CN110760206A

CN110760206A - 防火液及其制备方法

Info

Publication number: CN110760206A
Application number: CN201911034794.2A
Authority: CN
Inventors: 徐磊; 穆元春; 徐志伟; 祖成奎; 李要辉
Original assignee: China Building Materials Academy CBMA
Current assignee: China Building Materials Academy CBMA
Priority date: 2019-10-29
Filing date: 2019-10-29
Publication date: 2020-02-07

Abstract

本发明是关于一种防火液及其制备方法。所述防火液的制备方法包括：将成炭剂、成炭助剂、耐热稳定剂、抗冷凝剂、离子固定剂、储存稳定剂、消泡剂、交联剂依次溶于去离子水中，混合得到基础液；将亲水性气相纳米二氧化硅颗粒和所述基础液混合、研磨，得到原液；将重量百分比浓度为50wt％的碱溶液加入所述原液中，经过混合、反应、真空除气，得到防火液。相比于现有技术，本发明可实现更低粘度的原液及防火液的制备，在相同固含的情况下，原液及防火液粘度更小，其灌注速度更快、生产效率更高。

Description

防火液及其制备方法

技术领域

本发明涉及安全玻璃领域，具体涉及一种防火液及其制备方法。

背景技术

防火玻璃除了具有普通玻璃的某些性能外，还具有控制火势蔓延、隔烟和隔热等性能，为发生火灾时的有效救护提供了宝贵的救援时间，最大限度地降低了人员、财产、建筑物的损失。防火玻璃可以使逃生和救援人员免遭热辐射伤害，并将火灾的破坏力降低到最小程度。由于近期国内外某些知名的大型建筑频发火灾，人们开始逐渐关注复合防火玻璃的研发生产和使用效果。

复合防火玻璃研究最早的是有机复合防火玻璃。有机复合防火玻璃的耐低温性能比较好，但是耐紫外线辐照性能和耐高温性能都很差。无机复合防火玻璃分为晾板式复合防火玻璃和灌浆式复合防火玻璃，其中晾板式复合防火玻璃耐低温性能比较好，但是耐紫外线辐照性能和耐高温性能都很差，同时晾板式防火玻璃生产过程工艺复杂且易产生微泡；而灌浆式复合防火玻璃耐紫外线辐照性能和耐高温性能十分优异，耐低温性能虽然不如有机复合防火玻璃和晾板式复合防火玻璃，但是远高于国标要求，并且经过最近几年的发展，耐低温性能大大提高。

目前国内对复合式防火玻璃专用防火层材料所做的工作处于基础研究阶段。现有的复合式防火玻璃的低温使用性能差，大多数产品在低温条件下会结冻发白，在北方其中晾板式复合防火玻璃寒冷地区无法满足用于室外窗、幕墙的长期使用要求；现有复合式防火玻璃的防火层材料的主成分水玻璃受自身粘度、流动性等因素限制，造成防火层材料在制备过程中易形成厚度差，从而导致防火层表面不平；同时，现有复合式防火玻璃的防火层自身易产生气泡，易导致夹层存有大量微泡，微泡的存在降低了防火层的实际防火效果，而且会导致复合式防火玻璃的表观质量差；现有的复合式防火玻璃还存在防火层硬度不够等问题，严重影响复合防火玻璃的使用效果和使用寿命。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种防火液及其制备方法。

为了达到上述的目的，本发明提供了一种防火液的制备方法，包括以下步骤：

1)将成炭剂、成炭助剂、耐热稳定剂、抗冷凝剂、离子固定剂、储存稳定剂、消泡剂、交联剂依次溶于去离子水中，混合得到基础液；

2)将亲水性气相纳米二氧化硅颗粒和所述基础液混合、研磨，得到原液；

3)将重量百分比浓度为50wt％的碱溶液加入所述原液中，经过混合、反应、真空除气，得到防火液。

进一步地，其中所述基础液的pH值为9-10；

所述基础液的组分，以重量百分比计，包括：

成炭剂0.5-1.0wt％、成炭助剂0.1-0.3wt％、耐热稳定剂0.3-0.8wt％、抗冷凝剂0-40wt％、离子固定剂0.05-0.1wt％、储存稳定剂0.3-0.5wt％、消泡剂0.1-0.5wt％、交联剂0.15-0.3wt％、去离子水58-98wt％。

