CN111233431A - 一种高膨胀阻火模块及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于建筑防火封堵的高膨胀阻火模块及其制备方法，以质量百分比计，主要含有颗粒状水合硅酸钠0.1%~80%，多孔性无机固体颗粒0.1%~50%，水性粘合剂3%~90%，阻燃剂的质量1%~60%。与现有技术相比，本发明创造性的使用颗粒状水合硅酸钠作为膨胀材料赋予制备膨胀性能，带来的益处是膨胀性能大幅提升，体现在膨胀倍率增加、膨胀后结构的稳定性和强度大幅增加，另外制品在膨胀阻火的同时还具备吸热降温的功能。

Description

一种高膨胀阻火模块及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于建筑防火封堵的材料，具体地说设计一种高膨胀阻火模块及其制备方法，属于建筑防火材料技术领域。
背景技术
建筑防火系统分为主动防火系统和被动防火系统两大类，建筑防火封堵是被动防火系统中的重要部分，其作用是恢复或保持建筑开孔、建筑结构的完整性和耐火等级。举例说明，电缆或管道穿过防火分区的墙体时，就破坏了防火分区的完整性，本来耐火极限为3小时的防火墙也变成了0耐火极限的建筑构件，这个时候必须使用防火封堵系统，恢复防火墙的耐火极限，保持防火分区的完整性和有效性。
目前，建筑防火封堵的领域的产品标准是国家强制性标准GB23864-2009《防火封堵材料》，其中对建筑防火封堵材料进行细致的分类，阻火模块是其中一种材料。标准中对其耐火极限、燃烧性能、膨胀性能以及其它物理化学性能进行规定。耐火极限分为1、2、3小时，燃烧性能要求达到V-0级，膨胀性能要求高温下体积膨胀达到120%。
在实际应用中，膨胀性能非常重要，材料膨胀能在火灾中密封可燃贯穿物（比如电缆绝缘层和护套、可燃管道、可燃管道保温层、低熔点管道保温层等）燃烧所留下的空隙，阻止火焰、有毒烟气、热量的蔓延和传播。
现有技术和现在市售产品中，绝大多数都是用膨胀蛭石、膨胀珍珠岩作为基材，高分子乳液或树脂作为粘结基材的粘合剂，蛭石或可膨胀石墨作为膨胀剂。申请号为CN201710615491.4的专利披露了一种阻火模块及其制备方法，主要用改性蛭石粉和其他矿物粉末作为基材，阻燃树脂、丙烯酸作为粘合剂。申请号CN201210013296.1的专利公开了一种阻火模块，由蛭石、石墨、乳胶和聚磷酸氨构成。
现有技术的缺陷是膨胀性能普遍比较差，表现在膨胀倍率低、膨胀后结构松散、没有强度。没有足够的膨胀倍率，就不能有效的密封可燃物贯穿物燃烧留下的缝隙，膨胀后结构松散、没有强度，容易被火灾中的风压破坏、冲塌，导致失效。
发明内容
为了解决前述现有技术的缺陷，本发明提供一种高膨胀阻火模块及其制备方法。
本发明中的高膨胀阻火模块主要含有颗粒状水合硅酸钠、多孔性无机固体颗粒、水性粘合剂、阻燃剂，颗粒状水合硅酸钠的质量百分含量为0.1%~80%，多孔性无机固体颗粒的质量百分含量为0.1%~50%，水性粘合剂的质量百分含量为3%~90%，阻燃剂的质量百分含量为1%~60%。
所述的颗粒状水合硅酸钠粒径大于0.5mm，系由液态水玻璃经干燥、破碎、筛选而得。形成的物质分子式可以表示为Na2O·nSiO2·mH2O，其中，n表示模数，一般从1.5~3.5之间，m表示结合水的数量。干燥后形成的结合水数量与干燥温度、时间、气压相关，本发明含水量控制在5%~25%（质量百分比）。
颗粒状水合硅酸钠在温度达到100℃时，会开始失去结合水并使颗粒状的硅酸钠膨胀，体积显著增大，而且体积增大的倍数和粒径成正比。技术人员通过实验发现，粒径在0.5mm一下的颗粒状水合硅酸钠膨胀倍率非常小，不明显。比如市面上常见的泡花碱，是液态水玻璃经过喷雾干燥而制的，粒径通常在几十至几百微米，其在高温下基本不膨胀或膨胀很小。0.5mm粒径的颗粒状水合硅酸钠体积可膨胀5倍左右，3mm粒径颗粒状水合硅酸钠体积可膨胀15倍左右。
颗粒状水合硅酸钠是赋予阻火模块膨胀性能的主要原材料，这和现有技术所用的可膨胀石墨、蛭石有很大区别。首先是起始膨胀温度，颗粒状水合硅酸钠其实膨胀温度非常低，110℃即可开始膨胀，可膨胀石墨要在200℃以上膨胀，蛭石要在500℃以上才能膨胀。膨胀温度低的好处是可以在火灾温度刚开始升高的时候，防火封堵材料就能开始起作用。其次，颗粒状水合硅酸钠在失水膨胀的同时还可大量快速吸收热量，降低火灾温度，其它两种物质不具备这种能力。第三，颗粒状水合硅酸钠膨胀后形成坚固并且融合为一体的膨胀层，而可膨胀石墨和蛭石膨胀时都会产生爆米花效应，膨胀后的物质松散、强度低、易脱落。
因此，制备的膨胀倍率主要取决于颗粒状水合硅酸钠的粒径、添加量。粒径和添加量越大，膨胀倍率越高。
所述的多孔性无机固体颗粒是膨胀珍珠岩、活性炭、膨胀蛭石、海泡石中的一种或几种的组合。使用多孔性无机固体颗粒的作用是在产品制备过程中吸收粘合剂中的水，使其容易成型。
所述的水性粘合剂是丙烯酸乳液、苯乙烯-丙烯酸酯乳液、硅丙乳液、乙烯-醋酸乙烯共聚乳液、聚乙烯醇水溶液、脲醛树脂水溶液中的一种或几种的组合。粘合剂的作用是将各种固体颗粒物质粘结在一起，赋予产品稳定的形状和强度等。
所述的阻燃剂是无机阻燃剂、含卤阻燃剂、含磷阻燃剂、含氮阻燃剂中的一种或几种的组合。添加阻燃剂的目的是为了赋予粘合剂中高分子物质的阻燃剂性能，并使其在火灾中成炭。
本发明的一种高膨胀阻火模块的制备方法，包括以下步骤：（1）将液态水玻璃在室温至90℃的温度范围内干燥，待其变成块状固体后在破碎机中破碎，通过筛网进行分级，选取粒径在0.5mm~3mm之间的颗粒状水合硅酸钠备用；（2）按比例在捏合机中混合颗粒状水合硅酸钠、多孔性无机固体颗粒、水性粘合剂、阻燃剂成为膏状物质；（3）将膏状物质压入模具内成型；（4）成型后脱模并放置在90℃以下的环境内进行干燥。
本发明提供了一种高膨胀阻火模块及其制备方法，与现有技术的相比，本发明创造性的使用颗粒状水合硅酸钠作为膨胀材料赋予制备膨胀性能，带来的益处是膨胀性能大幅提升，体现在膨胀倍率增加、膨胀后结构的稳定性和强度大幅增加，另外制品在膨胀阻火的同时还具备吸热降温的功能。
具体实施方式
下面结合实施例详细说明本发明的技术方案
实施例1。
（1）将液态水玻璃在室温至90℃的温度范围内干燥，待其变成块状固体后在破碎机中破碎，通过筛网进行分级，取粒径为0.5mm~1mm的颗粒状水合硅酸钠备用；（2）按表1比例在捏合机中混合颗粒状水合硅酸钠、膨胀珍珠岩、丙烯酸乳液、聚磷酸铵成为膏状物质；（3）将膏状物质压入模具内成型；（4）成型后脱模并放置在90℃以下的环境内进行干燥。最终制品性能如表1所列：
Figure 598396DEST_PATH_IMAGE002
实施例2。
（1）将液态水玻璃在室温至90℃的温度范围内干燥，待其变成块状固体后在破碎机中破碎，通过筛网进行分级，取粒径为1mm~2mm的颗粒状水合硅酸钠备用；（2）按表2比例在捏合机中混合颗粒状水合硅酸钠、膨胀珍珠岩、聚乙烯醇水溶液、氢氧化铝成为膏状物质；（3）将膏状物质压入模具内成型；（4）成型后脱模并放置在90℃以下的环境内进行干燥。最终制品性能如表2所列：
Figure 420858DEST_PATH_IMAGE003
实施例3。
（1）将液态水玻璃在室温至90℃的温度范围内干燥，待其变成块状固体后在破碎机中破碎，通过筛网进行分级，取粒径为2mm~3mm的颗粒状水合硅酸钠备用；（2）按表3比例在捏合机中混合颗粒状水合硅酸钠、膨胀珍珠岩、乙烯-醋酸乙烯共聚乳液、氢氧化镁成为膏状物质；（3）将膏状物质压入模具内成型；（4）成型后脱模并放置在90℃以下的环境内进行干燥。最终制品性能如表3所列：
Figure 687892DEST_PATH_IMAGE004

