TW201335344A - 無機防火組合物、防火材料及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係有關一種無機防火組合物，其包含(a)無機聚矽氧膠狀物及(b)無機阻燃粉體。根據本發明之防火組合物具有極佳之防火效果。本發明亦提供一種防火材料及其形成方法。

Description

無機防火組合物、防火材料及其形成方法
本發明係有關一種防火劑。特別是提供一種可應用於保溫材料且具防火特性之無機防火組合物、防火材料及其形成方法。
在現今之建築發展趨勢中，於建築物外牆包覆保溫材料，以使建築物在酷寒或酷暑環境中，減少空調之使用而達到節能減碳為一重要課題。
現今應用於建築物之保溫材料最常見者為可發泡性聚苯乙烯(expandable polystyrene)、擠塑聚苯乙烯(XPS)、酚醛(phenol-formaldehyde)或聚胺酯(polyurethane)，然而此等材料並不具阻燃效果，在施工過程中常因火花或環境中之些微火星而釀成大火。因許多災害皆是源於施工中保溫材料之起火，故現今多要求建築物外牆之保溫材料需同時具有防火特性。目前具有防火特性之保溫材料應用最廣者為岩棉，然而岩棉會吸水、結構強度小、耐候性差，且其保溫效果亦無法令人滿意且壽命短，亦因其供需不平衡導致價格昂貴，多僅用於建築物之高層隔離。
現今有包含有機矽氧、金屬氫氧化物與熱塑性樹脂成分之防火材料，然而此等材料中，該有機矽氧成份與金屬氫氧化物間係必須藉由熱塑性樹脂作為黏結劑，此黏結反應必須於高溫加熱進行，使該熱塑性樹脂固化，於大量生產時增加成本，不利於大範圍之應用。
再者，一般防火材料中所使用之有機高分子黏結劑在高溫燃燒後會產生裂解並與氧氣作用釋放熱能，且裂解後的炭渣容易剝落使燃燒之高溫傳遞至內層材料，無法阻絕熱能之傳遞。
因此，本領域中亟需提出一可配合保溫材料之防火阻燃效果高、機械強度良好及耐候性佳之防火組合物及防火材料，並且可因應節能減碳建築物之發展要求。
本發明併用無機聚矽氧膠狀物及無機阻燃粉體，開發一可配合保溫材料之防火阻燃效果高、機械強度良好及耐候性佳之防火組合物及防火材料，以因應節能減碳建築物之發展要求。
因此，本發明係有關一種防火組合物，其包含：(a)無機聚矽氧膠狀物；及(b)無機阻燃粉體。該(a)無機聚矽氧膠狀物包含部份水解縮合之聚矽氧烷及/或交聯之二氧化矽。
本發明另提供一種防火材料，其包含一第一顆粒及/或一第二顆粒。該第一顆粒包含一第一殼包覆至少一第一核，該第一殼包含網狀交聯之聚矽氧烷或網狀交聯之二氧化矽，該至少一第一核係選自由氫氧化鋁、硼酸鋅、二氧化矽、矽灰、氫氧化鎂及其混合物所組成之群。該第二顆粒包含一第二殼包覆至少一第二核，該第二殼係選自由氫氧化鋁、硼酸鋅、二氧化矽、矽灰、氫氧化鎂及其混合物所組成之群；該至少一第二核包含網狀交聯之聚矽氧烷或網狀交聯之二氧化矽。
本發明亦提供一種形成防火材料之方法，其包含下列步驟：
(i)提供(a)無機聚矽氧膠狀物；
(ii)於步驟(i)之無機聚矽氧膠狀溶液中加入(b)無機阻燃粉體，形成一混合物；及
(iii)將步驟(ii)所得之該混合物形成於一材料主體上。
本發明係有關一種防火組合物，其包含：(a)無機聚矽氧膠狀物；及(b)無機阻燃粉體。該(a)無機聚矽氧膠狀物包含部份水解縮合之聚矽氧烷及/或交聯之二氧化矽。
根據本發明之該(a)無機聚矽氧膠狀物係指具無機矽氧鍵骨架(-Si-O-Si-O-Si-O-)及以共價鍵和矽原子結合的有機基團。
根據本發明之該(a)無機聚矽氧膠狀物較佳係由至少一矽氧烷單體水解、縮合及聚合而成。該矽氧烷單體水解、縮合及聚合之方法可為一般之方法，舉例言之，可在氫離子或氫氧基離子之催化劑及溶劑存在下，使矽氧烷單體之官能基進行水解、縮合及聚合反應，並在溶劑移除後產生膠結之膠狀物。該(a)無機聚矽氧膠狀物包含部份水解縮合之聚矽氧烷，於本發明之一具體實施例中，該(a)無機聚矽氧膠狀物包含水解縮合反應完全之聚矽氧烷。
