随着科技发展以及人类对自身安全要求的不断提高，阻燃材料已经广泛地应用于人民生产、生活之中。防火涂料作为阻燃材料中的一种，不仅具有普通的装饰、防腐作用，而且能够隔离基材与火源，降低所保护基材的内部温度，使其难以燃烧从而阻止火势加剧、蔓延，起到良好的阻燃防火作用。全世界现行的建筑结构中，钢通常作为承重的支撑材料，对于建筑物起到至关重要的作用。然而工业及民用建筑材料中钢的耐火性差，530℃温度即能使其软化。因此，采用防火涂料对建筑物的钢结构进行防火保护，是一条切实可行且经济的途径。
防火涂料种类繁多，依据防火机理的不同可以分为非膨胀型和膨胀型;依据图层厚度可分为厚型、薄型及超薄型三类。在建筑物钢结构防火保护中，应用前景最好的当属膨胀型防火涂料，膨胀型防火涂料通常在火灾条件下，厚度能迅速膨胀到原来厚度许多倍，进一步产生炭化隔热层，从而降低所需要保护的材料表面的温度升高速率，延长建筑物受破坏的时间。
1.聚合物基膨胀型钢结构防火涂料
最早开发的防火涂料的主要成分为无机材料，如1924年世界上第一种防火涂料主要由石棉、立德粉、高岭土以及氟化钠等组成。膨胀型防火涂料的概念最早由Tramm于1937年提出，他采用二氰二铵为膨胀发泡剂、磷酸二铵为催化剂制备了可膨胀型防火涂料,聚合物基膨胀型防火涂料除了少量催化剂及添加型发泡剂为无机材料，其主要成分为有机物。如1948年Jones等人采用多聚甲醛、磷酸铵、淀粉、尿素等合成了聚合物基膨胀型防火涂料;美国Monsanto公司和Vandersall实验室在1965年联合开发了磷酸铵、二铵，磷酸蜜胺和聚磷酸铵三大聚合物基膨胀型防火涂料，从此聚合物基膨胀型防火涂料走上了集商业开发和新产品研究探索为一体的热门研究领域。
近年来，聚合物基膨胀型钢结构防火涂料的开发得到了一定的发展。而研究得最多的体系则为P-C-N阻燃体系。这类体系的聚合物基料普遍为改性后的丙烯酸树脂、改性高氯化聚乙烯树脂以及改性氨基树脂等。采用这类聚合物作为膨胀型钢结构防火涂料的基料，可以赋予涂料以良好的装饰性、耐候性以及耐化学腐蚀性。季宝华人选取有机硅改性丙烯酸乳液为基料，聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇等为发泡剂制备了聚合物基膨胀型钢结构防火涂料。由于单纯聚合物基膨胀型钢结构防火涂料存在着膨胀倍率过小、隔绝性能低、耐火性差等缺点，因此对单纯聚合物基膨胀型钢结构防火涂料的研究取得的进展并不明显。当前大部分研究主要集中在性能更突出的功能性膨胀型钢结构防火涂料上。
2.无机填料改性膨胀型钢结构防火涂料
此处单独将无机填料改性膨胀型钢结构防火涂料单独列为一类进行叙述，旨在突出功能性无机填料对膨胀型钢结构防火涂料防火性能的影响，重点突出无机填料的功能性。因此这里所指的无机填料已经不是纯粹降低生产成本，或者提高其他物理性能而添加的类型。关于无机填料对膨胀型钢结构防火涂料防火性能的影响，彭华侨等人在2008年发表的综述文章已有了较详细的论述。该文着重综述了各类无机纳米、非纳米填料对膨胀型钢结构防火涂料防火性能的改变。
最近几年关于无机填料对膨胀型钢结构防火涂料防火性能提高的研究主要集中在可膨胀石墨以及纳米无机填料两个领域。
国内对这方面的报道也较多，如刘学军将可膨胀石墨添加到膨胀型钢结构防火涂料中，研究了膨胀石墨对涂料燃烧后炭质层形貌、厚度以及对钢结构耐火性能的影响。研究表明，膨胀石墨在膨胀炭质层中的分布为蠕虫形貌，使得膨胀炭质层具有更加致密的结构，增加了膨胀层的强度，从而更好地实现了对钢结构的保护。加入膨胀石墨的防火涂料在600℃环境下的失重减少了7%，并且使得钢结构的耐火极限时间延长了10分钟。王建国等则以硅丙乳液为基底，研究了膨胀石墨的加入对钢结构膨胀型防火涂料膨胀发泡层强度、黏着力等方面的影响。结果表明，膨胀型石墨的加入可以很好地克服发泡层蓬松易脱落、开裂的缺点。该膨胀型防火涂料的初始膨胀温度为150℃,石墨添加量为3%时防火性能最好。李小朋等则采用聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺为阻燃发泡剂改性氯醚树脂和氯丙树脂基底，进一步向该体系加入膨胀石墨，使得该系列膨胀型钢结构防火涂料在燃烧后炭质层的质量和热稳定性均有明显提高。研究还发现该防火涂料在钢表面具有良好的附着力，并且具有优越的耐候性，燃烧后发泡层为密实的微孔状泡沫结构。
另一类对膨胀型钢结构阻燃涂料阻燃性能影响较大的无机填料为纳米无机填料。咸才军等系统研究了多种纳米添加剂对膨胀型钢结构防火涂料各方面性能的影响，结果表明纳米SiO2以及TiO2可以明显提高钢结构防火涂料膨胀后炭质层的强度，并使得钢结构的耐火时间得以延长。例如，当纳米SiO2添加量为1.5%时，膨胀型钢结构防火涂料的耐火时间可延长至110分钟。覃文清等人则将纳米氢氧化铝引入膨胀型钢结构防火涂料中，试图提高涂料的防火性能，测试了该防火涂料的防火性能、耐腐蚀性能。研究认为，当纳米氢氧化铝阻燃材料的加入量为6%时，该膨胀型钢结构防火涂料既具有良好的防火性能也具有其他优良的物理化学性能，并且有着优良的防腐蚀性能。
