防火涂料国内外专利分析

2017-11-02张鹏

河南科技 2017年6期

关键词：水性乳液分类号

张鹏

（国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心，河南郑州 450002）

防火涂料国内外专利分析

张鹏

（国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心，河南郑州 450002）

防火涂料是指涂覆于基体表面，具备降低被涂覆基体表层可燃性、延迟火情蔓延或提高基体耐火极限的一种涂料组合物。国内外对防火材料的研究具有悠久的历史，本文对当前涉及防火涂料的专利进行了分析，讨论了其发展方向。

防火；膨胀型；非膨胀型

Abstract:Fireproof coating is a coating composition which coated on the surface of the matrix,with lower coated sub⁃strate surface flammability,delay the spread of fire or improve matrix fireproof limit.There is a long history in the re⁃search of fire retardant materials both at home and abroad,in this paper,the current and the fireproof coating related technology is analyzed,and its development direction is discussed.

Keywords:fireproof;intumescent;non-intumescent

随着城镇人口的快速增长、商品住宅用房的高层化和装修建材的大规模使用，火灾隐患不断攀升，火灾已经成为了建筑工程的重要灾害之一，对人员财产造成了诸多损失。火灾的产生除了与日常管理、建筑结构等因素有关，建筑材料的阻燃效果也在很大程度上对火灾的产生有重要的影响。因而从根源上提高建筑用材料的耐火极限、加强其阻燃效果是近些年研究人员研究的重点和热点课题。

1 防火涂料的分类

根据防火机理划分，防火涂料可分为膨胀型防火涂料和非膨胀型防火涂料[1]。对于膨胀型防火涂料，主要通过形成膨胀的炭层阻止热量传递、涂层在膨胀过程中吸收热量和隔绝氧气与可燃物的接触这三个途径来实现防火效果的。对于非膨胀型防火涂料，其在接触火焰高温时，涂层的体积基本不发生膨胀，而是形成熔融的类似釉质的保护层，该保护层质地致密，可有效避免氧气与可燃物的接触，另外该釉质保护层中有含有热容较高的吸热载体，可延缓保护层温度的上升，但从总体性能而言，非膨胀型防火材料的隔热效果比膨胀型防火材料的隔热效果要差[2]。

2 专利文献分析

CNABS、VEN是专利分析的两个常用中文、外文数据库，CNABS是中国专利文摘数据库，VEN为外文专利文摘的虚拟数据库，该库囊括SIPOABS、DWPI两个外文文摘数据库，CNABS、VEN两个数据库基本涵盖了国内外所有专利的内容。本次主要针对CNABS和VEN三个数据库的情况进行了统计分析，在CNABS数据库中，以“阻燃、防火、涂料、涂层、涂料组合物、漆”为关键词进行检索分析，以分析获得的结果为统计基础。在VEN数据库中，主要以“flame retardant、flame retardancy、flame-retardant、flame re⁃tardance、fire retardant、fire retardancy、fire-retardent、fire proof、fireproofing、fireproof、fire prevention”为关键词进行检索分析，以分析获得的结果为统计基础，其中，通过外文关键词的适当扩展保证检索专利的全面，避免漏检。

2.1 专利数量地域分析

世界范围内的专利申请主要分布在世界五大知识产权局，分别是欧洲专利局、日本特许厅、韩国特许厅、中国国家知识产权局和美国专利商标局。截至2016年年底，防火涂料在上述五局的专利申请量如表1所示。从表中可看出，提交我国的防火涂料的专利申请数量最多，表明防火涂料的专利保护在我国受到的关注较多。而影响专利申请在各地区分布的主要因素有相应研究领域在该地区的发展应用程情况、跨国公司和企业在不同地区的专利布局和不同地区的整体经济情况等。

表1 防火涂料在专利五局申请量

2.2 IPC分类号分析

在CNABS、VEN数据库中对IPC分类号进行了统计分析。针对防火涂料，在国内的专利涉及最多的三个分类号是：C09D5/18、C09D1/00、C09D5/00，上述分类号对应的分类定义分别是：防火涂料、基于无机物质的涂料组合物、以物理性质或所产生的效果为特征的涂料组合物，其中，C09D5/00为C09D5/18的上位组，但其定义并不包含C09D5/18对应的分类。在国外的专利涉及最多的分类号是：C09D5/18、C09D7/12、C09K21/00，上述分类号对应的分类定义分别是：防火涂料、涂料组合物的其他添加剂、耐火材料。

2.3 专利申请发展趋势

如图1所示通过对国内外防火涂料在不同年代的专利申请的公开数量分析，可以将防火涂料的产业发展分为以下三个阶段。

2.3.1 萌芽阶段（1900年前-1950年），本领域研究人员对防火涂料的研究展开了初步的探索，并具备简单的应用转化，在该阶段，防火涂料的专利公开数量少，且增长速度极为缓慢；

