CN103865304A - 无机硅酸盐防火涂料及无机硅酸盐防火保护层的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无机硅酸盐防火涂料，其包含M₂O·nSiO₂及一无机溶剂，n介于2.8至5.5间，M₂O为Na₂O、K₂O或Li₂O。由于本发明的无机硅酸盐防火涂料并未添加任何有机物质，故能避免涂布的基板发生发霉与老化等问题。此外，本发明另提供一种无机硅酸盐防火保护层的制备方法，其包括将无机硅酸盐防火涂料施用于一基板上，并于该基板上形成一无机硅酸盐防火保护层。所述的无机硅酸盐防火保护层能提供防火与阻燃效果；且由于该无机硅酸盐防火保护层并未添加有机物质，故其能具体克服传统有机防火保护层受热后会产生毒性气体与浓烟等问题，进而有效降低火灾发生所造成的伤亡严重性。

Description

无机硅酸盐防火涂料及无机硅酸盐防火保护层的制备方法

技术领域

本发明关于一种无机硅酸盐防火涂料，尤指一种不含有机物质的无机硅酸盐防火涂料。此外，本发明另关于一种无机硅酸盐防火保护层的制备方法。 

背景技术

是以，如何发展一种良好的防火涂料，并利用此防火涂料保护建筑物表面，借此有效降低火势蔓延的速度及火灾造成的伤亡严重性，甚而减少火灾发生的次数便成为目前十分重要的课题。 

市面上常见的防火涂料为有机防火涂料或有机/无机防火涂料，其防火涂料中多半以有机黏结剂(如：聚氨酯、有机硅氧烷、环氧树脂、酚醛树脂等)为基底，另添加有机难燃剂、有机分散剂、颜料等助剂，利用防火涂料受热燃烧后所生成的氧化物作为隔绝层，以提供所需的防火与阻燃效果。 

然而，以传统有机防火涂料为例，其因含有一定含量以上的有机物质而具有下列几项缺点：(1)有机物质有助于霉菌滋生，而使基板(如：墙壁)发霉；(2)有机物质(如：甲醛、甲苯、苯酚等)受热燃烧后易释放毒性气体，并且产生大量浓烟；(3)易老化问题。 

因此，目前亟需发展一种无机防火涂料，其能借由无机材料提供所需的防火效果，并且同时克服上述有机防火涂料或有机/无机防火涂料所存在的缺点与问题。 

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种未添加有任何有机物质的无机硅酸盐防火涂料及无机硅酸盐防火保护层的制备方法，该无机硅酸盐防火保护层能有效隔 绝热源与受热基板之间的热传导作用，进而提供良好的防火与阻燃效果。 

为达成上述目的，本发明提供一种无机硅酸盐防火涂料，其包含M₂O·nSiO₂及一无机溶剂，且n(即，M₂O相对于SiO₂的莫耳比值)介于2.8至5.5之间。 

较佳的，本发明的无机硅酸盐防火涂料由上述无机物质(M₂O·nSiO₂及无机溶剂)所组成，且并未添加有任何有机物质或有机助剂。 

较佳的，n为3.3。 

较佳的，M₂O可为一氧化二钠(Na₂O)、一氧化二钾(K₂O)或一氧化二锂(Li₂O)。 

较佳的，该无机溶剂可为水。 

较佳的，以整体无机硅酸盐防火涂料的总重为基准，M₂O·nSiO₂占30重量百分比至40重量百分比。 

依据本发明，所述的无机硅酸盐防火涂料可更进一步添加金属或无机化合物于其中，以达到相辅相成的附加效果及价值。较佳的，本发明的无机硅酸盐防火涂料更包含有锌、硅酸镁水合物(3Mg·4SiO₂·H₂O)、碳酸钙、奈米光触媒或色料粉。于此，于无机硅酸盐防火涂料中添加锌可更进一步提供基板防锈的功能；于无机硅酸盐防火涂料中添加硅酸镁水合物或碳酸钙可使本发明的无机硅酸盐防火涂料成为室内装潢墙壁的内漆；于无机硅酸盐防火涂料中添加奈米光触媒则可进一步提供杀菌、除臭的功能。 

较佳的，当无机溶剂为水时，水与M₂O·nSiO₂作用后可形成如M₂O·nSiO₂·mH₂O的水合物，其中水占整体M₂O·nSiO₂·mH₂O水合物的含量介于50重量百分比至70重量百分比之间。 

