建筑防火涂料的组成

•教学目的与要求：了解：常见材料类型、未来发展趋势熟悉：火灾特性掌握：燃烧原理、防火机理、常规检测项目•难点与重点：燃烧原理、防火机理•讲授课时安排：2课时章节要求•学习要求：»笔记（重点和难点）»阅读最新文献物质的燃烧原理•燃烧Combustion：通常伴有火焰或生烟现象的物质的放热氧化反应。（i.e.有焰/无焰，生热/发光，化学过程）•火Fire：以放热为特点并伴随烟和火焰的燃烧过程。火的三要素热度氧气燃料火的四要素燃料热度氧气链反应RH+0.5O2R•+OH•建筑材料的火灾特性•燃烧性能•耐火极限•燃烧时的毒性•燃烧时的发烟性材料燃烧或遇火时所发生的一切物理、化学变化着火的难易程度火焰传播速度燃烧时的发热量在标准耐火条件下，从受到火的作用时起，到失去稳定性、完整性或隔热性时止的这段时间，通常用小时（h）来表示决定建筑物在火灾中的稳定性和火灾发展速度材料热分解产物对人体的毒害作用材料的燃烧产物对人体的毒害作用材料在燃烧或热解作用中所产生的悬浮在大气中可见的固体和液体微粒（固体微粒：碳粒子；液体微粒：焦油状液滴）燃烧性能按《建筑材料燃烧性能分级方法》GB86-1997级别名称分级标志A不燃材料GB8624(A)B1难燃材料GB8624(B1)B2可燃材料GB8624(B2)B3易燃材料GB8624(B3)建筑物构件的耐火等级：4级高层民用建筑的耐火等级：2级装修材料燃烧性能等级：4级娱乐场所、图书资料库和档案库内部各部位装修材料的燃烧性能等级有何异同？为什么？铺地材料热塑性塑料不燃性建筑材料，在空气中受到火烧或高温作用时不起火、不微燃、不碳化。如花岗石、大理石、水磨石、水泥制品、混凝土制品、石膏板、石灰制品、粘土砖、玻璃、陶瓷、马赛克、钢材、铝合金制品等。难燃性建筑材料，在空气中受到火烧或高温作用时难起火、难微燃、难碳化，当火源移走后，燃烧或微燃立即停止。如纸面石膏板、水泥刨花板、难燃胶合板、难燃中密度纤维板、难燃木材、硬质PVC塑料地板、酚醛塑料等。可燃性建筑材料，在空气中受到火烧或高温作用时，立即起火或微燃，而且火源移走以后仍继续燃烧或微燃。如天然木材、木制人造板、竹材、木地板、聚乙烯塑料制品等。易燃性建筑材料，在空气中受火烧或高温作用时，立即起火，且火焰传播速度很快。如有机玻璃、赛璐珞、泡沫塑料等。耐火极限的判定条件（三）失去绝热性1.标志：下列两个条件之一（1）试件背火面测温点平均温升达140℃；（2）试件背火面测温点任一点温升达180℃.2.建筑构件耐火极限三个判定条件：（1）分隔构件（隔墙、吊顶、门窗）：失去完整性或绝热性；（2）承重构件（梁、柱、屋架）：失去稳定性；（3）承重分隔构件（承重墙、楼板）:失去稳定性或完整性或绝热性（一）失去稳定性构件在试验过程中失去支持能力或抗变形能力（1）外观判断：如墙发生垮塌；梁板变形大于L/20；柱发生垮塌或轴向变形大于h/100（mm）或轴向压缩变形速度超过3h/1000（mm/min）；（2）受力主筋温度变化：16Mn钢，510℃。（二）失去完整性标志：出现穿透性裂缝或穿火的孔隙不燃？难燃？可燃？易燃？•氧指数oxygenindex•阻燃时间inhibitingtime•续燃时间continued-burningtime•阴燃时间hidden-burningtime•损毁长度charlength•平均燃烧时间•平均燃烧高度B1•平均燃烧范围B2……定性定量是在规定条件下，试样在氧、氮混合气流中，刚好维持发焰燃烧所需的最低氧气浓度，以氧所占混合气体的体积百分数表示。