防火涂料
减缓火焰蔓延传播速度的涂料
防火涂料(英文名称 fire retardant 涂层),用于可燃性基材表面,能降低被涂材料表面的可燃性,阻滞火焰快速蔓延,用以提高被涂基材耐火极限的一种涂装材料。防火涂料涂覆在基材表面,除具有阻燃作用以外,还具有防锈、防水、防腐、耐磨、耐热以及涂层坚韧性、着色性、黏附性、易干性和一定的光泽等性能。其一般由基料、分散介质、阻燃剂、填料、助剂(塑化剂稳定剂防水剂防潮剂等)组成。早期的防火涂料其溶剂主要采用有机溶剂配制而成,与油漆类似,所以又称防火漆。在实际工作中,有时也称阻燃涂料。
在20世纪30年代,外国就出现了以硅酸钠为黏结剂矿粉为填料的无机化合物防火涂料。1948年美国Albi化学公司公布了第一份防火涂料专利,1949年日本推出了以硅碳酸钠为主要基料的防火涂料。20世纪60年代随着发达国家重视研究开发防火涂料,国外在工矿企业、公共建筑地下工程船舶和电缆设施等火灾危险性较大的场所,普遍应用了防火涂料。中国饰面型防火涂料是在20世纪50年代后期出现,以硅酸水玻璃为基料的无机化合物防火涂料。1985年LG钢结构防火隔热涂料问世填补了中国钢结构防火涂料的空白。中国透明防火涂料的研究始于20世纪90年代初期,此后中国还研究开发了一系列多功能防火涂料。
按用途和使用对象的不同防火涂料可分为:饰面型防火涂料、电缆防火涂料、钢结构防火涂料和预应力混凝土楼板防火涂料。随着涂料工业向节能、环保、低污染、高性能化方向的发展,钢结构防火涂料也应具有涂层超薄、装饰性强、施工方便、低有机溶剂挥发(VOC)、防火性能好、应用范围广的特性,也是未来的主要发展趋势。不同的防水涂料施工有不同的要求,有一般规定和质量检查要求。针对这四种防火涂料,中国目前现行的国标标准由全国消防标准化技术委员会防火材料分会执行。
简史
世界发展情况
在20世纪30年代,世界上就出现了以硅酸钠为黏结剂矿粉为填料的无机化合物防火涂料。1948年美国Albi化学公司公布了第一份防火涂料专利,主要组分为脉醛、磷酸二氢钱、淀粉和改性酚醛树脂其防火阻燃性好,但成膜性差。1949年日本东亚涂料株式会社、伊贺涂料株式会社也推出了以硅碳酸钠为主要基料的防火涂料用于钢材木材基层。到了20世纪60年代随着发达国家重视研究开发防火涂料,在工矿企业、公共建筑地下工程船舶和电缆设施等火灾危险性较大的场所,普遍应用了防火涂料。在发达国家饰面型防火涂料,在20世纪20年代就已发展初期是以硅酸盐硅酸钠为黏结剂配制的,其特点是自身不燃遇火形成空芯泡层,但隔热和耐候性能较差,易泛白、龟裂和脱落。20世纪40年代研制出了有机类膨胀防火涂料,其物理化学性能和防火性能均优于以往无机化合物类防火涂料,可以在遇火时形成良好的隔热致密的海绵状膨胀泡沫层有效地保护可燃烧性基材。透明防火涂料的研究起步早,进展快以伯(Herberts)和佑民生(Unitherm)涂料公司产品为代表其他如日本美国以色列苏联等也都有专利报道,属于丙烯酸类、酚醛清漆类、环氧胶类、氨基树脂类等透明阻燃、膨胀防火和非膨胀防火涂料。关于钢结构防火涂料早在 20世纪50年代,世界上就有其他国家用来保护建筑钢结构,提高钢材耐火极限。
中国发展情况
