CN100371090C - 使用水玻璃的阻燃处理方法 - Google Patents

Abstract

在这里公开了一种使用水玻璃的阻燃处理方法。根据本发明的阻燃处理方法，具有极好阻燃效果而对人类又没有任何危险的水玻璃被用作阻燃剂，并为各种基材例如纤维、织物、无纺织物、片材、纸等提供更耐久的阻燃性。所述的阻燃处理方法包括以下步骤：使用喷涂、浸渍或涂覆法，用水玻璃作为阻燃处理基材；用处理剂处理上述经水玻璃处理的基材，以便化学固化水玻璃并给水玻璃提供亲脂性，所述的处理剂包括至少一种选自C_1-8醇类、酮类和醚类改性剂和能引发氧化硅聚合反应的酸；以及将生成的材料干燥使水蒸发。

Description

使用水玻璃的阻燃处理方法

技术领域

本发明涉及一种用水玻璃的阻燃处理法。更具体地说，本发明涉及一种用水玻璃作为阻燃剂使各种基材例如纤维、织物、无纺织物、片材、纸、板材等提供改善的阻燃性的方法，以致基材有很高的耐用性。已知水玻璃有极好的阻燃作用，而对人没有任何危险。

背景技术

包括居住设施(例如旅店)在内的公众设施发生火灾直接造成包括人员伤亡和财产损失在内的灾难性事件。由于这一原因，为了避免火灾造成的财产损失以及拯救人民生命免受火灾威胁，有关使用阻燃材料作为大众设施例如居住设施和服务性行业的建筑材料的政府条例(例如有关阻燃的消防条例)已变得越来越严格。因此，现在的兴趣集中在研发相关工业中的阻燃材料和技术。

为了满足有关消防条例中规定的阻燃性条例，迄今已研制和应用了许多种阻燃剂。已进行了许多努力来研制这样的阻燃剂。实践中，单纯的阻燃剂或不可燃材料的选择和应用基本上是不可能的。因此，已使用在制造或加工过程的任何步骤中通过加入阻燃剂使用作主要材料的可燃材料具有阻燃性的方法。考虑到其他所需的性质，可燃材料要适当地选择。

给可燃材料提供阻燃性的例证性方法包括这样的阻燃方法，其中用阻燃剂处理可燃材料的表面，并包括这样的阻燃方法，其中在材料制造过程中例如纤维的纺织或板材的挤出中加入阻燃剂添加剂。

用于提供阻燃性的阻燃剂和阻燃剂添加剂可分成三类：不耐用阻燃剂例如磷酸铵、硼砂、硼酸、氨基磺酸(sulphamicacid)等；半耐用阻燃剂例如锡、锌和铝的不溶性磷酸盐和硼酸盐以及锡(II)、铁(III)、锌和硅等的氧化物；耐用性阻燃剂例如THPC和TMM的缩合产物。

近年来，已发现某些阻燃剂的健康危害性，所以许多研究致力于研制除阻燃性外还有低毒性和低可燃性、抗腐蚀性和极好耐热性的阻燃剂。因为提供阻燃性涉及成本增加，所以仍避免使用阻燃剂。因此，公众仍处于火灾危险中，可能造成包括人员伤亡和财产损失在内的灾难性事件。因此，对低价格的阻燃剂有需求。

作为一种具有上述性质的阻燃剂，特别值得注意的是水玻璃。水玻璃通常为含有硅酸钠作为主要组分的钠水玻璃。钾水玻璃和钠钾水玻璃都归类于水玻璃。它们含有硅氧化物，即石英砂或氧化硅作为基本原料。石英砂和氧化硅为地球中丰富的代表性矿物，在商业上可作为许多产品提供。因为水玻璃能以低成本提供阻燃性，所以它经常被使用。

因为与从石油制得的有机涂料不同，水玻璃具有极好的热稳定性和不造成污染问题，它是一种代表性的无机涂料，所以它广泛用作耐热的、抗腐蚀的和防水涂层材料。随着水玻璃中的水含量下降，粘度变高，从而附着力提高。水溶液在基材表面上的涂覆和随后的干燥能形成涂覆的薄膜，有类似玻璃的平滑表面。在100-200℃下，水玻璃所含的水分子被分离出，同时氧化硅颗粒发生缩聚。此后，水玻璃发泡，阻止基材与氧接触，提供一个绝缘阻挡层，从而使可燃性下降。此外，在500-700℃下，结晶度增加，使物理性质例如热性质提高。因此，水玻璃加到可燃材料中有利的用于提高阻燃性。此外，已知水玻璃是一种低毒性的材料。例如，通过将质子加到水玻璃中制得的硅胶广泛用作食品工业的干燥剂。