较佳的，本发明的无机硅酸盐防火涂料为水溶性无机硅酸盐防火涂料。 

较佳的，本发明的无机硅酸盐防火涂料可适用于涂布于各种大型基板上，例如：墙壁、屋顶、木板、楼层隔板、钢筋、家具、电缆等，以提供所需的防火与阻燃效果，以期能降低火灾发生的次数。 

本发明另提供一种无机硅酸盐防火保护层的制备方法，其包括将一种如前述的无机硅酸盐防火涂料施用于一基板上，并且固化该基板上的无机硅酸盐防火涂料，借以于该基板上形成一无机硅酸盐防火保护层。 

较佳的，所述的制备方法可将本发明的无机硅酸盐防火涂料以喷涂、滚涂或刷涂等方式涂布于一基板上，并待其固化后形成该无机硅酸盐防火保护层。 

较佳的，该无机硅酸盐防火保护层形成于基板上的厚度可介于50微米(um)至2毫米(mm)之间。 

较佳的，本发明的无机硅酸盐防火保护层为透明性的无机硅酸盐防火保护层。 

依据本发明，所述的无机硅酸盐防火涂料主要是于空气中透过碳化反应使硅胶含量增加，再借由自由水分子的蒸发和硅胶脱水成固体二氧化硅，而凝结硬化，借以形成透明性无机硅酸盐防火保护层，其碳化反应式如下所示： 

M₂O·nSiO₂+CO₂+mH₂O→M₂CO₃+nSiO₂·mH₂O 

于此，由于空气中所含的二氧化碳浓度低，使无机硅酸盐防火涂料进行碳化反应及凝结固化反应的过程缓慢，故能有利于搭配进行其它加工处理。 

较佳的，当无机硅酸盐防火涂料的金属氧化物(M₂O)为一氧化二钠(Na₂O)，即，无机硅酸盐防火涂料的主成分为Na₂O·nSiO₂时，形成于基板上的无机硅酸盐防火保护层包含碳酸钠(Na₂CO₃)及SiO₂·H₂O。 

较佳的，当无机硅酸盐防火涂料的金属氧化物(M₂O)为一氧化二钾(K₂O)，即，无机硅酸盐防火涂料的主成分为K₂O·nSiO₂时，形成于基板上的无机硅酸盐防火保护层包含碳酸钾(K₂CO₃)及SiO₂·H₂O。 

较佳的，当无机硅酸盐防火涂料的金属氧化物(M₂O)为一氧化二锂(Li₂O)，即，无机硅酸盐防火涂料的主成分为Li₂O·nSiO₂时，形成于基板上的无机硅酸盐防火保护层包含碳酸锂(Li₂CO₃)及SiO₂·H₂O。 

依据本发明的一实施态样，当形成在基板上的无机硅酸盐防火保护层受热时，其结晶水与OH基脱水产生水气，使外层交联的硅酸钠、硅酸钾或硅酸锂受热后膨胀产生空气帘。所述的空气帘由多个白色密闭气室所组成，由于各个密闭气室都处于半真空状态，故本发明的无机硅酸盐防火保护层可借由该等密闭气室阻止氧气传递(即，避免可燃物与空气接触)，借此达到良好的防火与阻燃效果。 

此外，由于本发明的无机硅酸盐防火保护层受热后会瞬间膨胀为原有体积的数十倍至数百倍，故所形成的空气帘更能阻绝火灾发生时热传导的连锁反应，避免热源由无机硅酸盐防火保护层传导至基板，甚而避免热源传导至基板相对于无机硅酸盐防火保护层的另一表面，借此达到良好的防火与阻燃效果。 

综上所述，本发明的无机硅酸盐防火涂料及无机硅酸盐防火保护层的制备 方法所制得的无机硅酸盐防火保护层可具有下列几项优点： 

（1）本发明的无机硅酸盐防火涂料涂布于基板上并且固化后可形成一无机硅酸盐防火保护层，所述的无机硅酸盐防火保护层以200°C以上的温度加热后，便会形成由多个半真空状态的密闭气室所组成的空气帘，故能具有良好的防火与阻燃效果； 

