CN102276215B - 一种有机保温材料防火阻燃界面剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有机保温材料防火阻燃界面剂，由以下重量百分比的原料组成：复合型阻燃剂：10%～50%，无机胶凝材料：15%～30%，水性合成树脂乳液：10%～45%，无机矿物粉料：10%～50%，功能性助剂：1.5%～2%，水：余量，原料的重量百分比之和为100%。该有机保温材料防火阻燃界面剂能够显著阻隔或延迟有机保温材料燃烧，并且与聚合物砂浆具有良好粘结力和相容性。可以有选择的涂覆于有机保温材料1-6个裸露的外表面。在没有相关标准体系的情况下，还公开了检验该产品燃烧性能的试验方法，为以后的该类产品提供了一系列切实可行的实验和检测依据。

Description

一种有机保温材料防火阻燃界面剂

技术领域

本发明涉及一种防火阻燃材料，特别是一种涂覆于有机保温材料表面的防火阻燃界面剂，该有机保温材料防火阻燃界面剂，能够显著阻隔或延迟有机保温材料燃烧，并且与聚合物砂浆具有良好粘结力和相容性。

背景技术

国内近十几年外保温行业的蓬勃发展,离不开有机保温类材料作为主流保温材料的突出贡献，经过这些年的发展，有机保温材料外墙外保温体系研发和工程应用技术相对比较成熟，符合目前国内保温行业的发展国情，其它保温材料及外保温体系短时间内无法完全取代有机保温材料。

透视近年来我国发生的央视大火、美院大火、科技馆火灾、济南全运会火灾、南京中环国际火灾、上海教师公寓大火等，事故的“元凶”基本都出在可燃或易燃类有机保温材料（有机保温材料、XPS板和PU板）上。由于其燃烧性能指标差，在工程施工或使用过程中，如果聚苯板在裸露或涂覆普通界面剂的情况下，存在严重的火灾安全隐患。一时间，聚苯板、挤塑板等有机类保温材料的火灾安全性引起了政府和大众的极大关注。

在有机保温材料表面涂覆普通聚合物水泥砂浆类界面剂，很难满足防火要求。尽快研制适用于有机保温材料外表面涂覆的专用防火阻燃界面剂，满足有机保温板在工程施工或使用过程中的防火要求，防止和减少有机保温材料在施工和使用过程中所引发的火灾事故。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种有机保温材料防火阻燃界面剂，该有机保温材料防火阻燃界面剂能够显著阻隔或延迟有机保温材料燃烧，并且与聚合物砂浆具有良好粘结力和相容性。该有机保温材料防火阻燃界面剂涂覆于有机保温材料外表面不但可以明显降低短时小火源（如焊花、烟头）攻击所造成的危害，显著提高了氧指数，降低了火灾发生时外墙有机保温材料因燃烧所产生火焰的蔓延速度，而且能够对有机保温材料起到一定的保护作用，避免因长时间曝露于空气中受紫外线等因素影响出现的面层粉化等失效现象。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种有机保温材料防火阻燃界面剂，其特征在于，制得的该有机保温材料防火阻燃界面剂由以下重量百分比的原料组成：复合型阻燃剂：10%～50%，无机胶凝材料：15%～30%，水性合成树脂乳液：10%～45%，无机矿物粉料：10%～50%，功能性助剂：1.5%～2%，水：余量，原料的重量百分比之和为100%。

上述复合型阻燃剂选择聚磷酸铵，硫酸铵，硼砂，季戊四醇，多溴联苯，三氧化二锑，三聚氰胺，焦磷酸钠、钨酸钠、硫酸铵、双氰胺、甲醛脲、一磷酸铵其中的一种及一种以上组合。

上述无机胶凝材料选择复合硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、高铝水泥、石膏、氧化钙其中的一种及一种以上组合。