最近，由于已知水玻璃有许多有用的性质，例如上述的性质，特别是阻燃作用，已进行了巨大的努力以便在人类生活中很好地利用水玻璃。

但是，因只是干燥的水玻璃有可能溶于水中，存在耐用性差的问题。在解决这一问题的努力中，广泛进行了对硅酸盐材料的制备新技术、水玻璃的水不溶性机理的科学识别以及有关水玻璃物理性质改进的研究。例如，Kalapathy等介绍了一种用苛性钠(caustic soda)水溶液萃取稻壳灰中存在的无定形氧化硅、使萃取溶液浓缩、加入异丙醇和某些添加剂、均匀混合和干燥来制备有极好柔性和强度的氧化硅薄膜的方法(Bioresource Technology，72，99-106，2000)。

Knoblich和Gerber用X射线小角度散射法研究了SiO₂在水玻璃溶液中的凝聚，结果他们指出，凝聚直接受水溶液中质子的浓度影响，以及在pH值为2.2-5.8下迅速生成水不溶的硅胶，而在pH值5.8-6下该反应速率较低(J.of Non-Crystalline Solid，283，109-113，2001)。

US 6303234公开，当包括织物、纸、层板和类似材料在内的纤维素材料用水玻璃处理然后用一氧化硅或二氧化硅蒸汽进一步处理时，得到极好的阻燃性、高柔性和水的稳定处理。

此外，US 6146766公开了一种制备具有极好阻燃性、强度和耐湿性材料的方法。根据这一方法，通过使用真空/压力技术将硅酸钠和水溶性阻燃剂加到各种纤维素材料内部，然后进行热聚合。

为了解决水玻璃对水的易损性，现在对水玻璃作为阻燃剂的应用进行了广泛研究，并公开了用水玻璃来制备阻燃产品的技术。但是，因为这些技术仅基于这样的事实，即水玻璃的涂覆可提高阻燃性，由于所用基材的材料和结构，其实用性是有限的。直到现在，还没有确立一种可提高涂覆到具有各种结构和化学组成基材的水玻璃物理性质的技术。

考虑到通过用水玻璃处理基材给基材提供阻燃性的传统阻燃处理方法的上述这些问题，特别是耐用性差的问题，完成了本发明。

所以，本发明的一个目的是要提供一种用水玻璃进行基材阻燃处理的方法，所述的方法能给基材提供水不溶性、极好的阻燃性和平滑且致密的表面特性，同时提供极好的柔性和耐用性，而又不产生粉尘。

发明内容

本发明人开发了一种可用于各种基材的阻燃处理方法，所述的方法将用于同时进行水玻璃生成的氧化硅的物质传递、亲脂改性和氧化硅缩聚的处理方法与在所选择的最佳条件下充分提供柔性和防水性的技术相结合，从而完成本发明。

为了完成本发明的上述目的，提供了这样一种使用水玻璃的阻燃处理方法，所述的方法包括以下步骤：

使用喷涂、浸渍或涂覆法用水玻璃作为阻燃剂处理基材；

用处理剂处理经水玻璃处理的基材，以便化学固化水玻璃并给水玻璃提供亲脂性，所述的处理剂包括至少一种选自C_1-8醇类、酮类和醚类的改性剂和能引发硅酸盐材料聚合反应的酸；以及

将生成的基材干燥使水蒸发。

根据本发明的方法，酸和醇、酮或醚与水玻璃混合，已知水玻璃是一种相对低价的有极好阻燃性的阻燃剂，对人体没有任何健康危险，以适当的混合比来分离水玻璃中所含的水，并使水玻璃亲脂改性，从而生成有改进柔性的水不溶的阻燃材料。在如此改性的阻燃剂中，氧化硅的可热分解的羟基部分用改性剂的烷基封闭，因此有更好的耐热性，从而进一步提高阻燃效果。

