防火涂料的配方設計
在設計防火涂料配方時，除要滿足防火涂料特性及質量指標要求外，還應適應防火涂料不同施工方式的要求。不僅要考慮主要成膜物、阻燃添加劑和增強填料，還要重視輔助成膜物---溶劑、助劑的選擇，在設計有色防火涂料配方時還要重視顏料的選擇。
一般防火涂料配方設計主要有下列幾個內容：①各種基材類型的選擇；②各種阻燃添加劑及增強填料類型的選擇；③各種溶劑類型的選擇；④各種助劑類型的選擇；⑤各種顏料類型的選擇；⑥各種原料配比的選擇；⑦防火涂料實驗研究配方的確定；⑧防火涂料的生產配方的確定。
為了考察防火涂料在不同氣候下的適應性，還應將試生產的防火涂料在不同氣候條件地區的實際工程中應用，進行試用及觀察，以取得良好的應用效果。
在防火涂料配方設計的具體方法上，可以充分利用先進的檢測儀器，借助正交設計等優選方法，達到提高配方設計的效率及可靠性的目的。
膨脹型防火涂料的配方設計
膨脹型防火涂料是目前應用最為廣泛的防火涂料種類，膨脹型防火涂料成膜后，在常溫下是普通的漆膜，在火焰或高溫作用下，涂層發生膨脹炭化，形成一個比原來厚度大幾十倍甚至幾百倍的不燃的蜂窩泡沫狀炭質層，阻火模塊可以切斷外界火源對基材的加熱，從而起到阻燃作用。
膨脹型防火涂料通常含有成膜劑、成炭劑、成炭催化劑、發泡劑、無機顏填料等，在設計膨脹型防火涂料配方時，要根據涂層正常使用條件和施工條件，涂層所受的高溫火焰條件及其阻燃能力等性能要求進行設計。其基本原則如下：
1.基料比
在膨脹型防火涂料組成中，起膨脹作用的組分（包括顏填料）的比例很大。一般要占總重量的50%～60%，粘合劑和添加劑約為20%～30%，溶劑占10%～20%。另外起膨脹作用的三種化學物質，不是以任意比例相配合的，一般情況下，大多數配方的催化劑比為40%～60%，炭化劑為20%～30%，發泡劑為20%～30%。
2.組分配合
要得到高效的炭化層，涂層中有機樹脂的熔融溫度、發泡劑的分解溫度及泡沫炭化的溫度必須配合恰當。當涂層受熱時，首先是成膜劑軟化熔融，引起整個涂層的軟化、塑化，這時發泡劑達到分解溫度，開釋出不燃性氣體，并使涂層膨漲成泡沫層，同時脫水催化劑分解天生磷酸、聚磷酸呈熔融的粘稠體作用于泡沫層，使涂層中的含羥基有機物發生脫水成炭反應，當泡沫達到最大體積時，泡沫凝固炭化，使天生的多孔的海綿狀炭化層定形，泡沫的發泡效率取決于組分之間反應速度的協調配合。
多種防火組分的恰當配合對持續發揮防火保護作用，增加涂層的阻燃效果和延長涂層的有效防火時間是十分重要的，也是配方設計的重要原則。
原料名稱 配方數
水 235
潤濕劑X-405 1.5
SN-5040分散劑 5
乙二醇EG 12
纖維素32000S 1.0
NXZ 1.5
鈦白粉R-258 50
聚磷酸銨 300 (發泡催化劑)
三聚氰胺 70 (發泡劑)
季戊四醇 60 (成碳劑)
增白劑 1.0
乳液816 250
彈性乳液963 100
十二醇脂 17
NXZ消泡劑 1.5
AMP-95多功能助劑 1.5
102S防腐劑 1.5
TRM203（1：1）增稠劑 6.0
TRM003流平劑 2.0
存在問題及改進方法
1. 安全性問題
防火涂料在遇火產生膨脹從而對基材起到保護作用的同時，其阻燃成分有可能釋放出諸如NH，、HCN、鹵化氫、NOx、CO、C1：、Br；等有毒氣體。如果這些氣體的濃度超過了人體的耐受極限，便會對未逃離火場的人員以及消防人員產生危害，應引起重視。而目前有關
防火涂料的國家標準中并未考慮防火涂料遇火后產生有毒氣體的種類、限量以及對人體的危害程度。為了解決安全問題，可以尋找新的防火阻燃組分，使防火涂料不但能對基材起到防火作用，而且燃燒后的產物不會對人體健康產生危害；還可以在現有體系中加入能吸收有毒氣體的組分，它能起到抑制煙氣和毒氣的作用，減少燃燒氣體對人體的危害。
