防火涂料的配方設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)防火涂料配方時(shí)，除要滿(mǎn)足防火涂料特性及質(zhì)量指標(biāo)要求外，還應(yīng)適應(yīng)防火涂料不同施工方式的要求。不僅要考慮主要成膜物、阻燃添加劑和增強(qiáng)填料，還要重視輔助成膜物---溶劑、助劑的選擇，在設(shè)計(jì)有色防火涂料配方時(shí)還要重視顏料的選擇。
一般防火涂料配方設(shè)計(jì)主要有下列幾個(gè)內(nèi)容：①各種基材類(lèi)型的選擇；②各種阻燃添加劑及增強(qiáng)填料類(lèi)型的選擇；③各種溶劑類(lèi)型的選擇；④各種助劑類(lèi)型的選擇；⑤各種顏料類(lèi)型的選擇；⑥各種原料配比的選擇；⑦防火涂料實(shí)驗(yàn)研究配方的確定；⑧防火涂料的生產(chǎn)配方的確定。
為了考察防火涂料在不同氣候下的適應(yīng)性，還應(yīng)將試生產(chǎn)的防火涂料在不同氣候條件地區(qū)的實(shí)際工程中應(yīng)用，進(jìn)行試用及觀察，以取得良好的應(yīng)用效果。
在防火涂料配方設(shè)計(jì)的具體方法上，可以充分利用先進(jìn)的檢測(cè)儀器，借助正交設(shè)計(jì)等優(yōu)選方法，達(dá)到提高配方設(shè)計(jì)的效率及可靠性的目的。
膨脹型防火涂料的配方設(shè)計(jì)
膨脹型防火涂料是目前應(yīng)用最為廣泛的防火涂料種類(lèi)，膨脹型防火涂料成膜后，在常溫下是普通的漆膜，在火焰或高溫作用下，涂層發(fā)生膨脹炭化，形成一個(gè)比原來(lái)厚度大幾十倍甚至幾百倍的不燃的蜂窩泡沫狀炭質(zhì)層，阻火模塊可以切斷外界火源對(duì)基材的加熱，從而起到阻燃作用。
膨脹型防火涂料通常含有成膜劑、成炭劑、成炭催化劑、發(fā)泡劑、無(wú)機(jī)顏填料等，在設(shè)計(jì)膨脹型防火涂料配方時(shí)，要根據(jù)涂層正常使用條件和施工條件，涂層所受的高溫火焰條件及其阻燃能力等性能要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。其基本原則如下：
1.基料比
在膨脹型防火涂料組成中，起膨脹作用的組分（包括顏填料）的比例很大。一般要占總重量的50%～60%，粘合劑和添加劑約為20%～30%，溶劑占10%～20%。另外起膨脹作用的三種化學(xué)物質(zhì)，不是以任意比例相配合的，一般情況下，大多數(shù)配方的催化劑比為40%～60%，炭化劑為20%～30%，發(fā)泡劑為20%～30%。
2.組分配合
要得到高效的炭化層，涂層中有機(jī)樹(shù)脂的熔融溫度、發(fā)泡劑的分解溫度及泡沫炭化的溫度必須配合恰當(dāng)。當(dāng)涂層受熱時(shí)，首先是成膜劑軟化熔融，引起整個(gè)涂層的軟化、塑化，這時(shí)發(fā)泡劑達(dá)到分解溫度，開(kāi)釋出不燃性氣體，并使涂層膨漲成泡沫層，同時(shí)脫水催化劑分解天生磷酸、聚磷酸呈熔融的粘稠體作用于泡沫層，使涂層中的含羥基有機(jī)物發(fā)生脫水成炭反應(yīng)，當(dāng)泡沫達(dá)到最大體積時(shí)，泡沫凝固炭化，使天生的多孔的海綿狀炭化層定形，泡沫的發(fā)泡效率取決于組分之間反應(yīng)速度的協(xié)調(diào)配合。
多種防火組分的恰當(dāng)配合對(duì)持續(xù)發(fā)揮防火保護(hù)作用，增加涂層的阻燃效果和延長(zhǎng)涂層的有效防火時(shí)間是十分重要的，也是配方設(shè)計(jì)的重要原則。
原料名稱(chēng) 配方數(shù)
水 235
潤(rùn)濕劑X-405 1.5
SN-5040分散劑 5
乙二醇EG 12
纖維素32000S 1.0
NXZ 1.5
鈦白粉R-258 50
聚磷酸銨 300 (發(fā)泡催化劑)
三聚氰胺 70 (發(fā)泡劑)
季戊四醇 60 (成碳劑)
增白劑 1.0
乳液816 250
彈性乳液963 100
十二醇脂 17
NXZ消泡劑 1.5
AMP-95多功能助劑 1.5
102S防腐劑 1.5
TRM203（1：1）增稠劑 6.0
TRM003流平劑 2.0
存在問(wèn)題及改進(jìn)方法
1. 安全性問(wèn)題