下文，参考附图详细说明这一过程，并与现有技术比较。

图1为图示现有技术中通过加入酸生成水不溶的氧化硅的原理示意图，而图2为图示根据本发明的方法生成水不溶的和亲脂改性的氧化硅的原理示意图。

首先，下文说明现有技术。参考图1，将硅酸盐材料b溶于水a中，生成水玻璃A，然后将酸加到水玻璃中。因为水玻璃中所含的硅酸盐材料b分散在水a中，只有相邻的硅酸盐材料b聚合(B)。此后，进行干燥，以便使水蒸发，将氧化硅分成细颗粒并固化(C)。因为氧化硅有较差的涂层性、耐用性和耐水性，所以它不能通过阻燃剂涂覆用于提供阻燃性的目的。

相比，下文说明本发明的方法。参考图2，将硅酸盐材料b溶于水a中，生成水玻璃A，然后将酸和醇作为改性剂加到水玻璃中(A)。这时，水玻璃中所含的硅酸盐材料b进行氧化硅的聚合反应，同时醇c化学结合到硅酸盐材料上，生成亲脂基团，从而从聚合的亲脂氧化硅(B)中分出水a。因此，当聚合进行同时适当控制酸和改性剂的组成时，亲脂的氧化硅B有较低的水含量。因此，因为防止干燥时由于水的蒸发生成孔，所以可制得有平滑表面特性的材料(C)。总之，本发明的方法可提供一种有极好柔性和耐用性的阻燃材料，不产生微粉。

在本发明方法的一个优选的实施方案中，在水玻璃涂覆以后和加入处理剂以前进行干燥。进行这一干燥以便预先除去原先在水玻璃中所含的或用于使水玻璃稀释到某一程度的水，以致加快了在亲脂改性过程中通过改性剂的水分离。

同时，在本发明的阻燃处理方法中，处理剂和水玻璃加到基材中可通过但不特别限于用喷涂器喷涂、在水玻璃溶液中浸渍或浸染或用剪切叶片或转辊涂覆来进行。可能的各种技术都可用于这一加入。

下文描述本发明方法中使用的水玻璃。水玻璃的化学组成通常用下式M₂O_mSiO₂·nH₂O表示，式中M为选自Li、Na、K、Ru和Cs的碱金属或季铵，m表示金属氧化物的摩尔比且有宽的范围。例如，在M为Na的情况下，m为0.54-4。在M为K的情况下，m为2-3.8。在M为Li的情况下，m为3.5-7.5。在M为季铵的情况下，m为1.2-30。此外，已知水玻璃含有各种硅酸盐阴离子，包括(SiO₄)^4-、(Si₂O₇)^6-、(Si₃O₉)^6-、(Si₄O₁₂)^8-、(Si₆O₁₈)^12-等。

水玻璃通常用这样的干法生产，其中将石英砂和碳酸钠的混合物加热到1300-1500℃，生成玻璃，然后在低压高压釜中处理，或通过这样的湿法生产，其中胶体硅酸或硅藻土和氢氧化钠的混合物在高压釜中加热、反应和溶解。目前将如此生产的水玻璃用作洗涤剂、清洁剂、渗透剂、粘合剂、粘接剂、阻燃剂、土壤硬化剂的原料，以及用于耐火水泥的原料、水软化剂原料、硅胶的原料、蛋类防腐剂等。

商业上可提供的水玻璃由各种组合物按上述不同的方法来生产。但是，用于本发明的水玻璃的组成没有具体地限制。用于本发明的水玻璃的优选的实施例是通过将至少一种选自硅酸钠、硅酸钾和硅酸钠钾(soda potassium silicate)的硅酸盐材料溶于水中制备的水溶液。硅酸盐材料在水玻璃中的含量优选为0.5-80％(重量)。考虑到完全涂覆在基材上的条件、生产率和耐火性，硅酸盐材料的量优选为5-60％(重量)和水的量优选为94-39％(重量)。除了水和硅酸盐材料外，用于提供另外功能的添加剂的量为0.01-10％(重量)，而其他水不溶的悬浮物质和杂质的量为0.1-10％(重量)。

