涂料之家讯：
火灾给人类的生命财产带来的灾难是巨大的，自古以来人类都非常重视防火工作。防火涂料作为一种高效、简便，适用性广的建筑防火材料，正越来越多的受到人们重视。防火涂料的主要功能就是降低已涂防火底材的可燃性。为了实现这样的功能，涂料本身必须是不易燃的，或对其它火源引起的燃烧不起助燃作用。防火涂料能是火焰以及火焰产生的热量（高温）隔离，从而就延长了火焰及热量侵入底材所需的时间。侵入底材所需要的时间越长，涂层的防火性能就越好，然而单靠防火涂料来防火是不可能的。防火材料的主要价值就是其所涂覆的底层表面上起到延迟和抑制火焰蔓延的作用，为补救工作赢得时间。
防火涂料的防火机理
从燃烧的条件知道，要是燃烧不能进行，必须将燃烧的三个要素（可燃物、氧气、热源）中的任何一个要素隔绝开来。因此防火材料之所以可以放火，可以归纳为以下几点：
①防火涂料本身具有难燃性或不燃性，使之被保护的可燃性基材不直接与空气接触而延缓基材着火燃烧。
②防火涂料遇火膨胀发泡，生成隔热、隔氧的致密膨胀层，封闭被保护基材，阻止基材着火燃烧。
③防火材料遇火受热分解放出不燃性的惰性气体，冲淡被保护基材受热分解出的易燃气体和空气中的氧气，抑制燃烧。
④燃烧被认为是游离基引起的连锁反应。而含氮、磷的防火涂料受热分解放出一些活性自由基团，与有机自由基结合，中断连锁反应，降低燃烧速度。
1、 膨胀型防火涂料的发泡机理
膨胀型防火涂料的防火效果主要由以下几个因素所控制：
绝热效果，利用膨胀炭层，阻止热量传递；
膨胀吸热，涂膜在高温下发生软化熔融蒸发膨胀及碳源的分解吸收了大量的热；
隔绝氧气，膨胀炭层形成覆盖作用；
稀释空气中的氧气浓度，不燃气体释出。
目前膨胀型防火材料又分为有机型和无机型。
（1）有机膨胀型防火涂料的主要作用机理 膨胀性防火涂料中通常含有：a.脱水成炭催化剂（酸源），一般指无机酸或能在燃烧加热时生成酸的物质，如磷酸、硫酸、硼酸及磷酸酯等物质，释放出的无机酸要求沸点高，而氧化性不太强；b.成炭剂（碳源），一般是含碳丰富的多羟基化合物，可以单独在催化剂作用下脱水成炭，如季戌四醇以及多乙二醇和酚醛树脂等；c.发泡剂（气源），一般只含氮的多碳化合物，在受热条件下释放出惰性气体，如三聚氰胺、尿素、双氰胺、聚酰胺、脲醛树脂等。从机理上讲，膨胀炭层的形成一般要经过以下过程：
碳源+酸源→多孔炭层
↑
↓
胺/酰胺→发泡源+水和不燃气体
膨胀层的形成过程
膨胀防火涂料受热时，成炭剂在催化剂作用下脱水成炭，炭化物在发泡剂分解的气体作用下形成蓬松、有封闭结构的炭层。
在整个过程中，要求催化剂分解放出酸类物质、成炭剂脱水炭化、发泡剂分解产生气体三个步骤在变化的温度、时间、速度方面要基本协调一致。
①成炭反应 膨胀型防火涂料受热时发生无机酸与多羟基化合物的反应，以APP（聚磷酸铵）和PER(季戌四醇)的反应为例，成炭反应过程分几步进行。首先210℃时APP长链断裂而生成磷酸酯键，失去水和氨后，可以生成环状磷酸酯，反应最终产物的结构决定于初始PER/APP的摩尔比。此外，PER在APP作用下可能发生分子内脱水生成醚键。若继续升高温度，通过炭化反应，磷酸酯键几乎完全断裂，生成不饱和富碳结构，反应中可能有Diels Alder反应，使得环烯烃、芳烃及稠烃结构进入焦炭结构。