进一步地，其中所述原液包括基础液和亲水性气相纳米二氧化硅颗粒，以原液的重量计，所述亲水性气相纳米二氧化硅颗粒的重量百分比为45-50wt％。

进一步地，其中所述防火液包括原液和质量浓度为50wt％的碱溶液，以防火液的重量计，所述碱溶液的重量百分比为19-32wt％。

进一步地，其中步骤1)具体包括：

将成炭剂、成炭助剂、耐热稳定剂、抗冷凝剂、离子固定剂、储存稳定剂、消泡剂、交联剂溶于去离子水中，研磨混合5-10min，获得基础液。

进一步地，其中步骤2)具体包括：

将亲水性气相纳米二氧化硅颗粒分3-5次加入所述基础液中，每次加完之后球磨5-10min，全部加完之后以80-240r/min的转速研磨混合2-24h获得原液。

进一步地，其中所述研磨所用的磨机包括卧式球磨机、行星球磨机、搅拌磨或砂磨机中的至少一种。

进一步地，其中步骤3)具体包括：

将所述原液加入碱溶液中，同时进行搅拌，体系温度控制在40-60℃之间，搅拌过程持续30-60min；之后采用真空泵抽真空至-0.09MPa以下，以促进混合溶液的反应和其中的气体排出，最终获得防火液。

进一步地，其中所述成炭剂选自蔗糖、果糖、葡萄糖、砂糖和麦芽糖中的至少一种；

所述成炭助剂选自磷酸二氢钾、磷酸氢钾、磷酸二氢钠和磷酸氢钠中的至少一种；

所述耐热稳定剂选自硼砂和硼酸中的至少一种；

所述抗冷凝剂选自乙二醇、丙二醇、丙三醇和季戊四醇中的至少一种；

所述离子固定剂选自氧化锌、氧化铝和淀粉中的至少一种；

所述储存稳定剂选自多聚磷酸钠和多聚磷酸钾中的至少一种；

所述消泡剂选自聚醚改性有机硅消泡剂、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚消泡剂、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚中的至少一种；

所述交联剂选自氟硅酸钠、氟硅酸钾、氟化铝、碳酸铵、碳酸钾、碳酸氢铵和碳酸氢钾中的至少一种；

所述碱溶液为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂的水溶液中的一种。

进一步地，其中所述亲水性气相纳米二氧化硅颗粒的平均粒径D50为149nm。

进一步地，其中所述真空时长为20-30min。

进一步地，其中所述真空泵包括水环式真空泵、往复式真空泵、滑阀式真空泵、旋片式真空泵、扩散泵或罗茨泵中的至少一种。

为了达到上述的目的，本发明还提供了一种防火液，所述防火液是通过上述的方法制得。

本发明具有以下有益效果：

与目前现有技术中采用高速搅拌的方式混合亲水性气相纳米二氧化硅颗粒与基础液制备所述原液及采用原液制备的防火液相比，本发明采用球磨方式可实现更低粘度的原液及防火液的制备，在相同固相含量的情况下，制备的原液和防火液粘度更低，在防火玻璃的灌注过程中，其灌注速度更快、生产效率更高。

附图说明

图1为本发明实施例1-5和对比例1中不同球磨时间，原液中二氧化硅颗粒的粒径对比图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特别说明，均可从商业途径得到。

实施例1

本实施例提供了一种防火液的制备方法，其具体包括以下步骤：

(1)按照下列重量称取原料：

400g亲水性气相纳米二氧化硅颗粒、320g去离子水、2g蔗糖、0.4g磷酸二氢钾、1.2g硼砂、74g乙二醇、0.2g氧化铝、1.2g多聚磷酸钠、0.4g消泡剂、0.6g氟硅酸钾和250g浓度为50wt％的氢氧化钾水溶液。

(2)将上述原料按照以下步骤制备防火液：

将320g去离子水、2g蔗糖、0.4g磷酸二氢钾、1.2g硼砂、74g乙二醇、0.2g氧化铝、1.2g多聚磷酸钠、0.4g消泡剂、0.6g氟硅酸钾依次加入到球磨罐中，置于球磨机上进行球磨，转速80r/min，使上述原料溶解、混合均匀以形成基础液，球磨时间为5min；

将400g亲水性气相纳米二氧化硅颗粒，分3-5次加入上述基础液中，每次加入之后球磨5min；待全部亲水性气相纳米二氧化硅颗粒加入基础液之后，将球磨罐置于球磨机上进行球磨，球磨机转速为150r/min，球磨时长为2h，最终获得原液。

称取250g浓度为50wt％的氢氧化钾水溶液转移至真空搅拌釜中，将上述原液缓慢加入真空搅拌釜中与该氢氧化钾水溶液混合、反应，同时开始搅拌，搅拌转速在100-150r/min之间，控制体系温度在55-60℃之间，搅拌时间为60min。

