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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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项目 |
双氰胺 |
三聚氰胺 |
胍 |
甘氨酸 |
尿素 |
氯化石蜡 |
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分解温度/℃ |
210 |
250 |
160 |
233 |
130 |
190 |
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不燃性气体 |
NH3、CO2、H2O |
HCl、CO2、H2O |
||||
（2）无机膨胀性防火涂料的主要作用机理 有机膨胀阻燃体系具有涂层美观，附着力好等特点，使其阻火时易产生烟雾和不同程度地放出毒性气体，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。它以水玻璃为基料和发泡基体，添加其他材料所组成，涂层遇到火焰及高温作用时，碱金属硅酸盐所含结晶水及水玻璃中氧链上羟基的脱水作用而使涂层共熔变软、并且黏度较大，这时由于分解产生的气体不能自由的排出使涂壁产生气泡，形成了具有隔热功能的多孔质体-----硅酸盐泡沫状隔热层。无机膨胀阻燃涂料阻火时具有以下特点：a.阻火时不产生毒性气体和烟雾；b.产生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；c.以水玻璃、无机矿物质等为原料，成本低，原料来源广，易于制备；d.生产使用过程无污染。但该类涂料防水性能差，浸泡在水中或受雨水淋洗，涂层易脱落。
膨胀型防火涂料主要由成膜剂、发泡剂、成炭剂、脱水机、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铵盐、氯化石蜡、三聚氰胺等。但选择时应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；成炭剂常采用磷酸的铵盐、磷酸酯及三聚氰胺等来促进涂料分解；防火填料，其种类很多，主要有氢氧化铝、高岭土、硼砂、滑石粉碳酸钙等。这些原料受热分解时一方面要吸收大量的热量；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。
（3）有机、无机复合膨胀型防火涂料的防火机理 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，如果将二者结合起来，就可得到性能优良的有机、无机复合防火涂料。
①水玻璃、有机复合型 这类涂料有水玻璃、有机物及各种填料组成，可分为如下两种。
a. 水玻璃、玉米淀粉、CMC混合涂料 这类涂料在加入玉米淀粉、CMC之后，在水玻璃强碱性介质作用下，淀粉、CMC均发生熟化作用，形成了糊精等产物，改进了涂料的成膜性能，这两种碳水化合物遇热炭化、失水也会促进体系发泡。但这种涂料适用期在2h左右，且易结块，涂层不够平整，涂层发泡时，有少量烟雾冒出。
b.水玻璃、有机乳料复合涂料 这种涂料由水玻璃、水乳液和各种填料组成，乳液可采用聚醋酸乙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸等聚合物乳液。水玻璃涂层经聚合物改进后，提高了涂层的耐水性和涂膜的装饰性，但随之而来的问题是涂层发泡实惠产生少量烟雾和有害气体，配置的涂料稳定性欠佳。
