CN116376382B - 一种玻璃防火涂料及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于涂料组合物技术领域，具体涉及一种玻璃防火涂料及其使用方法。其特征在于：成分按重量百分比包括：灭火剂微胶囊10~30%、成膜剂20~40%和余量的溶剂；其中，所述的灭火剂微胶囊为全氟己酮灭火剂微胶囊、全氟己烷灭火剂微胶囊和全氟辛烷灭火剂微胶囊按重量比1：0.2~0.5：0.1~0.3的混合物。目前玻璃防火涂料多在制备玻璃过程中使用厚树脂进行隔热防火处理，本发明可对现存玻璃材料表面进行喷涂烘干，起到隔热防火保护玻璃的作用，延长玻璃局部受火的爆裂时间，有效降低单次局部小型火灾的灾害损失。
Description
技术领域
本发明属于涂料组合物技术领域，具体涉及一种玻璃防火涂料及其使用方法。
背景技术
生活中玻璃材料已经成为建筑常见装饰材料，并且随着审美和外观设计要求的逐渐提高，大面积的一体玻璃板已经越来越多的应用到了各种建筑中，如玻璃门、展示橱窗等。单块的大面积玻璃价格在数千至数万元不等，而且大面积的玻璃在面对火灾时更容易出现受热不均而爆裂的现象，尤其在小型火灾、局部失火状况下，会大大提高单次灾害损失，因此，玻璃的防火性能要求也逐渐提高。
现有技术的玻璃防火方案中，如专利CN115260687A公开了一种防火封堵FPF膜、夹层玻璃及其制备方法，其采用在两片玻璃的夹层中增设防火封堵FPF膜，使玻璃在高温下不燃烧同时降低热辐射，但玻璃面向热量的一面实际上并没有防火处理，无法解决大面积玻璃在火灾中受热不均而爆裂的问题。其他诸如夹胶、灌浆或真空型的复合防火玻璃均存在上述缺陷，并且成本较高，厚度较大。
另一种玻璃防火方案中，如专利CN107177146A公开了一种耐候阻燃高性能玻璃表面保护膜及其制备方法，其通过提供一种具有阻燃性能的防火薄膜，贴敷于玻璃表面，使玻璃获得一定的防火性能。该技术方案主要依赖于防火薄膜，根据其公开的背景技术部分也能理解，该薄膜的目的是解决玻璃易刮伤等问题，而非解决玻璃自身的防火、防受热不均的问题，即使该薄膜不易燃，在局部烧融后依然将会造成玻璃受热不均而玻璃爆裂。
还有一种方案，如专利CN107353681A公开的一种防火玻璃涂料及其制备方法，该方案中采用涂料的形式，该涂料主要成分是中空玻璃微珠、玻璃纤维、氧化钙与钛白粉，使用多种复合树脂分散防火成分，利用防火成分的隔热性质起到防火功能。本领域技术人员根据其公开的成分可以判断，其氧化钙、钛白粉、玻璃微珠与玻璃纤维的用量如果过少，则难以起到有效的防火功能；而在采用氧化钙与钛白粉的情况下，同时配合玻璃微珠和玻璃纤维，如果用量过大，则必然会导致折光率大大提高，严重影响玻璃的透光性能；而且其采用的树脂类的分散成分，即意味着需要在玻璃制备过程中采用复杂的光固化程序，制备、应用过程繁琐，难以在现有建筑物玻璃上应用。