用于提供另外功能的添加剂例子包括季铵盐、抗菌剂例如脱乙酰壳多糖、远红外发射材料例如黄土、氧化硅、玉和硅、加热材料例如铁氧体和锗、阴离子释放材料例如活性炭或竹炭、脱味剂例如木炭和活性炭、阻燃剂例如三氧化锑、磷酸盐化合物、硼、硼酸和铝氧化物、导体例如导电的填充剂和碳纤维等。

下文将讨论用于本发明的处理剂。处理剂为含有以下组分的混合溶液：至少一种选自醇化合物、酮或醚化合物的改性剂；以及能催化碳酸盐材料缩聚的酸，其中醇化合物由于对水高的亲合性能促进水溶液中存在的水的分离并能引发与氧化硅偶联反应，酮或醚化合物能引发加成反应。

改性剂与涂覆在基材上的水玻璃反应，使氧化硅的表面特性亲脂，并用作增塑剂，使氧化硅的硬度降低和柔性提高。用于本发明的酸促进氧化硅的聚合反应，使氧化硅水不溶，从而提高耐水性。因此，处理剂使氧化硅的柔性和耐用性提高。

水玻璃中所含的硅酸盐材料以离子形式存在。同时具有能与硅酸盐的阴离子化学反应的功能基团和能提供亲脂性的功能基团的化合物可用于氧化硅的亲脂改性。但是，所述的化合物与水玻璃中所含的水混合时必须促进水的分离，并必需很好地与酸催化剂混合。为此，用于本发明的醇、酮和醚化合物优选含有1-8个碳原子。当碳原子的数目太大时，化合物对水的亲合性是不希望的低，而反应性也低。

同时满足上述要求的醇类包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、环丙醇、环丁醇、酚、苯甲醇、乙二醇、甘油、山梨醇、聚乙烯醇等。

适合酮类的例子包括丙酮、甲乙酮、环己酮、2-甲基环戊酮、甲基乙烯基酮、苯乙酮、二苯酮、二环丙基酮等，适合的醚类的例子包括甲基乙基醚、二乙基醚、二苯基醚、2-甲氧基戊烷、反-2-甲氧基环己醇、1，3，5-三甲氧基苯、2-乙氧基-3-甲基丁烷、二环丙基醚、环氧乙烷、四氢呋喃、四氢吡喃、1，4-二烷等。

用于本发明的示例性酸类包括有机酸，例如乙酸、乳酸、甲酸、乙醇酸、丙烯酸、丙酸、琥珀酸、草酸、抗坏血酸、葡糖酸、酒石酸、马来酸、柠檬酸、谷氨酸、甲苯磺酸等，以及无机酸，例如盐酸、硫酸、磷酸、硝酸等。

用作基材的材料包括但不具体限于由纤维或浆制得的无纺织物、纸、针织织物、纺织织物、树脂片材、树脂或木材生产的板、树脂或木材生产的板材等。特别是，预计本发明的阻燃处理方法广泛用于消防条例规定的建筑材料。

同时，根据本发明的阻燃处理方法，按基材的重量计，使用的水玻璃量为2-300％(重量)。按所用的水玻璃重量计，使用的改性剂量为1-50％(重量)。按处理剂的总量计，使用的酸量为5-40％(重量)，以致将处理剂的pH值调节到1-7。

因为商业上可提供的水玻璃有不同的组成，无法确定在所有情况下使用的水玻璃数量。但是，优选使用的水玻璃量在本发明规定了的范围内。当水玻璃的用量大于2％(重量)时，可得到足够的阻燃性。因此，考虑到材料的固有性质和所需的阻燃性，优选使用大于2％(重量)的量。但是，如果所用的水玻璃的数量超过300％(重量)，那么水玻璃的涂覆可能有困难，这与基材的类型有关，另外由于过量的水玻璃，在经济上是有缺点的。因此，所用的水玻璃量限制在300％(重量)以下是优选的。

虽然由于与水玻璃的反应性和亲脂性的程度取决于碳原子的数目，不能确定在所有的情况下改性剂的数量，但是与水玻璃的反应性取决于反应基团的种类和侧链的亲脂性程度，还应考虑基材的特性和结构以及所需的阻燃性。按水玻璃的重量计，优选加入1-50％(重量)的改性剂。在这一范围内，可得到所希望的亲脂改性效果。更优选的是，使用约10-20％(重量)的改性剂。