上述两种涂料的涂层阻火时，泡沫层均以水和硅酸盐为主体，存在着泡层高温熔滴的技术难题，目前，仍主要用于木构件的防火保护。
②涂料中添加有机固化剂型 在涂料中添加固化促进剂可以提高防火涂料的耐水性，常用的有机固化剂有三乙醇胺、乙二醛、甲基硅烷醇酸钠、甲基硅油（聚二甲基硅氧烷液体）。将他们预先制成乳化液，再与防火涂料混溶在一起，根据GB 12441—2005做的耐水性实验，由结果可见，添加硅油可明显提高防火涂料的耐水性能。
③磷酸铝—丙烯酸复合膨胀型 按配比取磷酸和氢氧化铝，加入去离子水，搅拌至呈完全乳液状，制的磷酸铝乳液。按比例趁热加入到丙烯酸乳液中，搅拌并控温80℃左右，至没有回流产生，即制的磷酸铝-丙烯酸复合乳液。按配方将阻燃剂按配方将阻燃剂加入去离子水和消泡剂，搅拌均匀再加入其他助剂，快速搅拌成糊状后，将其缓缓注入磷酸铝-丙烯酸复合乳液中，降温并恒温在40℃左右，继续搅拌至无沉淀，即制得磷酸铝-丙烯酸复合膨胀型防火涂料。
（4）新型可膨胀石墨阻燃体系 P-C-N、P-C-N-Cl膨胀阻燃体系存在着耐高温性、耐老化性及耐水性较差的问题，为改善这个缺陷，有研究者将上述膨胀阻燃体系与可发生物理膨胀的可膨胀石墨配合使用，形成的复合阻燃膨胀体系由基料、P-C-N、P-C-N-Cl膨胀阻燃体系、颜填料、可膨胀石墨、水或溶剂及其他助剂组成。当涂层受热时，涂层中的脱水催化剂首先开始分解，形成大量无机酸，成炭剂在酸的作用下失水炭化，在发泡剂的作用下形成泡沫炭层。而后在高温或火焰作用下，配方中的可燃石墨在涂层中受热膨胀，形成“蠕虫”炭体。每个可膨胀石墨单体的膨胀率可高达100～300，形成的膨胀炭体耐氧化，耐高温，大量的膨胀炭体覆盖在基材上，可同样起到难燃性海绵状炭质层的保护作用。等于在已经形成的膨胀炭层上面有附加了一个炭体层，整个膨胀体系形成一个比原涂层厚几十倍至几百倍的难燃性海绵状炭质层，从而大大提高了涂层的耐火性能。
2、非膨胀型防火涂料的防火隔热原理
非膨胀型防火涂料遇火时涂层基本上不发生体积变化，形成釉状熔融保护层。它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。继续加热，黏稠涂层脱水并与其他填料的高温凝聚相产物一起形成隔氧的釉状涂层，釉状涂层中常常含有吸热载体，热熔胶高、升温速度较慢，但因涂层结构致密，有利于接触传热，但这类涂层所生成的釉状保护层热导率往往较大，隔热效果较膨胀型涂层差，其作用原理有以下几个方面。
（1）吸热降低基材温度 防火涂料在受热时，由于涂料体系中的阻燃剂发生分解吸热反应，使基材温度延缓上升，起到延缓和阻止可燃基材燃烧或性能下降的作用。防火涂料的吸热作用主要表现在如下一些方面。
①无阻燃剂的分解吸热 防火涂料组成中为了提高涂层的防火性能，同时又能减少燃烧过程中有毒、有害气体的产生，常选用添加无阻燃剂。无机阻燃剂主要有氢氧化铝、氢氧化镁以及高岭土、蒙脱土、黏土等无机填料。
②含硼阻燃剂 含硼阻燃剂的阻燃作用一是能形成玻璃态无机膨胀涂层，二是生成的硼酸盐能促进成炭，三是高温下吸热、发泡及冲稀可燃物的功效。
③含硅化合物 防火涂料的无机成膜物质有水玻璃、硅酸盐、硅乳胶等含硅化合物。当水玻璃和水和硅酸盐迅速加热时，由于硅氧链上的羟基缩合而迅速脱水。