对于其他常见的防火涂料，大多需要以较高的涂抹厚度获得更好的防火效果，如全氟丙烷、全氟己酮类灭火剂微胶囊防火涂料，这些涂料是利用灭火剂的蒸发热和蒸发膨胀效果，吸热、隔绝空气达到防火作用，但是，过高的厚度必然导致透光率的显著下降，不适于玻璃板材的防火。而且，这一类的防火涂料在遇到局部火灾的情况下，会在短时间内即释放全部的灭火剂微胶囊以实现灭火，如果火源持续供热，玻璃仍然有可能发生受热不均引起的爆裂，甚至有可能因灭火剂释放速度过快，小规模火灾中导致玻璃局部的降温速度过快而促使玻璃爆裂。因此，这一类的灭火剂微胶囊涂料不适合直接应用于玻璃板材防火防爆，而更适用于钢结构、墙面等导热快的材料防火。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种既能防止玻璃爆裂，同时使用方便，成本低，且对玻璃透光度影响小的玻璃防火涂料及其使用方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种玻璃防火涂料，其特征在于：成分按重量百分比包括：灭火剂微胶囊10~30%、成膜剂20~40%和余量的溶剂；其中，所述的灭火剂微胶囊为全氟己酮灭火剂微胶囊、全氟己烷灭火剂微胶囊和全氟辛烷灭火剂微胶囊按重量比1：0.2~0.5：0.1~0.3的混合物；所述的溶剂为水或醇类。
上述玻璃防火涂料的防火原理是微胶囊利用成膜剂在玻璃表面形成均匀覆盖，当发生火灾或局部高温时，微胶囊破裂，灭火剂内容物释放、膨胀，气化吸热，既能隔绝局部空气，又能带走大量热量避免局部高温。本发明能够有效防止玻璃爆裂的原理在于，利用了全氟己酮、全氟己烷和全氟辛烷的沸点梯度，使各灭火剂微胶囊组成一种破裂释放温度梯度，从而持续起到局部降温作用，同时避免局部降温过快。全氟己酮沸点49℃，全氟己烷沸点57.8℃，全氟辛烷沸点102.5℃，这三种灭火剂制成的灭火剂微胶囊的破裂温度一般分别为75℃以上、120℃以上和200℃以上，恰好形成跨度较为均匀的温度梯度。其中全氟己酮沸点最低，因此在遭遇局部火灾的情况下其微胶囊最先膨胀破裂，释放全氟己酮，对玻璃局部乃至周围区域降温，避免其他微胶囊组分的受热膨胀，当热源持续供热，全氟己酮灭火剂微胶囊释放完毕或局部温度临近120℃，此时全氟己烷灭火剂微胶囊将达到破裂临届，从而继续释放全氟己烷起到吸热降温作用，当温度继续升高，则全氟辛烷灭火剂微胶囊破裂降温。利用该原理，实现玻璃局部受热时的持续降温，大大延长灭火涂料在局部火灾中的作用时间，避免局部的急剧升温或持续受热导致的玻璃爆裂。相当于利用灭火剂释放温度梯度给予玻璃升温缓冲时间，起到保护玻璃的作用。
因为利用了上述的灭火剂释放温度梯度，能够在较长的时间内持续缓冲玻璃升温速度，并不需要大量的灭火剂供给以对外部灭火或完全隔绝热量，因此大大降低了玻璃表面的涂料需求量；即，可以用较薄的涂料厚度起到防止玻璃爆裂的效果，进而有效避免了涂料厚度过大导致的玻璃透光度下降问题。涂料中无热固性树脂等材料，无需固化，因此可应用于各种已完工的大面积玻璃涂装，提高保护能力，使用方便；直接涂覆，成分简单，使用后或失效后铲除重新涂覆即可，因此成本更低，适于推广到各种现存的玻璃幕墙、橱窗玻璃、玻璃门，降低单次局部小型火灾的灾害损失。
优选的，所述的成膜剂为丙烯酸乳液。
丙烯酸乳液具有良好的热塑性，并且呈半透明或乳白色，烘干后呈半透明，尤其在低厚度的情况下透光率高，更适合玻璃涂装，降低对玻璃的透光度影响。