•氧指数＜22，易燃材料•氧指数22-27，可燃材料•氧指数＞27，难燃材料织物阻燃性能测试仪（垂直法）在规定的实验条件下，当有焰燃烧终止后，或者离开火源后，材料持续无焰燃烧的时间在规定的实验条件下，移开火源后材料持续有焰燃烧的时间在规定的实验条件下，当有焰燃烧终止后，或者移开火源后，材料持续无焰燃烧的时间在规定的实验条件下，材料损毁面积在规定方向上的最大长度防火阻燃措施（防火机理）•降低聚合物的分解程度•减少从材料中高温分解出来的能够助燃的气体凝聚相阻燃气相阻燃中断热交换阻燃防火阻燃措施（防火机理）凝聚相阻燃气相阻燃中断热交换阻燃防火阻燃措施（防火机理）•加速聚合物的软化，流动，隔离膜，降低可燃性•涂层涂覆或在聚合物表面能形成碳化层，热屏障作用凝聚相阻燃气相阻燃中断热交换阻燃常用的防火材料防火板木质防火门防火木制窗框防火卷帘防火贮物箱防火玻璃防火涂料防火封堵材料（一）纤维增强硅酸钙板以粉煤灰、电石泥等工业废料为主，采用天然矿物纤维和其他少量纤维材料增强，以圆网抄取法生产工艺制坯，经高压釜蒸养而制成的轻质、防火建筑板材特点1.纤维分布均匀、密实性好2.较好的防火、隔热、防潮性能、不腐烂变质，不变形，耐老化3.表面平整光洁，加工方便适用范围：广泛用于工业和民用建筑的吊顶、隔墙级墙裙装饰，也可用于列车箱、船舶隔舱、隧道、地铁和其他地下工程的吊顶、隔墙、护壁等硅钙板（二）泰柏板强化钢丝焊接而成的三维笼为构架，阻燃EPS泡沫塑料芯材组成特点1.重量轻、强度高2.防火、抗震、隔热、隔音、抗风化，耐腐蚀的优良性能3.组合性强、易于搬运，适用面广，施工简便适用范围：广泛适用于高层多层工民建筑物泰柏板（三）矿棉防火装饰吸音板以不燃材料矿棉（岩棉）为主要原料，加入适当的粘结剂。防潮剂、防腐剂、增加剂等，采用湿法生产，经烘干加工而成特点1.化学稳定性好，无毒2.防虫蛀，不易腐蚀，不吸潮3.保湿隔热，阻止火灾蔓延适用范围：广泛适用于工业与民用建筑需要安装吊顶的场所矿棉防火装饰吸音板（四）膨胀珍珠岩装饰吸声板以珍珠岩为原材料，进行单独膨化，加入氟硅酸、水玻璃等添加剂，然后加压、干燥制成特点1.质轻、吸音2.耐水耐火，经久耐用3.憎水、防潮、施工方便适用范围：广泛适用于影剧院、礼堂、多功能厅、舞厅、客厅、写字楼、教室、车站、码头、候机楼、商场、宾馆、电子机房等建筑吸声吊顶膨胀珍珠岩装饰吸声板建筑防火涂料建筑防火涂料的组成与分类建筑防火涂料的防火原理饰面型防火涂料钢结构防火涂料预应力混凝土楼板防火涂料建筑防火涂料组成与分类(1)建筑防火涂料的组成－－实现其防火功能的途径建筑防火涂料是施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，或是施用于建筑构件上，用以提高构件的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、耐热以及涂层坚韧性、着色性、黏附性、易干性和一定的光泽等性能。防火涂料本身是不燃的或难燃的，不起助燃作用，其防火原理是涂层能使底材与火(热)隔离，从而延长了热侵入底材和到达底材另一侧所需的时间，即延迟和抑制火焰的蔓延作用。侵入底材所需的时间越长，涂层的防火性能越好，因此，防火涂料的主要作用应是阻燃，在起火的情况下，防火涂料就能起防火作用。防火涂料的组成除一般涂料所需的成膜物质、颜料、溶剂以及催干剂、增塑剂、固化剂、悬浮剂、稳定剂等助剂以外，还需添加一些特殊阻燃、隔热材料。防火涂料的防火机理大致可归纳为以下五点（火四要素理论）：(1)防火涂料本身具有难燃性或不燃性，使被保护基材不直接与空气接触而延迟物体着火和减小燃烧的速度。(2)防火涂料除本身具有难燃或不燃性外，它还具有较低的导热系数，可以延迟火焰温度向被保护基材的传递。(3)防火涂料受热分解出不燃的惰性气体，冲淡被保护物体受热分解出的可燃性气体，使之不易燃烧或燃烧速度减慢。(4)含氮的防火涂料受热分解出N0、NH3等基团，与有机游离基化合，中断连锁反应，降低温度。(5)膨胀型防火涂料受热膨胀发泡，形成碳质泡沫隔热层，封闭被保护的物体，延迟热量向基材的传递，阻止物体着火燃烧或因温度升高而造成的强度下降。非膨胀型防火涂料防火机理－－实现防火功能的技术途径非膨胀型防火涂料是一种由难燃性或不燃性的树脂及难燃剂、防火填料等组成的，涂层具有较好的难燃性，能阻止火焰蔓延的特种建筑涂料。