水性聚氨酯膨胀大阻燃涂料的机理是，当涂层遇到火灾时，由于组分之间的协同作用，涂层膨胀，泡沫层起泡，起覆盖作用。此外，涂层膨胀形成泡沫隔热层的过程是吸热反应，并释放出大量的不可燃气体、吸热效应和稀释效应。大型阻燃涂料膨胀过程中的阻燃成分包括碳化物催化剂（酸源）、碳化剂（碳源）、发泡剂（发泡源）等。催化催化剂包括三聚氰胺磷酸盐、聚磷酸盐、无卤二磷酸盐等。碳化剂通常是一些高碳多羟基化合物，如戊糖醇、Q戊糖醇、淀粉、糊精等。发泡剂主要是磷化氢氮化合物和三聚氰胺及其改性剂。目前，国内阻燃涂料一般使用三聚氰胺作为发泡剂。以APP（聚磷酸铵）-MEL（三聚氰胺）-PER（喹酮醇）为例，详细说明了其阻燃机理。
主要研究结果如下：（1）碳化催化剂（聚磷酸铵）经加热分解为多磷酸，释放出气体，使碳化剂脱水碳化成碳骨架。 聚磷酸铵分异吸收热量，然后降低环境温度（吸热效应），释放的不可燃气体稀释空气和可燃气体（稀释效应），在分异过程中产生能够捕获自由基的物质（如PO·），然后阻止自由基链式反应（抑制作用），聚合物脱水形成没有可燃气体的碳和水（输运效应）。
(2)碳化剂(季戊四醇)在酸催化下脱水分解为碳，在发泡剂(掩蔽效应)作用下形成多孔泡沫碳化层。
(3)水性聚氨酯树脂受热熔化，在发泡剂(三聚氰胺)的作用下膨胀发泡，进一步共同形成碳化层。三聚氰胺释放的氨气将碳质层吹起，形成膨胀的微孔泡沫层(掩蔽效应)；此外，当涂层膨胀发泡时，发生吸热反应，消耗大量热量，降低体系温度(吸热效应)；产生许多不可燃气体(稀释效应)。