該(a)無機聚矽氧膠狀物可視需要以不同之矽氧烷單體製得，於本發明之一較佳具體實施例中，該矽氧烷單體係為包含碳原子數為1至15之二級、三級或四級矽氧烷，可製得防火效果佳之組合物。於本發明之一更佳具體實施例中，該矽氧烷單體係選自由3-胺基丙基三乙氧基矽烷(3-aminopropyltriethoxysilane)、3-甘油基丙基三甲氧基矽烷(3-glycidoxypropyltrimethoxysilane)、矽酸四乙酯(tetraethyl orthosilicate)及其混合物所組成之群。
另一方面，根據本發明之該(a)無機聚矽氧膠狀物較佳係為交聯之二氧化矽所形成，該二氧化矽交聯之方法可為一般之方法，舉例言之，由矽氧烷單體進行水解及縮合後，再進行聚合反應形成一矽氧網狀交聯結構。
根據本發明之該(b)無機阻燃粉體係為具防火阻燃效果之無機粉體，例如遇熱可釋放結晶水之晶體。另一方面，該(b)無機阻燃粉體係呈鹼性，以使可與根據本發明之該(a)無機聚矽氧膠狀物配合。於本發明之一較佳具體實施例中，該(b)無機阻燃粉體係選自由氫氧化鋁、硼酸鋅、二氧化矽、矽灰、氫氧化鎂及其混合物所組成之群；更佳地，該(b)無機阻燃粉體係為氫氧化鋁。
根據本發明之該(a)無機聚矽氧膠狀物係與該(b)無機阻燃粉體形成一共價鍵連結，而使根據本發明之防火組合物具有足夠之機械強度。於本發明之一較佳具體實施例中，該(a)無機聚矽氧膠狀物及該(b)無機阻燃粉體係利用該(a)無機聚矽氧膠狀物表面未完全水解、縮合、聚合或交聯之官能基，進一步與該(b)無機阻燃粉體形成鍵結。於本發明之另一較佳具體實施例中，該(a)無機聚矽氧膠狀物及該(b)無機阻燃粉體係利用該(a)無機聚矽氧膠狀物中未完全水解、縮合、聚合或交聯之矽氧烷單體或交聯之二氧化矽寡聚物，進一步與該(b)無機阻燃粉體形成鍵結。
於本發明之一較佳具體實施例中，該防火組合物更包含一極性溶液，以容該矽氧烷單體及/或二氧化矽於其中形成膠狀物或使該(a)無機聚矽氧膠狀物及該(b)無機阻燃粉體形成鍵結。該極性溶液之選擇係依所欲進行之水解、縮合、聚合或交聯反應而定。於本發明之一較佳具體實施例中，該極性溶液係選自由水、碳數為1至4之醇、四氫呋喃(tetrahydrofuran)、二甲基甲醯胺(dimethylformamide)、N-甲基咯烷酮(N-methyl pyrrolidinone)及其混合物所組成之群。更佳係為水或乙醇。
於本發明之一較佳具體實施例中，該防火組合物更包含一催化劑，以容該矽氧烷單體及/或二氧化矽於其中形成膠狀物或使該(a)無機聚矽氧膠狀物及該(b)無機阻燃粉體形成鍵結。該催化劑之選擇係依所欲進行之水解、縮合、聚合或交聯反應而定。於本發明之一較佳具體實施例中，該催化劑係為酸或鹼；更佳為酸。
於本發明之一較佳具體實施例中，該防火組合物更包含助劑，以增進該組合物之各式性質。該助劑之種類、成分及含量可依需要而定，例如為增稠劑、如玻璃纖維之結構補強劑、黏結劑、介面活性劑、色料、染料、抗龜裂劑、防水劑、抗紫外線劑、抗菌劑或抗黴劑。
根據本發明之防火組合物，其較佳係應用於塗料，更佳為應用於建築物之塗料，尤佳為應用於建築物保溫材料之塗料。
本發明另提供一種防火材料，其包含一第一顆粒及/或一第二顆粒。該第一顆粒包含一第一殼包覆至少一第一核，該第一殼包含網狀交聯之聚矽氧烷或網狀交聯之二氧化矽，該至少一第一核係選自由氫氧化鋁、硼酸鋅、二氧化矽、矽灰、氫氧化鎂及其混合物所組成之群。該第二顆粒包含一第二殼包覆至少一第二核，該第二殼係選自由氫氧化鋁、硼酸鋅、二氧化矽、矽灰、氫氧化鎂及其混合物所組成之群；該至少一第二核包含網狀交聯之聚矽氧烷或網狀交聯之二氧化矽。
