TWI736989B

TWI736989B - 防火隔熱材料的製造方法

Info

Publication number: TWI736989B
Application number: TW108134945A
Authority: TW
Inventors: 蔡美慧; 蔡豪意; 黃亭蓁; 黃資婷; 蔡佰昇; 王晏羚; 蔡沅南
Original assignee: 國立勤益科技大學
Priority date: 2019-09-26
Filing date: 2019-09-26
Publication date: 2021-08-21
Also published as: TW202113044A

Abstract

本發明防火隔熱材料是由固態材料及液態材料來構成一漿料，其中，該固態材料包括蛭石、含有細小封閉孔隙的輕質水泥以及二氧化矽；該液態材料包括水及樹脂，該樹脂採用矽酸鹽樹脂和高分子水性壓克力樹脂的其中至少一種，經由水解、縮合及聚合反應後直接接著該輕質水泥，並與該二氧化矽相互連結而產生結晶化；藉此讓漿料能在室溫直接自然乾燥及固化形成防火隔熱層。本發明防火隔熱材料具有重量輕、加工性好、低熱傳的隔熱保溫效果、隔音性以及價格低廉等優點，並可依照需求把漿料灌注到各種形狀的金屬門板來形成防火隔熱門板，亦可做為板材、塊材或表面塗層以形成防火隔熱建材。

Description

防火隔熱材料的製造方法

本發明有關於一種阻礙熱能傳導的防火隔熱材料及其製造方法，特別是指一種無須任何的加溫程序而可在室溫自然乾燥及固化的防火隔熱材料，以及該防火隔熱材料的製造方法。

目前傳統的防火隔熱鐵捲門，經常使用氧化鎂板、矽酸鈣板、纖維板、蛭石板等材料作為主要板材，其中當使用氧化鎂板、矽酸鈣板、纖維板作為主要板材時，雖具防火功能但重量較重，增加了運輸及施工上之成本及難度，且隔熱效果較差，若使用蛭石板當主要板材時，其材質較為脆弱，難依需求增加厚度或改變形狀，容易造成破損，故會增加運輸及施工時之成本及難度。

陶瓷棉、輕質節能磚、碳酸鎂及珍珠岩粒加水泥為目前所知常使用於防火門之填充材，其中當使用陶瓷棉、碳酸鎂、珍珠岩粒加水泥為填充材時，其重量較重亦會增加運輸及施工上之成本及難度，且陶瓷棉較難依照需求改變厚度及外型，若使用輕質節能磚為填充材時，因需經過高溫製程發泡才能形成結構體，故於製作上更為困難且更費成本。

故如何能開發出一種新穎的防火隔熱材料，不但具備防火質輕、高堅韌度不易脆裂又易於加工，且能依需求在常溫下輕易改變外型，在遇到高溫時能有極佳的隔熱效果且不會釋放有毒氣體之環保材料，不受限於單獨作為板材或填充材，可以同時作為板材、填充材、塗料層及塊材等防火隔熱材料，一舉改善傳統上使用現已習知防火隔熱材料的各種缺點，即為本發明研究開發之重點。

本發明的主要目的在於提供一種無須進行任何的加熱程序的防火隔熱材料，而可在室溫自然乾燥及固化來直接形成防火隔熱件，該防火隔熱材料具有輕量化、不易脆裂的高堅韌度、隔熱保溫及隔音效果佳、加工性優異、製作成本低廉、高溫狀態下不產生有毒物質等優點。

本發明的次要目的在於提供一種防火隔熱材料的製造方法，省去傳統防火隔熱建材需要額外加熱始能固化材料的相關步驟，有效簡化製作流程，讓防火隔熱材料的製作成本大幅降低。

本發明的再一目的在於未定型的漿料在自然乾燥固化之前，能夠與各式各樣的防火隔熱物件相互結合，例如填充進入金屬門板內部形成防火隔熱門板，或是製成板材、塊材或表面塗層以形成防火隔熱建材，藉此讓防火隔熱材料的應用範圍與領域大幅增加。

為達上述目的，本發明防火隔熱材料由一固態材料以及一液態材料構成的一漿料，該漿料能在室溫直接自然乾燥及固化成一防火隔熱層；其中，該固態材料與液態材料的重量比為1：1~4。

該固態材料包含佔1~60%重量百分比的蛭石、佔1~60%重量百分比的二氧化矽以及佔1~50%重量百分比的輕質水泥；該液體材料包含佔1~30%重量百分比的樹脂以及佔70~99%重量百分比的水；而該防火隔熱材料的熱導係數小於0.4W/mK，該防火隔熱材料的密度小於0.32g/cm3。

其中，該蛭石為一種矽酸鹽礦物，其粒徑為0.4~4mm；該二氧化矽粉末的密度為0.05~0.5g/cm3，該二氧化矽的熱導率<0.017W/mK，而該粉末的粒徑1~175um；該輕質水泥的重量為1005kg/m3，且該輕質水泥包含矽酸鹽水泥、活性矽和鈣質材料，並含有大量細小的封閉孔隙。