（2）由于本发明的无机硅酸盐防火涂料都由无机物质所组成，并不包含有机物质，故所形成的无机硅酸盐防火保护层在阻火时不会释放大量的毒性气体与浓烟，故能延长逃生时间及提高存活率，进而有效降低火灾发生所造成的伤亡严重性； 

（3）由于本发明的无机硅酸盐防火涂料都由无机物质所组成，并不包含有机物质，故能避免涂布有无机硅酸盐防火保护层的基板产生发霉的问题； 

（4）由于本发明的无机硅酸盐防火涂料主要包含天然的无机物质，并未添加有任何有机物质，故本发明的无机硅酸盐防火保护层不会有老化的问题，可大幅提升其时效性。 

（5）本发明的无机硅酸盐防火保护层能完整包覆于基板表面，故能避免基板受到氧化或侵蚀等影响。 

附图说明

图1为测试本发明的无机硅酸盐防火保护层的防火与阻燃效果时，使用形成有无机硅酸盐防火保护层的金属基板封闭高温炉的开口的示意图。 

图2为本发明的无机硅酸盐防火保护层以200°C以上的温度加热前与加热后的厚度变化示意图。 

图3为本发明的实施例1的无机硅酸盐防火保护层于不同温度加热后，其防火阻燃性测试结果图。 

其中，附图标记： 

1基板 

2无机硅酸盐防火保护层 

2’无机硅酸盐防火保护层 

A高温炉 

A’开口 

具体实施方式

以下，将借由下列具体实施例详细说明本发明的实施方式，本领域技术人员可经由本说明书的内容轻易地了解本发明所能达成的优点与功效，并且于不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更，以施行或应用本发明的内容。 

1.本发明的无机硅酸盐防火涂料的制作方法 

首先，将硅酸钾和水放置于高压釜中，以蒸气压力5kg/cm²，温度为140°C下，配制成一硅酸钾水溶液，即获得本发明实施例1至4的无机硅酸盐防火涂料。于此，所选用的无机溶剂为水。 

各实施例所制得的无机硅酸盐防火涂料中二氧化硅与一氧化二钾的含量、其等的重量比及硅酸钾(K₂O·nSiO₂)的n值如下表1所示。 

表1：制备本发明实施例1至4的无机硅酸盐防火涂料中二氧化硅与一氧化二钾的含量、其等的重量比及硅酸钾的n值。 

本发明另依据下表2所示的二氧化硅与一氧化二钾的含量、其等的重量比，并将2000mesh的滑石粉加入硅酸钾水溶液中，使其置于高压釜中，以蒸气压力5kg/cm²，温度为140°C下，配制成一硅酸钾水溶液，以分别制得本发明实施例5至8的无机硅酸盐防火涂料。各实施例所制得的无机硅酸盐防火涂料中硅酸钾的n值如下表2所示，且本实施例所使用的无机溶剂亦为水。于下表2中，二氧化硅、一氧化二钾的含量及滑石粉的添加量以整体无机硅酸盐防火涂料的总重为基准所推算而得。 

表2：制备本发明实施例5至8的无机硅酸盐防火涂料中二氧化硅与一氧化 二钾的含量、其等的重量比及硅酸钾的n值 

本发明另观察实施例1至8所制得的无机硅酸盐防火涂料的颜色与气味，经观察显示本发明的无机硅酸盐防火涂料为透明且无刺鼻气味的无机硅酸盐防火涂料。 

2.本发明的无机硅酸盐防火保护层的制备方法 

本发明的无机硅酸盐防火涂料可应用于涂布于一基板上，借以提供保护、防火与阻燃的作用，其制备方法如下所述。 

首先，提供一金属基板，其材质为铁，可供涂布的面积为900平方公分，金属基板的厚度为0.3公分。 

接着，将前述各实施例中所制得的无机硅酸盐防火涂料以刷子刷涂分别涂布于不同金属基板上，并将其静置于空气中长达24小时，借由空气中的二氧化碳进行碳化反应，而后进行脱水反应使其固化，即可于该金属基板上形成一厚度约为150微米的无机硅酸盐防火保护层。 

3.测试本发明的无机硅酸盐防火涂料的阻燃与防火效果 

为测试本发明无机硅酸盐防火涂料涂布于金属基板后所形成的无机硅酸盐防火保护层的防火与阻燃能力，如图1所示，本发明将形成有各实施例的无机硅酸盐防火保护层的金属基板1置于高温炉A的开口A’，并利用此金属基板1封闭高温炉A的开口A’，借以利用高温炉A测试无机硅酸盐防火保护层的防火与阻燃能力。 