中国饰面型防火涂料是在20世纪50年代后期,以硅酸水玻璃为基料的无机化合物防火涂料。在20世纪70年代出现了过氯烯氯化橡胶类防火漆,但防火效果不理想,未形成市场。直到 20世纪70年代后期,中国公安部四川消防科学研究所研制出B60-1丙烯酸防火涂料和 A60-1改性氨基膨胀防火涂料,从此有机类饰面膨胀型防火涂料不断发展起来。中国透明防火涂料的研究始于20世纪90年代初期,经过了毒性大、物理化学性能差,到毒性低等不同阶段,终于研制出改性氨基水性透明防火涂料,该涂料对木材有良好的纹理装饰性效果。钢结构防火涂料最早源于20 世纪80代初,中国钢结构建筑多使用国外进口钢结构防火涂料。随着中原地区国内钢结构建筑的发展,1983年公安部下达了部级重点研究课题一钢结构隔热技术研究。1985年LG钢结构防火隔热涂料问世填补了中国国内钢结构防火涂料的空白,并得到了广泛使用。继而又出现了水性、溶剂型薄型、超薄型钢结构防火涂料。其应用越来越广泛。
LG防火涂料等不同规格型号的产品上百个,对钢材的耐火极限提高到0.53小时销售量达2万吨以上。中国还研究开发了一系列多功能防火涂料,如带防静电功能的防腐蚀功能的抗燃与电磁波屏效应的双抗功能阻燃体系研究,在阻燃与消烟双重功能协同效应的阻燃体系、耐热与抗辐射的双抗体系的研究方面都取得了一定进展。
防火原理
①具有难燃性或不燃性,使被保护基材不直接与空气接触,延迟物体着火和减少燃烧的速度。
②具有较低的导热系数,可以延迟火焰温度向被保护基材的传递。
③受热分解出不燃惰性气体,冲淡被保护物体受热分解出的可燃性气体,使之不易燃烧或燃烧速度减慢。
④含氮的防火涂料受热分解出NO、NH3等基团,与有机游离基化合,中断连锁反应,降低温度。
⑤膨胀型防火涂料受热膨胀发泡,形成碳质泡沫隔热层封闭被保护的物体,延迟热量与基材的传递,阻止物体着火燃烧或因温度升高而造成的强度下降。
⑥非膨胀型防火涂料受火时涂层基本上不发生体积变化,形成釉状保护层,能起隔绝氧气的作用,使氧气不能与被保护的易燃基材接触,从而避免或降低燃烧反应。但这类涂料所生成的釉状保护层导热率往往较大,隔热效果差。为了取得一定的防火效果,一般涂层较厚。即使这样,其防火隔热的作用也是很有限的。
基本分类
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。
钢结构防火涂料
钢结构作为高层建筑结构的一种形式,以其强度高、质量轻,并有良好的延伸性、抗震性和施工周期短等特点,在建筑业中得到广泛应用,尤其在超高层及大跨度建筑等方面显示出强大的生命力。但是钢结构建筑的耐火性能较砖石结构和钢筋混凝土结构差,钢权的机械强度随温度的升高而降低,在 500C左右,其强度下降到 40%~50%,钢材的力学性能,如屈服点、抗压强度弹性模量以及荷载能力等都迅速下降,很快失去支撑能力导致建筑物垮塌。钢结构防火涂料刷涂或喷涂在钢结构表面,起防火隔热作用,防止钢材在火灾中迅速升温而降低强度,避免钢结构失去支撑能力而导致建筑物垮塌。
厚涂型钢结构防火涂料
厚涂型钢结构防火涂料是指涂层厚度在8mm~50mm的涂料,这类防火涂料的耐火极限可达0.5~3 小时。在火灾中涂层不膨胀,依靠材料的不燃性、低导热性或涂层中材料的吸热性,延缓钢材的升温,保护钢件。这类钢结构防火涂料采用合适的粘结剂,再配以无机化合物轻质材料、增强材料。与其他类型的钢结构防火涂料相比,除了具有水溶性防火涂料的优点之外,由于它从基料到大多数添加剂都是无机物,因此成本低廉。该类钢结构防火涂料施工一般采用喷涂,多应用在耐火极限要求 2 小时以上的室内钢结构上。但这类产品由于涂层厚,外观装饰性相对较差。
