1 引言
2009 年我国发生了几起重大的火灾事故引起了人们对消防的高度重视。而防火涂料作为消防产品的重要一员，在其中扮演了极其重要的角色，业内人士正积极呼吁加强对防火涂料的监管和推广。
2 防火涂料的定义及阻燃机理
防火涂料就是将其涂覆于物体表面所形成的涂层遇火受热膨胀形成隔热层达到防火阻燃的目的。防火涂料是用于可燃性基材表面，能降低被涂材料表面的可燃性、阻滞火灾的迅速蔓延；或用于非可燃性基材表面，用以提高被涂材料耐火极限的一种特种涂料。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、耐磨和耐热性能，其涂层具有坚韧性、着色性、黏附性、易干性和一定的光泽。
防火涂料的阻燃原理如下：①防火涂料本身具有难燃或不燃性，使被保护的基材不直接与空气接触而延迟基材着火燃烧；②防火涂料遇火受热分解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；③防火涂料遇热能生成减缓及终止燃烧连锁反应的自由基；④防火涂料遇热膨胀，形成隔热隔氧的膨胀碳层，阻止基材着火燃烧。
3 防火涂料的分类
3.1 根据组成分类
防火涂料按其组成可分为非膨胀型和膨胀型防火涂料两类。非膨胀型防火涂料也叫阻燃涂料，一般是以硅酸盐、水玻璃作基料，掺入云母、硼化物等难燃或不燃材料。当其暴露于火源和强热时，其本身不燃烧并能形成一层隔绝氧气的釉状保护层，对物体起到一定的保护作用，但隔热性能较差，对可燃基材的保护效果有限。膨胀型防火涂料主要以高分子化合物为基料，加入阻燃剂、发泡剂、助剂、溶剂等材料，经分散而形成。涂层遇火时，可形成一种具有良好隔热性能的致密而均匀的海绵状或蜂窝状碳质泡沫层，能有效地保护可燃性基材。由于非膨胀型防火涂料的防火作用远不如膨胀型防火涂料，所以市面上一般很少采用非膨胀型防火涂料。
3.2 根据用途分类
防火涂料按用途可分为饰面型防火涂料和钢结构防火涂料。饰面型防火涂料是一种既有装饰效果又有防火作用的新型涂料，当它涂覆在可燃性基材上时，平时起到一定的装饰作用，一旦发生火灾，涂层发生膨胀碳化，形成一层比原来涂膜厚度大几十甚至上百倍的不易燃烧的海绵状碳化层。这种碳化层是很好的隔热体，能使被保护物体在一定时间内保持低温，从而阻止或延缓物体被燃烧。钢结构防火涂料是施涂在建筑物或构筑物钢构件上的涂料，发生火灾时能形成一种耐火隔热保护层，以提高钢结构的耐火极限，从而满足建筑设计防火规范的要求。
3.3 根据实际应用分类
防火涂料根据实际应用情况又分超薄型（室内和室外）、薄涂型（室内和室外）、厚涂型（室内和室外）防火涂料。
超薄型：干膜厚度在3 mm 以下，一般用于需要涂层附着力好、防腐、耐候为一体的室外钢结构和建筑物的防火保护涂料。耐火极限不大于2 h，多为溶剂型发泡型饰面防火涂料。
薄涂型：干膜厚度在3 ~ 7 mm 之间，多用于需要有防腐耐候效果的钢铁结构和建筑物墙面的防火涂料，要求有较好的附着力和耐水性，耐火极限不大于2h，这种防火涂料分为水性膨胀型防火涂料和溶剂型膨胀型防火涂料两类。前者具有环保、低毒、常温干燥的特点，但防潮性稍差，当环境潮湿时，涂膜易受潮脱落，适用于干燥的场所。后者抗潮性、附着力明显优越，但溶剂挥发有气味，不利于环保。
厚涂型：干膜厚度在7 ~ 45 mm 之间，一般用于建筑物防火墙、楼板和钢结构，或用于保温隔热的建筑物内复合层，耐火极限0.5 ~ 3.0 h，这种厚涂层的防火涂料多为无机水性的非膨胀型、厚涂层的防火涂料中，还有一种防火保温隔热涂料，除了防火功能外，还具有保温隔热性能，厚涂型涂料的特点还在于涂层较厚，涂膜密度较小，导热系数也很小，综合传热效应低。
3.4 根据分散介质分类