④含磷无机阻燃剂 磷酸二氢铵、磷酸氢二铵等含磷无机阻燃剂受热分解时均具有吸热、稀释可燃气体的作用。但由于小分子铵盐热稳定性差、易迁移、吸潮，因此目前在防火涂料中已被聚磷酸铵所取代。聚磷酸铵在防火涂料中主要作为膨胀型阻燃成分的脱水剂发泡剂，他的阻燃作用主要是形成膨胀炭层，但在受热过程中，由于聚磷酸铵分解，同样存在有利于阻燃的吸热过程。
⑤含氮阻燃剂 目前已获得广泛应用的含氮阻燃剂有三聚氰胺及其衍生物（三聚氰胺氰尿酸盐、磷酸盐、硼酸盐、胍盐、双氰胺盐），他们既可以作为混合膨胀型阻燃剂的组分，也可单独使用。这类阻燃剂主要通过分解吸热及生成不燃性气体发挥作用。如三聚氰胺在250～450℃范围内发生分解，吸收大量的热；三聚氰胺的氰尿酸盐在440～450℃分解吸热，而将其加入在醋酸乙烯酯乳液、丙烯酸酯乳液及橡胶乳液中制得的涂料，不但阻燃性能好，而且图层密度性和平滑性均优。
此外，卤-锑协同过程中会产生吸热作用，生成的SbX3在火焰的上空结成液滴或固体微粒，其壁效应吸收大量热能，有利于促使燃烧速度减缓或停止。
（2）燃烧连锁反应的抑制、中止 防火涂料中添加的卤素阻燃剂主要是通过在气相中使燃烧中断或延缓链式燃烧反应而发挥阻燃作用，有机磷系阻燃剂除符合凝聚相阻燃烧机理外，也可在气相抑制燃烧的连锁反应。
①卤素阻燃剂 卤素阻燃剂在受热分解时能产生HX气体，HX气体会与燃烧链式反应中活泼的H· 、O· 、HO· 发生反应，生成活性较低的X· 自由基，致使燃烧减缓或中止。
②卤-锑协同阻燃体系 卤素阻燃剂与锑系阻燃剂共同使用可增加阻燃剂的附加作用，这个作用又称为协同效应。
③有机磷系阻燃剂 有机磷系阻燃剂热解所形成的气态产物中PO· ,他可以抑制H·及HO· ，因此可在气相区抑制燃烧的连锁反应。
此外，膨胀型阻燃体系也可能在气相发挥阻燃作用。
（3）惰性气体的覆盖、稀释作用 不同的阻燃剂其阻燃机理可能是不同的，同一种阻燃剂往往是通过一种或多种阻燃效应同时在起作用。阻燃剂在发挥上述阻燃作用的同时，还不同程度的存在惰性气体覆盖、稀释作用。
①卤素阻燃剂 卤素阻燃剂在受热分解时能产生HX气体，不仅可以捕捉燃烧反应的自由基，他们也是难溶性气体，可以稀释空气中的氧，且由于HX的密度大于空气的密度，在可燃基材表面能形成覆盖保护层，减缓或中止燃烧。
②卤-锑协同阻燃体系 卤-锑协同阻燃体系的覆盖、稀释作用与卤素阻燃剂相似，生成的SbX3首先是燃烧气相中自由基的捕获剂，其次，SbX3的密度大，覆盖在基层表面可以隔绝基材与氧的接触。卤-锑协同阻燃体系正是由于多种阻燃剂作用并存，使其阻燃效果非常显著。
③含氮阻燃剂 含氮阻燃剂早期主要是以无机铵盐形式使用，无机铵盐热稳定差，受热时放出NH3、CO2(碳酸铵)、HCl（氯化铵）H2O等不燃气体，他们可以稀释空气中的氧浓度、降低可燃基材分解出的可燃气体的浓度，发挥阻燃作用。
④含磷无机阻燃剂 小分子的含磷无机阻燃剂如磷酸二氢铵、磷酸氢二铵等受热分解均会生成不燃性气体NH3，而目前广泛使用的聚磷酸铵遇热首先分解成NH3 ，分解出的磷酸缩合生成偏磷酸及偏磷酸并释放出水蒸气。
⑤其他阻燃剂 无机阻燃剂、含硼阻燃剂等受热分解产生的水合水吸热汽化不仅产生冷却作用，产生的水蒸气还具有稀释作用。
防火涂料的组成
防火涂料的组成一般为基料、阻燃剂、增强涂料、溶剂、颜料、助剂等。
一、 基本树脂
能用于制备防火涂料的数值很多，但实际中往往不会单独使用一种树脂。单一的树脂做基料的防火涂料有许多缺陷，如涂料的光泽差，不挥发分含量低，耐候性、耐水性、柔韧性差等。因此，经常采用几种树脂混合使用，相互之间取长补短，已获得性能理想的涂膜。
（一） 溶剂型涂料用树脂
1、 丙烯酸树脂