使用的酸量根据水玻璃和改性剂的数量、基材的特性和结构、所希望的阻燃产品的性质等来决定。由于本发明人进行的实验，过量酸的使用使柔性和耐水性变差。因此，考虑到所用改性剂的数量，按处理剂的总量计，使用的酸量为5-40％(重量)，以便将处理剂的pH值调节到1-7。更优选的是，对于稳定的氧化硅缩聚和更平滑的表面特性，将处理剂的pH值调节到3-7。

为了更好地认识通过本发明的方法改进表面特性和耐水性的原理，下文说明水玻璃和处理剂之间化学反应的可能机理。

应当认识到，水玻璃中所含氧化硅的亲脂表面改性和柔性方面的改进是由于有羟基(-OH)的醇与活性氧化硅之间的偶联反应，正如以下反应式1中描述的：

反应式1

当酮基化合物用作改性剂时，水玻璃中所含氧化硅的亲脂表面改性和柔性方面的改进是由于有羰基的酮与活性氧化硅之间的加成反应，正如以下反应式2中描述的：

反应式2

另一方面，应当认识到，水玻璃耐水性方面的改进是由于质子的加入催化了氧化硅的聚合反应，正如以下反应式3和4中描述的：

反应式3

Na₂SiO₃+H₂O+H₂SO₄→Si(OH)₄+Na₂SO₄

Si(OH)₄+Si(OH)₄→(OH)₃-Si-O-Si(OH)₃+H₂O

反应式4

Na₂SiO₃+H₂O+2HCl→Si(OH)₄+2NaCl

Si(OH)₄+Si(OH)₄→(OH)₃-Si-O-Si(OH)₃+H₂O

具体地说，反应式3描述当硫酸加到水玻璃中时氧化硅的聚合反应，而反应式4描述当盐酸加到水玻璃中时氧化硅的聚合反应。

附图简介

结合附图，从以下详细的描述会更清楚地认识到本发明上述的和其他的目的、特点和优点，其中：

图1为图示在加入酸使水玻璃聚合的过程中，通过硅酸盐材料之间的缩聚作用生成氧化硅的原理示意图；

图2为图示在使用本发明水玻璃的阻燃处理方法中通过硅酸盐材料、改性剂和酸之间的反应生成改性氧化硅的原理示意图；

图3为图示本发明实施例1生产的阻燃无纺织物的热重分析结果；

图4为图示未处理的棉无纺织物的热重分析结果；

图5为本发明实施例2生产的薄膜的电子显微镜图；

图6为对比例1生产的薄膜的电子显微镜图；

图7为对比例2生产的薄膜的电子显微镜图；

图8为本发明实施例2生产的薄膜的X射线衍射图；

图9为对比例1生产的薄膜的X射线衍射图；

图10为本发明对比例2生产的薄膜的X射线衍射图；

图11为图示实施例2和对比例1和2生产的薄膜的热重分析的结果。

实施本发明的最佳方式

实施例1：用水玻璃的无纺织物的阻燃处理

根据以下步骤生产阻燃无纺织物，然后分析热特性。对本发明阻燃处理方法处理的无纺织物的阻燃性进行试验。

A.生产阻燃无纺织物

用水玻璃溶液处理

将5厘米厚的棉无纺织物(面积：100厘米²)在30℃下完全浸湿在水玻璃水溶液中2分钟。此后，将碾压辊的压力调节到3公斤/厘米²，以便将水玻璃的添加率控制到80％，挤压出剩余的溶液。

在这里使用的水玻璃水溶液通过用水两倍稀释商业提供的含28-30％SiO₂、9-10％Na₂O和0.03％或更少的Fe₂O₃的水玻璃来制得。

干燥

将用水玻璃处理的无纺织物(水含量：50％)用热空气干燥器在150℃下干燥10分钟，将水含量调节到20％。

经处理的水玻璃的改性

将2公斤乙酸加到8公斤乙醇中，将生成的混合物均匀混合，以便制得处理剂。将干燥的经水玻璃处理的无纺织物在处理剂中浸渍1分钟。用碾压辊除去过量的处理剂。最后，将无纺织物中所含的液体水玻璃转化成有极好耐用性和柔性的水不溶的改性氧化硅。

