TWI722969B

TWI722969B - 無機膨脹型防火塗料

Info

Publication number: TWI722969B
Application number: TW109132600A
Authority: TW
Inventors: 謝達華; 李培凱
Original assignee: 趙國昇
Priority date: 2020-09-21
Filing date: 2020-09-21
Publication date: 2021-03-21
Also published as: TW202212497A

Abstract

一種無機膨脹型防火塗料，由重量百分比為55.56%的粉體材料及重量百分比為44.44%的水溶液材料混合攪拌組成；該粉體材料更由下列材料混合組成：(1).水玻璃，重量百分比為該粉體材料的70~80%、(2).碳酸鈣，重量百分比為該粉體材料的0~1%、(3).鉀明礬，重量百分比為該粉體材料的0~1 %、(4).偏高嶺土，重量百分比為該粉體材料的5~10 %、(5). 無機磷酸鹽，重量百分比為該粉體材料的1~10 %、(6).季戊四醇，重量百分比為該粉體材料的0.5~4%、(7).氫氧化鋁，重量百分比為該粉體材料的5~25 %、(8).膨脹石墨，重量百分比為該粉體材料的1~5 %、及(9).鋁粉，重量百分比為該粉體材料的0~5 %；該水溶液材料則由重量百分比為0.5~2 %的苯基三甲氧基矽烷與重量百分比為98~99.5%的去離子水混合攪拌組成。

Description

無機膨脹型防火塗料

本發明係關於一種無機膨脹型防火塗料，尤指一種主要由無機材料組成，使用時可快速固化，對鋼材，木材及高分子材料等附著力強，受熱時為無煙、無毒、快速膨脹生成具高強度、高隔熱與高防火能力之碳-矽複合層，且低塗佈厚度即可達到不可燃及高防火效能之無機膨脹型防火塗料。

按，"防火塗料"在現代生活之居住環境中日受重視，現代是高樓大廈的環境，同時也是用電日增的時代，因此在居住環境中必須很注意電器及配電的使用，以避免火災發生。近年來常聽聞火災的發生，實令人不寒而慄，從報章或電視新聞上經常聽聞某處某地在深夜或淩晨，因電器老舊或配線不良導致火災發生，燒毀民宅---棟、店面---間，這種消息已經令人很不捨，若還加上住戶幾人嗆傷、幾人無法逃生不幸身亡，甚至還導致數名年輕的打火兄弟因火場閃燃被燒身亡，聽到這種消息除震驚外更是不勝噓唏。政府消防單位當然瞭解火災所造成人員及財物之嚴重損傷及對人民心理震撼之影響，因此對於建築物各式裝修材料之防火規定日趨嚴格，企希藉由各式材料難燃甚至防火之效果，能大力減少火災及各種損傷之發生。

基於上述需要，檢索國內外關於防火材料之專利，如下：

1. TW I695869 ｢防火塗料及其製造方法｣專利，該案訴求一種防火塗料，係包含有：一500cc的水、一比重量(即重量百分比)為4%～5%的正矽酸鈉、一比重量為4%～5%的偏矽酸鈉、一比重量為4%～5%的氫氧化鋁、一比重量為4%～5%的二氧化矽、一比重量為4%～5%的二氧化鈦、一比重量為4%～5%的氧化鋁、一比重量為4%～5%的硼酸鋅，一比重量為4%～5%的氧化鐵、一比重量為4%～5%的石墨粉、一比重量為4%～5%的鋁粉、一比重量為5%～6%的水性PU樹脂、一比重量為16%～17%的批土；藉由將上述材料均勻混合攪拌後，以構成100%防火塗料，據以提供作為木材、塑膠或金屬等建築材料的防火塗料。其次，該案同時訴求一種防火塗料之製造方法，其包含有：一初步混合攪拌步驟，係將 100cc 的水、正矽酸鈉、偏矽酸鈉、氫氧化鋁、二氧化矽、二氧化鈦、氧化鋁、硼酸鋅、氧化鐵、石墨粉混合攪拌成一第一原料；一第一次快速攪拌步驟，係將該第一原料、以另 100cc 的水放入攪拌機進行快速攪拌成一第二原料；一靜置步驟，將該第二原料靜置至少 12 小時後，再加入鋁粉成第三原料；一第二次快速攪拌步驟，將該第三原料放入攪拌機快速攪拌後放入一容器內；一化學反應步驟，係將該容器內的第三原料靜置至無化學反應的時間；及一第三次快速攪拌步驟，將該化學反應完全的第三原料、水性 PU 樹脂、批土與剩餘 300cc 的水一起放入攪拌機內，以進行快速攪拌混合成該 100%防火塗料；上述製造方法中，各步驟的攪拌機的快速攪拌至 5 ～ 10 分鐘；上述製造方法中，化學反應步驟的化學反應時間設為 2 天。