Claims (6)

1.一种高膨胀阻火模块，其特征在于，主要含有颗粒状水合硅酸钠、多孔性无机固体颗粒、水性粘合剂、阻燃剂，颗粒状水合硅酸钠的质量百分含量为0.1%~80%，多孔性无机固体颗粒的质量百分含量为0.1%~50%，水性粘合剂的质量百分含量为3%~90%，阻燃剂的质量百分含量为1%~60%。
2.如权利要求1所述的一种高膨胀阻火模块，其特征在于：所述的颗粒状水合硅酸钠粒径大于0.5mm，系由液态水玻璃经干燥、破碎、筛选而得。
3.如权利要求1所述的一种高膨胀阻火模块，其特征在于：所述的多孔性无机固体颗粒是膨胀珍珠岩、活性炭、膨胀蛭石、海泡石中的一种或几种的组合。
4.如权利要求1所述的一种高膨胀阻火模块，其特征在于：所述的水性粘合剂是丙烯酸乳液、苯乙烯-丙烯酸酯乳液、硅丙乳液、乙烯-醋酸乙烯共聚乳液、聚乙烯醇水溶液、脲醛树脂水溶液中的一种或几种的组合。
5.如权利要求1所述的一种高膨胀阻火模块，其特征在于：所述的阻燃剂是无机阻燃剂、含卤阻燃剂、含磷阻燃剂、含氮阻燃剂中的一种或几种的组合。
6.一种权利要求1所述高膨胀阻火模块的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）将液态水玻璃在室温至90℃的温度范围内干燥，待其变成块状固体后在破碎机中破碎，通过筛网进行分级，选取粒径在0.5mm~3mm之间的颗粒状水合硅酸钠备用；（2）按比例在捏合机中混合颗粒状水合硅酸钠、多孔性无机固体颗粒、水性粘合剂、阻燃剂成为膏状物质；（3）将膏状物质压入模具内成型；（4）成型后脱模并放置在90℃以下的环境内进行干燥。
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