优选的，所述的成膜剂为纯丙乳液、硅丙乳液和苯丙乳液中的一种。纯丙乳液干燥后透光度更高，硅丙乳液与苯丙乳液更易于均匀成膜，对灭火剂微胶囊的粘附固定效果较好，适合灭火剂微胶囊在玻璃表面的均匀分布。
优选的，所述的灭火剂微胶囊在玻璃防火涂料中的重量占比为25~30%。
灭火剂微胶囊有较高的折光效果，过高的添加量可能影响透光度，过低则影响防火效果，优选的范围内能够获得较长的防火时间和较好的透光效果。
优选的，所述的为全氟己酮灭火剂微胶囊、全氟己烷灭火剂微胶囊和全氟辛烷灭火剂微胶囊重量比为1：0.3~0.4：0.2。全氟己酮灭火剂的蒸发吸热较低，因此消耗最快，但在玻璃接触热源时全氟己酮必须最先释放降温，以防止全氟己烷与全氟辛烷的过早释放，因此需要较多的添加量以尽量在短时间内降温，全氟己烷与全氟辛烷吸热逐渐增大，同时为保证梯度释放，添加比例依此降低，并且，全氟己酮、全氟己烷和全氟辛烷成本依此升高，上述的重量比也更符合控制成本的要求，
优选的，所述的溶剂为甲醇和乙醇中的一种或二者任意比例的混合物。甲醇与乙醇在涂覆至玻璃表面后更易烘干，对成膜剂的分散均匀性更好。
优选的，所述的灭火剂微胶囊的制备方法包括以下步骤：
1）三聚氰胺-甲醛预聚体与灭火剂成分按重量比1：1~2在溶剂中混合均匀；其中，灭火剂成分为全氟己酮、全氟己烷或全氟辛烷；
2）步骤1）获得的混合物用酸调节pH至2~6，升温40~60℃搅拌反应2~6h，过滤、洗涤固体物；
3）三聚氰胺-甲醛预聚体与步骤2）获得的固体物按重量比1：0.5~1.5在溶剂中混合均匀，重复步骤2），干燥固体物，获得全氟己酮灭火剂微胶囊、全氟己烷灭火剂微胶囊或全氟辛烷灭火剂微胶囊。通过该方法获得的灭火剂微胶囊粒径分布一般在20~50μm，双层包覆材料，对光线折射率较低，透光度较好，且易于控制在玻璃表面涂层的厚度。
进一步优选的，步骤1）所述的溶剂为质量浓度1~5%的十二烷基硫酸钠的水溶液。十二烷基硫酸钠起到良好的分散作用，能够提高灭火剂成分的分散性。
优选的，所述的三聚氰胺-甲醛预聚体制备方法为三聚氰胺与甲醛按重量比1~2：1，在30~70℃水中融化搅拌，pH8~10条件下反应1~2h获得的。
采用上述方法制得的灭火剂微胶囊芯壁比普遍能达到5~9：1，强度更高，不易破裂，且灭火剂含量较高，此外，各灭火剂微胶囊均采用上述制备方法能够避免因壁厚不一致导致的微胶囊破裂温度变化过大，进而使温度梯度失效。均采用上述制备方法配合上述玻璃防火涂料中的微胶囊比例能够起到更稳定的玻璃防火效果。
一种上述的玻璃防火涂料使用方法，其特征在于：所述的玻璃防火涂料均匀喷涂在玻璃表面，喷涂厚度100~500μm，烘干后贴敷玻璃膜。常见的大面积玻璃板如玻璃幕墙、橱窗玻璃、玻璃门，一般均需要采用表面覆膜，如果涂料过厚则不可能贴敷，而本发明在提高了防火效果，提高了透光率的情况下，可以在涂料外侧继续贴敷防紫外线、防撞击等薄膜，而且能够避免涂料过长时间暴露在空气中失效的概率，同时在遭遇火灾后，在成膜剂热塑性流动的条件下，涂料会优先从薄膜破损处逐步释放，也能进一步延长涂料的作用时间。
烘干温度一般优选为60℃以下，烘干易于挥发的溶剂部分而避免高温使微胶囊破裂。
优选的，所述的玻璃防火涂料喷涂面积占玻璃面积的0.3~0.5倍。
