防火涂料的發(fā)展趨勢及其作用展望

建筑防火是消防科學技術的一個重要領域,而防火涂料又是防火建筑材料中的重要組成部分。防火涂料是指涂裝在物體表面,可防止火災發(fā)生,阻止火勢蔓延傳播或隔離火源,延長基材著火時間或增加絕熱性能以推遲結構破壞時間的一類涂料。按用途和使用對象的不同可分為:飾面型防火涂料、電纜防火涂料、鋼結構防火涂料、預應力混凝土樓板防火涂料等。我國防火涂料的發(fā)展,較國外工業(yè)發(fā)達國家晚15～20年,雖然起步晚,但發(fā)展速度較快。尤其是鋼結構防火涂料,從品種類型、技術性能、應用效果和標準化程度上看,已接近或達到國際先進水平。近幾年,其需求量成倍增長,這與鋼結構建筑的迅速發(fā)展是分不開的。1鋼結構防火涂料鋼結構作為高層建筑結構的一種形式,以其強度高、質量輕,并有良好的延伸性、抗震性和施工周期短等特點,在建筑業(yè)中得到廣泛應用,尤其在超高層及大跨度建筑等方面顯示出強大的生命力。截止1990年底,世界上高200m以上的100棟超高層建筑中鋼結構占了79%。改革開放以來,隨著國際間技術交流與合作的加強,鋼結構應用技術在我國得到了蓬勃發(fā)展,高層和超高層建筑迅速增長。據1995年的統(tǒng)計資料,我國建成的100幢超高層建筑中鋼結構占37%,多數(shù)是近幾年興建的。隨著我國城市規(guī)模的發(fā)展,鋼結構在我國建筑業(yè)的應用具有非常廣闊的前景。但由于鋼結構自身不燃,鋼結構的防火隔熱保護問題曾一度被人們忽視。根據國內外有關資料報道及有關機構的試驗和統(tǒng)計數(shù)字表明,鋼結構建筑的耐火性能較磚石結構和鋼筋混凝土結構差。鋼材的機械強度隨溫度的升高而降低,在5000℃左右,其強度下降到40%～50%,鋼材的力學性能,諸如屈服點、抗壓強度、彈性模量以及荷載能力等都迅速下降,很快失去支撐能力,導致建筑物垮塌。因此,對鋼結構進行保護勢在必行。鋼結構防火涂料刷涂或噴涂在鋼結構表面,起防火隔熱作用,防止鋼材在火災中迅速升溫而降低強度,避免鋼結構失去支撐能力而導致建筑物垮塌。早在20世紀70年代,國外對鋼結構防火涂料的研究和應用就展開了積極的工作并取得了較好的成就,至今仍是方興未艾。80年代初國外鋼結構防火涂料就進入中國市場,在工程上應用。從80年代初,我國也開始研制鋼結構防火涂料,至今已有許多優(yōu)良品種廣泛應用于2厚涂型鋼結構防火涂料厚涂型鋼結構防火涂料是指涂層厚度在8～50mm的涂料,這類防火涂料的耐火極限可達0.5～3h。在火災中涂層不膨脹,依靠材料的不燃性、低導熱性或涂層中材料的吸熱性,延緩鋼材的升溫,保護鋼件。這類鋼結構防火涂料采用合適的粘結劑,再配以無機輕質材料、增強材料。與其他類型的鋼結構防火涂料相比,除了具有水溶性防火涂料的一些優(yōu)點之外,由于它從基料到大多數(shù)添加劑都是無機物,因此成本低廉。該類鋼結構防火涂料施工一般采用噴涂,多應用在耐火極限要求2h以上的室內鋼結構上。但這類產品由于涂層厚,外觀裝飾性相對較差。3薄涂型鋼結構防火涂料涂層厚度在3～7mm的鋼結構防火涂料稱為薄涂型鋼結構防火涂料。該類涂料受火時能膨脹發(fā)泡,以膨脹發(fā)泡所形成的耐火隔熱層延緩鋼材的升溫,保護鋼構件。這類鋼結構涂料一般是用合適的乳膠聚合物作基料,再配以阻燃劑、添加劑等組成。對這類防火涂料,要求選用的乳液聚合物必須對鋼基材具有良好附著力、耐久性和耐水性。常用作這類防火涂料基料的乳液聚合物有苯乙烯改性的丙烯酸乳液、聚醋酸乙烯乳液、偏氯乙烯乳液等。對于用水性乳液作基料的防火涂料,阻燃添加劑、顏料及填料是分散到水中的,因而水實際上起分散載體的作用,為了使粒狀的各種添加劑能更好地分散,還加入分散劑,如常用的六偏磷酸鈉等。