丙烯酸树脂是丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯和其他不饱和单体进行加成聚合而制得的共聚树脂。相对分子量一般在75000～120000。
优点： 丙烯酸树脂不吸收紫外线，不容易水解，所以耐气候性能比较突出，化学稳定性、耐水性、耐腐蚀性亦堪称优秀，无色透明，保色保光，耐酸、耐碱，对颜料的粘结能力大，施工性能好。此外它的配方比较灵活，可与许多官能性单体共聚获得具有广泛物性和用途的共聚物。缺点：拉丝性—丰满度差；对热敏感；耐溶剂差。极性过强。
近年来丙烯酸树脂广泛地应用在饰面型防火涂料、钢结构防火涂料、电缆防火涂料、塑料防火涂料等的研制中。
2、 环氧树脂
环氧树脂是大分子主链上含有醚键和仲醇基，同时两端含有环氧基团的一类聚合物的总称，是热固性树脂中用量最大、应用最广的品种。环氧树脂中含有独特的环氧基以及羟基、醚键等活性基团和极性基团，因而具有许多优异的性能。与其他热固性树脂相比较，环氧树脂的种类和牌号最多、性能各异。环氧树脂固化剂的种类更多，再加上众多的促进剂、改性剂等，可以进行多种多样的组合，从而能获得各种各样性能优异的、各具特色的环氧固化体系和固化物。
（1） 优点 ①力学性能好。环氧树脂具有很强大内聚力，分子结构致密。②黏结性能优异。在环氧树脂结构中含有脂肪族羟基、醚基都有高度的极性，使环氧树脂分子能在临界面产生电磁引力，而环氧基团能与介质表面的自由基起反应形成化学键，所以环氧树脂的粘结力特别强。它对大部分材料如木材金属、玻璃、塑料、橡胶、皮革、陶瓷、纤维等都具有良好的黏结性能，固有“万能胶”之称，只对少数材料如聚苯乙烯、聚氯乙烯等粘结性较差；③固化收缩率小。一般为1%～2%。所以其产品尺寸稳定，内应力小，不易开裂。④工艺性好。环氧树脂固化时基本上不产生低分子挥发物，所有可低压成型或接触压成型。配方设计灵活性大，可设计出适合各种工艺性要求的配方。⑤电磁性能好。是热固性树脂中介电磁性能最好的品种之一。⑥稳定性好。不含碱盐等杂质的环氧树脂不易变质。⑦固化后的环氧树脂，具有优良的耐化学腐蚀性、耐热性、耐酸性及良好的电绝缘性，因而用它来配制的膨胀型防火材料不仅具有优良的附着力、防腐蚀性、抗化学品性、硬度、柔韧性及坚牢度等性能，从而可以应用与户外，此外，耐烃类火灾的能力较普通膨胀型防火材料好得多。树脂可在150～200℃温度下长期使用耐寒性可达-55℃.树脂可储存一年不变质。
（2） 缺点 热固性树脂，固化是通过加入固化剂来实现的。另外固化涂层较脆。
3、 绿化聚烯烃树脂
（1）氯化橡胶 氯化橡胶是由天然橡胶经过炼解或异戊二烯橡胶溶于四氯化碳中，通氯气而制得的白色多孔性固体物质，他可以水相法制的，通常含氯量在62%～67%。其特点如下。
① 对光、热不稳定，130℃以上时开始分解，在潮湿温度下60℃就开始分解，所以使用温度低于60℃。
② 水、水蒸气通过率低，抗渗透性好。
③ 无毒、快干、单组份不受施工温度限制。
④ 附着力好，无层间附着问题。
⑤ 含氯量高，因此阻燃性好，且在潮湿条件下可防霉。
⑥ 单独用于涂料时漆膜较脆，制漆时需加入增塑剂或其他塑性较好的树脂，低分子量的增塑剂。
⑦ 合成氯化橡胶时采用四氯化碳做溶剂，其成品也往往含有一定量的游离的四氯化碳，破坏大气中臭氧层，目前从世界范围内正在禁止溶剂法的氯化橡胶的生产。正在发展水相法的氯化橡胶较溶剂法的氯化橡胶的性能尚有一定的差距。
（2）聚偏氯乙烯树脂（PVDC） 又称聚偏氯乙烯树脂、氯偏树脂，相对分子量为20000～1000000.
