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環(huán)保型防火涂料應用現(xiàn)狀及前景分析
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http://china-zesir.com 發(fā)稿日期:2011-5-24
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2011-2016年中國烤磚行業(yè)投資項目分析及前景發(fā)展 【出版日期】 2011年5月 【報告頁碼】 350頁 【圖表數(shù)量】 150個2011-2016年中國環(huán)氧地坪漆行業(yè)投資項目分析及前 【出版日期】 2011年5月 【報告頁碼】 350頁 【圖表數(shù)量】 150個2011-2016年中國環(huán)氧防靜電地面漆行業(yè)投資項目分 【出版日期】 2011年5月 【報告頁碼】 350頁 【圖表數(shù)量】 150個2011-2016年中國精密石英行業(yè)投資項目分析及前景 【出版日期】 2011年5月 【報告頁碼】 350頁 【圖表數(shù)量】 150個防火涂料是特種涂料的其中一個品種，是防火建筑材料中的重要組成部分。防火涂料是指涂裝在物體表面，可防止火災發(fā)生，阻止火勢蔓延傳播或隔離火源，延長基材著火時間或增加絕熱性能以推遲結構破壞時間的一類涂料。由于建筑工程的高層化、集群化、工業(yè)的大型化及有機合成材料的廣泛應用，人們對防火工作引起高度重視，而采用涂料防火方法比較簡單，適應性強，因而在公用建筑、車輛、飛機、船舶、古建筑及文物保護、電器電纜、宇航等方面都有應用。
按用途和使用對象的不同可分為：飾面型防火涂料、電纜防火涂料、鋼結構防火涂料、預應力混凝土樓板防火涂料等。我國防火涂料的發(fā)展，較國外工業(yè)發(fā)達國家晚15～20年，雖然起步晚，但發(fā)展速度較快。
在環(huán)保法規(guī)日益完善，人們對環(huán)境污染及人身健康日益重視的今天，揮發(fā)性有機化合物含量很高的溶劑型涂料的使用受到越來越嚴格的限制。早在20世紀70年代，國際室內(nèi)空氣科學學會提出了VOC(揮發(fā)性有機化合物)概念，意識到了VOC對環(huán)境的污染。日本在1997年就制定了防止大氣污染的修正法和化學物質(zhì)排放管理的促進法(PollutantReleaseandTransferRegister，PRTR法)。我國在1994年頒布了《環(huán)境標志產(chǎn)品技術要求》，明確提出環(huán)保型涂料在“產(chǎn)品配制或生產(chǎn)過程中不得使用甲醛、鹵化物溶劑或芳香族碳氫化合物”；1996年出臺了《大氣污染物綜合排放標準》；2000年出臺了《中華人民共和國大氣污染防治法》；2001年又推出了強制性國家標準《室內(nèi)裝飾裝修材料內(nèi)墻涂料中有害物質(zhì)限量》，明確要求室內(nèi)用涂料的VOC不得大于200g/L，游離甲醛的濃度不得大于0.1g/L。所有這一切，都對涂料行業(yè)提出了一個新問題，那就是必須加快開發(fā)不用或少用有機溶劑的涂料，也就是開發(fā)所謂“環(huán)境友好型涂料”。環(huán)境友好型涂料主要有：水性涂料、粉末涂料、光固化涂料等。針對防火涂料而言，由于粉末涂料和光固化涂料的特殊性，僅水性防火涂料和無溶劑防火涂料具有可觀的發(fā)展前景。
水性防火涂料
自20世紀70年代能源危機引發(fā)第一次水性涂料開發(fā)熱潮以來，水性化一直是涂料發(fā)展的方向之一。目前我國市場上的水性防火涂料以飾面型防火涂料和厚漿型防火涂料為主，從成膜物性質(zhì)上大體可分為如下幾類：
(1)合成聚合物乳液型，成膜物為苯丙乳液、純丙乳液、醋酸乙烯乳液等，添加膨脹型阻燃劑及其他材料制成。