2. CN 1238448 C ｢水性薄型膨脹型鋼結構防火塗料及其製備方法｣專利，其係採用水性高熔融溫度丙烯酸酯乳液(含量為32~38 wt.%)為主要成膜物質，適量摻入氯偏乳液(含量為12~18 wt.%)以提高成膜物質自身的阻燃性，特別是選擇了可發性膨脹石墨(含量為4~10 wt.%)做為膨脹劑，以及防火助劑、填料和成膜助劑(含量為0~6 wt.%)，其中，防火助劑為聚磷酸銨(含量為17~20 wt.%)、三聚氰胺(含量為5~7 wt.%)和季戊四醇(含量為11~13 wt.%)，填料為氧化鋅(含量為0~6 wt.%)，組成配比；製備上，必須先合成出水性高熔融溫度丙烯酸酯乳液，然後採用水性高熔融溫度丙烯酸酯乳液和作為成膜物質；聚磷酸銨、三聚氰胺和季戊四醇為防火助劑，按照防火塗料組成含量，先將乳液、防火助劑、填料和成膜助劑放在一起攪拌混合20~30分鐘，然後經砂磨機研磨後加入所需分量的可發性膨脹石墨，混合均勻後即得。

3. CN 1296447 C ｢一種可膨脹石墨奈米防火塗料及其製備方法和應用｣專利，其按重量份數計，由20~25份丙烯酸樹脂、3~4份氨基樹脂、1~4份二季戊四醇、18~22份低硫可膨脹石墨、2~4份有機矽樹脂、12~16份三聚氰胺聚磷酸銨、2~6份奈米阻燃母液、4~6份增強玻璃纖維、3~5份金紅石型鈦白粉、2~4份阻燃增韌劑、2~4份消煙劑、0.3~0.6份消泡劑、0.3~0.6份流平劑、15~20份混合溶劑，其中，該奈米阻燃母液按重量比計，其成分為奈米二氧化鈦：奈米二氧化矽：奈米鎂鋁水滑石：聚合物，分別為1~2：1~2：5~6：6~10；該阻燃增韌劑為三苯基磷酸酯或52號液體氯化石臘；該消煙劑為二茂鐵、三氧化鉬或氧化鋅；該消泡劑為聚醚或矽氧烷；該流平劑為矽氧烷；該混合溶劑由溶劑油和醋酸丁酯組成，其溶劑油與醋酸丁酯重量比為4~6：1；該聚合物為環氧樹脂或丙烯酸樹脂和有機矽樹脂的組合，其丙烯酸樹脂和有機矽樹脂的重量比為3：1；該溶劑油採用200號溶劑油；製造上，先行分別製備低硫可膨脹石墨及奈米阻燃母液，然後再製備出可膨脹石墨奈米防火塗料。

