随着人们环保意识的增强及法律、法规的进一步完善,应用水性防火涂料,尤其是用于屋内场合的饰面型防火涂料或钢结构防火涂料,对保护环境、保障人体健康、节约能源无疑是非常有益的。目前,国外(如美国,日本)膨胀型防火涂料中水性的占75%以上,同时水性防火涂料在耐水性、防火性、装饰性、降低成本等方面也不断取得可喜的进展。

    目前,水性防火涂料主要以性能优异的有机、无机和有机-无机复合的膨胀型防火涂料为主,下面分类别给予阐述:

    一、有机乳液型防火涂料

    乳胶型防火涂料是用乳液聚合物作基料(乳液聚合物的相对分子质量高,所以作为涂料的成膜物有较好的机械性能),用水做溶剂,填加适当种类和数量的助剂经研磨而制备成的涂料。常用的水性防火涂料基料的乳胶有:聚丙烯酸乳液、苯乙烯改性聚丙烯酸乳液、聚醋酸乙烯乳液、聚偏氯乙烯乳液、苯-丙乳液等。另外,要求选用的聚合物乳液必须对基材具有良好的附着力、耐久性和耐水性。

    纯丙(甲基丙烯酸酯-丙烯酸酯共聚物)乳液、乙丙(丙烯酸酯-醋酸乙烯酯共聚物)乳液和苯-丙(丙烯酸酯-苯乙烯共聚物)乳液,无毒无臭,具有较高的耐寒性和保光性,附着力强,可常温固化。均是很好的乳液聚合基料,但其阻燃性、耐热性较差,高温易反粘、易粘尘,低温时易变脆,透气性较差。为改善这些性能,可以采用乳液并用、合成改性树脂(用丙烯酸单体与有机硅单体共聚形成硅-丙树脂)或增添阻燃剂等方法。

    二、无机膨胀型防火涂料

    有机膨胀阻燃体系具有涂层美观,附着力好等特点,但其阻火时易产生烟雾和不同程度的放出毒性气体,成本也较高。于是,以硅酸盐为主体的无机膨胀型防火涂料便应运而生。无机防火阻燃体系具有以下特点: 

    1.阻火时不产生毒性气体和烟雾; 

    2.产生的硅酸盐泡沫状隔热层强度高,能有效的抵抗火焰热流的冲击作用,阻火性能比较突出; 

    3.以水玻璃,无机矿物等为原料,成本低,原料来源广,易于制备; 

    4.生产,使用过程无污染。

    无机膨胀型防火涂料主要由成膜剂、发泡剂、成炭剂、脱水剂、防火填料及颜料等组成。成膜剂主要有水玻璃、硅溶液胶体和磷酸盐等,一般选用价格便宜,来源广泛的水玻璃;发泡剂常用的有磷酸盐、氯化石蜡、三聚氰胺等。但选择时注意与成膜剂的匹配,如磷酸铵盐和水玻璃容易沉淀板结,氯化石蜡和成膜剂的混溶不好;成炭剂常用季戊四醇、淀粉等,这些多羟基化合物和脱水催化剂反应生成多孔结构的炭化层;脱水剂常采用磷酸的铵盐、磷酸酯及三聚氰胺等来促进涂层分解;防火填料主要有氢氧化铝、高岭土、硼砂、滑石粉、碳酸钙等。这些原料在受热分解时一方面要吸收大量热量;另一方面,如硼砂、氢氧化铝、碳酸钙等会不断产生大量的水汽或二氧化碳,在材料周围形成惰性屏障,减缓燃烧速度。

    三、有机、无机复合型防火涂料

    无机材料作为主要成膜物质的防火涂料,其阻燃性优于有机防火涂料,但其耐水性等物理性能较差,若将二者结合起来,就得到性能优良的有机无机复合型防火涂料。有机、无机复合型防火涂料的基料由有机树脂或有机乳液和无机系粘接剂复合而成。

    有机、无机复合型防火涂料研制中,其阻燃添加剂的选择原则与其他几类防火涂料类似。不过因为它的基料的特殊性,所以对阻燃剂的要求更苛刻。

    有机、无机复合型防火涂料兼有无机型和有机型防火涂料的特点。特别是膨胀型的有机,无机复合防火涂料,其发泡层既有耐烧、强度好的无机防火涂料的特性,又有泡沫层质地松、导热性小的有机防火涂料的特点,因此有很好的防火隔热效果。但这类防火涂料一般来说对有机树脂要求较高,往往需要特别合成,因此提高了其生产成本。

    目前的水性防火涂料,据有关方面反映和市场调查结果显示,主要存在耐候性及耐水性问题。通过国家防火材料质量检验部门对该类产品的抽验,分别进行天然老化和加速老化试验,发现防火性能均有不同程度的降低且理化性能也降低,甚至部分 产品出现粉化、起泡、脱落的现象,给防火涂料的使用和消防监督管理都带来了一定的困难。 

    导致水性防火涂料耐候性不好的原因主要是成膜物质和防火添加剂。水性防火涂料所选的有机成膜物质主要是聚丙烯酸乳液、苯-丙乳液、乙-丙乳液等高分子合成乳液,这些乳液在制造乳胶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%),影响了耐候性能。 当前,对于水性防火涂料存在的耐候性及耐水性问题,可采用下列途径提高: 

    1.对有机成膜物质可选择性能更好的氯偏乳液,丙-硅乳胶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。 

    2.对于天然成膜物质,可采用加热固化;对水玻璃进行改性处理;涂刷罩面层;添加固化剂提高涂料的耐水性。

    3.无机、有机成膜物质配合使用;膨胀型和非膨胀型阻燃剂配合使用以提高涂料的耐水性及其他性能。