钢结构防火涂料的发展趋势

    摘 要 ：介绍了钢结构防火涂料的发展趋势，指出其发展方向为超薄型化、防腐性、水性化。

    关键词 ：防火涂料；钢结构；防腐涂料

    1 钢结构防火的必要性

    随着城市人口的密集化、住宅建筑的高层化和新型建材的广泛使用，引起火灾的可能性不断增加，火灾事故对人民生命财产的危害已成为城市灾害的主要威胁之一。近年来全国各地频频发生的火灾事故，造成大量人员伤亡和财产损失，令人触目惊心。

    建筑物的起火原因十分复杂。一般来说，绝对杜绝火灾的发生十分困难。火灾一旦发生后，阻止火势的迅速蔓延，组织抢救使人们有足够的时间离开火场，对缩小灾害范围，避免人员财产的重大损失具有更重要的现实意义。防火涂料正是起到这样一种防护性作用的材料。

    防火涂料是一种涂覆在材料表面上，具有隔热、防燃、阻燃功能，并能有效延缓火势的发展、阻止火焰蔓延，对基材起到保护作用的特种涂料。钢材在不作任何防火措施时，经火焰燃烧 15 min 即可变形。而涂覆优质防火涂料后，可使其变形时间延长至 30 min 以上，为灭火赢得了宝贵的时间。因此，防火涂料作为一种高效简便、适用性广的防火手段，已越来越受到人们的重视。

    国内外目前已有的钢结构防火涂料主要有两大类：非膨胀型防火涂料和膨胀型防火涂料，前者的防火效果较差，已逐渐被淘汰，而膨胀型钢结构防火涂料由美国 Albi 化学公司于 1948 年首先发明。 Albi 化学公司也是世界上第一个生产水性、薄型、膨胀型钢结构防火涂料的企业。用于钢结构的膨胀型防火涂料主要有 ALBI CLAD 800 和 ALBI CLADTF 2 个产品，前者为溶剂型涂料，后者则为水性涂料。这 2 种防火涂料的特点为： 100% 不含石棉，薄型、轻质，防火极限最高可达 3~3.5 h ，在国际上处于领先地位。德国、日本在这一领域的研究也十分活跃，已有不少高性能的产品问世。但是这些防火涂料都不具备防腐蚀功能，因此主要用于室内钢结构的防火。半个世纪以来这类薄型膨胀型防火涂料不断得到发展，从基料到防火助剂都不断推陈出新，尤其是近年来出于环境保护的要求，水性防火涂料受到人们的广泛关注。德国、美国、日本等发达国家每年的膨胀型防火涂料的产值都在 1 000 万美元以上。

    2 钢结构防腐蚀的意义

    钢结构材料存在的另一大问题是容易腐蚀。随着我国经济建设的飞速发展以及环境的污染，钢材等金属的腐蚀所造成的浪费十分巨大。每年由于腐蚀造成的损失难以估量。据报道，英国每年由于金属腐蚀造成的损失达几亿英镑；美国每年因金属腐蚀造成的损失约占国民生产总值的 4.2% ；而我国每年因金属腐蚀引起的损失约为国民生产总值的 2.3% 。

    金属防腐蚀的手段很多，如采用耐腐蚀金属材料、电化学保护法、添加缓蚀剂、涂刷防腐蚀涂料等。其中以采用防腐蚀涂料最为普遍。这主要是由于采用涂料防腐蚀的使用范围广、施工方便、成本较低，而效果又较令人们满意的缘故。防腐蚀涂料作为金属防腐蚀的主要手段，各国多年来投入了大量的人力物力进行研究。