于本测试例中，其将涂布有无机硅酸盐防火保护层的金属基板的一面(以此面为正面)朝向高温炉的内部，使无机硅酸盐防火保护层直接被高温炉加热。于加热过程中，以红外线温度计分别量测不同加热温度下金属基板的另一面(背对 于前述正面的背面)的温度，以检测各实施例的无机硅酸盐防火保护层的防火与阻燃效果。于此，所测得的实验结果如下表3及表4所示。 

表3：具有实施例1至4的无机硅酸盐防火保护层的基板于不同温度下加热后，另一面的基板表面温度。 

表4：具有实施例5至8的无机硅酸盐防火保护层的基板于不同温度下加热后，另一面的基板表面温度。 

请参阅图2所示，其为本发明的无机硅酸盐防火保护层2固化形成于一基板1的示意图。在未以200°C以上的温度加热前，本发明的无机硅酸盐防火保护层2的厚度约为微米等级；当其以200°C以上的温度加热后，无机硅酸盐防火保护层2’将膨胀至原有体积的数十倍至数百倍，借以提供良好的防火与阻燃效果。 

经实验结果证实，本发明各实施例的无机硅酸盐防火保护层以200°C的高温加热后，受热膨胀后的无机硅酸盐防火保护层表面将形成由多个半真空状态的密闭气室所组成的空气帘，故能提供所需的防火效果与阻燃效果。 

此外，另将实施例1的具有无机硅酸盐防火保护层的金属基板，以瓦斯枪直接加热涂布有无机硅酸盐防火保护层(以此面为正面)，并量测未涂布有无机硅酸盐防火保护层的基板的另一面(背对于正面的背面)的表面温度，以验证无机硅酸盐防火保护层的防火及阻燃效果。 

于此测试条件中，无机硅酸盐防火保护层形成于基板上的厚度约400微米，其取用5个基板分别测试受热基板的背面温度，并计算此5组基板受热后的背面温度的平均值，以获得该基板的平均背面温度。 

表5：实施例1的无机硅酸盐防火保护层于不同加热时间及温度下加热后的背面温度测试结果。 

请参阅上表5及图3所示，经由防火性测试的结果证实，当基板的一面涂布有本发明的无机硅酸盐防火保护层时，即使基板加热至大约500°C的高温，其平均背面温度仍可维持于55°C以下，显示本发明的无机硅酸盐防火涂料确实能有效隔绝热源与受热基板之间的热传导作用，并且提供良好的防火效果，更能有效避免基板因为受热而被熏黑或破坏的情形，进而保护基板的完整性。 

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。 

Claims (10)

1.一种无机硅酸盐防火涂料，其特征在于，包含M₂O·nSiO₂及一无机溶剂，其中n介于2.8至5.5之间。

2.根据权利要求1所述的无机硅酸盐防火涂料，其特征在于，M₂O为一氧化二钠、一氧化二钾或一氧化二锂。

3.根据权利要求1或2所述的无机硅酸盐防火涂料，其特征在于，以整体无机硅酸盐防火涂料的总重为基准，M₂O·nSiO₂占30重量百分比至40重量百分比。

4.根据权利要求3所述的无机硅酸盐防火涂料，其特征在于，该无机溶剂为水。

5.根据权利要求4所述的无机硅酸盐防火涂料，其特征在于，更包含有一硅酸镁水合物。

6.一种无机硅酸盐防火保护层的制备方法，其特征在于，包括将一种权利要求1至5中任一项所述的无机硅酸盐防火涂料施用于一基板上，并且固化该基板上的无机硅酸盐防火涂料，借以于该基板上形成一无机硅酸盐防火保护层。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，该无机硅酸盐防火保护层的厚度介于50微米至2毫米之间。

8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，M₂O为一氧化二钠，且该无机硅酸盐防火保护层包含碳酸钠及SiO₂·H₂O。

9.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，M₂O为一氧化二钾，且该无机硅酸盐防火保护层包含碳酸钾及SiO₂·H₂O。

10.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，M₂O为一氧化二锂，且该无机硅酸盐防火保护层包含碳酸锂及SiO₂·H₂O。

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