4. CN 102585653 B｢一種防火塗料｣專利，其包括如下品質百分含量的物質：氰乙基纖維素7-20%，FEVE氟碳樹脂10-20%，玻璃珠10-15%，顏料10-30%，聚磷酸銨5-10%，固化劑3-8%，酚基苯烷環氧樹脂20-30%，其餘為溶劑，此溶劑包括溶劑a 和溶劑b，固化劑選自二甲基苯胺，二苯基乙酮中的一種或兩種組合；該溶劑a 和溶劑b 選自丙酮、丁酮、甲戊酮、甲基異丁基酮、環己酮、醋酸乙酯、醋酸丁酯、醋酸異丙酯、乙醇、正丁醇、異丙醇、乙二醇丁醚(BCs)、丙二醇甲醚醋酸酯中的一種；製造上首先步驟1 ：將玻璃珠，顏料，聚磷酸銨，固化劑，與溶劑a 進行混合，攪拌均勻後，進行高速研磨，至細度15-20μm，得到色漿；接著步驟2 ：將氰乙基纖維素，FEVE 氟碳樹脂，酚基苯烷環氧樹脂與溶劑b 進行混合，攪拌均勻後加入步驟1 制得的色漿，高速分散15-20 分鐘，即為防火塗料產品。

5. CN 103865304 A｢無機矽酸鹽防火塗料及無機矽酸鹽防火阻隔層的製備方法｣專利，其包含M ₂O•nSiO ₂及一無機溶劑，n 介於2.8 至5.5 間，M ₂O 為Na ₂O(一氧化二鈉)、K ₂O (一氧化二鉀)或Li ₂O(一氧化二鋰)；以整體無機矽酸鹽防火塗料的總重為基準，M ₂O·nSiO ₂占30 重量百分比至40 重量百分比，該無機溶劑為水，該無機矽酸鹽防火塗料更包含有一矽酸鎂水合物；至於無機矽酸鹽防火阻隔層的製備方法，係將上述的無機矽酸鹽防火塗料施用於一基板上，並且固化該基板上的無機矽酸鹽防火塗料，藉以於該基板上形成一無機矽酸鹽防火阻隔層，該無機矽酸鹽防火阻隔層的厚度介於50 微米至2 毫米之間。

上述 TW I695869、CN 1238448 C、CN 1296447 C、CN 102585653 B、CN 103865304 A 專利各有其優劣點，然有些存在著製程頗為耗時，有些是採用到有機材料，燃燒時會產生煙、毒，致存在著環保疑慮，有些則是防火效果難以支撐約二~三小時之連燒大火，致防火效能難稱理想。

針對上述先前技術之若干缺失，本發明人萌生改良之發想，並即深入構思研發創作，經長時間努力，終有本發明產生。

緣是，本發明之主要目的即在提供一種主要由無機材料組成，使用時可快速固化，對鋼材，木材及高分子材料等附著力強，受熱時為無煙、無毒、快速膨脹生成具高強度、高隔熱與高防火能力之碳-矽複合層，且低塗佈厚度即可達到不可燃及高防火效能之無機膨脹型防火塗料。

本發明之另一主要目的則在提供一種低成本即展現高性能之無機膨脹型防火塗料。

為達成上述目的，本發明特別創設一種無機膨脹型防火塗料，係由一粉體材料及一水溶液材料混合攪拌組成，其中，該粉體材料所含重量百分比為無機膨脹型防火塗料的55.56%，該水溶液材料所含重量百分比為無機膨脹型防火塗料的44.44%，其中，該粉體材料由下列無機材料混合組成：