聚偏氯乙烯树脂很难燃烧，其燃烧火焰呈黄色，端部呈绿色。软化点为185～200℃，分解温度为210～215℃，含氯量为72%。偏聚氯乙烯树脂具有不受细菌、昆虫侵蚀的优点，能耐多种溶剂，在含氧和氯代溶剂中易溶胀。
（二） 膨胀防火涂料成炭、发泡体系用原料
膨胀防火体系主要由酸源、碳源、发泡剂组成。可用于膨胀性防火涂料的膨胀防火体系的阻燃原料种类繁多，性能各异，下面介绍几种用的用的比较多的品种：尿素、三聚氰胺、二氢二胺、碳酸氢铵、碳酸氢二胺、聚磷酸铵、磷酸二氢铝、季戊四醇、丙三醇、淀粉、三乙醇胺。
二、阻燃剂
下面介绍在防火涂料和防火阻燃液中目前用的比较多的部分阻燃产品。
（一）无机阻燃剂
1.三氧化二锑阻燃剂
它是防火涂料中应用较广的一种无机阻燃性添加剂，单独使用时阻燃效果较低，若与磷酸酯、卤化物配合使用，有良好的协同效应，阻燃效果显著提高。
2. 氢氧化铝阻燃剂
氢氧化铝阻燃剂的使用量在无机阻燃剂中占有很大比重，氢氧化铝阻燃剂具有热稳定性好，无毒、不挥发、不析出、不产生腐蚀性气体、发烟量小等优点，而且资源丰富价格便宜。
3. 氢氧化镁阻燃剂
氢氧化镁和氢氧化铝同样具有无烟、无毒、无腐蚀性、安全价廉等优
而且氢氧化镁开始释放水的温度高于氢氧化铝。氢氧化镁用于防火涂料中主要起阻燃剂和发泡剂、消烟剂的作用，在火焰和高温作用下，不会分解成为气体化合物而烧失，以他的稳定性可以起到经久耐然的作用，从而使防火涂料具有高效的隔热防火性。
4. 水合硼酸锌（FB阻燃剂）
水合硼酸锌在300℃以上时陆续释放出大量的结晶水，起到吸热、降温、消烟的作用，硼酸锌为无机添加型阻燃剂，由于他无毒性、低水溶性、高热稳定性、粒度细、分散性好，故在阻燃剂领域中应用广泛。
（二） 有机阻燃剂
1.卤系阻燃剂
卤系阻燃剂包括溴系和氯系阻燃剂。卤系阻燃剂是目前世界上产量最大的有机阻燃剂之一。在卤系阻燃剂中大部分是溴系阻燃剂。工业生产的溴系阻燃剂可分为添加型、反应型及高聚物型三大类，而且品种繁多。国内外市场上现有20种以上的添加型溴系阻燃剂，10种以上的高分子型溴系阻燃剂，20种以上的反应型溴系阻燃剂。添加型的阻燃剂主要有十溴二苯醚(DBDPO)，四溴双酚A，双(2，3一二烷丙基)醚(TBAB)，八溴二苯醚(OBDPO)等；反应型阻燃剂主要有四溴双酚A (TBBPA)， 2， 4， 6-三溴苯酚等；高分子型阻燃剂主要有溴化聚苯乙烯、溴化环氧、四溴双酚A碳酸酯齐聚物等。溴系阻燃剂之所以受到青睐，其主要原因是它的阻燃效率高，而且价格适中。由于C-Br键的键能较低，大部分溴系阻燃剂的分解温度在200℃~300℃，此温度范围正好也是常用聚合物的分解温度范围。所以在高聚物分解时，溴系阻燃剂也开始分解，并能捕捉高分子材料分解时的自由基，从而延缓或抑制然烧链的反应，同时释放出的HBr本身是一种难燃气体，可以覆盖在材料的表面，起到阻隔与稀释氧气浓度的作用。这类阻燃剂无不例外的与锑系(三氧化二锑或五氧化二锑)复配使用，通过协同效应使阻燃效果得到明显提高。
卤系阻燃剂主要在气相中发挥阻燃作用。因为卤化物分解产生的卤化氢气体，是不燃性气体，有稀释效应。它的比重较大，形成一层气膜，覆盖在高分子材料固相表面，可隔绝空气和热，起覆盖效应。更为重要的是，卤化氢能抑制高分子材料燃烧的连锁反应，起清除自由基的作用。以溴化物为例，其抑制自由基连锁反应的机理如下：
含溴阻燃剂 → Br·
Br·+RH→R·+HBr
HO·+HBr=H2O +Br·
高分子材料中加入的含溴阻燃剂，遇火受热发生分解反应，生成自由基Br·，它又与高分子材料反应生成溴化氢，溴化氢与活性很强的OH·自由基反应，一方面使得Br再生，一方面使得OH·自由基的浓度减少，使燃烧的连锁反应受到抑制，燃烧速度减慢，直至熄灭。