图1 防火涂料在不同年代专利申请的公开量

2.3.2 初步发展阶段（1950年-1980年），随着建筑工程的快速发展，基于应用需求，本领域研究人员对防火涂料的研究进行了深入探索，在该阶段，防火涂料的专利公开数量较多，且增长速度较快；

2.3.3 稳定阶段（1980年-2010年），在该阶段，本领域研究人员对防火涂料的研究发生细化，展开了对不同种类的防火涂料的研究，该阶段专利申请的公开量比较稳定；

2.3.4 快速增长阶段（2010年至今），在该阶段，专利申请的公开数量达到了3 738件，由于城镇人口的快速增长、商品住宅用房的高层化和装修建材的大规模使用对防火涂料存在巨大需求，而环保要求也随之增高，研究人员对水性膨胀型防火涂料的研究投入了巨大的关注，防火涂料的专利申请数量逐年递增。

3 针对防火涂料的典型专利分析

国外发达国家在防火涂料领域的研究要早10-20年，而现阶段，水性膨胀型防火涂料的研究热潮刚刚起步，国内外的研究人员也致力于研究高性能的水性成膜物用于膨胀型防火涂料。

我国发明专利申请（CN101117510A）一种改性氨基树脂基膨胀型水性阻燃涂料，其解决了阻燃涂料在使用过程中VOC的释放、脱水催化剂分解温度偏高导致阻燃效果较差等问题，该膨胀型水性阻燃涂料由氨基树脂、醋酸乙烯树脂、脱水催化剂、三聚氰胺、成炭剂、涂料助剂、消泡剂、颜填料和水组成，其中氨基树脂、醋酸乙烯树脂为主成膜物，脱水催化剂、三聚氰胺、成炭剂作为阻燃剂组分，醋酸乙烯树脂作为氨基树脂的改性树脂，可以避免氨基树脂涂料易开裂的缺陷。从具体使用效果上分析，涂覆有该水性阻燃涂料的三层木制胶合板与三层木制胶合板素板相比，其阻燃时间是三层木制胶合板素板的10倍，总热释放量降低为42.5%，热释放速率峰值为11.5%，烟释放程度明显降低，总烟释放量降为三层木制胶合板素板的53%。可见，经水性膨胀型防火涂料的基材具备良好的防火阻燃效果，同时，其对环境的污染也较少。

我国发明专利申请（CN104130671A）一种用于钢结构的水性超薄膨胀型防火涂料及其制备方法，其解决了阻燃涂料在燃烧过程中形成的炭化层发泡不均匀、强度差、与钢材基体附着力差，存在烟气安全、耐候性不佳的问题，该防火涂料的组成及质量分数为：改性水性环氧乳液10-35%、固化剂1-8%、苯丙乳液或硅丙乳液5-15%、聚磷酸铵10-20%、三聚氰胺6-12%、季戊四醇8-16%、阻燃剂5-15%、颜填料5-15%、助剂2-8%、水15-35%。通过采用改性物质9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物（DOPO）对水性环氧乳液进行改性，使水性环氧乳液具备优异的防腐蚀性能、附着力、耐候性等基础上，提高了自身的防火性能，再与苯丙乳液或硅丙乳液复配，克服了单一乳液性能的不足。

4 有待解决的问题

4.1 安全问题

现有膨胀阻燃体系大多为P-N体系，即体系中的酸源为各类磷酸盐，而碳源为各种含碳丰富的有机物，由上述酸源、碳源再与气源构成的阻燃体系，其在遇火发生膨胀时，往往会释放出氨气、二氧化氮、一氧化碳或氯气等对人体有害的气体，随着释放过程浓度的累计，这些气体的浓度有可能超出人体的耐受极限，从而危害火场滞留人员和救火人员健康。目前，对防火涂料遇火后产生有害气体的种类、浓度限量和对人体危害程度还缺乏相关的国家或行业标准。

4.2 耐久问题

现阶段研究较多的膨胀型防火涂料体系，由于含有大量有机物，无论是在室外还是室内环境条件下使用，随着防火涂层长时间收到的侵蚀，其不仅容易出现剥落、粉化的现象，同时，涂层中的有机组分也会发生降解、老化，从而失去防火性能。

4.3 测试方法问题

防火涂料的耐火性能测试，具体是以涂层抵抗火灾侵袭能力，以耐火极限表示，即以规定的基材，涂覆特定厚度的防火涂料，按照时间-温度标准曲线进行耐火实验，测试基材表面防火涂层从接触火源作用起到被完整破坏时所用的时间。在我国，耐火实验的升温曲线是按照ISO834时间-温度标准曲线进行升温的，其燃烧介质为木质纤维，通常称之为标准火。而根据防火涂料的应用领域来看，其不仅用于常规民用环境，其还在石化企业等工业领域有大规模的需求，而对于石化企业等工业领域而言，其火灾燃烧介质往往为油、气等烃类物质，而烃类物质的火焰升温速度远远大于标准火，这就导致防火涂料所得的耐火实验数据在石化企业等工业领域缺乏实际的参考意义。因而，根据防火涂料的应用领域区别，制定不同的耐火测试标准迫在眉睫。