(1). 水玻璃，所含重量百分比為該粉體材料的70~80 %、

(2). 碳酸鈣，所含重量百分比為該粉體材料的0~1 %、

(3). 鉀明礬，所含重量百分比為該粉體材料的0~1 %、

(4). 偏高嶺土，所含重量百分比為該粉體材料的5~10 %、

(5). 無機磷酸鹽，所含重量百分比為該粉體材料的1~10%、

(6). 季戊四醇，所含重量百分比為該粉體材料的0.5~4 %、

(7). 氫氧化鋁，所含重量百分比為該粉體材料的5~25 %、

(8). 膨脹石墨，所含重量百分比為該粉體材料的1~5 %、及

(9). 鋁粉，所含重量百分比為該粉體材料的0~5 %；

該水溶液材料由下列無機材料混合攪拌組成：

(1). 苯基三甲氧基矽烷，所含重量百分比為該水溶液材料的0.5~2 %、及

(2). 去離子水，所含重量百分比為該水溶液材料的98~99.5%。

上述無機膨脹型防火塗料，製備時經過如下步驟：

(1). 一第一混合攪拌步驟，將該水玻璃、該碳酸鈣、該鉀明礬、該偏高嶺土、該無機磷酸鹽、該季戊四醇、該氫氧化鋁、該膨脹石墨及該鋁粉，依照所述之重量百分比以攪拌速度為100 rpm混合攪拌，成為該粉體材料；

(2).一第二混合攪拌步驟，將該苯基三甲氧基矽烷與該去離子水，依照所述之重量百分比置入一攪拌機內，於50~80℃之溫度間，以攪拌速度為100 rpm，進行攪拌1小時，成為該水溶液材料；

(3). 一第三混合攪拌步驟，將上述第一混合攪拌步驟所完成的粉體材料及上述第二混合攪拌步驟所完成的水溶液材料共同置入一攪拌機內，以攪拌速度為100 rpm，進行攪拌混合5～10分鐘，成為該無機膨脹型防火塗料。

上述之無機膨脹型防火塗料，使用時將該無機膨脹型防火塗料塗佈於一基板上，然後固化該無機膨脹型防火塗料，即已在該基板上形成一防火阻隔層。

上述之無機膨脹型防火塗料中，於該基板上塗佈該無機膨脹型防火塗料，藉以形成該防火阻隔層之厚度在50微米(μm)至7毫米(mm)間。

上述之無機膨脹型防火塗料，使用時將該無機膨脹型防火塗料塗佈於一基板上，該基板為鋼材、木材或高分子材料之一種。

關於本發明為達成上述目的，所採用之技術手段及可達致之功效，茲舉以下較佳可行實施例配合附圖進行詳細解說說明，俾利完全瞭解。

本發明係訴求一種無機膨脹型防火塗料10，最重要是該無機膨脹型防火塗料10的組成成分、組成比例及固化為防火阻隔層之結構，以及使用於塗佈時之作業條件及使用後的防火功效。請參閱圖1所示，本發明無機膨脹型防火塗料10基本上是由一粉體材料20及一水溶液材料30經過攪拌而共同組成，其中，若以該無機膨脹型防火塗料10之重量為100%而言，該粉體材料20的重量百分比為55.56%，該水溶液材料30的重量百分比為44.44%。

接著，請參閱圖2所示，該粉體材料20之組成成分，包含：一水玻璃21、一碳酸鈣22、一鉀明礬23、一偏高嶺土24、一無機磷酸鹽25、一季戊四醇26、一氫氧化鋁27、一膨脹石墨28及一鋁粉29；若以該粉體材料20之重量為100%而言，其中，該水玻璃21(即矽酸鈉)採粉體，所含重量百分比為該粉體材料的70~80 %；該碳酸鈣22所含重量百分比為該粉體材料的0~1 %；該鉀明礬23所含重量百分比為該粉體材料的0~1 %；該偏高嶺土24所含重量百分比為該粉體材料的5~10 %；該無機磷酸鹽25所含重量百分比為該粉體材料的1~10%；該季戊四醇26所含重量百分比為該粉體材料的0.5~4 %；該氫氧化鋁27所含重量百分比為該粉體材料的5~25 %；該膨脹石墨28所含重量百分比為該粉體材料的1~5 %；該鋁粉29所含重量百分比為該粉體材料的0~5 %。

然後請參閱圖3所示，該水溶液材料30則係由一苯基三甲氧基矽烷31及一去離子水32組成，若以該水溶液材料30之重量為100%而言，其中，該苯基三甲氧基矽烷31之重量百分比佔該水溶液材料30的0.5~2 %；該去離子水32的重量百分比為該水溶液材料30的98~99.5%。