之后开启真空泵开始抽真空、除气，真空度-0.095MPa，真空时长40min以促进混合溶液的反应和其中的气体排出。

真空结束后卸掉负压，放出液体即为防火液，密封保存。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于原液制备的第二次球磨时间4h，而实施例1的第二球磨时间为2h。本实施例提供了一种防火液的制备方法，其具体包括以下步骤：

(1)按照下列重量称取原料：

(2)将上述原料按照以下步骤制备防火液：

将400g亲水性气相纳米二氧化硅颗粒，分3-5次加入上述基础液中，每次加入之后球磨5min；待全部亲水性气相纳米二氧化硅颗粒加入基础液之后，将球磨罐置于球磨机上进行球磨，球磨机转速为150r/min，球磨时长为4h，最终获得原液。

之后开启真空泵开始抽真空、除气，真空度-0.095MPa，真空时长40min。

真空结束后卸掉负压，放出液体即为防火液，密封保存。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于原液制备的第二次球磨时间6h，而实施例1的第二球磨时间为2h。本实施例提供了一种防火液的制备方法，其具体包括以下步骤：

(1)按照下列重量称取原料：

(2)将上述原料按照以下步骤制备防火液：

将400g亲水性气相纳米二氧化硅颗粒，分3-5次加入上述基础液中，每次加入之后球磨5min；待全部亲水性气相纳米二氧化硅颗粒加入基础液之后，将球磨罐置于球磨机上进行球磨，球磨机转速为150r/min，球磨时长为6h，最终获得原液。

真空结束后卸掉负压，放出液体即为防火液，密封保存。

实施例4

本实施例与实施例1的区别在于原液制备的第二次球磨时间4h，而实施例1的第二球磨时间为10h。本实施例提供了一种防火液的制备方法，其具体包括以下步骤：

(1)按照下列重量称取原料：

(2)将上述原料按照以下步骤制备防火液：

将400g亲水性气相纳米二氧化硅颗粒，分3-5次加入上述基础液中，每次加入之后球磨5min；待全部亲水性气相纳米二氧化硅颗粒加入基础液之后，将球磨罐置于球磨机上进行球磨，球磨机转速为150r/min，球磨时长为10h，最终获得原液。

真空结束后卸掉负压，放出液体即为防火液，密封保存。

实施例5

本实施例与实施例1的区别在于原液制备的第二次球磨时间24h，而实施例1的第二球磨时间为2h。本实施例提供了一种防火液的制备方法，其具体包括以下步骤：

(1)按照下列重量称取原料：

(2)将上述原料按照以下步骤制备防火液：

将400g亲水性气相纳米二氧化硅颗粒，分3-5次加入上述基础液中，每次加入之后球磨5min；待全部亲水性气相纳米二氧化硅颗粒加入基础液之后，将球磨罐置于球磨机上进行球磨，球磨机转速为150r/min，球磨时长为24h，最终获得原液。

真空结束后卸掉负压，放出液体即为防火液，密封保存。

对比例1

本对比例与实施例1的区别在于未进行球磨。本对比例提供了现有技术的一种防火液的制备方法，其具体包括以下步骤：

(1)按照下列重量称取原料：

(2)将上述原料按照以下步骤制备防火液：

将320g去离子水、2g蔗糖、0.4g磷酸二氢钾、1.2g硼砂、74g乙二醇、0.2g氧化铝、1.2g多聚磷酸钠、0.4g消泡剂、0.6g氟硅酸钾依次加入到搅拌桶中，开启高速搅拌，转速1200r/min，使上述原料溶解、混合均匀以形成基础液，搅拌时间为5min；

将400g亲水性气相纳米二氧化硅颗粒，分3-5次加入上述基础液中，每次加入之后以1200r/min的转速高速搅拌5min；待全部亲水性气相纳米二氧化硅颗粒加入基础液之后，即获得原液。

真空结束后卸掉负压，放出液体即为防火液，密封保存。

采用激光扫描粒度分布分析仪(Laser Scattering Particle SizeDistribution Analyzer,HORIBA LA-960)对所有实施例和对比例所得原液中的二氧化硅颗粒进行粒度分析；采用涂4杯测量所得原液的粘度，通过粘度换算公式(1)将涂4粘度换算成运动粘度。数据结果如表1所示，根据数据绘制了图1。

表1

	平均粒径D(50)(nm)	运动粘度(mm<sup>2</sup>/s)
			对比例1	31320	78.31
实施例1	183	22.34
			实施例2	164	16.49
实施例3	163	15.38
			实施例4	165	14.28
实施例5	164	13.25

