慢，直至熄滅。
但是當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，由于這些材料的分解和燃燒產(chǎn)生大量的煙塵和有毒腐蝕性氣體造成“二次災(zāi)害”，且燃燒產(chǎn)物(鹵化物)具有很長(zhǎng)的大氣壽命，一旦進(jìn)入大氣很難去除，嚴(yán)重地污染了大氣環(huán)境，破壞臭氧層。另外，多溴二苯醚阻燃的高分子材料的燃燒及裂解產(chǎn)物中含有有毒的多溴代二苯并二惡烷(PBDD)及多溴代二苯并呋喃(PBDF)。1994年9月，美國(guó)環(huán)境保護(hù)局評(píng)價(jià)證明了這些物質(zhì)對(duì)人和動(dòng)物是致毒物質(zhì)。
2. 磷及磷化合物的阻燃機(jī)理
磷及磷化合物很早就被用作阻燃劑使用，對(duì)它的阻燃機(jī)理研究得也較早，起初發(fā)現(xiàn)使用含磷阻燃劑的材料燃燒時(shí)會(huì)生成很多焦炭，并減少了可燃性揮發(fā)性物質(zhì)的生產(chǎn)量，燃燒時(shí)阻燃材料的熱失重大大降低，但阻燃材料燃燒時(shí)的煙密度比未阻燃時(shí)增加。根據(jù)上面的事實(shí)提出了一些阻燃機(jī)理。從磷化合物在不同反應(yīng)區(qū)內(nèi)所起阻燃作用可分為凝聚相中阻燃機(jī)理和蒸汽相中阻燃機(jī)理，有機(jī)磷系阻燃劑在凝聚相中發(fā)揮阻燃作用，其阻燃機(jī)理如下：
在燃燒時(shí)，磷化合物分解生成磷酸的非燃性液態(tài)膜，其沸點(diǎn)可達(dá)300℃。同時(shí)，磷酸又進(jìn)一步脫水生成偏磷酸，偏磷酸進(jìn)一步聚合生成聚偏磷酸。在這個(gè)過(guò)程中，不僅由磷酸生成的覆蓋層起到覆蓋效應(yīng)，而且由于生成的聚偏磷酸是強(qiáng)酸，是很強(qiáng)的脫水劑，使聚合物脫水而炭化，改變了聚合物燃燒過(guò)程的模式并在其表面形成碳膜以隔絕空氣，從而發(fā)揮更強(qiáng)的阻燃效果。
磷系阻燃劑的阻燃作用主要體現(xiàn)在火災(zāi)初期的高聚物分解階段，因其能促進(jìn)聚合物脫水發(fā)化，從而減少聚合物因熱分解而產(chǎn)生的可燃性氣體的數(shù)量，并且所生成的碳膜還能隔絕外界空氣和熱。通常，磷系阻燃劑對(duì)含氧聚合物的作用效果最佳，主要被用在含羥基的纖維素、聚氨酯、聚酯等聚合物中。對(duì)于不含氧的烴類聚合物，磷系阻燃劑的作用效果就比較小。
含磷阻燃劑也是一種自由基捕獲劑，利用質(zhì)譜技術(shù)發(fā)現(xiàn)，任何含磷化合物在聚合物燃燒時(shí)都有PO·形成。它可以與火焰區(qū)域中的氫原子結(jié)合，起到抑制火焰的作用。另外，磷系阻燃劑在阻燃過(guò)程中產(chǎn)生的水分，一方面可以降低凝聚相的溫度，另一方面可以稀釋氣相中可燃物的濃度，從而更好地起到阻燃作用。