本發明之無機膨脹型防火塗料10，在製備上係經過無數次之實際製作，並經過多次真實直火燃燒之測試使用，方得出最佳之材料配方及配比，以及得出最佳之防火效果，因此在製備上必須按照一特定步驟進行，請參閱圖4所示，本發明針對該無機膨脹型防火塗料10，在製備上會經過三次之混合攪拌步驟，首先，進行一第一混合攪拌步驟，主要即要產生出該粉體材料20，其係將該水玻璃21(佔粉體材料20之70~80 wt%)、該碳酸鈣22(佔粉體材料20之0~1 wt%)、該鉀明礬23(佔粉體材料20之0~1 wt%)、該偏高嶺土24(佔粉體材料20之5~10 wt%)、該無機磷酸鹽25(佔粉體材料20之1~10 wt%)、該季戊四醇26(佔粉體材料20之0.5~4 wt%)、該氫氧化鋁27(佔粉體材料20之5~25 wt %)、該膨脹石墨28(佔粉體材料20之1~5 wt%)及該鋁粉29(佔粉體材料20之0~5 wt%)九種材料，依照所述之重量百分比以攪拌速度為100 rpm充分地進行攪拌混合，使成為該粉體材料20。

接著，進行一第二混合攪拌步驟，主要是要產生出該水溶液材料30 ，其係將該苯基三甲氧基矽烷31 (占該水溶液材料30的0.5~2 %)與該去離子水32 (占該水溶液材料30的98~99.5%)二種材料，依照所述之重量百分比置入一攪拌機內，在50~80℃之溫度間進行快速攪拌，以攪拌速度為100 rpm，攪拌時間1小時，攪拌完成即為該水溶液材料30。

最後，進行一第三混合攪拌步驟，將上述第一混合攪拌步驟所完成的粉體材料20及上述第二混合攪拌步驟所完成的水溶液材料30共同置入一攪拌機內，以攪拌速度為100 rpm，進行攪拌混合5～10分鐘，即成為該無機膨脹型防火塗料10。

完成該無機膨脹型防火塗料10之製備後，即可如圖5所示，將該無機膨脹型防火塗料10使用於對一基板40的表面進行塗佈，所塗佈的表面，必須是該基板40要進行防火的正面，不可以是該基板40要進行防火的背面。要利用該無機膨脹型防火塗料10來進行防火塗佈的基板40可以是鋼材，即鋼質材料之成品，例如：鋼門、鐵捲門等---；也可以是木材，即木質材料之成品，例如：木門、室內隔間裝潢等---，也可以是高分子材料之成品，例如：塑膠門、塑膠建築產品等---。當於該基板40要進行防火的正面表面塗佈本發明之無機膨脹型防火塗料10時，所塗佈的厚度以在50μm~7mm間即可，塗佈完成後只要等待該無機膨脹型防火塗料10固化後，即在該基板40表面上形成一防火阻隔層50，當火災發生時，該防火阻隔層50即能對該基板40產生防火作用。

請參閱圖6所示，共區分成四個小圖，代表受熱前、後四個狀態，其中，最左小圖表示該無機膨脹型防火塗料10塗佈於該基板40上並固化成為一防火阻隔層50，且在平常(未發生火災)時候之狀態，茲標示為"受熱前"；左內小圖表示在燃燒初始(剛發生火災)時，該防火阻隔層50之部位開始產生融化及軟化現象之狀態，茲標示為"燃燒初始"；繼續燃燒則到達右內小圖所示該防火阻隔層50之部位繼續膨脹之狀態，茲標示為"燃燒時"；最後持續燃燒則如最右小圖所示，該防火阻隔層50之部位完全膨脹(達數倍寬度)，而可將火勢完全阻隔於該基板40之外，茲標示為"燃燒後"，當該防火阻隔層50完全膨脹後，火勢根本燒不到該基板40，所以該防火阻隔層50能對該基板40發揮絕對防火之效果。