阻燃处理的无纺织物的干燥

将处理剂处理的无纺织物用热空气干燥器在150℃下干燥20分钟，生产最终的阻燃无纺织物。

B.阻燃无纺织物热特性的分析

用热重分析仪(TGA)进行上述生产的阻燃无纺织物和未处理的棉无纺织物的热分析。

结果示于图3和4。

图3为图示本发明实施例1生产的阻燃无纺织物的热重分析结果。图3已证实，在450℃下的失重仅为约40％，仍留下约60％。图4为图示未处理的棉无纺织物的热重分析结果。正如从图4可看出的，在450℃下的失重达到约90％，仅留下约10％灰分。

这些结果表明，本发明阻燃处理法生产的无纺织物有极好的阻燃性。

实施例2和对比例1和2：不同的水玻璃处理与物理性质的变化

A.氧化硅膜的生产

用成膜机将30克含28-30％SiO₂、9-10％Na₂O和0.03％或更少的Fe₂O₃的水玻璃涂覆在三块玻璃板上，使厚度为1毫米，然后将生成的结构物固化，根据以下三个步骤生成氧化硅薄膜：

实施例2：用喷涂机将含有4克乙醇和1克乙酸的液体均匀涂覆在玻璃板上，然后用热空气干燥器在150℃下干燥10分钟。

对比例1：用热空气干燥器在150℃下将玻璃板干燥10分钟。

对比例2：用喷涂机将3克乙酸均匀涂覆在玻璃板上，然后用热空气干燥器在150℃下干燥10分钟。

切割如此生产的氧化硅膜片，然后测量切割片材的水溶性、微粉出现、结晶度和耐热性。

B.水溶性的测量

将1克实施例2和对比例1和2生产的氧化硅膜放入各自的烧杯中，然后加入100克水。用搅拌器在室温下将每一溶液搅拌1小时。通过滤纸得到未溶解的残留物，收集，干燥和称重，以便测量氧化硅膜的水溶性。从这些观测结果得出，对比例2生产的氧化硅膜完全溶解，而不留残留物，而实施例2和对比例2生产的氧化硅膜不溶解，表明它们是水不溶的。

C.检验微粉的出现和用电子显微镜的表面特性分析

切割实施例2和对比例1和2生产的氧化硅膜片，然后将Pt离子沉积在上面，以便得到导电性。观测微粉的出现，用电子显微镜(3000倍(实施例2)和2000倍(对比例1和2))分析表面特性。

正如图5所示，在实施例2通过加入含有4克乙醇和1克乙酸的液体并使水玻璃固化生产的氧化硅膜的情况下，因为水玻璃中所含的水被乙醇适当地代替以及氧化硅聚合，同时产生亲脂改性，所以观测到表面是平滑的，没有微粉出现。

此外，观测到对比例1通过加热水玻璃使它固化来生产的氧化硅膜，它有平滑的表面，没有微粉出现(图6)。

相比，在对比例2通过用酸催化剂固化水玻璃生产的氧化硅膜中，因为硅酸盐仅在相邻的硅酸盐颗粒之间发生部分聚合以及在干燥过程中分离出水，所以氧化硅膜以颗粒形式生成，从而产生微粉。因此，氧化硅膜实际上不能用作阻燃材料。

D.用X射线衍射分析仪比较结晶度

切割实施例2和对比例1和2生产的氧化硅膜，然后用Cu电极产生的X射线在3-35°角和2°/分的速率下分析。使用得到的结果，比较了氧化硅膜的结晶度。

正如从图9可看出的，因为对比例1生产的氧化硅膜有最低的衍射X射线强度和结晶度，所以它有最柔软的结构。

正如可从图10看出的，因为对比例2生产的水不溶的氧化硅膜有高的结晶度，它有较差的柔性。这些结果表明，该氧化硅膜不能涂覆到高度柔软的基材上，不适用于可能由于外面施加的力而变形的基材的阻燃剂处理法。

相比，因为实施例2生产的氧化硅膜有中等的结晶度，所以显然氧化硅膜有某种程度的柔性(图8)。

E.用热重分析仪比较固化水玻璃的耐热性

切割实施例2和对比例1和2生产的氧化硅膜片，然后用热重分析仪在以20℃/分的速率从5℃加热到850℃时测量失重来确定氧化硅膜的耐热性。

正如从图11可看出的，因为在850℃(A)下，相对于最初的重量，实施例2生产的氧化硅膜仍保留80％，所以得出它有最好的耐热性。相比，因为在850℃(C)下，相对于最初的重量，对比例1生产的氧化硅膜保留70％，所以氧化硅膜有最差的耐热性。此外，因为在850℃(B)下，相对于最初的重量，对比例2生产的氧化硅膜保留75％，所以氧化硅膜有中等的耐热性。