前述的五点防火机理中(1)、(2)、(3)三点解释非膨胀型防火涂料的防火机理较合适。非膨胀型防火涂料的主要组分：成膜物质：是难燃性的树脂，一般为含卤素、磷、氮之类的高分子合成树脂，如卤化的醇酸树脂、聚酯、环氧酚醛、氯化橡胶、氯丁橡胶乳液、聚丙烯酸酯乳液等，它们与难燃剂配合可以实现涂层的难燃化；此外如水玻璃、硅溶胶、磷酸盐等无机质材料亦可以作为防火涂料的成膜物质，由它们组成的涂料涂层具有不燃性、不发烟和无毒性等特点。难燃剂：能增加涂膜难燃性的物质称为难燃剂，常用的有：含磷、卤的有机物，如氯化石蜡+溴联苯醚、磷酸三氯乙醛酯等，另外还有锑系(Sb203)、硼系(硼酸、硼砂、硼酸锌、硼酸铝)、铝系[Al(0H)3]、锆系(氧化锆)等无机难燃剂。颜料和填料：通常的无机颜料和填料都具有耐燃性，它们均能增加涂层的耐燃和阻燃性，常用的防火填料有云母粉、滑石粉、石棉粉、高岭土、氧化锌、碳酸钙、钛白、氢氧化铝、硼酸锌、偏硼酸钡、三氧化二锑等。非膨胀型防火涂料可分为两类，即难燃性防火涂料和不燃性防火涂料。难燃性防火涂料的特点是涂膜自身难燃，自身具有灭火性。难燃性防火涂料又可分为难燃性乳液涂料及含阻燃剂的防火涂料。难燃性乳液涂料是含有大量无机颜料的醋酸乙烯、氯乙烯、丙烯酸乳液等的一种难燃性涂料，可作难燃性内墙和外墙涂料，其一般制造方法同乳胶涂料。非膨胀型防火涂料正是依赖于它本身的难燃性和不燃性来阻止火焰的传播，利用其本身具有的低热传导系数来阻止热量向基材传导。它的涂层都较厚，一旦着火，在高温下就形成一种釉状物，这种釉状物结构很致密，能有效地隔绝氧气，使被保护的物体因缺氧而不能着火燃烧或降低反应速度。而且这种釉状物还具有反向热量的作用*，它可将着火时产生的热量部分反向，从而使基材干馏出可燃性气体。另外，有些非膨胀型防火涂料的成分中还含有大量的卤素化合物，这些化合物在高温下可分解出大量的卤化氢气体，它可冲淡氧和其他可燃性气体，从而抑制燃烧和降低燃烧反应速度。膨胀型防火涂料分类：膨胀型防火涂料按分散介质的不同可分为溶剂型防火涂料、乳液型防火涂料、水溶液型防火涂料。国内目前膨胀型防火涂料的主要品种是膨胀型丙烯酸酯乳胶防火涂料。防火机理：前述五点防火机理中(4)、(5)两点解释膨胀型防火涂料的防火机理较为符合，但也包含着前三点的内容。膨胀型防火涂料受火后的变化较为复杂，涉及的因素较多。从解释物质燃烧理论出发，物质燃烧是一种反应极快的游离基连锁反应，这种游离基有极高的活泼性，使反应以极高的速度进行，但也极易在障碍物上相互化合成稳定的分子而中断连锁反应。如果连锁反应的传递物是有机游离基，极少的NO、NH3就会大大地降低反应速度，因为NO和NH3很容易和有机游离基化合而使连锁反应中止。在膨胀型防火涂料受火发泡形成泡沫层的同时，被保护的物体受热干馏分解出可燃性气体，接触火源引起连锁性的燃烧反应，但由于导致连锁反应的游离基碰到组成泡沫的微粒上，连锁反应又立即中断。磷-氮-碳体系的膨胀型防火涂料的成分中舍有大量的氮化物，遇火产生NO和NH3，也会破坏连锁反应，这是膨胀型防火涂料具有持久耐火性的一个重要的理论解释。技术需求：–膨胀型防火涂料的特点是当涂层受热达到一定温度后即膨胀到10～100倍以上，这样在被涂面与火源之间形成海绵状碳化层，阻止热量向底材传导，同时产生不燃性气体，使可燃性底材的燃烧速度和燃烧温度明显降低，因此膨胀型防火涂料应具有下列性质：(1)涂料的成膜物质在需要的温度下熔化，以利于膨胀，该温度应低于发泡剂的活化温度；(2)应在膨胀时产生稳定的泡沫；(3)涂料的基料应是不易燃烧的或者自身能熄灭的。膨胀型防火涂料现防火功能的技术途径–组分：膨胀型防火涂料是由难燃树脂、难燃剂及成碳剂、脱水成碳催化剂、发泡剂等组成。涂层在火焰或高温作用下会发生膨胀，形成比原来涂层厚度大几十倍的泡沫碳质层，能有效地阻挡外部热源对底材的作用，从而起到能阻止燃烧发生的一种建筑防火特种涂料。膨胀型防火涂料阻止燃烧的效果大于非膨胀型防火涂料。成膜物质：是合成树脂，