上述水性合成树脂乳液选择苯丙乳液、纯丙乳液、弹性防水乳液、水性环氧树脂乳液、VAE乳液、EVA乳液、有机硅苯丙乳液、可分散性胶其中的一种及一种以上组合。

上述无机矿物粉料选择石英粉、重质碳酸钙、轻质碳酸钙、云母粉、煅烧高岭土、钛白粉、硅灰石粉、水镁石粉、高炉磨细矿渣粉、硅灰、沸石粉、粉煤灰其中的一种及一种以上组合。

上述功能性助剂由下列质量比的原料组成：分散剂25%、消泡剂15%、引气剂10%、偶联剂5%、保水剂10%、增塑剂5%、杀菌防霉剂5%，增稠剂余量，原料的百分比之和为100%。

经试验证明，本发明的有机保温材料防火阻燃界面剂，能够显著阻隔或延迟有机保温材料燃烧，并且与聚合物砂浆具有良好粘结力和相容性的防火阻燃界面材料。将它涂覆于有机保温材料表面不但可以明显降低短时小火源（如焊花、烟头）攻击所造成的危害，而且能够对有机保温材料起到一定的保护作用，避免因长时间曝露于空气中受紫外线影响出现的面层粉化等失效现象。

采用本发明的有机保温材料防火阻燃界面剂，当涂覆到有机保温材料的所有表面时，将形成“六面体防火隔离舱”。

附图说明

图1是有机保温材料防火阻燃界面剂用打火机点燃试验示意图；

下面通过附图和具体实验对本发明作进一步说明。

具体实施方式

本发明的有机保温材料防火阻燃界面剂的基材以无机类胶凝材料为主，通过配合其他组分，起到防火阻燃的效果，其设计思路是：

1）有机保温材料防火阻燃界面剂不燃且耐高温。在高温作用下不会产生有毒的气体或浓烟，其固有性能比普通防火涂料更适合于作有机保温材料的防火隔热用途。

2）有机保温材料防火阻燃界面剂的生产技术较易掌握且质量易于控制、施工方便、原材料来源丰富、经济性好和性价高等。

3）涂覆有机保温材料外表面后，所形成涂层硬度高，有较好的耐磨性和抗老化性。

4）有机保温材料防火阻燃界面剂以水作为分散介质，其施工性、安全性、环保性较高。

本发明的有机保温材料防火阻燃界面剂其机理可归结为以下几个方面：

1、无机材料遇火不燃，通过在有机材料表面增加无机涂覆层在高温下形成保护层，覆盖有机保温材料，隔绝氧气避免或延缓燃烧反应；

2、有机材料遇火受热时，防火界面层能够分解出不燃的惰性气体，冲淡、覆盖和捕获被保护基材因受热而分解的易燃气体和空气中的氧气，抑制燃烧；

3、通过一定厚度的覆盖与保护，将板面接触火源后的热量传递方式，由对流传热转变为热传导。传热方式的改变将有效延缓板面遇热受损的状况；基材选择无机类胶凝材料，主要考虑到防火阻燃界面剂应与聚合物粘结胶浆具有一定的相容性。水化凝胶体具有较高的耐火能力，能够有效抵抗外界火源的攻击。

4、阻燃组分的选择主要考虑到阻燃组份应能够吸收外界热量，降低其向板面传递的热流量。当有机保温材料释放可燃性气体时，应排出惰性气体，延缓火焰的蔓延。同时阻燃组份还应具有与硅酸盐体系良好的相容性。

固体的燃烧存在以下模式：

阻燃组份应能够吸收外界热量，降低其向板面传递的热流量。当固体释放可燃性气体时，应排出惰性气体，延缓火焰的蔓延。同时阻燃组份还应充分考虑与硅酸盐体系的相容性和自身的稳定性。

酸源—无机酸的盐类物质，成碳发泡层催化剂或阻燃剂。它在火焰作用下，其醇类化合物发生分子内脱水生成醚键，通过炭化反应生成不饱和的富炭结构，由该结构的聚合和交联反应生成炭层。