在圖6中，由"燃燒初始"經過"燃燒時"到達"燃燒後"，該防火阻隔層50已達完全膨脹之狀態，該防火阻隔層50膨脹後剖視如圖7所示，該防火阻隔層50膨脹後可區分成位於表面之碳層51及位於內部之矽層52，其中，該碳層51緻密且堅固，組成為C-C或C=C，主要功能為承受火焰並保護內部之矽層52不受高溫侵蝕而融化；該矽層52為網狀結構，組成為-Si-O-Si-，主要功能為利用其結構提供極優越的隔熱能力，並支撐該碳層51提供其一定之強度。

本發明無機膨脹型防火塗料10的製備原理在於：

1. 當原本為粉體的水玻璃21(矽酸鈉)與該水溶液材料30攪拌混合後，該水玻璃21(矽酸鈉)會溶解形成鈉離子及矽酸根離子，其中的矽酸根離子會與該水溶液材料30中的氫離子形成矽酸，再水解形成氫氧化矽基團，最終該氫氧化矽基團會脫水並形成-Si-O-Si-鍵結，此即為該無機膨脹型防火塗料10固化形成該防火阻隔層50之過程，時間約30 分鐘，然後於遇到燃燒大火時，該防火阻隔層50整體膨脹，而內部之-Si-O-Si-鍵結即膨脹為該矽層52。

2. 該無機磷酸鹽25及該季戊四醇26二者係為阻燃填料之作用，該無機磷酸鹽25之酸源遇到燃燒大火(高溫)時會釋放出無機酸，所釋放之無機酸則催化該季戊四醇26之碳源並導致其碳化，並交聯固化為該防火阻隔層50整體膨脹後之碳層51。

3. 該氫氧化鋁27及該膨脹石墨28二者係為膨脹填料之作用，該氫氧化鋁27在高溫下會吸熱分解形成氧化鋁及水氣，其吸熱反應會降低燃燒(火場)溫度，分解形成之氧化鋁可增加碳層、矽層強度，分解形成之水氣則可稀釋可燃氣體，提升膨脹能力；該膨脹石墨28在高溫下，硫酸等酸性嵌入劑會蒸發，體積變為數十倍，並推動石墨層往垂直方向快速膨脹，膨脹後的石墨層可藉由層間不規則堆疊的方式產生熱傳導的迷宮效應(屏蔽效應)，來減慢熱傳導鋼結構的速度。

4. 該無機膨脹型防火塗料10中混拌該鋁粉29，係可提升該防火阻隔層50的耐溫性，由於金屬鋁在含水及高溫( ＞ 280oC)下，該鋁粉29會因氧化反應生成氫氣及氫氧化鋁，其中的氫氧化鋁會與水玻璃21(矽酸鈉)溶解所形成的矽酸根離子反應成為矽酸鋁，因此可提升該防火阻隔層50本身的耐溫性，使在高溫下更不易產生形變，而能具有更加之防火效能。

該第一混合攪拌步驟所揭示，將該水玻璃21、該碳酸鈣22、該鉀明礬23、該偏高嶺土24、該無機磷酸鹽25、該季戊四醇26、該氫氧化鋁27、該膨脹石墨28及該鋁粉29九種材料，依照所述之重量百分比混合攪拌為該粉體材料20時，因為該九種材料皆為粉體，混合攪拌亦為粉體，並無性質及狀態之變化，所以該粉體材料20可以事先製備大(多)量待用，只要保持其性質及狀態未變化即可。

至於該第二混合攪拌步驟所揭示，將該苯基三甲氧基矽烷31及該去離子水32二種材料，依照所述之重量百分比置入一攪拌機內，在50~80℃之溫度間，以攪拌速度為100 rpm，進行快速攪拌1小時，以完成為該水溶液材料30；然後再盡速進行第三混合攪拌步驟，主要就是使由第一混合攪拌步驟所完成的粉體材料20與該由第二混合攪拌步驟所完成的水溶液材料30共同置入一攪拌機內，以攪拌速度為100 rpm，進行攪拌混合5～10分鐘，即成為該無機膨脹型防火塗料10。因此該第二混合攪拌步驟之進行，以在要進行該無機膨脹型防火塗料10的塗佈前再行完成，然後即進行該第三混合攪拌步驟完成出該無機膨脹型防火塗料10後，即盡速使用於塗佈作業，如此接續進行較為適宜。