2．耐候性問題
對防火涂料進行天然老化和加速老化試驗，發現部分產品出現粉化、起泡、脫落現象。涂層的防火性能均有不同程度的降低且理化性能也降低，耐火極限明顯降低。導致涂料耐候性不好，影響涂料防火性能的因素主要是成膜物和防火添加劑。水性防火涂料所選的成膜物質主要是內烯酸乳液、苯丙乳液、乙丙乳液等高分子合成乳液，這些乳液在做成涂料時都有較好的耐候性。但在防火涂料中由于其使用量較少(5％一10％，最高達25％)，影響了耐候性能。
目前，無論何種防火涂料，其檢測報告所給出的耐火極限都是涂料涂裝后1～2個月的檢驗結果，而火災的發生可能是在防火涂料涂覆后的1年，也可能是10年或更長的時間。而目前還沒有找出一種評定防火涂料耐久性的方法，對各種類型的防火涂料在工程環境中的使用壽命缺乏科學的評價。如果火災發生時，防火涂料已因老化或其它原因而失去其應有的防火性能，
后果將不堪設想。防火添加劑的種類及用量是影響防火性能的直接原因。選擇性能更好的氯偏乳液、硅丙乳液或者幾種乳液搭配使用，以及適當增加乳液用量到25％或以上可以改善防火涂料的耐候性。為了能在短期內預測防火涂料的實際使用壽命，還要對防火涂料耐久性的評定方法進行深入研究，以便確定是否需要更換或維修防火涂料。防火涂料廠商應在產品說明書中給出該涂料在不同的使用環境下可使用的年限或更換周期，以便用戶選擇或使用后注意更換。
3. 標準滯后問題
防火涂料標準的制定與執行往往滯后于產品的生產與使用，這就使得防火涂料的生產與銷售容易出現無據可依的局面，部分劣質產品魚目混珠，為使用帶來隱患。為了解決這一問題，需要加快防火涂料標準的制定工作，使標準的研究制定工作先于產品的生產和使用。在執行標準的過程中，要做到有據可依，為防火涂料的應用打下堅實的基礎。另外，要根據防火涂料的應用環境及火災類型，補充、完善或細化現有防火涂料耐火極限的測試方法，以使測得的耐火極限值更符合實際情況。
在設計防火涂料配方時，除要滿足防火涂料特性及質量指標要求外，還應適應防火涂料不同施工方式的要求。不僅要考慮主要成膜物、阻燃添加劑和增強填料，還要重視輔助成膜物---溶劑、助劑的選擇，在設計有色防火涂料配方時還要重視顏料的選擇。
一般防火涂料配方設計主要有下列幾個內容：①各種基材類型的選擇；②各種阻燃添加劑及增強填料類型的選擇；③各種溶劑類型的選擇；④各種助劑類型的選擇；⑤各種顏料類型的選擇；⑥各種原料配比的選擇；⑦防火涂料實驗研究配方的確定；⑧防火涂料的生產配方的確定。
為了考察防火涂料在不同氣候下的適應性，還應將試生產的防火涂料在不同氣候條件地區的實際工程中應用，進行試用及觀察，以取得良好的應用效果。
在防火涂料配方設計的具體方法上，可以充分利用先進的檢測儀器，借助正交設計等優選方法，達到提高配方設計的效率及可靠性的目的。
膨脹型防火涂料的配方設計
膨脹型防火涂料是目前應用最為廣泛的防火涂料種類，膨脹型防火涂料成膜后，在常溫下是普通的漆膜，在火焰或高溫作用下，涂層發生膨脹炭化，形成一個比原來厚度大幾十倍甚至幾百倍的不燃的蜂窩泡沫狀炭質層，阻火模塊可以切斷外界火源對基材的加熱，從而起到阻燃作用。
膨脹型防火涂料通常含有成膜劑、成炭劑、成炭催化劑、發泡劑、無機顏填料等，在設計膨脹型防火涂料配方時，要根據涂層正常使用條件和施工條件，涂層所受的高溫火焰條件及其阻燃能力等性能要求進行設計。其基本原則如下：
1.基料比
在膨脹型防火涂料組成中，起膨脹作用的組分（包括顏填料）的比例很大。一般要占總重量的50%～60%，粘合劑和添加劑約為20%～30%，溶劑占10%～20%。另外起膨脹作用的三種化學物質，不是以任意比例相配合的，一般情況下，大多數配方的催化劑比為40%～60%，炭化劑為20%～30%，發泡劑為20%～30%。
2.組分配合