碳源—碳化剂，羟基富碳化合物，在酸催化剂作用下，形成疏松碳化层。选用醇类化合物，用于防火阻燃界面剂中主要起发泡剂、阻燃剂的作用，在火焰作用下放出氨气，使得炭层在气体作用下膨胀，降低材料的导热系数。发泡剂—分解产生N₂、NH₃、NO_x等气体，发泡。起到炭化剂（炭源）阻燃剂的作用，可提高材料柔韧性。它在酸源热分解产生的酸的作用下脱水成炭，形成膨胀发泡层。

申请人在前期已有的研究基础上，优化了酸源、碳源和发泡剂三者的用量，制备成复合阻燃剂，能够满足一定的阻燃效果。

为保证无机类胶凝材料与有机保温材料有可靠的连接，需加入水性合成树脂乳液对无机料进行改性。

基于以上考虑，本发明的有机保温材料防火阻燃界面剂，以复合型阻燃物质为阻燃剂，无机胶凝材料为胶凝结合剂，水性合成树脂乳液为聚合物成膜剂，无机矿物粉料为填充剂和水性功能助剂、适量的水和颜料混合制成。

制得的产品分为两种：单组分型（干粉型）和双组分型（液体组分和粉料组分，在现场拌制后使用）。

本发明的有机保温材料防火阻燃界面剂，由以下重量百分比的原料组成：复合型阻燃剂：10%～60%，无机胶凝材料：15%～30%，水性合成树脂乳液：10%～45%，无机矿物粉料：10%～65%，功能性助剂：1.5%～2%，水：余量，原料的重量百分比之和为100%。

将本发明有机保温材料防火阻燃界面剂，有选择的涂覆在有机保温材料的1-6个裸露的外表面，当涂覆到有机保温材料的所有表面时，将形成“六面体防火隔离舱”。

以下是发明人给出的实施例，本发明不限于这些实施例，在本发明给出的配方范围内，均能够得到合格的有机保温材料防火阻燃界面剂。

需要说明的是，以下实施例所述的功能性助剂，其用量仅占的1.5%～2%，其组方可以选择本领域常规的分散剂、消泡剂、引气剂、偶联剂、增稠剂、保水剂、增塑剂、杀菌防霉剂组成。

一个具体的例子是，该功能性助剂由下列重量比的原料组成：分散剂25%、消泡剂15%、引气剂10%、偶联剂5%、保水剂10%、增塑剂5%、杀菌防霉剂5%，增稠剂余量，原料的百分比之和为100%。

如果直接按有机保温材料防火阻燃界面剂的重量比换算，则：分散剂0.5%、消泡剂0.3%、引气剂0.2%、偶联剂0.1%、增稠剂适量、保水剂0.2%、增塑剂0.1%、杀菌防霉剂0.1%。

实施例1：

按重量比取以下原料：聚磷酸铵10%，三聚氰胺8%，季戊四醇11%，硅酸盐水泥20%，苯丙乳液10%，石英粉30%，功能性助剂1.5%，其余为水，原料的重量百分比之和为100%。

实施例2：

按重量比取以下原料：硫酸铵15%，硼砂10%，双氰胺10%，普通硅酸盐水泥15%，纯丙乳液20%，重质碳酸钙19%，功能性助剂1.5%，其余为水，原料的重量百分比之和为100%。

实施例3：

按重量比取以下原料：硼砂50%，高铝水泥20%，弹性防水乳液15%，轻质碳酸钙9%，功能性助剂1.5%，其余为水，原料的重量百分比之和为100%。

实施例4：

按重量比取以下原料：季戊四醇3%，一磷酸铵5%，双氰胺2%，石膏30%，水性环氧树脂乳液10%，云母粉5%，石英粉30%，重质碳酸钙4%，功能性助剂1.5%，其余为水，原料的重量百分比之和为100%。

实施例5：

按重量比取以下原料：多溴联苯10%，三氧化二锑5%，氧化钙15%，VAE乳液10%，钛白粉50%，保水剂0.5%，杀菌防霉剂0.5%，其余为水，原料的重量百分比之和为100%。

