防火涂料國內外專利分析

張 鵬

（國家知識產權局專利局專利審查協作河南中心，河南 鄭州 450002）

防火涂料國內外專利分析

張 鵬

（國家知識產權局專利局專利審查協作河南中心，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。國內外對防火材料的研究具有悠久的歷史，本文對當前涉及防火涂料的專利進行了分析，討論了其發展方向。

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模使用，火災隱患不斷攀升，火災已經成為了建筑工程的重要災害之一，對人員財產造成了諸多損失。火災的產生除了與日常管理、建筑結構等因素有關，建筑材料的阻燃效果也在很大程度上對火災的產生有重要的影響。因而從根源上提高建筑用材料的耐火極限、加強其阻燃效果是近些年研究人員研究的重點和熱點課題。

1 防火涂料的分類

根據防火機理劃分，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途徑來實現防火效果的。對于非膨脹型防火涂料，其在接觸火焰高溫時，涂層的體積基本不發生膨脹，而是形成熔融的類似釉質的保護層，該保護層質地致密，可有效避免氧氣與可燃物的接觸，另外該釉質保護層中有含有熱容較高的吸熱載體，可延緩保護層溫度的上升，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 專利文獻分析

CNABS、VEN是專利分析的兩個常用中文、外文數據庫，CNABS是中國專利文摘數據庫，VEN為外文專利文摘的虛擬數據庫，該庫囊括SIPOABS、DWPI兩個外文文摘數據庫，CNABS、VEN兩個數據庫基本涵蓋了國內外所有專利的內容。本次主要針對CNABS和VEN三個數據庫的情況進行了統計分析，在CNABS數據庫中，以“阻燃、防火、涂料、涂層、涂料組合物、漆”為關鍵詞進行檢索分析，以分析獲得的結果為統計基礎。在VEN數據庫中，主要以“flame retardant、flame retardancy、flame-retardant、flame re?tardance、fire retardant、fire retardancy、fire-retardent、fire proof、fireproofing、fireproof、fire prevention”為關鍵詞進行檢索分析，以分析獲得的結果為統計基礎，其中，通過外文關鍵詞的適當擴展保證檢索專利的全面，避免漏檢。

2.1 專利數量地域分析

世界范圍內的專利申請主要分布在世界五大知識產權局，分別是歐洲專利局、日本特許廳、韓國特許廳、中國國家知識產權局和美國專利商標局。截至2016年年底，防火涂料在上述五局的專利申請量如表1所示。從表中可看出，提交我國的防火涂料的專利申請數量最多，表明防火涂料的專利保護在我國受到的關注較多。而影響專利申請在各地區分布的主要因素有相應研究領域在該地區的發展應用程情況、跨國公司和企業在不同地區的專利布局和不同地區的整體經濟情況等。

表1 防火涂料在專利五局申請量

2.2 IPC分類號分析

在CNABS、VEN數據庫中對IPC分類號進行了統計分析。針對防火涂料，在國內的專利涉及最多的三個分類號是：C09D5/18、C09D1/00、C09D5/00，上述分類號對應的分類定義分別是：防火涂料、基于無機物質的涂料組合物、以物理性質或所產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對應的分類。在國外的專利涉及最多的分類號是：C09D5/18、C09D7/12、C09K21/00，上述分類號對應的分類定義分別是：防火涂料、涂料組合物的其他添加劑、耐火材料。

2.3 專利申請發展趨勢

如圖1所示通過對國內外防火涂料在不同年代的專利申請的公開數量分析，可以將防火涂料的產業發展分為以下三個階段。

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

圖1 防火涂料在不同年代專利申請的公開量

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

2.3.3 穩定階段（1980年-2010年），在該階段，本領域研究人員對防火涂料的研究發生細化，展開了對不同種類的防火涂料的研究，該階段專利申請的公開量比較穩定；

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

3 針對防火涂料的典型專利分析

國外發達國家在防火涂料領域的研究要早10-20年，而現階段，水性膨脹型防火涂料的研究熱潮剛剛起步，國內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。

我國發明專利申請（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%。可見，經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，其對環境的污染也較少。

我國發明專利申請（CN104130671A）一種用于鋼結構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泡不均勻、強度差、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量分數為：改性水性環氧乳液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9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物（DOPO）對水性環氧乳液進行改性，使水性環氧乳液具備優異的防腐蝕性能、附著力、耐候性等基礎上，提高了自身的防火性能，再與苯丙乳液或硅丙乳液復配，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物，由上述酸源、碳源再與氣源構成的阻燃體系，其在遇火發生膨脹時，往往會釋放出氨氣、二氧化氮、一氧化碳或氯氣等對人體有害的氣體，隨著釋放過程濃度的累計，這些氣體的濃度有可能超出人體的耐受極限，從而危害火場滯留人員和救火人員健康。目前，對防火涂料遇火后產生有害氣體的種類、濃度限量和對人體危害程度還缺乏相關的國家或行業標準。

4.2 耐久問題

現階段研究較多的膨脹型防火涂料體系，由于含有大量有機物，無論是在室外還是室內環境條件下使用，隨著防火涂層長時間收到的侵蝕，其不僅容易出現剝落、粉化的現象，同時，涂層中的有機組分也會發生降解、老化，從而失去防火性能。

4.3 測試方法問題

防火涂料的耐火性能測試，具體是以涂層抵抗火災侵襲能力，以耐火極限表示，即以規定的基材，涂覆特定厚度的防火涂料，按照時間-溫度標準曲線進行耐火實驗，測試基材表面防火涂層從接觸火源作用起到被完整破壞時所用的時間。在我國，耐火實驗的升溫曲線是按照ISO834時間-溫度標準曲線進行升溫的，其燃燒介質為木質纖維，通常稱之為標準火。而根據防火涂料的應用領域來看，其不僅用于常規民用環境，其還在石化企業等工業領域有大規模的需求，而對于石化企業等工業領域而言，其火災燃燒介質往往為油、氣等烴類物質，而烴類物質的火焰升溫速度遠遠大于標準火，這就導致防火涂料所得的耐火實驗數據在石化企業等工業領域缺乏實際的參考意義。因而，根據防火涂料的應用領域區別，制定不同的耐火測試標準迫在眉睫。

4.4 標準滯后問題

由于各種原因，防火涂料標準的制定與執行落后于產品的生產、使用，導致防火涂料的生產銷售出現無據可依的局面，使部門劣質產品流通于市面，為建材的安全使用帶來極大的隱患。

5 防火涂料技術發展的趨勢

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模使用，防火涂料的研究仍將繼續深入，由于環境保護的要求，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點仍會吸引研究人員的關注。

［1］劉新，時虎.鋼結構防腐蝕和防火涂裝［M］.北京：化學工業出版社，2005.

［2］王國建，許乾慰，邱軍.防火涂料科學與技術［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）專利申請量統計表（3月）

TU56+1.66

A

1003-5168（2017）03-0060-03

2017-2-25

張鵬（1986-），男，碩士，研究實習員，研究方向：涂料專利技術。