薄涂型钢结构防火涂料
涂层厚度在3mm~7mm的钢结构防火涂料称为薄涂型钢结构防火涂料。该类涂料受火时能膨胀发泡,以膨胀发泡所形成的耐火隔热层延缓钢材的升温,保护钢构件。这类钢结构涂料一般是用合适的乳胶聚合物作基料,再配以阻燃剂、添加剂等组成。对这类防火涂料,要求选用的乳液聚合物必须对钢基材具有良好附着力、耐久性和耐水性。常用作这类防火涂料基料的乳液聚合物有苯乙烯改性的丙烯酸乳液、聚酬酸乙烯乳液偏氯乙烯乳液等。对于用水性乳液作基料的防火涂料,阻燃添加剂、颜料及填料是分散到水中的,因而水实际上起分散载体的作用,为了使粒状的各种添加剂能更好地分散,还加入分散剂,如常用的六偏磷酸钠等。
该类钢结构防火涂料在生产过程中一般都分为三步:第一步先将各种阻燃添加剂分散在水中,然后研摩成规定细度的浆料;第二步再用基料(乳液)进行配漆;第三步在浆料中配以无机化合物轻质材料、增强材料等搅拌均匀。该涂料一般分为底层(隔热层)和面层(装饰层),其装饰性比厚涂型好,施工采用喷涂,一般使用在耐火极限要求不超过2小时的建筑钢结构上。
超薄型钢结构防火涂料
超薄型钢结构防火涂料是指涂层厚度不超过3mm的钢结构防火涂料,这类防火涂料受火时膨胀发泡,形成致密的防火隔热层,是近几年发展起来的新品种。它可采用喷涂.刷涂或涂施工,一般使用在要求耐火极限2小时以内的建筑钢结构上。
与厚涂型和薄涂型钢结构防火涂料相比,超薄型膨胀钢结构防火涂料黏度更细、涂层更薄、施工方便、装饰性更好。在满足防火要求的同时又能满足高装饰性要求,特别是对裸露的钢结构,这类涂料是备受用户青睐的钢结构防火涂料。
饰面型防火涂料
饰面型防火涂料是一种集装饰和防火为一体的新型涂料品种,当它涂覆于可燃基材上时,平时可起一定的装饰作用:一旦火灾发生时,则可阻止火势蔓延,从而达到保护可燃基材的目的。饰面型膨胀防火涂料,可分为溶剂型和水性两类。其选用的溶剂以采用的成膜物质而定。溶剂型防火涂料的成膜物质一般选用氯化橡胶、过氯乙烯氨基树脂酚醛树脂等,采用的溶剂为 200 号溶剂汽油、喷漆稀料食用醋酸丁酷等。水性防火涂料的成膜物质一般选用氯乙烯-1,1-二氯乙烯乳液、苯丙乳液、纯丙烯酸乳液聚乙酸乙烯酯乳液等,这些材料均以水为溶剂。这两类涂料性能上的差别主要在于涂料的物理化学性能以及耐候性能,溶剂型防火涂料这两方面的性能都优于水性防火涂料。
电缆防火涂料
电缆防火涂料是在饰面型防火涂料基础上结合自身要求发展起来的,其理化性能及耐候性能较好,涂层较薄,遇火能生成均匀致密的海绵状泡沫隔热层,有显著的隔热防火效果,从而达到保护电缆、阻止火焰蔓延、防止火灾的发生和发展的目的。目前使用情况较好的是溶剂型防火涂料,但由于这类涂料本身易燃,使用的火灾隐患也相当大,加之溶剂对人体会有不同程度的伤害,因此特别是在电缆竖井、电缆沟、电缆隧道等空间狭窄或不易通风的场所使用时应加强安全防护措施。
防火涂料除应具有普通油漆的装饰作用和对电缆基材提供物理维护外,电缆防火涂料作为特种涂料,还需要具有阻燃耐火的特殊功能,这就要求它在一定温度下能发泡形成防火隔热层。电缆橡胶类材料是高弹性体,并且电缆需要经常移动,这就要求涂层应具有足够的耐伸缩变化的机能,还要求防火涂料对橡胶电缆类材料无侵蚀性能、附着力好、室温固化性好、涂膜装饰性好。这些要求决定了选择的重点之一是解决涂料与基材有良好的黏结性。