实施例6：

按重量比取以下原料：三氧化二锑5%，多溴联苯5%，普通硅酸盐水泥20%，EVA乳液10%，煅烧高岭土9%，粉煤灰10%，重质碳酸钙30%，功能性助剂1.5%，其余为水，原料的重量百分比之和为100%。

实施例7：

按重量比取以下原料：三聚氰胺15%，高铝水泥15%，有机硅苯丙乳液10%，煅烧高岭土8%，重质碳酸钙20%，轻质碳酸钙10%，石英粉10%，功能性助剂2%，其余为水，原料的重量百分比之和为100%。

实施例8：

按重量比取以下原料：钨酸钠7%，硫酸铵8%，石膏15%，可分散性乳胶10%，煅烧高岭土4%，硅灰4%，高炉磨细矿渣粉20%，粉煤灰10%，功能性助剂2%，其余为水，原料的重量百分比之和为100%。

当然，在上述实施例中的无机矿物粉料可以选择石英粉、重质碳酸钙、轻质碳酸钙、云母粉、煅烧高岭土、钛白粉、硅灰石粉、水镁石粉、高炉磨细矿渣粉、硅灰、沸石粉、粉煤灰其中两种或两种以上的组合。

上述无机胶凝材料选择硅酸盐系水泥、高铝水泥、硫铝酸盐水泥、石膏、氧化钙其中的一种及一种以上组合。

上述水性合成树脂乳液选择苯丙乳液、纯丙乳液、弹性防水乳液、水性环氧树脂乳液、VAE乳液、EVA乳液、有机硅苯丙乳液、可分散性乳胶其中的一种及一种以上组合。

上述功能性助剂由分散剂、消泡剂、引气剂、偶联剂、增稠剂适量、保水剂、增塑剂、杀菌防霉剂组成。

上述实施例还可以穷尽例举，限于篇幅，在此不一一例举，只要在本发明给出的配方范围内，均可以得到本发明的有机保温材料防火阻燃界面剂。

将上述实施例制备有机保温材料防火阻燃界面剂，按以下方法进行试验：

1、有机保温材料防火阻燃界面剂的力学性能试验方法

有机保温材料防火阻燃界面剂的拉伸粘结强度测定主要借鉴了JG149-2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》的测定方法，有机保温材料涂覆防火阻燃界面剂24h表干后，将硬聚氯乙烯型框置于防火阻燃界面剂上，用聚合物抹面胶浆填满40 mm×40 mm×3 mm型框，抹平后去框，在常温下养护7 d和14d，然后置于拉力试验机上沿试件表面垂直方向以5 mm/min的拉伸速度测试粘结强度，以5个试件为1组。要求胶粘原强度≥0.1MPa，且破坏形式应在有机保温材料内。 同时借鉴JG149-2003的标准测定14d的耐水粘接强度和耐冻融粘接强度。

2、防火阻燃界面剂燃烧性能将主要通过氧指数测定试验、水平燃烧试验、垂直燃烧试验、焊花溅落试验以及边角点火试验等方法予以综合评定。

2.1 氧指数试验

2.1.1 试验方法

1）参考标准：GB/T2406.2—2009 《塑料  用氧指数法测定燃烧行为（第二部分 室温试验）》；

2）氧指数：通入23℃±2℃的氧、氮混合气体时，刚好维持材料燃烧的最小氧浓度，以体积分数表示；

2.2水平燃烧试验

参考标准

GB/T 8332—2008/ISO9772：2001《泡沫塑料燃烧性能试验方法（水平燃烧法）》

2.3 焊花溅落试验

2.3.1 试验方法及步骤

1） 试样制备  

试样尺寸：600mm×600mm×50mm。电焊条规格：型号为J422，直径为3.2mm，电流为24A。试样制备：取样切割成尺寸为600mm×600mm×实际厚度的样品。