根据分散介质的种类，防火涂料可分为溶剂型防火涂料和水性防火涂料，都具备阻止或延缓物体燃烧的作用。它们的防火作用都较好，但与溶剂型防火涂料相比，水性防火涂料具有如下特点：
⑴不使用溶剂，生产、使用过程无污染；
⑵以硅酸盐、无机矿物、水等为原料，来源广、能耗省、成本低，易于制备；
⑶燃烧阻火时不产生毒性气体和烟雾；
⑷产生的碳质隔热层强度高，能有效地抵抗燃烧气流的冲击作用，阻火性能突出；
⑸涂层表面硬度高，有较好的耐磨性、耐化学品性和耐老化性；
⑹施工方便，干燥快，贮存、运输安全。
4 防火涂料的组成
防火涂料一般由基料、分散介质、阻燃剂、填料、助剂（增塑剂、稳定剂、防水剂、防潮剂等）组成。
4.1 基料
基料是组成涂料的基础，是主要成膜物质，对涂料的性能起决定性的作用。对于防火涂料，其基料还必须能与阻燃剂相匹配，构成一个有机的防火体系。国内外通常使用的基料包括无机成膜物和有机成膜物。
⑴无机成膜物质有硅酸盐、硅溶胶、磷酸盐等。
⑵有机成膜物质种类繁多，一般为难燃性的有机合成树脂，如酚醛树脂、卤化的醇酸树脂、聚酯、卤代烯烃树脂（如过氯乙烯树脂）、氨基树脂（三聚氰胺树脂、脲醛树脂等）、焦油系树脂、呋喃树脂、杂环树脂（如聚酰胺-酰亚胺、聚酰亚胺等）、元素有机树脂（如有机硅树脂）、橡胶（卤化天然橡胶如氯化橡胶）等。
⑶还有名目繁多的以水为溶剂的乳胶，如聚醋酸乙烯乳胶、丙烯酸乳胶、丁苯乳胶。
⑷共聚乳胶发展很快、应用也极广，如合成脂肪酸乙烯酯、乙烯、偏二氯乙烯、丙烯酸酯等。
4.2 阻燃剂
阻燃剂是防火涂料能起到防火作用的关键组分。
阻燃剂在受热时能吸收大量的热，释放出捕获燃烧产生的自由基及不燃性气体，或形成隔热隔氧且热导率很低的膨胀碳化层。能作阻燃剂的物质很多，通常的阻燃剂有：①卤系阻燃剂，如氯化石蜡、十溴联苯醚、四溴双酚A 等；②磷系阻燃剂，如磷酸酯、亚磷酸酯、含磷多元醇等；③卤-磷系阻燃剂，如磷酸三氯乙醛酯和其它卤代有机磷酸酯等；④无机阻燃剂，如氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌、硼酸铝、三氧化二锑、氧化锆、偏硼酸钡、氧化锌、碳酸钙、无机硅酸盐等；⑤膨胀型阻燃剂，它是一个防火体系，这个体系是由脱水剂（酸源）、成碳剂（碳源）、发泡剂（受热分解出不燃性气体）组成。
脱水剂是促进涂层产生不易燃烧的碳化层的物质，在受热分解时产生的磷酸易与涂层中含羟基的有机物作用而脱水碳化，该碳化层的形成起到阻止或减缓火灾延续的作用。国外主要用聚磷酸铵及有机卤代磷酸酯作脱水催化剂，有机卤代磷酸酯如磷酸三甲酚酯、磷酸三苯酯、三氯乙烯基磷酸酯、氯桥酸酐等物质毒性较大，价格昂贵，用得相对较少。国内早期以磷酸铵和偏磷酸铵为主。随着合成技术的发展，目前已广泛采用聚磷酸铵和磷酸三聚氰胺，后者是较好的脱水剂。
成碳剂的主要作用是促进和改变热分解进程，使含有羟基的化合物脱水碳化，形成三维的不易燃烧的泡沫碳化层，对泡沫碳化层起骨架作用。成碳剂通常采用多元醇化合物（如季戊四醇、二季戊四醇、三季戊四醇、山梨醇）；碳水化合物（如淀粉、葡萄糖等），树脂（如蜜胺甲醛树脂、氨基树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂等）。
发泡剂遇高温受热时能分解释放出氨气、二氧化碳、水、卤化氢等气体，鼓吹起碳质层形成多孔的不燃碳质泡沫。发泡剂常用三聚氰胺、双氰胺、碳酸铵、聚磷酸铵、尿素等含氮化合物及氯化石蜡、氯化联苯等。磷酸铵、聚磷酸铵、磷酸脲、磷酸蜜胺等既是酸源，也是发泡剂。
在火源的作用下，这三者相互作用，发泡组分能在较低的温度下分解、膨胀，形成立体碳质泡沫层。成碳剂为膨胀防火涂层提供碳架，是形成泡沫碳质层的基础，在催化剂与发泡剂的作用下，与提供碳源的高碳化合物作用，使正常的燃烧反应转化为脱水反应，脱水形成不燃的海绵状碳质泡沫层，有效地把碳固定在碳骨架上，形成均匀致密的碳质泡沫层。