对玻璃幕墙、橱窗玻璃、玻璃门下方部分采用上述的使用方法，可以增加玻璃防火涂料的厚度，形成类似毛玻璃的磨砂效果，符合玻璃艺术设计中对隐私保护的设计要求，同时也兼顾更好的防火效果。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：通过灭火剂释放温度梯度，大大延长了防火涂料的作用时间，有效降低了玻璃局部的急剧升温或持续受热导致的爆裂，降低单次局部小型火灾的灾害损失。保护效果好，使用和制造成本低，使用方便。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，实施例1是本发明的最佳实施例。以下实施例与对比例中使用的全氟己酮、全氟己烷或全氟辛烷均购买自中化蓝天集团有限公司。
实施例1
一种玻璃防火涂料，成分按重量百分比包括：灭火剂微胶囊25%，纯丙乳液35%，乙醇40%，由各成分混合均匀获得。
其中，灭火剂微胶囊为全氟己酮灭火剂微胶囊、全氟己烷灭火剂微胶囊和全氟辛烷灭火剂微胶囊按重量比1：0.4：0.2的混合物。
上述的灭火剂微胶囊制备方法为：
1）三聚氰胺与甲醛按重量比1.5：1，在50℃水中融化搅拌，pH值为8条件下反应2h获得三聚氰胺-甲醛预聚体；
2）三聚氰胺-甲醛预聚体与灭火剂成分按重量比1：2在溶剂中加热至40℃混合搅拌均匀；灭火剂成分为全氟己酮、全氟己烷或全氟辛烷；溶剂为质量浓度5%的十二烷基硫酸钠的水溶液；
3）步骤2）获得的混合物加入盐酸调节pH至5，升温60℃搅拌反应4h，过滤、洗涤固体物至中性；
4）步骤1）获得的三聚氰胺-甲醛预聚体与步骤3）获得的固体物按重量比1：0.5在溶剂中混合均匀，溶剂与步骤2）溶剂相同；调节pH至5，升温40℃，反应6h，过滤、洗涤固体物。
根据步骤2）添加的全氟己酮、全氟己烷或全氟辛烷，采用相同的方法，分别制得全氟己酮灭火剂微胶囊、全氟己烷灭火剂微胶囊和全氟辛烷灭火剂微胶囊。
实施例2
一种玻璃防火涂料，在实施例1的基础上，灭火剂微胶囊设置为全氟己酮灭火剂微胶囊、全氟己烷灭火剂微胶囊和全氟辛烷灭火剂微胶囊按重量比1：0.3：0.2的混合物。其他条件与实施例1相同。
实施例3
一种玻璃防火涂料，在实施例1的基础上，成分按重量百分比设置为：灭火剂微胶囊30%，苯丙乳液40%，甲醇30%，由各成分混合均匀获得。其他条件与实施例1相同。
实施例4
一种玻璃防火涂料，在实施例1的基础上，成分按重量百分比设置为：灭火剂微胶囊10%，硅丙乳液20%，水70%，由各成分混合均匀获得。其他条件与实施例1相同。
实施例5
一种玻璃防火涂料，在实施例1的基础上，灭火剂微胶囊设置为全氟己酮灭火剂微胶囊、全氟己烷灭火剂微胶囊和全氟辛烷灭火剂微胶囊按重量比1：0.2：0.3的混合物。其他条件与实施例1相同。
实施例6
一种玻璃防火涂料，在实施例1的基础上，灭火剂微胶囊设置为全氟己酮灭火剂微胶囊、全氟己烷灭火剂微胶囊和全氟辛烷灭火剂微胶囊按重量比1：0.5：0.1的混合物。其他条件与实施例1相同。
实施例7