過程中，添加該水溶液材料30可為使該無機膨脹型防火塗料10達到一種適合塗佈的膠狀特性，該水溶液材料30添加量若過多，則該無機膨脹型防火塗料10會形成較稀狀態，相對可能較容易進行塗佈，但相對也會較不容易沾附於基板40上固化(恐易掉落)；反之，該水溶液材料30添加量若過少，則該無機膨脹型防火塗料10會形成較稠狀態，相對即較不易進行塗佈(無法塗覆)，因此該水溶液材料30的添加量必須適當。本發明就是經過無數次實作驗證，始獲得該水溶液材料30之添加量佔該無機膨脹型防火塗料10重量百分比44.44%為最適宜之結論。

該無機膨脹型防火塗料10被塗佈於該基板40上時，仍為稠液狀，但隨即該水溶液材料30會在空氣中逐漸蒸發而消失，因此該無機膨脹型防火塗料10會固化於該基板40表面上形成一乾燥狀態的防火保護阻隔層50。火災受熱之前、後，如圖6所示，受熱前(圖6最左小圖)該基板40上固化有該防火保護阻隔層50；當燃燒初始(圖6左內小圖)，該防火保護阻隔層50外部因先受熱所以開始往上(外)膨脹，裡部則可能尚未膨脹(較慢受熱)，藉以保護該基板40免受燃燒；繼續受到燃燒(圖6右內小圖)直至燃燒後(最右小圖)，該防火保護阻隔層50已呈現高倍數膨脹，而能將火勢阻隔於膨脹後的防火保護阻隔層50外，確實保護該基板40免受燃燒；受燃燒過程中，因為該無機膨脹型防火塗料10主要皆由無機材料組成，具備不燃及耐燃之特性，因此火勢無法燒毀該防火保護阻隔層50，使得塗佈該無機膨脹型防火塗料10的基板40受到實質性保護。

本發明無機膨脹型防火塗料10，使用上之優點在於：

(1).本發明無機膨脹型防火塗料10膨脹性高及防火效能佳，所以塗佈之厚度在50μm~7mm間即具有絕佳之防火效果，相較於其他習知無機防火塗料，本發明確為薄型塗佈者，也因此塗佈後能降低對基板在外觀或使用上的影響。

(2).本發明無機膨脹型防火塗料10於燃燒後膨脹形成的防火阻隔層，係由可阻擋火勢之碳層51與可提供強度及高隔熱效果呈網狀結構之矽層52組成之碳-矽複合層，相較於其他習知防火塗料，燃燒受熱後僅藉由單一碳層阻隔，就防火之阻隔性比較，本發明確為防火效能甚佳者。

(3). 本發明無機膨脹型防火塗料10本身不燃，並且具備確實能夠阻擋火勢之優異防火效能，塗佈於鋼材基板40上時其防火時效超過三小時以上，相較於其他習知防火塗料，本發明確為防火效能甚佳者。

(4). 本發明主要由無機材料組成，製造費用相對低廉，但卻能發揮長時間防火之高性能，完全符合低成本、高性能之要求。

綜上所述，本發明確可達到預期之功能及目的，並且詳細說明能使熟於此技藝者得據以實施，然以上所舉之實施例僅用以說明本發明，舉凡所有等效結構之改變仍不脫離本發明之專利範疇。

10:無機膨脹型防火塗料 20:粉體材料 21:水玻璃 22:碳酸鈣 23:鉀明礬 24:偏高嶺土 25:無機磷酸鹽 26:季戊四醇 27:氫氧化鋁 28:膨脹石墨 29:鋁粉 30:水溶液材料 31:苯基三甲氧基矽烷 32:去離子水 40:基板 50:防火阻隔層 51:碳層 52:矽層