防火涂料在遇火產(chǎn)生膨脹從而對(duì)基材起到保護(hù)作用的同時(shí)，其阻燃成分有可能釋放出諸如NH，、HCN、鹵化氫、NOx、CO、C1：、Br；等有毒氣體。如果這些氣體的濃度超過(guò)了人體的耐受極限，便會(huì)對(duì)未逃離火場(chǎng)的人員以及消防人員產(chǎn)生危害，應(yīng)引起重視。而目前有關(guān)
防火涂料的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中并未考慮防火涂料遇火后產(chǎn)生有毒氣體的種類(lèi)、限量以及對(duì)人體的危害程度。為了解決安全問(wèn)題，可以尋找新的防火阻燃組分，使防火涂料不但能對(duì)基材起到防火作用，而且燃燒后的產(chǎn)物不會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生危害；還可以在現(xiàn)有體系中加入能吸收有毒氣體的組分，它能起到抑制煙氣和毒氣的作用，減少燃燒氣體對(duì)人體的危害。
2．耐候性問(wèn)題
對(duì)防火涂料進(jìn)行天然老化和加速老化試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)部分產(chǎn)品出現(xiàn)粉化、起泡、脫落現(xiàn)象。涂層的防火性能均有不同程度的降低且理化性能也降低，耐火極限明顯降低。導(dǎo)致涂料耐候性不好，影響涂料防火性能的因素主要是成膜物和防火添加劑。水性防火涂料所選的成膜物質(zhì)主要是內(nèi)烯酸乳液、苯丙乳液、乙丙乳液等高分子合成乳液，這些乳液在做成涂料時(shí)都有較好的耐候性。但在防火涂料中由于其使用量較少(5％一10％，最高達(dá)25％)，影響了耐候性能。
目前，無(wú)論何種防火涂料，其檢測(cè)報(bào)告所給出的耐火極限都是涂料涂裝后1～2個(gè)月的檢驗(yàn)結(jié)果，而火災(zāi)的發(fā)生可能是在防火涂料涂覆后的1年，也可能是10年或更長(zhǎng)的時(shí)間。而目前還沒(méi)有找出一種評(píng)定防火涂料耐久性的方法，對(duì)各種類(lèi)型的防火涂料在工程環(huán)境中的使用壽命缺乏科學(xué)的評(píng)價(jià)。如果火災(zāi)發(fā)生時(shí)，防火涂料已因老化或其它原因而失去其應(yīng)有的防火性能，
后果將不堪設(shè)想。防火添加劑的種類(lèi)及用量是影響防火性能的直接原因。選擇性能更好的氯偏乳液、硅丙乳液或者幾種乳液搭配使用，以及適當(dāng)增加乳液用量到25％或以上可以改善防火涂料的耐候性。為了能在短期內(nèi)預(yù)測(cè)防火涂料的實(shí)際使用壽命，還要對(duì)防火涂料耐久性的評(píng)定方法進(jìn)行深入研究，以便確定是否需要更換或維修防火涂料。防火涂料廠(chǎng)商應(yīng)在產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中給出該涂料在不同的使用環(huán)境下可使用的年限或更換周期，以便用戶(hù)選擇或使用后注意更換。
3. 標(biāo)準(zhǔn)滯后問(wèn)題
防火涂料標(biāo)準(zhǔn)的制定與執(zhí)行往往滯后于產(chǎn)品的生產(chǎn)與使用，這就使得防火涂料的生產(chǎn)與銷(xiāo)售容易出現(xiàn)無(wú)據(jù)可依的局面，部分劣質(zhì)產(chǎn)品魚(yú)目混珠，為使用帶來(lái)隱患。為了解決這一問(wèn)題，需要加快防火涂料標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，使標(biāo)準(zhǔn)的研究制定工作先于產(chǎn)品的生產(chǎn)和使用。在執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程中，要做到有據(jù)可依，為防火涂料的應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。另外，要根據(jù)防火涂料的應(yīng)用環(huán)境及火災(zāi)類(lèi)型，補(bǔ)充、完善或細(xì)化現(xiàn)有防火涂料耐火極限的測(cè)試方法，以使測(cè)得的耐火極限值更符合實(shí)際情況。