但是当发生火灾时，由于这些材料的分解和燃烧产生大量的烟尘和有毒腐蚀性气体造成“二次灾害”，且燃烧产物(卤化物)具有很长的大气寿命，一旦进入大气很难去除，严重地污染了大气环境，破坏臭氧层。另外，多溴二苯醚阻燃的高分子材料的燃烧及裂解产物中含有有毒的多溴代二苯并二惡烷(PBDD)及多溴代二苯并呋喃(PBDF)。1994年9月，美国环境保护局评价证明了这些物质对人和动物是致毒物质。
2. 磷及磷化合物的阻燃机理
磷及磷化合物很早就被用作阻燃剂使用，对它的阻燃机理研究得也较早，起初发现使用含磷阻燃剂的材料燃烧时会生成很多焦炭，并减少了可燃性挥发性物质的生产量，燃烧时阻燃材料的热失重大大降低，但阻燃材料燃烧时的烟密度比未阻燃时增加。根据上面的事实提出了一些阻燃机理。从磷化合物在不同反应区内所起阻燃作用可分为凝聚相中阻燃机理和蒸汽相中阻燃机理，有机磷系阻燃剂在凝聚相中发挥阻燃作用，其阻燃机理如下：
在燃烧时，磷化合物分解生成磷酸的非燃性液态膜，其沸点可达300℃。同时，磷酸又进一步脱水生成偏磷酸，偏磷酸进一步聚合生成聚偏磷酸。在这个过程中，不仅由磷酸生成的覆盖层起到覆盖效应，而且由于生成的聚偏磷酸是强酸，是很强的脱水剂，使聚合物脱水而炭化，改变了聚合物燃烧过程的模式并在其表面形成碳膜以隔绝空气，从而发挥更强的阻燃效果。
磷系阻燃剂的阻燃作用主要体现在火灾初期的高聚物分解阶段，因其能促进聚合物脱水发化，从而减少聚合物因热分解而产生的可燃性气体的数量，并且所生成的碳膜还能隔绝外界空气和热。通常，磷系阻燃剂对含氧聚合物的作用效果最佳，主要被用在含羟基的纤维素、聚氨酯、聚酯等聚合物中。对于不含氧的烃类聚合物，磷系阻燃剂的作用效果就比较小。
含磷阻燃剂也是一种自由基捕获剂，利用质谱技术发现，任何含磷化合物在聚合物燃烧时都有PO·形成。它可以与火焰区域中的氢原子结合，起到抑制火焰的作用。另外，磷系阻燃剂在阻燃过程中产生的水分，一方面可以降低凝聚相的温度，另一方面可以稀释气相中可燃物的浓度，从而更好地起到阻燃作用。
在设计防火涂料配方时，除要满足防火涂料特性及质量指标要求外，还应适应防火涂料不同施工方式的要求。不仅要考虑主要成膜物、阻燃添加剂和增强填料，还要重视辅助成膜物---溶剂、助剂的选择，在设计有色防火涂料配方时还要重视颜料的选择。
一般防火涂料配方设计主要有下列几个内容：①各种基材类型的选择；②各种阻燃添加剂及增强填料类型的选择；③各种溶剂类型的选择；④各种助剂类型的选择；⑤各种颜料类型的选择；⑥各种原料配比的选择；⑦防火涂料实验研究配方的确定；⑧防火涂料的生产配方的确定。
为了考察防火涂料在不同气候下的适应性，还应将试生产的防火涂料在不同气候条件地区的实际工程中应用，进行试用及观察，以取得良好的应用效果。
在防火涂料配方设计的具体方法上，可以充分利用先进的检测仪器，借助正交设计等优选方法，达到提高配方设计的效率及可靠性的目的。
膨胀型防火涂料的配方设计
膨胀型防火涂料是目前应用最为广泛的防火涂料种类，膨胀型防火涂料成膜后，在常温下是普通的漆膜，在火焰或高温作用下，涂层发生膨胀炭化，形成一个比原来厚度大几十倍甚至几百倍的不燃的蜂窝泡沫状炭质层，阻火模块可以切断外界火源对基材的加热，从而起到阻燃作用。
膨胀型防火涂料通常含有成膜剂、成炭剂、成炭催化剂、发泡剂、无机颜填料等，在设计膨胀型防火涂料配方时，要根据涂层正常使用条件和施工条件，涂层所受的高温火焰条件及其阻燃能力等性能要求进行设计。其基本原则如下：
1.基料比