圖1所示係本發明無機膨脹型防火塗料由粉體材料及水溶液材料組成之方塊圖。圖2所示係本發明中粉體材料組成成分及組成比例之方塊圖。圖3所示係本發明中水溶液材料組成成分及組成比例之方塊圖。圖4所示係本發明製備無機膨脹型防火塗料之步驟方塊圖。圖5所示係本發明無機膨脹型防火塗料塗佈於基板之流程方塊圖。圖6所示係本發明固化為防火阻隔層受熱前、後之狀態變化示意圖。圖7所示係本發明固化為防火阻隔層遇到火災產生碳-矽複合層之狀態示意圖。

10:無機膨脹型防火塗料

20:粉體材料

21:水玻璃

22:碳酸鈣

23:鉀明礬

24:偏高嶺土

25:無機磷酸鹽

26:季戊四醇

27:氫氧化鋁

28:膨脹石墨

29:鋁粉

30:水溶液材料

31:苯基三甲氧基矽烷

32:去離子水

Claims

一種無機膨脹型防火塗料，係由一粉體材料及一水溶液材料混合攪拌組成，其中，該粉體材料所含重量百分比為無機膨脹型防火塗料的55.56%，該水溶液材料所含重量百分比為無機膨脹型防火塗料的44.44%，其中，該粉體材料由下列無機材料混合組成： (1). 水玻璃，所含重量百分比為該粉體材料的70~80 %、 (2). 碳酸鈣，所含重量百分比為該粉體材料的0~1 %、 (3). 鉀明礬，所含重量百分比為該粉體材料的0~1 %、 (4). 偏高嶺土，所含重量百分比為該粉體材料的5~10 %、 (5). 無機磷酸鹽，所含重量百分比為該粉體材料的1~10%、 (6). 季戊四醇，所含重量百分比為該粉體材料的0.5~4 %、 (7). 氫氧化鋁，所含重量百分比為該粉體材料的5~25 %、 (8). 膨脹石墨，所含重量百分比為該粉體材料的1~5 %、及 (9). 鋁粉，所含重量百分比為該粉體材料的0~5 %；該水溶液材料由下列無機材料混合攪拌組成： (1). 苯基三甲氧基矽烷，所含重量百分比為該水溶液材料的0.5~2 %、及 (2). 去離子水，所含重量百分比為該水溶液材料的98~99.5%。
如請求項1所述之無機膨脹型防火塗料，製備時經過如下步驟： (1). 一第一混合攪拌步驟，將該水玻璃、該碳酸鈣、該鉀明礬、該偏高嶺土、該無機磷酸鹽、該季戊四醇、該氫氧化鋁、該膨脹石墨及該鋁粉，依照所述之重量百分比以攪拌速度為100 rpm混合攪拌，成為該粉體材料； (2).一第二混合攪拌步驟，將該苯基三甲氧基矽烷與該去離子水，依照所述之重量百分比置入一攪拌機內，於50~80℃之溫度間，以攪拌速度為100 rpm，進行攪拌1小時，成為該水溶液材料； (3). 一第三混合攪拌步驟，將上述第一混合攪拌步驟所完成的粉體材料及上述第二混合攪拌步驟所完成的水溶液材料共同置入一攪拌機內，以攪拌速度為100 rpm，進行攪拌混合5～10分鐘，成為該無機膨脹型防火塗料。
如請求項1或2所述之無機膨脹型防火塗料，使用時將該無機膨脹型防火塗料塗佈於一基板上，然後固化形成一防火阻隔層。
如請求項3所述之無機膨脹型防火塗料，其中，於該基板上塗佈該無機膨脹型防火塗料，藉以形成該防火阻隔層之厚度在50微米(μm)至7毫米(mm)間。
如請求項3所述之無機膨脹型防火塗料，其中，使用時將該無機膨脹型防火塗料塗佈於一基板上，該基板為鋼材、木材或高分子材料之一種。