要得到高效的炭化層，涂層中有機樹脂的熔融溫度、發泡劑的分解溫度及泡沫炭化的溫度必須配合恰當。當涂層受熱時，首先是成膜劑軟化熔融，引起整個涂層的軟化、塑化，這時發泡劑達到分解溫度，開釋出不燃性氣體，并使涂層膨漲成泡沫層，同時脫水催化劑分解天生磷酸、聚磷酸呈熔融的粘稠體作用于泡沫層，使涂層中的含羥基有機物發生脫水成炭反應，當泡沫達到最大體積時，泡沫凝固炭化，使天生的多孔的海綿狀炭化層定形，泡沫的發泡效率取決于組分之間反應速度的協調配合。
多種防火組分的恰當配合對持續發揮防火保護作用，增加涂層的阻燃效果和延長涂層的有效防火時間是十分重要的，也是配方設計的重要原則。
原料名稱 配方數
水 235
潤濕劑X-405 1.5
SN-5040分散劑 5
乙二醇EG 12
纖維素32000S 1.0
NXZ 1.5
鈦白粉R-258 50
聚磷酸銨 300 (發泡催化劑)
三聚氰胺 70 (發泡劑)
季戊四醇 60 (成碳劑)
增白劑 1.0
乳液816 250
彈性乳液963 100
十二醇脂 17
NXZ消泡劑 1.5
AMP-95多功能助劑 1.5
102S防腐劑 1.5
TRM203（1：1）增稠劑 6.0
TRM003流平劑 2.0
存在問題及改進方法
1. 安全性問題
防火涂料在遇火產生膨脹從而對基材起到保護作用的同時，其阻燃成分有可能釋放出諸如NH，、HCN、鹵化氫、NOx、CO、C1：、Br；等有毒氣體。如果這些氣體的濃度超過了人體的耐受極限，便會對未逃離火場的人員以及消防人員產生危害，應引起重視。而目前有關
防火涂料的國家標準中并未考慮防火涂料遇火后產生有毒氣體的種類、限量以及對人體的危害程度。為了解決安全問題，可以尋找新的防火阻燃組分，使防火涂料不但能對基材起到防火作用，而且燃燒后的產物不會對人體健康產生危害；還可以在現有體系中加入能吸收有毒氣體的組分，它能起到抑制煙氣和毒氣的作用，減少燃燒氣體對人體的危害。
2．耐候性問題
對防火涂料進行天然老化和加速老化試驗，發現部分產品出現粉化、起泡、脫落現象。涂層的防火性能均有不同程度的降低且理化性能也降低，耐火極限明顯降低。導致涂料耐候性不好，影響涂料防火性能的因素主要是成膜物和防火添加劑。水性防火涂料所選的成膜物質主要是內烯酸乳液、苯丙乳液、乙丙乳液等高分子合成乳液，這些乳液在做成涂料時都有較好的耐候性。但在防火涂料中由于其使用量較少(5％一10％，最高達25％)，影響了耐候性能。
目前，無論何種防火涂料，其檢測報告所給出的耐火極限都是涂料涂裝后1～2個月的檢驗結果，而火災的發生可能是在防火涂料涂覆后的1年，也可能是10年或更長的時間。而目前還沒有找出一種評定防火涂料耐久性的方法，對各種類型的防火涂料在工程環境中的使用壽命缺乏科學的評價。如果火災發生時，防火涂料已因老化或其它原因而失去其應有的防火性能，
后果將不堪設想。防火添加劑的種類及用量是影響防火性能的直接原因。選擇性能更好的氯偏乳液、硅丙乳液或者幾種乳液搭配使用，以及適當增加乳液用量到25％或以上可以改善防火涂料的耐候性。為了能在短期內預測防火涂料的實際使用壽命，還要對防火涂料耐久性的評定方法進行深入研究，以便確定是否需要更換或維修防火涂料。防火涂料廠商應在產品說明書中給出該涂料在不同的使用環境下可使用的年限或更換周期，以便用戶選擇或使用后注意更換。
3. 標準滯后問題
防火涂料標準的制定與執行往往滯后于產品的生產與使用，這就使得防火涂料的生產與銷售容易出現無據可依的局面，部分劣質產品魚目混珠，為使用帶來隱患。為了解決這一問題，需要加快防火涂料標準的制定工作，使標準的研究制定工作先于產品的生產和使用。在執行標準的過程中，要做到有據可依，為防火涂料的應用打下堅實的基礎。另外，要根據防火涂料的應用環境及火災類型，補充、完善或細化現有防火涂料耐火極限的測試方法，以使測得的耐火極限值更符合實際情況。