在設(shè)計(jì)防火涂料配方時(shí)，除要滿(mǎn)足防火涂料特性及質(zhì)量指標(biāo)要求外，還應(yīng)適應(yīng)防火涂料不同施工方式的要求。不僅要考慮主要成膜物、阻燃添加劑和增強(qiáng)填料，還要重視輔助成膜物---溶劑、助劑的選擇，在設(shè)計(jì)有色防火涂料配方時(shí)還要重視顏料的選擇。
一般防火涂料配方設(shè)計(jì)主要有下列幾個(gè)內(nèi)容：①各種基材類(lèi)型的選擇；②各種阻燃添加劑及增強(qiáng)填料類(lèi)型的選擇；③各種溶劑類(lèi)型的選擇；④各種助劑類(lèi)型的選擇；⑤各種顏料類(lèi)型的選擇；⑥各種原料配比的選擇；⑦防火涂料實(shí)驗(yàn)研究配方的確定；⑧防火涂料的生產(chǎn)配方的確定。
為了考察防火涂料在不同氣候下的適應(yīng)性，還應(yīng)將試生產(chǎn)的防火涂料在不同氣候條件地區(qū)的實(shí)際工程中應(yīng)用，進(jìn)行試用及觀察，以取得良好的應(yīng)用效果。
在防火涂料配方設(shè)計(jì)的具體方法上，可以充分利用先進(jìn)的檢測(cè)儀器，借助正交設(shè)計(jì)等優(yōu)選方法，達(dá)到提高配方設(shè)計(jì)的效率及可靠性的目的。
膨脹型防火涂料的配方設(shè)計(jì)
膨脹型防火涂料是目前應(yīng)用最為廣泛的防火涂料種類(lèi)，膨脹型防火涂料成膜后，在常溫下是普通的漆膜，在火焰或高溫作用下，涂層發(fā)生膨脹炭化，形成一個(gè)比原來(lái)厚度大幾十倍甚至幾百倍的不燃的蜂窩泡沫狀炭質(zhì)層，阻火模塊可以切斷外界火源對(duì)基材的加熱，從而起到阻燃作用。
膨脹型防火涂料通常含有成膜劑、成炭劑、成炭催化劑、發(fā)泡劑、無(wú)機(jī)顏填料等，在設(shè)計(jì)膨脹型防火涂料配方時(shí)，要根據(jù)涂層正常使用條件和施工條件，涂層所受的高溫火焰條件及其阻燃能力等性能要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。其基本原則如下：
1.基料比
在膨脹型防火涂料組成中，起膨脹作用的組分（包括顏填料）的比例很大。一般要占總重量的50%～60%，粘合劑和添加劑約為20%～30%，溶劑占10%～20%。另外起膨脹作用的三種化學(xué)物質(zhì)，不是以任意比例相配合的，一般情況下，大多數(shù)配方的催化劑比為40%～60%，炭化劑為20%～30%，發(fā)泡劑為20%～30%。
2.組分配合
要得到高效的炭化層，涂層中有機(jī)樹(shù)脂的熔融溫度、發(fā)泡劑的分解溫度及泡沫炭化的溫度必須配合恰當(dāng)。當(dāng)涂層受熱時(shí)，首先是成膜劑軟化熔融，引起整個(gè)涂層的軟化、塑化，這時(shí)發(fā)泡劑達(dá)到分解溫度，開(kāi)釋出不燃性氣體，并使涂層膨漲成泡沫層，同時(shí)脫水催化劑分解天生磷酸、聚磷酸呈熔融的粘稠體作用于泡沫層，使涂層中的含羥基有機(jī)物發(fā)生脫水成炭反應(yīng)，當(dāng)泡沫達(dá)到最大體積時(shí)，泡沫凝固炭化，使天生的多孔的海綿狀炭化層定形，泡沫的發(fā)泡效率取決于組分之間反應(yīng)速度的協(xié)調(diào)配合。
多種防火組分的恰當(dāng)配合對(duì)持續(xù)發(fā)揮防火保護(hù)作用，增加涂層的阻燃效果和延長(zhǎng)涂層的有效防火時(shí)間是十分重要的，也是配方設(shè)計(jì)的重要原則。
原料名稱(chēng) 配方數(shù)
水 235
潤(rùn)濕劑X-405 1.5
SN-5040分散劑 5
乙二醇EG 12
纖維素32000S 1.0
NXZ 1.5
鈦白粉R-258 50
聚磷酸銨 300 (發(fā)泡催化劑)
三聚氰胺 70 (發(fā)泡劑)
季戊四醇 60 (成碳劑)
增白劑 1.0
乳液816 250
彈性乳液963 100
十二醇脂 17
NXZ消泡劑 1.5
AMP-95多功能助劑 1.5
102S防腐劑 1.5
TRM203（1：1）增稠劑 6.0
TRM003流平劑 2.0
存在問(wèn)題及改進(jìn)方法
1. 安全性問(wèn)題