一种玻璃防火涂料，在实施例1的基础上，灭火剂微胶囊制备方法中：步骤2）三聚氰胺-甲醛预聚体与灭火剂成分按重量比1：1在溶剂中加热至40℃混合搅拌均匀，该步骤水中含有1%重量百分比的十二烷基硫酸钠；步骤3）pH调节至6，升温40℃，搅拌反应2h；步骤4）中三聚氰胺-甲醛预聚体与固体物按重量比1：1.5混合。其他条件与实施例1相同。
实施例8
一种玻璃防火涂料，在实施例1的基础上，灭火剂微胶囊制备方法中：步骤2）三聚氰胺-甲醛预聚体与灭火剂成分按重量比1：1在溶剂中加热至40℃混合搅拌均匀，该步骤溶剂为质量浓度1%的十二烷基硫酸钠的水溶液；步骤3）pH调节至2，升温60℃，搅拌反应6h；步骤4）中三聚氰胺-甲醛预聚体与固体物按重量比1：1.5混合。其他条件与实施例1相同。
对比例1
一种玻璃防火涂料，在实施例1的基础上，灭火剂微胶囊均采用全氟己酮灭火剂微胶囊，而非混合的微胶囊。其他条件与实施例1相同。
对比例2
一种玻璃防火涂料，在实施例1的基础上，灭火剂微胶囊均采用全氟己烷灭火剂微胶囊，而非混合的微胶囊。其他条件与实施例1相同。
对比例3
一种玻璃防火涂料，在实施例1的基础上，灭火剂微胶囊均采用全氟锌烷灭火剂微胶囊，而非混合的微胶囊。其他条件与实施例1相同。
对比例4
一种玻璃防火涂料，在实施例1的基础上，灭火剂微胶囊设置为全氟己酮灭火剂微胶囊、全氟己烷灭火剂微胶囊和全氟辛烷灭火剂微胶囊按重量比1：1：1的混合物。其他条件与实施例1相同。
对比例5
一种玻璃防火涂料，在实施例1的基础上，灭火剂微胶囊设置为全氟己酮灭火剂微胶囊与全氟己烷灭火剂微胶囊按重量比1：1的混合物。其他条件与实施例1相同。
对比例6
一种玻璃防火涂料，在实施例1的基础上，灭火剂微胶囊设置为全氟己酮灭火剂微胶囊与全氟锌烷灭火剂微胶囊按重量比1：1的混合物。其他条件与实施例1相同。
对比例7
一种玻璃防火涂料，在实施例1的基础上，灭火剂微胶囊设置为全氟己酮灭火剂微胶囊、全氟己烷灭火剂微胶囊和全氟辛烷灭火剂微胶囊按重量比0.5：1：0.3的混合物。其他条件与实施例1相同。
对比例8
一种玻璃防火涂料，在实施例1的基础上，成分按重量百分比设置为：灭火剂微胶囊5%，纯丙乳液20%，甲醇75%，由各成分混合均匀获得。其他条件与实施例1相同。
对比例9
一种玻璃防火涂料，在实施例1的基础上，成分按重量百分比设置为：灭火剂微胶囊35%，纯丙乳液40%，甲醇25%，由各成分混合均匀获得。其他条件与实施例1相同。
性能测试
一种上述的玻璃防火涂料使用方法，每个实施例与对比例获得的玻璃防火涂料分别均匀喷涂在一块1.5m×2m，厚度6mm的钢化玻璃板正面与反面表面，喷涂厚度100μm，60℃热风烘干后贴敷纯透明聚乙烯玻璃膜（不含阻燃剂、无色剂）。喷涂玻璃防火涂料的区域为玻璃下半区域表面，喷涂面积占玻璃板正面与反面面积的0.5倍（1.5m×1m）。获得的仍然是高透光玻璃。
一种上述的玻璃防火涂料使用方法，每个实施例与对比例获得的玻璃防火涂料分别均匀喷涂在一块1.5m×2m，厚度6mm的钢化玻璃板正面表面，喷涂厚度500μm，60℃热风烘干后贴敷纯透明聚乙烯玻璃膜（不含阻燃剂、无色剂）。喷涂玻璃防火涂料的区域为玻璃正面与反面的底部边缘，喷涂高度0.75m，喷涂面积占玻璃板正面与反面面积的0.3倍（1.5m×0.75m）。获得的是底部轻磨砂质感的玻璃板。