2）试验步骤

试样平放在焊点正下方1000±50mm,持续电焊作业时，电焊火花可持续溅落在试件上，要求焊条与钢筋约成90°，电流24A。

2.4边角点火试验

试验方法及步骤：

本方法参考现场聚苯板防火性能打火机试验方法。由于打火机试验的火焰强度和燃烧时间不易控制，为了稳定火焰强度和燃烧时间，本试验在点火源和点火时间上做了调整，选用50W水平垂直燃烧试验仪，火焰强度控制在700度左右，燃烧时间为30s。

1）试验装置

南京上元分析仪器有限公司生产的CZF-4型50W水平垂直燃烧试验仪，试验燃气为普通液化气。

2）试样制备

每组试验需要5个试件，边缘角点火试验样品规格为150mm×150mm×试件实际厚度；在试件高度和宽度100mm处各划一全宽刻度线，如图1所示。

3）试件取样

试验之前，从五块聚苯板上各取一块所需试样。单位为mm，X为厚度。

4）试验操作及条件

（1）试验应在环境温度为15～25℃，无风或微风的条件下进行；

（2）将试件垂直拿放；

（3）对边缘角点火，本生灯火焰尖头位于试件下边缘最左端处；

（4）将火焰高度调节为40±2mm，打火机点火角度与聚苯板下边缘呈45°；

（5）试件点火过程中，打火机前后缓慢移动，使聚苯板前后边缘角燃烧情况一致。点火30s后移开打火机。计量从点火开始至结束，火焰蔓延的高度和宽度。试件从点火结束开始计时，有机保温材料燃烧熄灭的时间以及有机保温材料正面受火焰攻击的面积。

5) 判断

    （1）从点火开始10s内，火焰尖未通过100mm标线；

（2）从点火开始20s内，五个试件火焰尖头均未到达有机保温材料上边缘（即150mm）处；

（3）从点火结束后开始计时，五个试件在30s内自熄。

2.5 防火阻燃界面剂的热分析

观察防火阻燃界面剂遇火燃烧过程中，自身的受热变化情况，对正确理解界面材料的阻燃特性颇为有益。

为此，采用热分析仪器对防火阻燃界面剂样品进行热分析，观察样品升温过程中热变化情况。

Claims (4)

1.一种有机保温材料防火阻燃界面剂，其特征在于，制得的该有机保温材料防火阻燃界面剂由以下重量百分比的原料组成：复合型阻燃剂：10%～50%，无机胶凝材料：15%～30%，水性合成树脂乳液：10%～45%，无机矿物粉料：10%～50%，功能性助剂：1.5%～2%，水：余量，原料的重量百分比之和为100%；

所述的复合型阻燃剂选择聚磷酸铵、硫酸铵、硼砂、季戊四醇、多溴联苯、三氧化二锑、三聚氰胺、焦磷酸钠、钨酸钠、硫酸铵、双氰胺、甲醛脲、一磷酸铵其中的一种及一种以上组合；

所述的功能性助剂由下列质量比的原料组成：分散剂25%、消泡剂15%、引气剂10%、偶联剂5%、保水剂10%、增塑剂5%、杀菌防霉剂5%，增稠剂余量，原料的百分比之和为100%。

2.如权利要求1所述的有机保温材料防火阻燃界面剂，其特征在于，所述的无机胶凝材料选择复合硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、高铝水泥、石膏、氧化钙其中的一种及一种以上组合。

3.如权利要求1所述的有机保温材料防火阻燃界面剂，其特征在于，所述的水性合成树脂乳液选择苯丙乳液、纯丙乳液、弹性防水乳液、水性环氧树脂乳液、VAE乳液、EVA乳液、有机硅苯丙乳液、可分散性胶其中的一种及一种以上组合。

4.如权利要求1所述的有机保温材料防火阻燃界面剂，其特征在于，所述的无机矿物粉料选择石英粉、重质碳酸钙、轻质碳酸钙、云母粉、煅烧高岭土、钛白粉、硅灰石粉、水镁石粉、高炉磨细矿渣粉、硅灰、沸石粉、粉煤灰其中的一种及一种以上组合。

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