4.3 颜填料
颜填料在防火涂料中与普通涂料一样，它不仅使防火涂料呈现必要的色彩而具有装饰性，更重要的是改善防火涂料的物理机械性能（耐候性、耐磨性等）和化学性能（耐酸碱性、防腐、防锈、耐水性等）。金红石型钛白粉是涂料中广为应用的性能极好的白色颜填料。
基料或阻燃剂中含卤素成分的防火涂料，为提高阻燃的协同作用，以锑白粉取代部分钛白粉，既起到颜料的作用，又提高防火效果。膨胀型防火涂料不宜采用抑制膨胀发泡、不利膨胀碳层形成的氧化铁型颜料，以有机型如酞菁系颜料为好。
4.4 助剂
助剂在防火涂料中作为辅助成分，用量少、作用大。它可以改善涂料的柔韧性、弹性、附着力、稳定性等性能。如为了提高涂层及碳化层的强度，避免泡沫气化造成涂层破裂，可加入少量玻璃纤维、石棉纤维、酚醛纤维作为涂层的增强剂，也可提高涂料的施工厚度和防流挂性能。为改善涂层的柔韧性，常需要加入增塑剂，常用的增塑剂有有机磷酸酯（磷酸三甲酚酯、磷酸三苯酯、三氯乙烯基磷酸酯等）、氯化石蜡、氯化联苯、邻苯二甲酸二丁酯（辛酯）等。有些树脂（如氯化橡胶），在温度不太高的情况下（150 ℃左右）就会发生分解，如涂料在研磨过程中放出氯化氢，或涂层直接暴露在大气中，光、空气、二氧化碳、水以及生物引起成膜物质热降解、氧化降解、光氧化降解及生物降解，导致涂层老化，促使涂料受到破坏。因此，在涂料组分中加入热稳定助剂、抗老化剂、抗紫外光剂、表面活性剂等对涂料是十分必要的。如在涂料组分中加入一些低分子的环氧树脂，它们既能吸收氯化氢，又能与树脂分解所生
成的双键结合，起到良好的稳定作用。对于水性防火涂料，助剂可提高涂料的稳定性和施工性，如加入增稠剂（羟甲基纤维素溶液）、乳化剂（OS-15、平平加等）、增韧剂（氯化石蜡、磷酸三甲酚、卤代烷基磷酸酯等）、颜料分散剂（六偏磷酸钠等）。
5 无机水性防火涂料配方
5.1 非膨胀型无机水性防火涂料配方
厚涂型钢结构无机防火涂料配方见表1。
5.2 膨胀型无机水性防火涂料配方
6 存在问题及改进方法
6.1 安全性问题
防火涂料在遇火产生膨胀从而对基材起到保护作用的同时，其阻燃成分有可能释放出诸如NH3、HCN、卤化氢、NOx、CO、Cl2、Br2 等有毒气体。如果这些气体的浓度超过了人体的耐受极限，便会对未逃离火场的人员以及消防人员产生危害，应引起重视。而目前有关防火涂料的国家标准中并未考虑防火涂料遇火后产生有毒气体的种类、限量以及对人体的危害程度。为了解决安全问题，可以寻找新的防火阻燃组分，使防火涂料不但能对基材起到防火作用，而且燃烧后的产物不会对人体健康产生危害；还可以在现有体系中加入能吸收有毒气体的组分，它能起到抑制烟气和
毒气的作用，减少燃烧气体对人体的危害。
6.2 耐候性问题
对防火涂料进行天然老化和加速老化试验，发现部分产品出现粉化、起泡、脱落现象。涂层的防火性能均有不同程度的降低且理化性能也降低，耐火极限明显降低。导致涂料耐候性不好，影响涂料防火性能的因素主要是成膜物和防火添加剂。水性防火涂料所选的成膜物质主要是丙烯酸乳液、苯丙乳液、乙丙乳液等高分子合成乳液，这些乳液在做成涂料时都有较好的耐候性。但在防火涂料中由于其使用量较少（5％~ 10％，最高达25％），影响了耐候性能。
目前，无论何种防火涂料，其检测报告所给出的耐火极限都是涂料涂装后1 ~ 2 个月的检验结果，而火灾的发生可能是在防火涂料涂覆后的1 年，也可能是10年或更长的时间。而目前还没有找出一种评定防火涂料耐久性的方法，对各种类型的防火涂料在工程环境中的使用寿命缺乏科学的评价。如果火灾发生时，防火涂料已因老化或其它原因而失去其应有的防火性能，后果将不堪设想。