耐火性能测试参照GB/T 12513-2006，垂直玻璃构件的耐火性能测试，上述获得的玻璃板垂直放置，底部、顶部固定，其他边缘无支撑。采用天然气作为热源燃料，热源距离玻璃板0.5m，使玻璃板正面受火，火焰大小使受火面积稳定控制在玻璃板正面右下角四分之一区域内（火焰高度约为1m）。从点燃明火开始计时，记录玻璃爆裂时间。
透光度测试采用透光度检测仪，检测原玻璃板在使用玻璃防火涂料前与按照上述方法使用玻璃防火涂料后，透光度的损失，记录差值，单位为%。如：原玻璃板的透光度检测结果为87%，不使用玻璃防火涂料而直接贴敷上述纯透明聚乙烯玻璃膜后透光率为77%，记录为10%。
耐火性能测试与透光度测试结果见下表1。
表1 性能测试
。
根据表1性能测试结果，其中对比例1~3与实施例1性能测试结果对比可以证明简单的灭火剂微胶囊并不能起到有效的延长玻璃爆裂时间的效果，而且根据耐火时间推得，对比例1~3的灭火剂微胶囊降温过程过于激烈，玻璃局部降温过快，反而使玻璃爆裂时间提前；而对比例4~7与实施例1的性能测试结果对比则能够看出，并不能通过所述的三种微胶囊简单搭配即可延长玻璃防火时间，需要通过各个微胶囊之间特定的配合，即释放温度梯度，获得较好的玻璃防火效果；对比例8、9的实验结果则证明了灭火剂微胶囊总量的占比过多或过低均不适合应用于玻璃防火涂料。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (6)
1.一种玻璃防火涂料，其特征在于：成分按重量百分比包括：灭火剂微胶囊10~30%、成膜剂20~40%和余量的溶剂；其中，所述的灭火剂微胶囊为全氟己酮灭火剂微胶囊、全氟己烷灭火剂微胶囊和全氟辛烷灭火剂微胶囊按重量比1：0.3~0.4：0.2的混合物；所述的溶剂为甲醇和乙醇中的一种或二者的混合物；所述的成膜剂为纯丙乳液、硅丙乳液和苯丙乳液中的一种。
2.根据权利要求1所述的玻璃防火涂料，其特征在于：所述的灭火剂微胶囊在玻璃防火涂料中的重量占比为25~30%。
3.根据权利要求1所述的玻璃防火涂料，其特征在于：所述的灭火剂微胶囊的制备方法包括以下步骤：
1）三聚氰胺-甲醛预聚体与灭火剂成分按重量比1：1~2在溶剂中混合均匀；其中，灭火剂成分为全氟己酮、全氟己烷或全氟辛烷；
2）步骤1）获得的混合物用酸调节pH至2~6，升温40~60℃搅拌反应2~6h，过滤、洗涤固体物；
3）三聚氰胺-甲醛预聚体与步骤2）获得的固体物按重量比1：0.5~1.5在溶剂中混合均匀，重复步骤2），干燥固体物，获得全氟己酮灭火剂微胶囊、全氟己烷灭火剂微胶囊或全氟辛烷灭火剂微胶囊。
4.根据权利要求3所述的玻璃防火涂料，其特征在于：步骤1）所述的溶剂为质量浓度1~5%的十二烷基硫酸钠的水溶液。
5.一种权利要求1~4任一项所述的玻璃防火涂料使用方法，其特征在于：权利要求1~4任一项所述的玻璃防火涂料均匀喷涂在玻璃表面，喷涂厚度100~500μm，烘干后贴敷玻璃膜。
6.根据权利要求5所述的玻璃防火涂料使用方法，其特征在于：所述的玻璃防火涂料喷涂面积占玻璃面积的0.3~0.5倍。
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