此外，該樹脂採用矽酸鹽樹脂或高分子水性壓克力樹脂的其中至少一種，且該樹脂經由水解、縮合以及聚合反應後直接接著該輕質水泥，並與該二氧化矽相互連結而產生結晶化。

本發明另揭示一種防火隔熱材料的製造方法，包含以下步驟：一固態材料產生步驟：將一蛭石、一輕質水泥以及一二氧化矽以一第一轉速攪拌來混合形成一固態材料；一液態材料產生步驟：將矽酸鹽樹脂或高分子水性壓克力樹脂的其中至少一種以及水以一第二轉速攪拌來混合形成一液態材料；一漿料產生步驟：將一液態材料與該固態材料以一第三轉速攪拌來形成一漿料，且該樹脂經由一水解反應、一縮合反應以及一聚合反應後，直接接著該輕質水泥，並與該二氧化矽相互連結而產生結晶化；一乾燥步驟：將該漿料放置室溫直接自然乾燥及固化形成一防火隔熱層。

於一可行實施例中，該漿料產生步驟與該乾燥步驟之間進一步包含：一填充步驟：將該漿料填充至一金屬門板的一容置空間；並在該乾燥步驟中，使得該防火隔熱層固定於該金屬門板內部來共同形成一防火隔熱門板。

於另一可行實施例中，該漿料產生步驟與該乾燥步驟之間進一步包含：一填充步驟：將該漿料填充至一模具的一容置空間；並在該乾燥步驟中，拆卸模具，使得該防火隔熱材料形成一板材或一塊材以形成一防火隔熱材。

於另一可行實施例中，該漿料產生步驟與該乾燥步驟之間進一步包含：一塗佈步驟：將該漿料塗佈於一板材的其中至少一側表面；並在該乾燥過程中，使得該防火隔熱層固定於該板材表面來共同形成一防火隔熱材。

該輕質水泥是用將泡沫劑加入水溶液來製備成泡沫，再將泡沫加入到一含有矽質材料、鈣質材料、水及外加劑的料漿，讓該料漿跟該泡沫共同混合攪拌及澆注成型出大量細小的封閉孔隙。

由前述說明可知，本發明的特點在於固態材料與液態材料所構成的漿料能夠在室溫狀況下，自然乾燥及固化來直接形成防火隔熱件，無須再額外進行一加熱程序，藉此，漿料狀的防火隔熱材料能夠直接應用在各種形狀的防火隔熱物件上，大幅增加防火隔熱材料的應用領域，並可減少防火隔熱物件的製造成本。

1:固態材料

10:蛭石

11:二氧化矽

12:輕質水泥

13:第一攪拌器

2:液態材料

20:水

21:樹脂

22:第二攪拌器

3:漿料

31:第三攪拌器

32:防火隔熱層

40:固態材料產生步驟

41:液態材料產生步驟

42:漿料產生步驟

43:乾燥步驟

44:填充步驟

45:塗佈步驟

46:模具

47:防火隔熱材

48:金屬門板

49:防火隔熱門板

50:板材

51:防火隔熱層

52:防火隔熱板材

圖1為本發明防火隔熱材料製作的示意圖；圖2為本發明防火隔熱材料製造方法第一實施例的流程圖；圖3為本發明防火隔熱材料製造方法第二實施例的流程圖；圖4為塊材或板材填充形成示意圖；圖5為防火隔熱門板填充形成示意圖；圖6為本發明防火隔熱材料製造方法第三實施例的流程圖；以及圖7為圖6塗佈步驟的示意圖。

茲為便於更進一步對本發明之製作流程、使用及其特徵有更深一層明確、詳實的認識與瞭解，爰舉出較佳實施例，配合圖式詳細說明如下：首先，請參閱圖1所示，本發明防火隔熱材料主要是由一固態材料1和一液態材料2組成，將一蛭石10、一二氧化矽11以及一輕質水泥12透過一第一攪拌器13來混合成該固態材料1，該液態材料2主要是由一水20以及一樹脂21透過一第二攪拌器22來混合構成。再對該固態材料1添加該液態材料2並透過一第三攪拌器31來混合成一漿料3，該漿料3在室溫狀態下將直接自然乾燥及固化成一防火隔熱層32。

於一較佳實施例中，該固態材料1與液態材料2的重量比採用1：1~4；其中，該蛭石10佔該固態材料1的重量百分比1%~60%，該輕質水泥12佔該固態材料1的重量百分比1%~60%，該二氧化矽11佔該固態材料1的重量百分比1%~50%，該水20佔該液態材料2的重量百分比70%~99%，該樹脂21佔該液態材料2的重量百分比1%~30%；藉以讓該防火隔熱材料的熱導係數小於0.4W/mK，該防火隔熱材料的密度小於0.32g/cm3。

該蛭石10是含有鎂元素的矽酸鹽礦物，有較高的層電荷數，因此具有較高的陽離子交換容量和較強的陽離子交換吸附能力，內部大約含7%的水，加熱時水會變成蒸氣溢出，使其結構逐漸疏鬆，體積迅速增大，重量變更輕，導熱率降低，形成膨脹蛭石10。經高溫1300~1350℃焙燒後的蛭石10，體積能迅速膨脹數倍至數十倍，膨脹後的蛭石10平均重量約為60~180kg/m3，導熱係數0.047~0.081W/mk。本發明採用該蛭石10的粒徑為0.4~4mm，因此，添加該蛭石10不僅達到輕量化，還具備火焰阻燃性、吸音、無毒等優點。