英国、美国、德国和日本等发达国家目前仍处于领先地位。防腐蚀涂料的品种很多，主要有：酚醛树脂类、环氧树脂类、过氯乙烯类、聚氨酯类、呋喃树脂类、橡胶类等，应用于不同的防腐蚀场合。据报道，日本每年采用防腐蚀涂料所消耗的费用达 2 万亿日元，占各种防腐蚀措施总费用的 65% 左右，防腐蚀涂料在国民经济建设中的地位可见一斑。我国通过几十年的努力，在防腐蚀涂料领域也已取得了显著的成果，以环氧树脂、过氯乙烯、氯磺化聚乙烯、呋喃树脂、聚氨酯等一大批树脂为原料的防腐蚀涂料已被开发并成功地用于防腐蚀工程中。

    3 提高防火涂料的防腐蚀功能势在必行

    由此可见，开展防火涂料和防腐蚀涂料的研究均具有十分重要的现实意义。

    以前的工作都是将金属的防腐蚀问题与防火问题分别独立考虑。一般情况下，防腐蚀涂料不能防火，而防火涂料不具备很好的防腐蚀功能。对同一种金属部件，往往既要用防腐蚀涂料进行防腐蚀保护，又要涂刷防火涂料进行防火保护。这在实际应用中是一种很大的浪费。因此我们设想，既然所保护的对象是同一种金属材料，而且又都是采用涂料的形式，完全应该而且可以将防腐蚀与防火这两个功能结合起来，使一种涂料同时具有这两种功能。既节约了资源，又强化了涂料对基材的保护功能，具有一石双鸟的效果。

    2002 年，国家颁布了新的钢结构防火涂料标准，这一标准将钢结构防火涂料分为室内用和室外用两大类。其中室外用钢结构防火涂料增加了耐湿热性、耐曝热性、耐冷热循环性、耐酸性、耐碱性和耐盐雾腐蚀性等指标。表明钢结构防火涂料正朝着实用化、多功能化方向迈进。但这些防腐蚀性能指标要求尚不高，而且是作为 B 类指标规定的，即作为防火涂料的附属性能，因此尚不是真正的双功能涂料。因此，强化防火涂料的防腐蚀功能将成为今后防火涂料追求的目标之一。

    4 超薄型化是防火涂料的发展趋势

    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。早期的钢结构防火涂料主要为水泥基厚质涂料，这类涂料在燃烧初期可降低火焰的传播速度，但一旦火势旺盛即失去作用，防火效果较差，主要用于防火等级要求较低的场合。 80 年代以来开始研制以高分子材料为基料的薄型和超薄型防火涂料，使防火涂料的研究进入一个全新的时代。目前国内已经开发成功的防火涂料包括厚质型水泥基防火涂料、溶剂型和水性的薄型膨胀型防火涂料以及饰面型防火涂料等。

    从发展趋势看，超薄型钢结构防火涂料必将最终替代厚质型和薄型防火涂料。有关防火涂料新的国家标准也正在制定之中，以保证超薄型钢结构防火涂料的健康发展。超薄型钢结构防火涂料涂层厚度一般为 2 mm 左右，在满足防火要求的同时，又具有较好的装饰效果。目前我国已研制出耐火极限超过 2 h 的超薄型（厚度 2 mm ）钢结构防火涂料，达到国际先进水平。

    5 发展防烃类火的防火涂料将成为热点

    近年来，化学建材的应用十分普遍，由高分子材料构成的化学建材以及石油化工企业涉及到的火灾是由有机化工原料引起的，这类火称为烃类火。另外，汽车在隧道内发生的火灾大都也属于烃类火灾。烃类火灾与一般的建筑火灾的区别在于前者具有火焰传播和升温速度极快的特点，燃烧过程中还可能伴随着由于油品爆炸产生的巨大冲击波。而目前所研制的防火涂料一般不能适应防烃类火的要求，并且目前采用的检验方法对防烃类火灾材料也不适用，因此必须根据烃类火灾防护材料的使用环境及特点来研究防烃类火灾的防火防腐涂料。从目前的发展趋势看，防烃类火防火涂料的开发和研究将成为防火涂料研究的热点之一。