防火添加剂的种类及用量是影响防火性能的直接原因。选择性能更好的氯偏乳液、硅丙乳液或者几种乳液搭配使用，以及适当增加乳液用量到25％或以上可以改善防火涂料的耐候性。为了能在短期内预测防火涂料的实际使用寿命，还要对防火涂料耐久性的评定方法进行深入研究，以便确定是否需要更换或维修防火涂料。防火涂料厂商应在产品说明书中给出该涂料在不同的使用环境下可使用的年限或更换周期，以便用户选择或使用后注意更换。
6.3 标准滞后问题
防火涂料标准的制定与执行往往滞后于产品的生产与使用，这就使得防火涂料的生产与销售容易出现无据可依的局面，部分劣质产品鱼目混珠，为使用带来隐患。为了解决这一问题，需要加快防火涂料标准的制定工作，使标准的研究制定工作先于产品的生产和使用。在执行标准的过程中，要做到有据可依，为防火涂料的应用打下坚实的基础。另外，要根据防火涂料的应用环境及火灾类型，补充、完善或细化现有防火涂料耐火极限的测试方法，以使测得的耐火极限值更符合实际情况。
7 防火涂料的现状及发展方向
7.1 防火涂料的现状
国外在19 世纪70 年代就有了用灰泥、石膏、硫酸铝钒等与水调和的建筑防火涂料；20 世纪30 年代得到进一步发展；70 年代，日本亚沙奇公司首先开发了硅酸钠复合乳液的膨胀型无机水性防火涂料；进入80年代后，英国报道了以玉米淀粉、水玻璃为主体的膨胀型无机水性防火涂料，芬兰研制出以磷硅酸盐、高炉渣为主要组分的膨胀型钢结构防火涂料。随后，日本、前西德、捷克等国均先后开发了各种膨胀型防火涂料。
国内防火涂料的研究始于20 世纪50 年代，并首先从钢结构防火涂料入手，70 年代即有小规模生产。80 年代后，公安部四川消防研究所先后开发了以磷酸盐为基料的E60-1 膨胀型无机防火涂料，以硅酸盐或复合硅酸盐为基料的LG 钢结构无机防火涂料等系列品种。20 世纪90 年代以来，国内各公司及院校不断推出新的产品，如北京建筑涂料公司研制出以玻璃粉、生石灰粉、硅酸钠、石棉粉为主要组分的无机膨胀型钢结构防火涂料；解放军总后建筑研究工程院采用复合涂层技术研制出分层分涂的无机膨胀型钢结构防火涂料；西安建筑工程研究所推出膨胀型硅酸盐无机防火
涂料，利用梯次发泡原理，采用无机低温发泡层和高温发泡层的复合泡层，解决了火灾中钢结构前期升温快和后期涂层熔滴问题，综合性能较好。
7.2 防火涂料的发展方向
7.2.1 开发环保型防火涂料
环保的要求和呼声使涂料的研发向低污染环保型的方向发展，为此各国政府制定了相关法规，对建筑涂料的有机挥发物做出了更明确的限制。减少VOC 含量已经成为世界各国防火涂料的发展趋势。
水性防火涂料比溶剂型防火涂料耐火时间更长，而且由于使用水性基料，因此具有省资源、节能耗、无污染的环保优势，更受生产企业和施工行业的重视和关注。水性防火涂料安全又环保，是防火涂料今后的主要发展方向。
7.2.2 开发无机防火涂料
无机防火涂料不燃烧、耐高温，在高温作用下不会产生有害气体，无环境和健康的不良影响，在国内外防火涂料研究中越来越受到重视，是防火涂料发展的重要方向之一。
7.2.3 膨胀型和非膨胀型防火涂料相结合
采用配方中既含有膨胀型组分，又含有较多耐火填料组分，再加入高熔点的无机纤维等，使涂层在高温火焰作用下形成低膨胀率的高强度碳化层，确保膨胀涂层长时间耐火隔热而不脱落。
7.2.4 多功能防火涂料
兼具绝热性、隔热性、防辐射、防紫外线、防腐蚀性、防水性、绝缘性等的防火涂料越来越受到重视。用具有特殊功能的树脂添加剂研究开发具有复合功能的防火涂料是当今的一大课题。
8 结语
多功能化、阻燃性能突出、环保且寿命长是防火涂料的发展趋势。防火涂料行业必须加大此领域的科研开发力度，提高自主创新能力，提高核心竞争力，力争在较短的时间内使防火涂料科技水平有较大提升。