分析结果列入下表1。

表1

实施例	水溶性	微粉出现	结晶度	耐热性
					实施例2	不溶	未观测到	中等	高
对比例1	可溶	未观测到	低	低
					对比例2	不溶	观测到	高	中等

实施例3-17：处理剂组分变化引起的物理性质变化

在用于亲脂改性的醇类、酮类和醚类中，将可促进水分离的、可与酸催化剂混合的、并对人类有较低危险性的化合物选作改性剂。将4克改性剂和1克乙酸混合，制得5克的各处理剂。用于实施例3-17的改性剂列入下表2。

随后，将5克与用于实施例1相同的水玻璃放在每个Schale上，然后将5克表2所列处理剂加入。将生成的混合物搅拌10分钟，观测到水玻璃的固化。根据观测的结果，比较了反应性。此外，在混合物放置1小时使反应充分进行以后，测量表面硬度，以便比较柔性。

改性剂和水玻璃之间的反应性以及薄膜的柔性列入下表2。

表2

实施例	改性剂	改性剂和水玻璃之间的反应性	薄膜的柔性
				实施例3	甲醇	很高	中等
实施例4	乙醇	很高	中等
				实施例5	丙醇	高	中等
实施例6	异丙醇	中等	中等
				实施例7	丁醇	低	高
实施例8	异丁醇	低	高
				实施例9	环丙醇	低	高
实施例10	酚	高	高
				实施例11	苯甲醇	低	很高
实施例12	乙二醇	高	高
				实施例13	甘油	中等	高
实施例14	山梨醇	中等	高
				实施例15	丙酮	很高	很高
实施例16	甲乙酮	很高	很高
				实施例17	四氢呋喃	高	中等

正如表2所示，醇的亲脂性越高，与水玻璃的反应性也越高，但薄膜的柔性越低。相反，醇的亲脂性越高，反应性越低，但柔性越高。在实施例11中使用的苯甲醇的情况下，薄膜的柔性很高，但反应性低。此外，还观测到，在与酸混合的过程中产生相分离，使可加工性变差。相反，在酮和醚的情况下，反应性和柔性都比醇的情况下要高。

实施例18-26：处理剂组成变化引起的物理性质变化

在这些实施例中，检测了通过改变用于产生亲脂性的改性剂和用于聚合催化剂的酸之间的混合比生产的氧化硅膜的柔性和耐水性。

乙醇用作改性剂，而乙酸用作酸。通过分别将乙醇与乙酸的重量比改变到1∶9(实施例18)、2∶8(实施例19)、3∶7(实施例20)、4∶6(实施例21)、5∶5(实施例22)、6∶4(实施例23)、7∶3(实施例24)、8∶2(实施例25)和9∶1(实施例26)来制备处理剂。

随后，将5克与用于实施例1相同的水玻璃放在每种Schale上，然后将10克处理剂加入。将所得混合物放置1小时，使使水玻璃固化。此后，混合物用热空气干燥器在150℃下加热30分钟以便完全干燥，得到氧化硅膜。

将10克水加到氧化硅膜中，使它完全润湿。重复这一润湿步骤。通过纪录观测到第一个裂纹时的周期数目来评价氧化硅膜的耐水性。结果列入下表3。

表3

实施例	处理剂的组成		观测到第一个裂纹时的周期数目	耐水性
					乙醇	乙酸
	实施例18	1					9	0	差
实施例19			2	8	0	差
	实施例20	3					7	0	差
实施例21			4	6	1	差
	实施例22	5					5	1	差
实施例23			6	4	2	差
	实施例24	7					3	31	好
实施例25			8	2	51	极好
	实施例26	9					1	40	好