对电缆防火涂料的防火隔热机能影响极大的是阻燃剂的选用,阻燃剂是电缆防火涂料的另一重要组分。选择的阻燃剂必须与电缆防火涂料中的其他组分相互配合,使电缆防火涂料具有上述优良的物理化学性能,而且在受火时膨胀发泡形成坚固致密的隔热层。
电缆防火涂料所选用的树脂不只使防火涂料有很好的防火效果,还需要从应用的角度出发,要求防火涂料具有抗酸性、碱性、抗水性、防霉性和电缆防侵蚀性及对电缆基材有较强的黏结性。电缆防火涂料的基料一般选用氯化橡胶酚醛树脂、过氯乙烯丙烯酸树脂氨基树脂丙烯酸甲酯等溶剂型树脂和聚醋酸乙烯酯乳液胶粘剂丙烯酸乳液苯丙乳液等水溶型树脂。
预应力混凝土
预应力混凝土结构,使混凝土在荷载作用前预先受压的一种结构。预应力用张拉高强度钢筋或钢丝的方法产生。张拉方法主要有先张法和后张法两种:先张法,即先张拉钢筋,后浇灌混凝土,待混凝土达到规定强度时,放松钢筋两端;后张法,即先浇灌混凝土,达到规定强度时,再张拉穿过混凝土内预留孔道中的钢筋,并在两端锚固。预应力能提高涯凝土承受荷载时的抗拉能力,防止或延迟裂缝的出现并增加结构的刚度,节省钢材和水泥借鉴钢结构防火涂料用于保护钢结构的原理,我国从 20 世纪 80 年代中期起,逐步研究和生产预应力混凝土预制板防火涂料,较广泛地用于保护预应力楼板,喷涂在预应力楼板配筋一面。遭遇火时涂层有效地阻隔火焰和热量,降低热量向混凝土及其内部预应力钢筋的传递速度,以推迟其升温时间,从而提高预应力楼板的耐火极限,达到防火保护的目的。
生产工艺
溶剂型防火涂料的制备工艺
混合
将聚合物树脂、阻燃剂颜填料按配方量计量后加人拌合罐中,搅拌均匀,用溶剂调整黏度,达到可分散的黏度(或按配方要求添加)。
分散
将混合均的物料,送到砂磨机球磨机进行分散,达到要求所需的细度,对于高黏度体系或对细度要求不高的产品可以直接用捏合机、双轴双叶轮高速机进行分散。
调漆
在主要浆料细度合格后,按照配方体系要求加入辅助阻燃剂、调色浆和稀释剂,调整黏度达到产品要求。
水性防火涂料制备工艺
拌合
将配方中的阻燃剂、颜、填料,加入到有分散剂的水中,再加入辅助助剂,进行高速分散。对细度要求不高的高黏度产品,可以直接分散或用捏合机混合均匀。
研磨
对细度要求较高的涂料,在拌合后,加入到砂磨机(球磨机)中进行分散达到所需细度。
调漆
在研磨达到细度要求时,加人乳液其他助剂整黏度,达到产品要求的黏度值即可。
发展趋势
随着涂料工业向节能、环保、低污染、高性能化方向的发展,钢结构防火涂料也应具有涂层超薄、装饰性强、施工方便、低有机溶剂挥发(VOC)、防火性能好、应用范围广的特性,因此,开发出符合中国国家标准技术要求、耐火性能理想、耐老化、装饰性好、施工方便、既可用于室内也可用于室外的超薄型钢结构防火涂料,是钢结构防火涂料的主要发展趋势。
施工要求
一般规定
钢结构防火喷涂保护应由经过培训合格的专业施工队施工。施工中的安全技术和劳动保护等要求,应按国家现行有关规定执行。当钢结构安装就位,与其相连的吊杆、马道、管架及其他相关联的构件安装完毕,并经验收合格后,方可进行防火涂料施工。施工前,钢结构表面应除锈,并根据使用要求确定防锈处理。除锈和防锈处理应符合现行《钢结构工程施工与验收规范》中有关规定。钢结构表面的杂物应清除干净,其连接处的缝隙应用防火涂料或其他防火材料填补堵平后方可施工。施工防火涂料应在室内装修之前和不被后继工程所损坏的条件下进行。施工时,对不需作防火保护的部位和其他物件应进行遮蔽保护,刚施工的涂层,应防止脏液污染和机械撞击。施工过程中和涂层干燥固化前,环境温度宜保持在5~38℃,相对湿度不宜大于90%,空气应流通。当风速大于5米/秒,或雨天和构件表面有结露时,不宜作业。