英国、美国、德国和日本等发达国家目前仍处于领先地位。防腐蚀涂料的品种很多，主要有：酚醛树脂类、环氧树脂类、过氯乙烯类、聚氨酯类、呋喃树脂类、橡胶类等，应用于不同的防腐蚀场合。据报道，日本每年采用防腐蚀涂料所消耗的费用达 2 万亿日元，占各种防腐蚀措施总费用的 65% 左右，防腐蚀涂料在国民经济建设中的地位可见一斑。我国通过几十年的努力，在防腐蚀涂料领域也已取得了显著的成果，以环氧树脂、过氯乙烯、氯磺化聚乙烯、呋喃树脂、聚氨酯等一大批树脂为原料的防腐蚀涂料已被开发并成功地用于防腐蚀工程中。

    3 提高防火涂料的防腐蚀功能势在必行

    由此可见，开展防火涂料和防腐蚀涂料的研究均具有十分重要的现实意义。

    以前的工作都是将金属的防腐蚀问题与防火问题分别独立考虑。一般情况下，防腐蚀涂料不能防火，而防火涂料不具备很好的防腐蚀功能。对同一种金属部件，往往既要用防腐蚀涂料进行防腐蚀保护，又要涂刷防火涂料进行防火保护。这在实际应用中是一种很大的浪费。因此我们设想，既然所保护的对象是同一种金属材料，而且又都是采用涂料的形式，完全应该而且可以将防腐蚀与防火这两个功能结合起来，使一种涂料同时具有这两种功能。既节约了资源，又强化了涂料对基材的保护功能，具有一石双鸟的效果。

    2002 年，国家颁布了新的钢结构防火涂料标准，这一标准将钢结构防火涂料分为室内用和室外用两大类。其中室外用钢结构防火涂料增加了耐湿热性、耐曝热性、耐冷热循环性、耐酸性、耐碱性和耐盐雾腐蚀性等指标。表明钢结构防火涂料正朝着实用化、多功能化方向迈进。但这些防腐蚀性能指标要求尚不高，而且是作为 B 类指标规定的，即作为防火涂料的附属性能，因此尚不是真正的双功能涂料。因此，强化防火涂料的防腐蚀功能将成为今后防火涂料追求的目标之一。

    4 超薄型化是防火涂料的发展趋势

    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。早期的钢结构防火涂料主要为水泥基厚质涂料，这类涂料在燃烧初期可降低火焰的传播速度，但一旦火势旺盛即失去作用，防火效果较差，主要用于防火等级要求较低的场合。 80 年代以来开始研制以高分子材料为基料的薄型和超薄型防火涂料，使防火涂料的研究进入一个全新的时代。目前国内已经开发成功的防火涂料包括厚质型水泥基防火涂料、溶剂型和水性的薄型膨胀型防火涂料以及饰面型防火涂料等。

    从发展趋势看，超薄型钢结构防火涂料必将最终替代厚质型和薄型防火涂料。有关防火涂料新的国家标准也正在制定之中，以保证超薄型钢结构防火涂料的健康发展。超薄型钢结构防火涂料涂层厚度一般为 2 mm 左右，在满足防火要求的同时，又具有较好的装饰效果。目前我国已研制出耐火极限超过 2 h 的超薄型（厚度 2 mm ）钢结构防火涂料，达到国际先进水平。

    5 发展防烃类火的防火涂料将成为热点

    近年来，化学建材的应用十分普遍，由高分子材料构成的化学建材以及石油化工企业涉及到的火灾是由有机化工原料引起的，这类火称为烃类火。另外，汽车在隧道内发生的火灾大都也属于烃类火灾。烃类火灾与一般的建筑火灾的区别在于前者具有火焰传播和升温速度极快的特点，燃烧过程中还可能伴随着由于油品爆炸产生的巨大冲击波。而目前所研制的防火涂料一般不能适应防烃类火的要求，并且目前采用的检验方法对防烃类火灾材料也不适用，因此必须根据烃类火灾防护材料的使用环境及特点来研究防烃类火灾的防火防腐涂料。从目前的发展趋势看，防烃类火防火涂料的开发和研究将成为防火涂料研究的热点之一。