②膨胀反应 膨胀炭层的最后体积以及封闭小室的形状将决定于成炭时放出气体数量以及成炭物的黏度。发泡必须满足气体释放过程与炭化过程相匹配。尿素便不能与APP-PER体系很好匹配。虽然尿素可以释放70%的气体，但他的分解温度（150～200℃）与膨胀炭层形成的温度（APP-PER体系）280～320℃相比太低。三聚氰胺作为发泡剂的作用机理更为复杂。首先在250～380℃可以发生下列反应：
2C3H6N6→C6H9N11→C6H6N10→C6H3N9
这些反应产物比三聚氰胺有更好的稳定性。挥发的三聚氰胺及其聚合过程中产生的氨气都可以起到膨胀作用，此外，三聚氰胺和聚磷酸铵在体系中会相互作用，三聚氰胺的热行为将会改变，生成三聚氰胺焦磷酸盐和聚磷酸盐。其热降解在650℃接近完成，形成可以稳定耐热到950℃的白色剩余物。据推测该剩余物为PN化合物。以上过程都有三聚氰胺、水分及氨气放出。所以三聚氰胺磷酸盐不仅有膨胀作用，而且参与构造炭层。
另外，炭化反应生成的PER磷酸酯以及PER醚结构在加热时也会出现膨胀现象。
该体系根据其机能包括脱水催化剂、炭化剂和发泡剂三部分。三者缺一不可，他们在膨胀发泡和阻火隔热过程中起着“协和”效应。
①脱水催化剂 凡受热能分解产生具有脱水作用的酸的化合物，均可作为防火涂料的脱水成炭催化剂，如磷酸、硫酸、硼酸等的盐、酯和酰胺类化合物。磷酸的铵盐是最常用的脱水成炭催化剂，这类物质在高温下能脱氨生成磷酸，继而生成聚磷酸，聚磷酸能与多羟基聚合物发生强烈的酯化反应并脱水，引发膨胀过程。作为膨胀型防火涂料的关键组分，脱水催化剂的主要功用是促进和改进涂层的热分解过程，促进形成不易燃的三维炭层结构，减少热分解产生的可燃性焦油、醛、酮的量；促进产生不易燃性气体反应的发生。
②成炭剂 当涂层遇到火焰或高温作用时，在催化剂的作用下，炭化剂脱水炭化形成炭层。炭化剂主要有：a.碳水化合物，如淀粉、葡萄糖；b.多元醇化合物，如山梨醇、季戌四醇（PER）、二季戊四醇（DPE）、三季戊四醇；c.树脂性物质，如尿素树脂、氨基树脂、环氧树脂等。炭化剂的有效性一方面取决于他的碳含量和羟基的数目，碳含量决定其炭化速度，羟基含量决定其脱水和成泡速度。
③发泡剂 常用的发泡剂有三聚氰胺、尿素、脲醛树脂、双氰胺、聚酰胺、密胺、聚脲、氯化石蜡等。他们在受热分解时释放出不燃性气体（如HCl、氨气、水等），使涂层膨胀形成海绵状炭层。有时，为了加强防火涂料的阻燃效果，采用两种或多种发泡剂并用，如防火涂料中同时使用含氯与含磷阻燃剂，不仅可以从固相到气相广泛抑制燃烧的进行，而且由于氯、磷燃烧生成PCl3、POCl3等化合物，产生阻燃协同效应。
在实际过程中，一般选取三聚氰胺（MEL）为主发泡剂，而作为增塑剂的氯化石蜡（CP）以及作为脱水催化剂的聚磷酸铵（APP），也可以起部分发泡作用。选择各组分时要注意发泡剂分解产生气体、脱水催化剂分解放出磷酸等物质、炭化剂脱水炭化着3个步骤在发生变化的温度方面基本上协调一致。如果发泡剂的分解温度比脱水成炭催化剂低得多，分解产生的气体就会在涂层成炭层之前逸出而不能起到膨胀发泡作用；而如果发泡剂的发泡温度比脱水成炭催化剂高得多，则分解产生的气体会将已形成的炭化层顶吹掉，也不能形成良好的发泡层。
一些发泡剂的分解温度
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