該輕質水泥12的重量大致為1005kg/m3，而一般傳統水泥的重量大致為2350kg/m3，該輕質水泥12的重量不到於一般傳統水泥的一半，主要是扮演觸媒角色與該樹脂21產生化學鍵結。

該輕質水泥12通常是用機械方法將泡沫劑水溶液製備成泡沫，再將泡沫加入到一含有矽質材料、鈣質材料、水以及各種外加劑的料漿，讓該料漿跟該泡沫共同混合攪拌及澆注成型出大量細小的封閉孔隙，藉以讓該輕質水泥12呈現為一多孔材料；由於該輕質水泥12中含有大量的封閉孔隙，因此該輕質水泥12也具備有良好的的保溫、隔熱性能，這是傳統水泥所不具備的功效。

該二氧化矽11粉末的粒徑為1~175um，一般是呈現透明狀或半透明狀，且由於粉末粒徑愈小，比表面積愈高，限氧指數(LOI)也愈高，燃燒時不會產生毒性氣體和煙霧，對於節約能源、降低碳與有害物質排放及實現可持續發展具有非常重要的作用，是做為防火隔熱材料添加劑的絕佳材質。於一較佳實施例中，本發明二氧化矽11的粉末密度為0.05~0.5g/cm3，該二氧化矽11的熱導率<0.017W/Mk。

該樹脂21主要是採用矽酸鹽樹脂或高分子水性壓克力樹脂的其中至少一種環保材質，該樹脂21可在無需加熱的自然室溫狀態下直接固化。該樹脂21將會依序經由一水解反應、一縮合反應以及一聚合反應後直接接著該輕質水泥12，並與該二氧化矽11相互連結而產生結晶化。

其中，該水解反應的方程式如下：該四乙氧基矽烷中的烷氧基與水中的氫氧基反應，加入酸使其加速反應生成該矽酸離子與乙醇。

該縮合反應的方程式如下：該兩矽酸離子經過脫水後產生該二氧化矽分子。

該聚合反應的方程式如下：該聚合反應包含複數個矽酸離子，經過水解縮合反應後，彼此互相聚合成一三度空間的二氧化矽結晶。

請參閱圖2所示，本發明防火隔熱材料的製造方法包含一固態材料產生步驟40、一液態材料產生步驟41、一漿料產生步驟42以及一乾燥步驟43。

該固態材料產生步驟40主要是將該蛭石10、該輕質水泥12以及該二氧化矽11三者共同混合，並以一第一轉速攪拌來形成一固態材料1，該第一轉速的轉速範圍為50~1000rpm。

該液態材料產生步驟41主要是將該樹脂21與該水20兩者混合，並以一第二轉速攪拌而成，該第二轉速的轉速範圍為50~1000rpm。該漿料產生步驟42是將該液態材料2與該固態材料1兩者共同混合，並以一第三轉速攪拌來形成一可在室溫自然乾燥及固化的漿料3，該第三轉速的轉速範圍皆為50~1000rpm。該樹脂21是在該漿料產生步驟42中發生該水解反應、該縮合反應以及該聚合反應，使得該輕質水泥12與該二氧化矽11皆會與該樹脂21產生連結。

該乾燥步驟43主要是將該漿料3放置室溫直接自然乾燥及固化形成一防火隔熱層32，其中，不同的液態材料與固態材料的混合比例，會有不同的室溫乾燥時間，一般都會在24小時內即可達到表面乾燥的程度。

請參閱圖3、圖4及圖5所示，本發明揭示另一防火隔熱材料的製造方法依序包含一固態材料產生步驟40、一液態材料產生步驟41、一漿料產生步驟42、一填充步驟44以及一乾燥步驟43。

如圖4所示該填充步驟44是將該漿料3填充至一模具46的一容置空間；並在該乾燥步驟43中，使得該防火隔熱層32固定於該模具46內部來共同形成一板材或一塊材以形成一防火隔熱材47。

如圖5所示該填充步驟44是將該漿料3填充至一金屬門板48的一容置空間；並在該乾燥步驟43中，使得該防火隔熱層32固定於該金屬門板48內部來共同形成一防火隔熱門板49。

請參閱圖6及圖7所示，本發明揭示再一防火隔熱材料的製造方法依序包含一固態材料產生步驟40、一液態材料產生步驟41、一漿料產生步驟42、一塗佈步驟45以及一乾燥步驟43。

該塗佈步驟45是將該漿料3塗佈於一板材50的其中至少一側表面；並在該乾燥過程中，使得該防火隔熱層51固定於該板材表面來共同形成一防火隔熱板材52。

相較於傳統板材防火隔熱物件的缺失(如表一)以及傳統填充防火隔熱物件的缺失(如表二)：

本發明防火隔熱材料具有以下優勢(如表三)：