該類鋼結構防火涂料在生產過程中一般都分為3步:第一步先將各種阻燃添加劑分散在水中,然后研磨成規(guī)定細度的漿料;第二步再用基料(乳液)進行配漆;第三步在漿料中配以無機輕質材料、增強材料等攪拌均勻。該涂料一般分為底層(隔熱層)和面層(裝飾層),其裝飾性比厚涂型好,施工采用噴涂,一般使用在耐火極限要求不超過2h的建筑鋼結構上。4超薄型鋼結構防火涂料超薄型鋼結構防火涂料是指涂層厚度不超過3mm的鋼結構防火涂料,這類防火涂料受火時膨脹發(fā)泡,形成致密的防火隔熱層,是近幾年發(fā)展起來的新品種。它可采用噴涂、刷涂或輥涂施工,一般使用在要求耐火極限2h以內的建筑鋼結構上。與厚涂型和薄涂型鋼結構防火涂料相比,超薄型膨脹鋼結構防火涂料黏度更細、涂層更薄、施工方便、裝飾性更好。在滿足防火要求的同時又能滿足高裝飾性要求,特別是對裸露的鋼結構,這類涂料是目前備受用戶青睞的鋼結構防火涂料。公安部消防科研所研制出的“SCB”(溶劑型)和“SCA”(水性)超薄膨脹型鋼結構防火涂料,涂層厚度分別為2.69mm和1.6mm,耐火極限分別為147min和63min;“LF”(溶劑型)和“L6”(溶劑型)超薄鋼結構防火涂料,涂層厚度分別為2mm和3mm,耐火極限分別為94min和90min;德國Herberts公司的“WatetBase”38320型鋼結構防火涂料(水性),涂層厚度為2.63mm,耐火極限為63min;38091型鋼結構防火涂料(溶劑型),涂層厚度為2.42mm,耐火極限為124min;英國“Nullifire”鋼結構防火涂料(溶劑型),涂層厚度為2.24mm,耐火時間為106min;江蘇蘭陵公司的“SF”(溶劑型)和“ECB”(水性)超薄型鋼結構防火涂料,涂層厚度為2.07mm和1.6mm,耐火極限分別為150min和44min。總而言之,于國內研究超薄型鋼結構防火涂料的時間還較短,對涂膜的防火性能及理化性能研究雖然進展較快,但是要提出效果優(yōu)異的適合于室外應用的超薄型鋼結構防火涂料,還需要在其耐候性方面作進一步研究。國外的鋼結構防火涂料已向著超薄、超耐候性能、裝飾性能優(yōu)良的方向發(fā)展,并參照歐洲老化試驗標準方法進行了耐候性實驗,耐候性能優(yōu)良,其涂膜的耐候性能滿足室外使用的要求。所以為了趕上或超過國外同類產品,滿足市場的需要,研制和開發(fā)高耐候性的室外超薄型鋼結構防火涂料是今后發(fā)展的方向。5飾面型防火涂料除了鋼結構防火涂料,飾面型防火涂料、電纜防火涂料等也飛速發(fā)展。飾面型防火涂料是一種集裝飾和防火為一體的新型涂料品種,當它涂覆于可燃基材上時,平時可起一定的裝飾作用;一旦火災發(fā)生時,則具有阻止火勢蔓延,從而達到保護可燃基材的目的。正是因為它的這種特殊用途,所以國外工業(yè)發(fā)達國家早在20世紀20年代就出現(xiàn)了防火涂料。這種涂料的發(fā)展經過了兩個階段。初期出現(xiàn)的是以硅酸鹽水玻璃為粘結劑的無機防火涂料,此類防火涂料自身不燃燒,遇火時能形成空芯泡層,對可燃基材有一定的保護作用,缺點是隔熱性能和耐候性能較差,易產生泛白、龜裂和脫落。40年代末期,人們開始著手研制有機膨脹型防火涂料,此涂料主要特點是防火性和理化性均優(yōu)于無機防火涂料,涂層遇火時能形成具有良好隔熱性能的致密的海綿狀膨脹泡沫層,能更有效地保護可燃性基材。與無機防火涂料相比,有機膨脹防火涂料是更有發(fā)展前途的防火涂料類型,所以在以后的幾十年間得以迅速我國飾面型防火涂料的發(fā)展也分兩個階段。20世紀50年代后期出現(xiàn)的防火涂料也是以硅酸鹽水玻璃為粘結劑的無機防火涂料。70年代初期,一些專業(yè)油漆廠生產了過氯乙烯、氯化橡膠防火漆。以上兩種防火涂料由于防火效果并不理想,所以并未在我國形成市場。直到70年代后期,我國才開始進行有機膨脹型防火涂料的研究工作。