防火涂料在遇火產(chǎn)生膨脹從而對(duì)基材起到保護(hù)作用的同時(shí)，其阻燃成分有可能釋放出諸如NH，、HCN、鹵化氫、NOx、CO、C1：、Br；等有毒氣體。如果這些氣體的濃度超過(guò)了人體的耐受極限，便會(huì)對(duì)未逃離火場(chǎng)的人員以及消防人員產(chǎn)生危害，應(yīng)引起重視。而目前有關(guān)
防火涂料的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中并未考慮防火涂料遇火后產(chǎn)生有毒氣體的種類(lèi)、限量以及對(duì)人體的危害程度。為了解決安全問(wèn)題，可以尋找新的防火阻燃組分，使防火涂料不但能對(duì)基材起到防火作用，而且燃燒后的產(chǎn)物不會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生危害；還可以在現(xiàn)有體系中加入能吸收有毒氣體的組分，它能起到抑制煙氣和毒氣的作用，減少燃燒氣體對(duì)人體的危害。
2．耐候性問(wèn)題
對(duì)防火涂料進(jìn)行天然老化和加速老化試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)部分產(chǎn)品出現(xiàn)粉化、起泡、脫落現(xiàn)象。涂層的防火性能均有不同程度的降低且理化性能也降低，耐火極限明顯降低。導(dǎo)致涂料耐候性不好，影響涂料防火性能的因素主要是成膜物和防火添加劑。水性防火涂料所選的成膜物質(zhì)主要是內(nèi)烯酸乳液、苯丙乳液、乙丙乳液等高分子合成乳液，這些乳液在做成涂料時(shí)都有較好的耐候性。但在防火涂料中由于其使用量較少(5％一10％，最高達(dá)25％)，影響了耐候性能。
目前，無(wú)論何種防火涂料，其檢測(cè)報(bào)告所給出的耐火極限都是涂料涂裝后1～2個(gè)月的檢驗(yàn)結(jié)果，而火災(zāi)的發(fā)生可能是在防火涂料涂覆后的1年，也可能是10年或更長(zhǎng)的時(shí)間。而目前還沒(méi)有找出一種評(píng)定防火涂料耐久性的方法，對(duì)各種類(lèi)型的防火涂料在工程環(huán)境中的使用壽命缺乏科學(xué)的評(píng)價(jià)。如果火災(zāi)發(fā)生時(shí)，防火涂料已因老化或其它原因而失去其應(yīng)有的防火性能，
后果將不堪設(shè)想。防火添加劑的種類(lèi)及用量是影響防火性能的直接原因。選擇性能更好的氯偏乳液、硅丙乳液或者幾種乳液搭配使用，以及適當(dāng)增加乳液用量到25％或以上可以改善防火涂料的耐候性。為了能在短期內(nèi)預(yù)測(cè)防火涂料的實(shí)際使用壽命，還要對(duì)防火涂料耐久性的評(píng)定方法進(jìn)行深入研究，以便確定是否需要更換或維修防火涂料。防火涂料廠(chǎng)商應(yīng)在產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中給出該涂料在不同的使用環(huán)境下可使用的年限或更換周期，以便用戶(hù)選擇或使用后注意更換。
3. 標(biāo)準(zhǔn)滯后問(wèn)題
防火涂料標(biāo)準(zhǔn)的制定與執(zhí)行往往滯后于產(chǎn)品的生產(chǎn)與使用，這就使得防火涂料的生產(chǎn)與銷(xiāo)售容易出現(xiàn)無(wú)據(jù)可依的局面，部分劣質(zhì)產(chǎn)品魚(yú)目混珠，為使用帶來(lái)隱患。為了解決這一問(wèn)題，需要加快防火涂料標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，使標(biāo)準(zhǔn)的研究制定工作先于產(chǎn)品的生產(chǎn)和使用。在執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程中，要做到有據(jù)可依，為防火涂料的應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。另外，要根據(jù)防火涂料的應(yīng)用環(huán)境及火災(zāi)類(lèi)型，補(bǔ)充、完善或細(xì)化現(xiàn)有防火涂料耐火極限的測(cè)試方法，以使測(cè)得的耐火極限值更符合實(shí)際情況。