(2)水溶性樹脂型，水溶性樹脂中的脲醛-三聚氰胺樹脂具有色淺、耐光好、不發(fā)霉、干燥快、成本低、附著力好、耐水、耐油、耐熱、優(yōu)良的電性能、本身可作為炭源和氣源等諸多優(yōu)點，因此，受到眾多廠家的青睞，引起了科研人員的高度重視。在這方面我國取得了非常多的成果。
(3)無機粘合劑型，這類涂料以硅酸鹽水泥、氫氧化鎂或其他無機高溫粘合劑為基料，添加膨脹珍珠巖、礦棉等骨料及其他化學助劑和水等組成，以非膨脹型為主，其缺點是用量大，涂層厚，但由于可用于室外，因而，也取得了很好的應用效果。在所有水性防火涂料品種中，無機粘合劑型防火涂料是對環(huán)境最友好的品種，但其制得的防火涂料多為非膨脹型，且涂層的理化性能存在一些難以克服的不足。
水溶性氨基樹脂、脲醛樹脂等本身有較好的阻燃能力且可幫助成炭，由它們制成的防火涂料具有非常好的綜合防火效果，但由于其甲醛含量較高(我國市場上此類樹脂的甲醛含量一般在1.0g/L以上)，難以滿足環(huán)保對毒性的要求，故以為，其前途并不看好。目前市場上應用較多的水性防火涂料多為合成聚合物乳液型。但它也有一些不足：其一，在低溫(如0℃)環(huán)境中，其貯存及應用均有困難；其二，乳液本身不同程度地含有一些助溶劑或成膜助劑(質(zhì)量好的乳液含2%～5%，稍差的則含8%～10%)，它們一般均為揮發(fā)速度較慢的有異味的高沸點溶劑；其三，水性涂料在耐水性、附著力等方面與溶劑型涂料相比有明顯的不足；其四，膨脹型防火涂料中含有大量的親水性材料(如聚磷酸銨等)，它們易從含有乳化劑的水性涂膜中遷移出來，從而使防火涂料失去防火效果。
a：用雙組分水性乳液，如含羥基的水性樹脂以異氰酸酯作為交聯(lián)劑。據(jù)稱在防腐蝕涂料方面已取得與溶劑型涂料相當?shù)男阅�；水性環(huán)氧-多胺體系具有VOC低、涂膜光澤好、耐沖擊、耐水等優(yōu)點，已在許多場合取得了不俗的應用業(yè)績。與普通乳液相比，雙組分乳液在對水、化學物質(zhì)的封閉上有很大改善。
b：考慮到普通乳液中均含2%～5%的有機溶劑，大日本涂料公司新近開發(fā)出一種有機溶劑含量低于1%的聚合物乳液。理論上，核/殼乳液由于殼部分有較低的玻璃化溫度，不需要成膜助劑或其他助劑幫助成膜，因而有人稱以核/殼乳液為基料的乳膠漆為“零VOC乳膠漆”。
c：提高乳液自身的阻燃能力，減少阻燃劑用量。一方面可將一些阻燃元素接枝到樹脂上，如江陰國聯(lián)化工有限公司的GHS系列硅丙乳液；另一方面，合理開發(fā)納米材料在涂料中的應用，充分利用納米材料能提高樹脂耐熱能力的特性。
第二，對目前所用的防火阻燃劑進行表面處理，解決其親水性問題。如：對聚磷酸銨進行表面處理，使聚磷酸銨的水溶性由原先25℃下的8.2%下降到0.2%。也有人對紅磷進行表面包覆處理，將之膠囊化，大大改善了其與樹脂的相容性、顏色等，由于它的含磷量明顯比聚磷酸銨等化合物高，因而，在許多場合其單位質(zhì)量的阻燃效果也就好得多。
第三，選用多功能材料，如三聚氰胺磷酸酯等集酸源、氣源于一體的新型材料。它不僅能降低阻燃劑的總用量，而且還有很低的水溶性。如三聚氰胺磷酸酯在20℃時，溶解度為0.35%；60℃時，僅為1.16%；800℃時，形成殘余物的質(zhì)量為原始質(zhì)量的30%，是普通聚磷酸銨的6倍。
第四，打破傳統(tǒng)配方，開發(fā)新型的膨脹體系或膨脹材料。如氨基苯磺酸鹽、氨基磺酰對苯胺、P，P’’’’-氯化二苯磺酰肼、5-氨基-2硝基苯甲酸等材料均具有自膨脹特性，如果它們能在涂料中得到合理的應用，必將大大減少膨脹型防火涂料中阻燃材料的用量，從而改進涂料的綜合性能。
總之，在我國，水性涂料市場占整個涂料市場份額的41%左右，這其中，內(nèi)、外墻建筑涂料占了絕大部分。水性防火涂料在整個水性涂料中的份額很少，以至于未被統(tǒng)計在內(nèi)。與美國水性防火涂料占其整個防火涂料生產(chǎn)規(guī)模的2/3相比有較大差距。我們應加大對水性防火涂料的研究開發(fā)力度。高固體分防火涂料