对比例1和实施例1-5的固相含量均为50wt％，对比例1是采用现有技术的高速搅拌混合制备的原液，实施例1-5是采用球磨工艺制备的原液，球磨时间分别为：2h、4h、6h、10h和24h。从图1可以看出，与之前的高速搅拌工艺(对比例1)相比，球磨工艺(实施例1-5)使得原液的粘度明显降低；球磨4h之后，粘度趋于稳定。从表1的数据可以看出，相比于高速搅拌工艺(对比例1)，球磨工艺(实施例1-5)使得原液中二氧化硅颗粒的粒径分布更均匀，说明球磨工艺打开了二氧化硅颗粒中的团聚体，使得溶液更加稳定；球磨4h之后，二氧化硅颗粒的平均粒径D50区域稳定，大概在165nm左右。这是由于球磨工艺可以使粉料充分均匀混合，还能使粉料与溶液充分接触，使粉料能在溶液中充分分散，形成成分均匀、流动性良好的料浆。另外，球磨还能对粉料产生粉碎作用，使粉料粒径变小，并可磨去颗粒的不规则棱角，使其变成表面光滑的球形或者椭球型颗粒。总之，本发明通过球磨工艺改变颗粒的大小、形貌、比表面积及改变颗粒的表面物理和化学状态等因素以影响料浆的流变特性。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种防火液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的防火液的制备方法，其特征在于，

所述基础液的pH值为9-10；

所述基础液的组分，以重量百分比计，包括：

成炭剂0.5-1.0wt％、成炭助剂0.1-0.3wt％、耐热稳定剂0.3-0.8wt％、抗冷凝剂0-40wt％、离子固定剂0.05-0.1wt％、储存稳定剂0.3-0.5wt％、消泡剂0.1-0.5wt％、交联剂0.15-0.3wt％、去离子水58-98wt％，以上各组分的重量百分比之和为100％。

3.根据权利要求1所述的防火液的制备方法，其特征在于，所述原液包括基础液和亲水性气相纳米二氧化硅颗粒，以原液的重量计，所述亲水性气相纳米二氧化硅颗粒的重量百分比为45-50wt％。

4.根据权利要求1所述的防火液的制备方法，其特征在于，所述防火液包括原液和质量浓度为50wt％的碱溶液，以防火液的重量计，所述碱溶液的重量百分比为19-32wt％。

5.根据权利要求1所述的防火液的制备方法，其特征在于，

步骤1)具体包括：

将成炭剂、成炭助剂、耐热稳定剂、抗冷凝剂、离子固定剂、储存稳定剂、消泡剂、交联剂溶于去离子水中，研磨混合5-10min，获得基础液；

步骤2)具体包括：

将亲水性气相纳米二氧化硅颗粒分3-5次加入所述基础液中，每次加完之后球磨5-10min，全部加完之后以80-240r/min的转速研磨混合2-24h获得原液；

所述研磨所用的磨机包括卧式球磨机、行星球磨机、搅拌磨或砂磨机中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的防火液的制备方法，其特征在于，步骤3)具体包括：

7.根据权利要求1-6任一项所述的防火液的制备方法，其特征在于，

所述成炭剂选自蔗糖、果糖、葡萄糖、砂糖或麦芽糖中的至少一种；

所述成炭助剂选自磷酸二氢钾、磷酸氢钾、磷酸二氢钠或磷酸氢钠中的至少一种；

所述耐热稳定剂选自硼砂或硼酸中的至少一种；

所述抗冷凝剂选自乙二醇、丙二醇、丙三醇或季戊四醇中的至少一种；

所述离子固定剂选自氧化锌、氧化铝或淀粉中的至少一种；

所述储存稳定剂选自多聚磷酸钠或多聚磷酸钾中的至少一种；

所述消泡剂选自聚醚改性有机硅消泡剂、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚消泡剂、聚氧丙烯甘油醚或聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚中的至少一种；

所述交联剂选自氟硅酸钠、氟硅酸钾、氟化铝、碳酸铵、碳酸钾、碳酸氢铵或碳酸氢钾中的至少一种；

8.根据权利要求7所述的防火液的制备方法，其特征在于，

所述亲水性气相纳米二氧化硅颗粒的平均粒径D50为149nm。

9.根据权利要求8所述的防火液的制备方法，其特征在于，所述真空时长为20-30min；所述真空泵包括水环式真空泵、往复式真空泵、滑阀式真空泵、旋片式真空泵、扩散泵或罗茨泵中的至少一种。

10.一种防火液，其特征在于，所述防火液是通过权利要求1-9任一项所述的方法制得。