最早出現(xiàn)的膨脹型防火涂料是由公安部四川消防科學研究所研制B60-1丙烯酸膨脹防火涂料和A60-1改性氨基膨脹防火涂料。此后,我國的有機膨脹防火涂料得以迅速發(fā)展。到目前為止,我國的防火涂料生產企業(yè)已發(fā)展到200多家,銷量數(shù)萬噸,已形成跨部門的研究生產體系。飾面型膨脹防火涂料,可分為溶劑型和水性兩類,兩類涂料所選用的防火組分基本相同,因此很難說它們的防火性能有多大的差別。其選用的溶劑以采用的成膜物質而定。溶劑型防火涂料的成膜物質一般選用氯化橡膠、過氯乙烯、氨基樹脂、酚醛樹脂等,采用的溶劑為200號溶劑汽油、噴漆稀料、醋酸丁酯等。水性防火涂料的成膜物質一般選用氯乙烯-偏二氯乙烯乳液、苯丙乳液、純丙烯酸乳液、聚醋酸乙烯乳液等,這些材料均以水為溶劑。這兩類涂料性能上的差別主要在于涂料的理化性能以及耐候性能,溶劑型防火涂料這兩方面的性能都優(yōu)于水性防火涂料。透明防火涂料是近幾年發(fā)展起來并趨于成熟的一類飾面型防火涂料,產品廣泛地適用于賓館、醫(yī)院、劇場、計算機房等木結構的裝修,各種高層建筑及古建筑的裝飾和防火保護。然而,隨著我國工業(yè)的迅速發(fā)展及市場上的需求,對透明防火涂料提出了更高的要求,不但要具有良好的防火性能,而且要求漆膜透明光亮,耐候性能6電纜防火涂料我國電纜防火涂料產品的研制始于20世紀70年代末和80年代初,它是在飾面型防火涂料基礎上結合自身要求發(fā)展起來的,其理化性能及耐候性能較好,涂層較薄,遇火能生成均勻致密的海綿狀泡沫隔熱層,有顯著的隔熱防火效果,從而達到保護電纜、阻止火焰蔓延、防止火災的發(fā)生和發(fā)展的目的。電纜防火涂料作為電纜防火保護的一種重要產品,通過近20年來的應用,對減少電纜火災損失、保護人民財產安全起了積極作用,其應用也從不規(guī)范到規(guī)范。但由于現(xiàn)代社會的飛速發(fā)展,電纜使用的環(huán)境、敷設的方式的多樣化,從電纜防火涂料多年的應用情況看,現(xiàn)行的水性防火涂料還有些性能需要改進提高,才能滿足電纜使用環(huán)境要求。目前使用情況較好的是溶劑型防火涂料,但由于這類涂料本身易燃,使用的火災隱患也相當大,加之溶劑對人體會有不同程度的傷害,因此特別是在電纜豎井、電纜溝、電纜隧道等空間狹窄或不易通風的場所使用時應加強安全防護措施。從環(huán)保的角度考慮,今后應努力開發(fā)研制理化性能和耐候性能優(yōu)良的水性防火涂料。7預應力混凝土樓板防火涂料在高速發(fā)展的建筑中,采用混凝土的建筑結構十分普遍,其中,預應力鋼筋混凝土比普通鋼筋混凝土的抗裂性、剛度、抗剪性和穩(wěn)定性更好,質量更輕,并能節(jié)省混凝土和鋼材。但是,應用較多的預應力鋼筋混凝土空心樓板的耐火性能很差,其原因是:預應力鋼筋的溫度達2000℃時,屈服點開始下降,3000℃時,預應力幾乎全部消失,蠕變加快,致使預應力板的強度、剛度迅速降低,從而板中的撓度變化加快,板下面出現(xiàn)裂縫,預應力鋼筋直接受到高溫作用,其剛度和強度進一步下降,混凝土在高溫下性能也在改變,板下的混凝土受熱膨脹方向與板受拉方向一致,助長了板中撓度的變化。混凝土在3000℃時,強度開始下降,5000℃強度降低一半左右,8000℃強度幾乎喪失。在建筑火災中,這類樓板均在0.5h左右即斷裂預應力混凝土空心板廣泛用于現(xiàn)代建筑物中作為承重的樓板,由于它的耐火性差,成為貫徹建筑設計防火規(guī)范的一個難題。為了提高預應力樓板的耐火極限,人們首先采取了增加鋼筋混凝土保護層厚度的辦法,但效果不很明顯,反而增加了樓板的質量并占用了有效空間。借鑒鋼結構防火涂料用于保護鋼結構的原理,我國從20世紀80年代中期起,逐步研究和生產預應力混凝土樓板