防火涂料國內(nèi)外專利分析

張 鵬

（國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作河南中心，河南 鄭州 450002）

防火涂料國內(nèi)外專利分析

張 鵬

（國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作河南中心，河南 鄭州 450002）

防火涂料是指涂覆于基體表面，具備降低被涂覆基體表層可燃性、延遲火情蔓延或提高基體耐火極限的一種涂料組合物。國內(nèi)外對(duì)防火材料的研究具有悠久的歷史，本文對(duì)當(dāng)前涉及防火涂料的專利進(jìn)行了分析，討論了其發(fā)展方向。

防火；膨脹型；非膨脹型

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

隨著城鎮(zhèn)人口的快速增長、商品住宅用房的高層化和裝修建材的大規(guī)模使用，火災(zāi)隱患不斷攀升，火災(zāi)已經(jīng)成為了建筑工程的重要災(zāi)害之一，對(duì)人員財(cái)產(chǎn)造成了諸多損失?；馂?zāi)的產(chǎn)生除了與日常管理、建筑結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)，建筑材料的阻燃效果也在很大程度上對(duì)火災(zāi)的產(chǎn)生有重要的影響。因而從根源上提高建筑用材料的耐火極限、加強(qiáng)其阻燃效果是近些年研究人員研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)課題。

1 防火涂料的分類

根據(jù)防火機(jī)理劃分，防火涂料可分為膨脹型防火涂料和非膨脹型防火涂料[1]。對(duì)于膨脹型防火涂料，主要通過形成膨脹的炭層阻止熱量傳遞、涂層在膨脹過程中吸收熱量和隔絕氧氣與可燃物的接觸這三個(gè)途徑來實(shí)現(xiàn)防火效果的。對(duì)于非膨脹型防火涂料，其在接觸火焰高溫時(shí)，涂層的體積基本不發(fā)生膨脹，而是形成熔融的類似釉質(zhì)的保護(hù)層，該保護(hù)層質(zhì)地致密，可有效避免氧氣與可燃物的接觸，另外該釉質(zhì)保護(hù)層中有含有熱容較高的吸熱載體，可延緩保護(hù)層溫度的上升，但從總體性能而言，非膨脹型防火材料的隔熱效果比膨脹型防火材料的隔熱效果要差[2]。

2 專利文獻(xiàn)分析

CNABS、VEN是專利分析的兩個(gè)常用中文、外文數(shù)據(jù)庫，CNABS是中國專利文摘數(shù)據(jù)庫，VEN為外文專利文摘的虛擬數(shù)據(jù)庫，該庫囊括SIPOABS、DWPI兩個(gè)外文文摘數(shù)據(jù)庫，CNABS、VEN兩個(gè)數(shù)據(jù)庫基本涵蓋了國內(nèi)外所有專利的內(nèi)容。本次主要針對(duì)CNABS和VEN三個(gè)數(shù)據(jù)庫的情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，在CNABS數(shù)據(jù)庫中，以“阻燃、防火、涂料、涂層、涂料組合物、漆”為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索分析，以分析獲得的結(jié)果為統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)。在VEN數(shù)據(jù)庫中，主要以“flame retardant、flame retardancy、flame-retardant、flame re?tardance、fire retardant、fire retardancy、fire-retardent、fire proof、fireproofing、fireproof、fire prevention”為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索分析，以分析獲得的結(jié)果為統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)，其中，通過外文關(guān)鍵詞的適當(dāng)擴(kuò)展保證檢索專利的全面，避免漏檢。

2.1 專利數(shù)量地域分析

世界范圍內(nèi)的專利申請(qǐng)主要分布在世界五大知識(shí)產(chǎn)權(quán)局，分別是歐洲專利局、日本特許廳、韓國特許廳、中國國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局和美國專利商標(biāo)局。截至2016年年底，防火涂料在上述五局的專利申請(qǐng)量如表1所示。從表中可看出，提交我國的防火涂料的專利申請(qǐng)數(shù)量最多，表明防火涂料的專利保護(hù)在我國受到的關(guān)注較多。而影響專利申請(qǐng)?jiān)诟鞯貐^(qū)分布的主要因素有相應(yīng)研究領(lǐng)域在該地區(qū)的發(fā)展應(yīng)用程情況、跨國公司和企業(yè)在不同地區(qū)的專利布局和不同地區(qū)的整體經(jīng)濟(jì)情況等。