所謂的高固體分涂料是指固含量超過60%甚至達75%～80%的涂料，由于其所含的有機可揮發(fā)分比普通的溶劑型涂料少，因而對環(huán)境的污染輕，并且一次施工可得到較厚的漆膜，因而很快被廣泛接受。
目前市售的膨脹型防火涂料固含量一般為60%～70%，一次涂覆的厚度可達70～80μm或更高。海洋化工研究院的SCM-2超薄型鋼結構防火涂料固含量達70%以上，一次厚涂可達150μm。但是由于這些涂料仍含有約30%的可揮發(fā)分，因而在一些應用場合仍然受到限制。事實上，海洋化工研究院早在1998年就研制成功膨脹型船用防火涂料GY-1。它以低毒的脂肪烴等為溶劑，并且加入了抑煙成分，雖然其固含量很高，但由于其仍有超過20%的有機可揮發(fā)分，因而，至今仍未能在船舶上取得廣泛的應用。
隨著人們環(huán)保及健康意識的提高，高固體分涂料的使用也會受到越來越多的限制，因為它仍有較高的可揮發(fā)有機物，即使是乳膠型防火涂料，由于乳液中不可避免的含有約2%～5%的可揮發(fā)有機物，涂刷時常產(chǎn)生異味，施工后長時間仍對環(huán)境造成污染。國內(nèi)一些企業(yè)，特別是涉外企業(yè)，已經(jīng)對涂料的可揮發(fā)分提出了明確要求。美國朗訊青島公司在對損壞的防火涂層進行修補時，就提出了揮發(fā)性有機物(特別是苯、甲醛等氣體)對環(huán)境的污染、安全及對人員身體健康影響的問題�？梢�，高固體分防火涂料只能是環(huán)保型防火涂料問世前的一種過渡產(chǎn)品。
液體無溶劑涂料
液體無溶劑涂料也有人稱之為超高固體分涂料。它具有很低含量的揮發(fā)性有機化合物(VOC)，甚至能達到“零VOC”。它主要是以低分子量、低粘度的液體樹脂及固化劑體系為基料，并用活性稀釋劑來進一步降低體系粘度從而保證涂料體系的綜合性能�？捎糜谝后w無溶劑涂料體系的樹脂有：聚氨酯樹脂、環(huán)氧樹脂、有機硅樹脂等。環(huán)氧樹脂對顏填料的容忍度很高，本身可兼作膨脹體系的炭源和氣源；聚氨酯樹脂本身可作為膨脹體系的炭源和氣源；有機硅樹脂本身具有很高的阻燃性。它們均是液體無溶劑膨脹型防火涂料的理想成膜物。
液體無溶劑涂料的研究目前主要集中在重防腐涂料、地坪涂料和特殊用途涂料領域。關于無溶劑膨脹型防火涂料的研究，目前世界范圍內(nèi)幾乎沒有公開的報道。美國專利5292799及5432007等披露的無溶劑防火涂料，事實上是以有機硅樹脂為基料的耐熱阻燃涂料。國內(nèi)關于無溶劑防火涂料的研究也很少。
結語
一個國家環(huán)保型涂料占全部涂料總量的程度，代表著這個國家科技發(fā)展的程度。美國在1999年，水性涂料所占比例為61.1%，高固體分涂料占10.7%，粉末涂料占8.7%，輻射固化涂料占1.0%，傳統(tǒng)的溶劑型涂料僅占18.5%；而我國傳統(tǒng)的溶劑型涂料約占55%，水性涂料約占41%，其他約占4%。通過這些數(shù)據(jù)的比較，可以明顯地看到我國涂料工業(yè)與發(fā)達國家之間的差距。
隨著環(huán)保法規(guī)和勞動法規(guī)的不斷健全，環(huán)境友好型、低或零VOC排放的新型防火涂料的研發(fā)已越來越引起人們的重視。在實際應用中，水性防火涂料已經(jīng)占有一定的市場份額，但它仍有許多有待改進的地方，如冬季施工困難、對濕氣敏感等。在沒有徹底解決這些問題前，水性防火涂料尚無法與溶劑型防火涂料相抗衡。液體無溶劑防火涂料對環(huán)境、人體完全無害，一次可厚涂，耐化學品性質(zhì)優(yōu)異，一旦開發(fā)成功，將在很大程度上取代溶劑型防火涂料的市場地位。 - ■ 與【環(huán)保型防火涂料應用現(xiàn)狀及前景分析】相關研究報告
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