3.水性超薄膨胀型钢结构防火涂料
水性超薄膨胀型钢结构防火涂料是近年来发展起来的一种新材料。其主要成分为亲水性乳液基料、膨胀体系和无机填料。既然是超薄涂料，其涂层厚度一般不超过3mm，受火后，其厚度可膨胀至原来厚度的几十倍，并且形成致密蜂窝状或者海绵状的炭质层，从而有效隔断火源、降低钢结构表面温度，延长钢结构的耐火时间。经过这几年的探索，已经取得了一定的研究成果。
关于水性超薄膨胀型钢结构防火涂料的综述，覃文清进行了较详细的论述，介绍了水性钢结构防火涂料的国内外研究现状，并且分析了水性超薄膨胀型钢结构防火涂料的配方设计以及实施和生产工艺。近两年国内对水性超薄膨胀型钢结构防火涂料的研究较为集中。如王国建等人配制了有机硅氧烷乳液与自交联纯丙乳液的混合乳液，以其为基料、聚磷酸铵、三聚氰胺为发泡剂、二氧化钛为填料等制备了水性超薄膨胀型钢结构防火涂料。探索了聚合物基料对其物化性能的影响。结果表明，添加适量的聚有机硅氧烷乳液后，涂料受火后炭化层形态、结构、厚度、防火性能、膨胀倍率等均具有明显改善。刘芳等人则着重研究了发泡剂如多聚磷酸铵、三聚氰胺以及季戊四醇等的添加比例、添加量、涂层厚度等对以丙烯酸乳液为基料的水性超薄膨胀型钢结构防火涂料防火性能的影响。研究结果表明，当多聚磷酸铵、三聚氰胺以及季戊四醇等的添加比例为5:3:2,添加量为35.7%，涂层厚度为1.0mm时，耐火时间可高达95.3分钟，明显高于国家规定的大于60分钟的标准。
刘成楼则采用一种无溶剂的方法合成了水性超薄膨胀型钢结构防火涂料。采用丙烯酸改性环氧树脂为甲组分,以天然腰果壳油合成的固化剂为乙组分，聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、可膨胀石墨为阻燃体系。所制备的膨胀型超薄钢结构防火涂料的防火性能、防腐性能以及耐候耐久性均良好。刘斌等则采用硼酸改性水性超薄膨胀型钢结构防火涂料。选用的体系为丙烯酸酯乳液为基料，多聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺为膨胀阻燃材料。研究结果表明，加入一定比例的硼酸作为改性剂，涂层耐火极限时间可达93分钟，在700℃时最终成炭量为44%，受火后膨胀涂层为致密蜂窝状结构。
4.膨胀型防钢结构防火涂料的阻燃机理
膨胀型防钢结构防火涂料的阻燃作用是通过各成分发生的化学反应有机协调的共同结果。其阻燃隔热原理主要通过以下方式实现：(1)脱水成炭催化剂如聚磷酸铵等受热分解生成酸;(2)多羟基炭化剂如季戊四醇在高温及酸催化下脱水分解成炭;(3)聚合物基料受热熔融且在发泡剂如三聚氰胺作用下的作用下膨胀发泡，进一步形成膨胀炭化层。膨胀型钢结构防火涂料在受火情况下，其厚度迅速膨胀至原来的几十倍，最高可达两百倍，形成的蜂窝或者海绵状炭质层对钢的防火作用主要可以归纳为三个方面：(1)阻隔作用，高度膨胀的炭化层可以对所保护的钢结构起到良好的空气、热源隔绝作用，从而有效降低钢结构表面温度，延长火灾中钢结构的支撑时间;(2)吸热作用，聚合物涂层的软化、熔融、膨胀后炭化层的物理变化以及涂料各组分的热分解、蒸发和炭化均会吸收大量的热量，从而有效降低钢结构表面温度;(3)终止燃烧，涂料各组分受热分解出来的各类不燃性气体可以起到稀释氧气浓度的作用，并且可捕捉燃烧所产生的自由基，从而有效阻止燃烧的进行。这三个过程的协调作用，最终使得膨胀型钢结构防火涂料发挥有效的防火作用。
5.展望
膨胀型钢结构防火涂料经过这些年的发展，已经取得了一定的成果，部分产品已经开始了商业化生产。然而，问题和不足依然存在，还有很多未知领域亟待探索。今后膨胀型钢结构防火涂料将朝着以下几个方面发展：(1)提高环境稳定性，具体说，膨胀型钢结构防火涂料不仅要具有良好的防火性能，更应该具有优良的环境稳定性，其防化学腐蚀、防紫外光照等性能直接影响使用寿命。因此环境稳定性是当前膨胀型钢结构防火涂料不可忽视的研究重点;(2)环境友好型膨胀型钢结构防火涂料，也将是一个新卖点。随着人民对生活质量要求的提高，防火涂料本身的化学毒性、燃烧时所生成的产物的毒性均是今后研究所应该考虑的重要方面;(3)提高耐火性，这是所有防火涂料所一直追求的重要性能，膨胀型钢结构防火涂料的耐火性多提高一分钟，对人们生命财产的保护就多一分，因此耐火性能的提高将始终是研究的重点;(4)纳米改性膨胀型钢结构防火涂料的开发，这是最近兴起的一个涂料改性方向，将无机功能性纳米粒子分散于涂料中，对涂料防火性能的提高将远远好于用普通无机纳米粒子，从而获得高性能膨胀型钢结构防火涂料。 |