质量要求
用于保护钢结构的防火涂料必须有国家检测机构的耐火极限检测报告和物理化学性能检测报告,必须有防火监督部门核发的生产许可证和生产厂方的产品合格证。钢结构防火涂料出厂时,产品质量应符合有关标准的规定。并应附有涂料品种名称、技术性能、制造批号、贮存期限和使用说明。防火涂料中的底层和面层涂料应相互配套,底层涂料不得锈蚀钢材。在同一工程中,每使用100吨薄涂型钢结构防火涂料应抽样检测一次黏结强度;每使用500吨厚涂型钢结构防火涂料应抽样检测一次黏结强度和抗压强度
质量检查
标准规范
在中国,防火涂料现行的国家标准有以下四种:
GB14907-2018  钢结构防火涂料
中国国家标准《钢结构防火涂料》由450(应急管理部)归口,委托TC113SC7(全国消防标准化技术委员会防火材料分会)执行 。发布于2018-11-19,实施于2019-06-01。
GB12441-2018  饰面型防火涂料
中国国家标准《饰面型防火涂料》由450(应急管理部)归口,委托TC113SC7(全国消防标准化技术委员会防火材料分会)执行 。发布于2018-02-06,实施于2018-09-01。
GB28375-2012  混凝土结构防火涂料
中国国家标准《混凝土结构防火涂料》 由450(应急管理部)归口,委托TC113SC7(全国消防标准化技术委员会防火材料分会)执行 。发布于2012-05-11,实施于2012-09-01。
GB28374-2012  电缆防火涂料
中国国家标准《电缆防火涂料》 由450(应急管理部)归口,委托TC113SC7(全国消防标准化技术委员会防火材料分会)执行 。发布于2012-05-11,实施于2012-09-01。
参考资料
防火涂料.中国大百科全书.2023-11-27
防火涂料.中国大百科全书.2023-11-27
防火涂料.中国大百科全书.2023-11-27
防火涂料.中国大百科全书.2023-11-27
钢结构防火涂料.全国标准信息公共服务平台.2023-12-17
饰面型防火涂料.全国标准信息公共服务平台.2023-12-17
混凝土结构防火涂料.全国标准信息公共服务平台.2023-12-17
电缆防火涂料.全国标准信息公共服务平台.2023-12-17
浅谈防火涂料的防火隔热原理.建筑钢结构网.2023-11-28
目录
概述
简史
世界发展情况
中国发展情况
防火原理
基本分类
钢结构防火涂料
厚涂型钢结构防火涂料
薄涂型钢结构防火涂料
超薄型钢结构防火涂料
饰面型防火涂料
电缆防火涂料
预应力混凝土
生产工艺
溶剂型防火涂料的制备工艺
混合
分散
调漆
水性防火涂料制备工艺
拌合
研磨
调漆
发展趋势
施工要求
一般规定
质量要求
质量检查
标准规范
GB14907-2018  钢结构防火涂料
GB12441-2018  饰面型防火涂料
GB28375-2012  混凝土结构防火涂料
GB28374-2012  电缆防火涂料
参考资料