正如从表3所示的数据可以看出的，在使用乙醇和乙酸的情况下，用重量比为8∶2(乙醇∶乙酸)的处理剂生产的氧化硅膜有最好的耐用性。

虽然在这里已参考优选的实施方案描述了本发明，但这些实施方案不作为对本发明的限制，而作为说明性目的。本发明的范围由权利要求书规定。熟悉本专业的技术人员会认识到，在不违背本发明的范围和精神实质的条件下，各种改进、添加和替代都是可能的，并在本发明的范围内。

工业应用

虽然水玻璃能提供极好的阻燃性，但由于其耐用性和柔性差，它存在水溶性和产生许多微粉的问题。由于这些原因，未将水玻璃作为阻燃剂用于各种基材。

正如从上述很清楚的，根据本发明的阻燃处理方法，将能够改进柔性、水不溶性和耐热性的处理剂加到水玻璃中，从而可用于各种基材。此外，因为本发明提供了一种使用相对低价水玻璃的阻燃处理方法，所以它可以低的成本赋予可燃材料于阻燃性。所以，根据本发明，可以低的成本生产各种建筑材料、涂料、机械组件、汽车部件和飞机部件。

Claims (13)

1.一种使用水玻璃的阻燃处理方法，所述的方法包括以下步骤：

使用喷涂、浸渍或涂覆法，用水玻璃作为阻燃剂处理基材；

用处理剂处理上述经水玻璃处理的基材，以便化学固化水玻璃并给水玻璃提供亲脂性，所述的处理剂包括至少一种选自能与硅酸盐材料反应生成亲脂基团的醇类、酮类和醚类的改性剂，和能引发硅酸盐材料聚合反应的酸；以及

将生成的基材干燥使水蒸发。

2.根据权利要求1的阻燃处理方法，其中还包括在用水玻璃处理以后用于除去水玻璃中所含水的干燥步骤。

3.根据权利要求1或2的阻燃处理方法，其中用喷涂、浸渍或涂覆法将处理剂加到水玻璃中。

4.根据权利要求1或2的阻燃处理方法，其中基材为由纤维或浆得到的无纺织物、纸、针织织物、纺织织物、树脂片材、或树脂或木材制得的板。

5.根据权利要求1或2的阻燃处理方法，其中水玻璃为至少一种选自硅酸钠、硅酸钾和硅酸钠钾的硅酸盐材料的水溶液，按水玻璃的重量计，所述的硅酸盐材料的量为0.5-80％重量。

6.根据权利要求5的阻燃处理方法，其中水玻璃含有5-60％重量硅酸盐材料、94-39％重量水、0.01-10％重量至少一种功能添加剂和0.1-10％重量水不溶的悬浮物质和杂质，所述的功能添加剂选自季铵盐、抗菌剂、远红外发射材料、加热材料、阴离子释放材料、脱味剂、阻燃剂、和导体。

7.根据权利要求1或2的阻燃处理方法，其中醇选自甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、环丙醇、环丁醇、酚、苯甲醇、乙二醇、甘油、山梨醇和聚乙烯醇。

8.根据权利要求1或2的阻燃处理方法，其中酮选自丙酮、甲乙酮、环己酮、2-甲基环戊酮、甲基乙烯基酮、苯乙酮、二苯酮和二环丙基酮。

9.根据权利要求1或2的阻燃剂处理方法，其中醚选自甲基乙基醚、二乙基醚、二苯基醚、2-甲氧基戊烷、反-2-甲氧基环己醇、1，3，5-三甲氧基苯、2-乙氧基-3-甲基丁烷、二环丙基醚、环氧乙烷、四氢呋喃、四氢吡喃和1，4-二烷。

10.根据权利要求1或2的阻燃处理方法，其中酸是选自乙酸、乳酸、甲酸、乙醇酸、丙烯酸、丙酸、琥珀酸、草酸、抗坏血酸、葡糖酸、酒石酸、马来酸、柠檬酸、谷氨酸和甲苯磺酸的有机酸，或者是选自盐酸、硫酸、磷酸和硝酸的无机酸。

11.根据权利要求1或2的阻燃处理方法，其中按基材的重量计，使用的水玻璃量为2-300％重量。

12.根据权利要求1或2的阻燃处理方法，其中按所用的水玻璃重量计，使用的改性剂量为1-50％重量。

13.根据权利要求1或2的阻燃处理方法，其中按处理剂的总量计，使用的酸量为5-40％重量，以致将处理剂的pH值调节到1-7。

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