表1 防火涂料在專利五局申請(qǐng)量

2.2 IPC分類號(hào)分析

在CNABS、VEN數(shù)據(jù)庫中對(duì)IPC分類號(hào)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。針對(duì)防火涂料，在國內(nèi)的專利涉及最多的三個(gè)分類號(hào)是：C09D5/18、C09D1/00、C09D5/00，上述分類號(hào)對(duì)應(yīng)的分類定義分別是：防火涂料、基于無機(jī)物質(zhì)的涂料組合物、以物理性質(zhì)或所產(chǎn)生的效果為特征的涂料組合物，其中，C09D5/00為C09D5/18的上位組，但其定義并不包含C09D5/18對(duì)應(yīng)的分類。在國外的專利涉及最多的分類號(hào)是：C09D5/18、C09D7/12、C09K21/00，上述分類號(hào)對(duì)應(yīng)的分類定義分別是：防火涂料、涂料組合物的其他添加劑、耐火材料。

2.3 專利申請(qǐng)發(fā)展趨勢(shì)

如圖1所示通過對(duì)國內(nèi)外防火涂料在不同年代的專利申請(qǐng)的公開數(shù)量分析，可以將防火涂料的產(chǎn)業(yè)發(fā)展分為以下三個(gè)階段。

2.3.1 萌芽階段（1900年前-1950年），本領(lǐng)域研究人員對(duì)防火涂料的研究展開了初步的探索，并具備簡單的應(yīng)用轉(zhuǎn)化，在該階段，防火涂料的專利公開數(shù)量少，且增長速度極為緩慢；

圖1 防火涂料在不同年代專利申請(qǐng)的公開量

2.3.2 初步發(fā)展階段（1950年-1980年），隨著建筑工程的快速發(fā)展，基于應(yīng)用需求，本領(lǐng)域研究人員對(duì)防火涂料的研究進(jìn)行了深入探索，在該階段，防火涂料的專利公開數(shù)量較多，且增長速度較快；

2.3.3 穩(wěn)定階段（1980年-2010年），在該階段，本領(lǐng)域研究人員對(duì)防火涂料的研究發(fā)生細(xì)化，展開了對(duì)不同種類的防火涂料的研究，該階段專利申請(qǐng)的公開量比較穩(wěn)定；

2.3.4 快速增長階段（2010年至今），在該階段，專利申請(qǐng)的公開數(shù)量達(dá)到了3 738件，由于城鎮(zhèn)人口的快速增長、商品住宅用房的高層化和裝修建材的大規(guī)模使用對(duì)防火涂料存在巨大需求，而環(huán)保要求也隨之增高，研究人員對(duì)水性膨脹型防火涂料的研究投入了巨大的關(guān)注，防火涂料的專利申請(qǐng)數(shù)量逐年遞增。

3 針對(duì)防火涂料的典型專利分析

國外發(fā)達(dá)國家在防火涂料領(lǐng)域的研究要早10-20年，而現(xiàn)階段，水性膨脹型防火涂料的研究熱潮剛剛起步，國內(nèi)外的研究人員也致力于研究高性能的水性成膜物用于膨脹型防火涂料。

我國發(fā)明專利申請(qǐng)（CN101117510A）一種改性氨基樹脂基膨脹型水性阻燃涂料，其解決了阻燃涂料在使用過程中VOC的釋放、脫水催化劑分解溫度偏高導(dǎo)致阻燃效果較差等問題，該膨脹型水性阻燃涂料由氨基樹脂、醋酸乙烯樹脂、脫水催化劑、三聚氰胺、成炭劑、涂料助劑、消泡劑、顏填料和水組成，其中氨基樹脂、醋酸乙烯樹脂為主成膜物，脫水催化劑、三聚氰胺、成炭劑作為阻燃劑組分，醋酸乙烯樹脂作為氨基樹脂的改性樹脂，可以避免氨基樹脂涂料易開裂的缺陷。從具體使用效果上分析，涂覆有該水性阻燃涂料的三層木制膠合板與三層木制膠合板素板相比，其阻燃時(shí)間是三層木制膠合板素板的10倍，總熱釋放量降低為42.5%，熱釋放速率峰值為11.5%，煙釋放程度明顯降低，總煙釋放量降為三層木制膠合板素板的53%?？梢?，經(jīng)水性膨脹型防火涂料的基材具備良好的防火阻燃效果，同時(shí)，其對(duì)環(huán)境的污染也較少。

我國發(fā)明專利申請(qǐng)（CN104130671A）一種用于鋼結(jié)構(gòu)的水性超薄膨脹型防火涂料及其制備方法，其解決了阻燃涂料在燃燒過程中形成的炭化層發(fā)泡不均勻、強(qiáng)度差、與鋼材基體附著力差，存在煙氣安全、耐候性不佳的問題，該防火涂料的組成及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：改性水性環(huán)氧乳液10-35%、固化劑1-8%、苯丙乳液或硅丙乳液5-15%、聚磷酸銨10-20%、三聚氰胺6-12%、季戊四醇8-16%、阻燃劑5-15%、顏填料5-15%、助劑2-8%、水15-35%。通過采用改性物質(zhì)9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物（DOPO）對(duì)水性環(huán)氧乳液進(jìn)行改性，使水性環(huán)氧乳液具備優(yōu)異的防腐蝕性能、附著力、耐候性等基礎(chǔ)上，提高了自身的防火性能，再與苯丙乳液或硅丙乳液復(fù)配，克服了單一乳液性能的不足。