根據本發明之防火材料可由根據本發明之防火組合物製得，當中依不同之(a)無機聚矽氧膠狀物及該(b)無機阻燃粉體之比例，而分別形成該第一顆粒及該第二顆粒，比例較多者形成該第一殼或該第二殼；比例較少者形成該第一核或該第二核。該(a)無機聚矽氧膠狀物及該(b)無機阻燃粉體形成鍵結時，會構成具核-殼結構之該第一顆粒或該第二顆粒，承上所述，於本發明一較佳具體實施例中，其中該第一殼與該至少一第一核或該第二殼與該至少一第二核係以一共價鍵連結。
於本發明之一較佳具體實施例中，根據本發明之該第一顆粒或該第二顆粒各顆粒間係利用該(a)無機聚矽氧膠狀物表面未完全水解、縮合、聚合或交聯之官能基形成鍵結。於本發明之另一較佳具體實施例中，根據本發明之該第一顆粒或該第二顆粒各顆粒間係利用該(a)無機聚矽氧膠狀物中未完全水解、縮合、聚合或交聯之矽氧烷單體或交聯之二氧化矽寡聚物形成鍵結。而無須如習知技術之使用熱塑性樹脂作為膠結劑，亦不需加熱固化，施予該防火組合物時，當該溶劑以例如風乾之方式去除後，即可自然形成該防火材料，大幅減少施工成本，更利於大範圍之施用。
於本發明之一較佳具體實施例中，該防火材料另包含一材料主體，其中該材料主體係選自由聚合物、金屬、木材及混凝土所組成之群。該材料主體可視需要具有不同之性質，較佳地，該材料主體係為一保溫材料，更佳地，該材料主體之聚合物為聚苯乙烯、擠塑聚苯乙烯、酚醛或聚胺酯；尤佳為聚苯乙烯。於本發明之一較佳具體實施例中，該第一顆粒及/或該第二顆粒係位於該材料主體之表面，以提供一兼具保溫及防火性質之優良建材。
本發明亦提供一種形成防火材料之方法，其包含下列步驟：
(i)提供(a)無機聚矽氧膠狀物；
(ii)於步驟(i)之無機聚矽氧膠狀物中加入(b)無機阻燃粉體，形成一混合物；及
(iii)將步驟(ii)所得之該混合物形成於一材料主體上。
茲以下列實例予以詳細說明本發明，唯並不意謂本發明僅侷限於此等實例所揭示之內容。
實例：
依下表1之成分配製防火組合物：
首先取1克矽烷組合物與6克pH=2之乙醇水溶液攪拌混合進行水解反應，溫度控制在約50℃反應約15分鐘。若在室溫下反應則需要反應約30分鐘。將氫氧化鋁與矽粉、玻璃纖維等阻燃粉體依照上表重量比加入已水解之矽烷溶液，以轉速500 rpm之攪拌機攪拌1分鐘製備無機防火塗料。將所製得之塗料噴塗或刷覆於可發泡性聚苯乙烯(EPS)板上，以不同測試標準之測試結果分別示於表2以及表3。
表2所示為台灣耐燃一級(等同於國際標準ISO5660以及ASTM E1354)之試驗標準，以不同厚度之試體塗覆於可發泡性聚苯乙烯(EPS)板上，其結果顯示當塗覆膜厚約1.5 mm之根據本發明之防火材料符合CNS14705耐燃一級規格。
表3所示為大陸GB8624-2006不燃A1級材料試驗標準以及各項測試結果，分別使用不燃性測試GB/T 5464-2010以及燃燒總熱值GB/T 14402-2007之試驗標準，此等試驗標準等同於國際測試標準分別為ISO1182:1990以及ISO1716:2002，測試結果亦符合其各項標準值之範圍。
另將前述試體在1000℃火焰下燃燒10分鐘後可觀察得到該試體之結構完整，即使可發泡性聚苯乙烯(EPS)板因高溫而熔融，但其塗覆之防火材料可完整保護而未起火燃燒，因此根據本發明之防火材料可確實防止火災發生。
上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，而非限制本發明。習於此技術之人士對上述實施例所做之修改及變化仍不違背本發明之精神。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。

