水性聚氨酯膨脹大阻燃涂料的機理是，當涂層遇到火災時，由于組分之間的協同作用，涂層膨脹，泡沫層起泡，起覆蓋作用。此外，涂層膨脹形成泡沫隔熱層的過程是吸熱反應，并釋放出大量的不可燃氣體、吸熱效應和稀釋效應。大型阻燃涂料膨脹過程中的阻燃成分包括碳化物催化劑（酸源）、碳化劑（碳源）、發泡劑（發泡源）等。催化催化劑包括三聚氰胺磷酸鹽、聚磷酸鹽、無鹵二磷酸鹽等。碳化劑通常是一些高碳多羥基化合物，如戊糖醇、Q戊糖醇、淀粉、糊精等。發泡劑主要是磷化氫氮化合物和三聚氰胺及其改性劑。目前，國內阻燃涂料一般使用三聚氰胺作為發泡劑。以APP（聚磷酸銨）-MEL（三聚氰胺）-PER（喹酮醇）為例，詳細說明了其阻燃機理。
主要研究結果如下：（1）碳化催化劑（聚磷酸銨）經加熱分解為多磷酸，釋放出氣體，使碳化劑脫水碳化成碳骨架。 聚磷酸銨分異吸收熱量，然后降低環境溫度（吸熱效應），釋放的不可燃氣體稀釋空氣和可燃氣體（稀釋效應），在分異過程中產生能夠捕獲自由基的物質（如PO·），然后阻止自由基鏈式反應（抑制作用），聚合物脫水形成沒有可燃氣體的碳和水（輸運效應）。
(2)碳化劑(季戊四醇)在酸催化下脫水分解為碳，在發泡劑(掩蔽效應)作用下形成多孔泡沫碳化層。
(3)水性聚氨酯樹脂受熱熔化，在發泡劑(三聚氰胺)的作用下膨脹發泡，進一步共同形成碳化層。三聚氰胺釋放的氨氣將碳質層吹起，形成膨脹的微孔泡沫層(掩蔽效應)；此外，當涂層膨脹發泡時，發生吸熱反應，消耗大量熱量，降低體系溫度(吸熱效應)；產生許多不可燃氣體(稀釋效應)。