4 有待解決的問題

4.1 安全問題

現(xiàn)有膨脹阻燃體系大多為P-N體系，即體系中的酸源為各類磷酸鹽，而碳源為各種含碳豐富的有機(jī)物，由上述酸源、碳源再與氣源構(gòu)成的阻燃體系，其在遇火發(fā)生膨脹時(shí)，往往會(huì)釋放出氨氣、二氧化氮、一氧化碳或氯氣等對(duì)人體有害的氣體，隨著釋放過程濃度的累計(jì)，這些氣體的濃度有可能超出人體的耐受極限，從而危害火場(chǎng)滯留人員和救火人員健康。目前，對(duì)防火涂料遇火后產(chǎn)生有害氣體的種類、濃度限量和對(duì)人體危害程度還缺乏相關(guān)的國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 耐久問題

現(xiàn)階段研究較多的膨脹型防火涂料體系，由于含有大量有機(jī)物，無論是在室外還是室內(nèi)環(huán)境條件下使用，隨著防火涂層長時(shí)間收到的侵蝕，其不僅容易出現(xiàn)剝落、粉化的現(xiàn)象，同時(shí)，涂層中的有機(jī)組分也會(huì)發(fā)生降解、老化，從而失去防火性能。

4.3 測(cè)試方法問題

防火涂料的耐火性能測(cè)試，具體是以涂層抵抗火災(zāi)侵襲能力，以耐火極限表示，即以規(guī)定的基材，涂覆特定厚度的防火涂料，按照時(shí)間-溫度標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行耐火實(shí)驗(yàn)，測(cè)試基材表面防火涂層從接觸火源作用起到被完整破壞時(shí)所用的時(shí)間。在我國，耐火實(shí)驗(yàn)的升溫曲線是按照ISO834時(shí)間-溫度標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行升溫的，其燃燒介質(zhì)為木質(zhì)纖維，通常稱之為標(biāo)準(zhǔn)火。而根據(jù)防火涂料的應(yīng)用領(lǐng)域來看，其不僅用于常規(guī)民用環(huán)境，其還在石化企業(yè)等工業(yè)領(lǐng)域有大規(guī)模的需求，而對(duì)于石化企業(yè)等工業(yè)領(lǐng)域而言，其火災(zāi)燃燒介質(zhì)往往為油、氣等烴類物質(zhì)，而烴類物質(zhì)的火焰升溫速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)火，這就導(dǎo)致防火涂料所得的耐火實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在石化企業(yè)等工業(yè)領(lǐng)域缺乏實(shí)際的參考意義。因而，根據(jù)防火涂料的應(yīng)用領(lǐng)域區(qū)別，制定不同的耐火測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)迫在眉睫。

4.4 標(biāo)準(zhǔn)滯后問題

由于各種原因，防火涂料標(biāo)準(zhǔn)的制定與執(zhí)行落后于產(chǎn)品的生產(chǎn)、使用，導(dǎo)致防火涂料的生產(chǎn)銷售出現(xiàn)無據(jù)可依的局面，使部門劣質(zhì)產(chǎn)品流通于市面，為建材的安全使用帶來極大的隱患。

5 防火涂料技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)

隨著城市人口的快速增長、商品住宅用房的高層化和裝修建材的大規(guī)模使用，防火涂料的研究仍將繼續(xù)深入，由于環(huán)境保護(hù)的要求，其中的水性膨脹型防火涂料由于具備低毒、綜合防火性能好等優(yōu)點(diǎn)仍會(huì)吸引研究人員的關(guān)注。

［1］劉新，時(shí)虎.鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕和防火涂裝［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

［2］王國建，許乾慰，邱軍.防火涂料科學(xué)與技術(shù)［M］.北京：中國石化出版社，2007.

Analysis of The Patent of the Fireproof Coating at Home and Abroad

Zhang Peng
(Patent Examination Cooperation Center of The Patent Office,SIPO,Zhengzhou Henan 450002)

2017年河南省各省轄市及直管縣（市）專利申請(qǐng)量統(tǒng)計(jì)表（3月）

TU56+1.66

A

1003-5168（2017）03-0060-03

2017-2-25

張鵬（1986-），男，碩士，研究實(shí)習(xí)員，研究方向：涂料專利技術(shù)。