Claims (17)

  1. 一種無機防火組合物，其包含：(a)無機聚矽氧膠狀物；及(b)無機阻燃粉體；其中，該無機聚矽氧膠狀物係包含部份水解縮合之聚矽氧烷及/或交聯二氧化矽。
  2. 根據請求項1之防火組合物，其中該(a)無機聚矽氧膠狀物係由至少一矽氧烷單體水解、縮合及聚合而成。
  3. 根據請求項2之防火組合物，其中該矽氧烷單體係為包含碳原子數為1至15之二級、三級或四級矽氧烷。
  4. 根據請求項2之防火組合物，其中該矽氧烷單體係選自由3-胺基丙基三乙氧基矽烷(3-aminopropyltriethoxysilane)、3-甘油基丙基三甲氧基矽烷(3-glycidoxypropyltrimethoxysilane)、矽酸四乙酯(tetraethyl orthosilicate)及其混合物所組成之群。
  5. 根據請求項1之防火組合物，其中該(b)無機阻燃粉體係選自由氫氧化鋁、硼酸鋅、二氧化矽、矽灰、氫氧化鎂及其混合物所組成之群。
  6. 根據請求項1之防火組合物，其中該(a)無機聚矽氧膠狀物係與該(b)無機阻燃粉體形成一共價鍵連結。
  7. 根據請求項1之防火組合物，更包含一極性溶液，該極性溶液係選自由水、碳數為1至4之醇、四氫呋喃(tetrahydrofuran)、二甲基甲醯胺(dimethylformamide)、N-甲基咯烷酮(N-methyl pyrrolidinone)及其混合物所組成之群。
  8. 根據請求項1之防火組合物，其另包含助劑，該助劑係選自由增稠劑、結構補強劑、黏結劑、介面活性劑、色料、染料、抗龜裂劑、防水劑、抗紫外線劑、抗菌劑及抗黴劑所組成之群。
  9. 根據請求項1之防火組合物，其係應用於塗料。
  10. 一種防火材料，其包含一第一顆粒及/或一第二顆粒，其中：該第一顆粒包含一第一殼包覆至少一第一核，該第一殼包含網狀交聯之聚矽氧烷或網狀交聯之二氧化矽，該至少一第一核係選自由氫氧化鋁、硼酸鋅、二氧化矽、矽灰、氫氧化鎂及其混合物所組成之群；該第二顆粒包含一第二殼包覆至少一第二核，該第二殼係選自由氫氧化鋁、硼酸鋅、二氧化矽、矽灰、氫氧化鎂及其混合物所組成之群；該至少一第二核包含網狀交聯之聚矽氧烷或網狀交聯之二氧化矽。
  11. 根據請求項10之防火材料，其中該第一殼與該至少一第一核或該第二殼與該至少一第二核係以一共價鍵連結。
  12. 根據請求項10之防火材料，其中該聚矽氧烷係由包含碳原子數為1至15之二級、三級或四級矽氧烷單體聚合而成。
  13. 根據請求項12之防火材料，其中該矽氧烷單體係選自由3-胺基丙基三乙氧基矽烷(3-aminopropyltriethoxysilane)、3-甘油基丙基三甲氧基矽烷(3-glycidoxypropyltrimethoxysilane)、矽酸四乙酯(tetraethyl orthosilicate)及其混合物所組成之群。
  14. 根據請求項10之防火材料，其另包含一材料主體，其中該材料主體係選自由聚合物、金屬、木材及混凝土所組成之群。
  15. 根據請求項14之防火材料，其中該材料主體係具有保溫或隔熱效果。
  16. 根據請求項14之防火材料，其中第一顆粒及/或該第二顆粒係位於該材料主體之表面。
  17. 一種形成防火材料之方法，其包含(i)提供根據請求項1至9中任何一項之防火組合物之(a)無機聚矽氧膠狀物；(ii)於步驟(i)之無機聚矽氧膠狀物中加入根據請求項1至9中任何一項之防火組合物之(b)無機阻燃粉體，形成一混合物；及(iii)將步驟(ii)所得之該混合物形成於一材料主體上。
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