在膨胀型防火涂料组成中，起膨胀作用的组分（包括颜填料）的比例很大。一般要占总重量的50%～60%，粘合剂和添加剂约为20%～30%，溶剂占10%～20%。另外起膨胀作用的三种化学物质，不是以任意比例相配合的，一般情况下，大多数配方的催化剂比为40%～60%，炭化剂为20%～30%，发泡剂为20%～30%。
2.组分配合
要得到高效的炭化层，涂层中有机树脂的熔融温度、发泡剂的分解温度及泡沫炭化的温度必须配合恰当。当涂层受热时，首先是成膜剂软化熔融，引起整个涂层的软化、塑化，这时发泡剂达到分解温度，开释出不燃性气体，并使涂层膨涨成泡沫层，同时脱水催化剂分解天生磷酸、聚磷酸呈熔融的粘稠体作用于泡沫层，使涂层中的含羟基有机物发生脱水成炭反应，当泡沫达到最大体积时，泡沫凝固炭化，使天生的多孔的海绵状炭化层定形，泡沫的发泡效率取决于组分之间反应速度的协调配合。
多种防火组分的恰当配合对持续发挥防火保护作用，增加涂层的阻燃效果和延长涂层的有效防火时间是十分重要的，也是配方设计的重要原则。
原料名称 配方数
水 235
润湿剂X-405 1.5
SN-5040分散剂 5
乙二醇EG 12
纤维素32000S 1.0
NXZ 1.5
钛白粉R-258 50
聚磷酸铵 300 (发泡催化剂)
三聚氰胺 70 (发泡剂)
季戊四醇 60 (成碳剂)
增白剂 1.0
乳液816 250
弹性乳液963 100
十二醇脂 17
NXZ消泡剂 1.5
AMP-95多功能助剂 1.5
102S防腐剂 1.5
TRM203（1：1）增稠剂 6.0
TRM003流平剂 2.0
存在问题及改进方法
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NH，、HCN、卤化氢、NOx、CO、C1：、Br；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。
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内烯酸乳液、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％一10％，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。
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。
防火涂料的现状及发展方向
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，英国报道了以苄米淀粉、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E60一l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。
2. 防火涂料的发展方向
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。
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。
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。
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。
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。
