一种可膨胀防火装甲及其用途的制作方法

本发明设计防火领域，具体涉及一种可膨胀防火装甲。

背景技术：

对于建筑物来说，钢结构防火，墙面防火，电线电缆防火以及门窗防火都至关重要。常用的防火保护做法是：喷涂防火涂料和耐火板材包覆。然而，防火涂料通常达不到与建筑同龄，膨胀性不足难以有效隔离火灾险情，施工耗时费力，阻燃同时的隔热效果较差，另外，起火燃烧时容易发生脱落。

cn108018997a公开了一种一种防火装饰一体的预制柱，其包括h型钢，所述h型钢包括腹板，以及设置在腹板两端并和腹板垂直的翼缘；所述翼缘之间焊接有钢条；所述钢条外侧固定有金属网；所述翼缘之间以及腹板两侧浇筑有混凝土；所述翼缘的外表面包裹有alc加气片材；所述h型钢的四角以及混凝土表面上涂覆砂浆面层，所述砂浆面层外表面能设置装饰面层，该装饰面层同时起到装饰和防火的作用。没有公开具体的防火装饰层组成，也没有提及具体的防火效果。

cn107882263a公开了装配式保温、防火、饰面一体化预制墙板，它包括有一块钢筋混凝土墙板，在钢筋混凝土墙板的上表面涂有一层4-6mm厚的聚合物干混粘结砂浆层，在干混粘结砂浆层上表面均布有防火保温条，在防火保温条两侧的干混砂浆上面粘固有一层敷面eps板，在敷面eps板上面有一层耐碱网格布，在网格布与敷面eps板和防火保温条之间填充有厚度为2-4mm的聚合物抹面砂浆，在抹面砂浆上面涂覆有一层封底腻子，在封底腻子上表面喷涂有一层色彩层，在色彩层上面均布有罩面剂层。钢筋混凝土墙板是一种剪力墙板或普通外挂板。没有公开具体的防火保温条组成，也没有提及具体的防火效果。

cn105040848a公开了一种防火板，依次包括面料层、玻纤网格布、防火板芯体、玻纤网格布和底料层。但是，底料层和面料层中的主要成分都是的主要成分都是水泥和无机盐，防火板芯体的主要成分是二氧化硅和无机盐，这使得防火板的重量很大。

防火涂料，亦可称为阻燃涂料，是指涂覆在木料，织物纤维，高分子制件等易燃建筑材料或涂刷于电缆、钢结构建材等物体表面的一类涂料的总称。防火涂料能阻隔火焰使之无法与基材直接接触，从而推迟基材的燃烧时间，能够延缓火焰在基材表面的传播速度，防止火灾的扩大，也可以提高基材的耐燃时间，推迟结构破坏的时间等，同时起到防火保护、防腐、防锈、耐酸碱、防烟雾等多种作用。其中，膨胀型防火涂料基于其优良防火特性和环保特性是目前国内外最广泛使用的一种防火涂料。

迄今为止，国内有很多专利公开了防火阻燃涂料的制备和应用。例如：

cn107903746a公开了一种水性丙烯酸酯复合隔热防火涂料，其原料按重量份包括以下组分：丙烯酸酯乳液20-40份、玻璃空心微珠2-5份、硅藻土8-15份、纳米二氧化钛5-10份、陶瓷空心微珠6-10份、纳米远红外陶瓷粉3-6份、季戊四醇10-20份、三聚氰胺15-25份、聚磷酸铵10-15份、纳米氢氧化铝5-10份、硼酸锌2-5份、ph调节剂0.3-0.9份、分散剂0.5-1.0份、消泡剂0.2-0.5份、成膜助剂1.0-2.5份、增稠剂0.5-0.8份、润湿剂0.1-0.3份、蒸馏水30-50份。该发明将丙烯酸酯乳液作为成膜物，添加季戊四醇、三聚氰胺、聚磷酸铵组成的膨胀防火剂，同时加入纳米氢氧化铝、硼酸锌为阻燃剂，玻璃空心微珠、硅藻土、纳米二氧化钛、陶瓷空心微珠、纳米远红外陶瓷粉等反射隔热颜填料，并加入部分助剂，制备得到一种水性丙烯酸酯复合隔热防火涂料。纳米氢氧化铝和硼酸锌阻燃填料对膨胀型防火剂有协同阻燃的作用，在燃烧初期能够吸收大量的热量，减少有机物燃烧时大量烟气的产生，同时能使膨胀后的泡沫致密而且均匀，不易脱落。纳米二氧化钛和纳米远红外陶瓷粉对太阳辐射起到很好的反射作用，减少热量的累积，空心陶瓷微珠、空心玻璃微珠具有较低的导热系数，在涂料中加入上述物料起到隔热保温防火的作用；

cn107858056a一种公开了一种地下室、厨卫间用防火防水涂料，其原料按重量份包括以下组分：丙烯酸酯乳液80-120份、氢氧化铝25-35份、硼酸锌8-1份、分散剂3-6份、增塑剂5-8份、颜、填料2-5份、钛白粉1-2份、引发剂0.1-0.3份、成膜助剂5-8份、防霉杀菌剂0.1-0.5份、消泡剂0.1-0.3份、增稠剂1-1.5份、去离子水30-50份，该涂料具有抗菌防霉效果好、耐人工气候老化、耐冲刷、牢固不变形、高装饰性强、对人体无毒无害、环保美观的装饰效果，还具有耐紫外线照射、粘结度大、防水抗震效果好、防火性能佳等优点；

cn105542587a公开了一种钢结构防火涂料，取下述重量配比的主要原料制备而成：聚磷酸铵19-23份，三聚氰胺9-17份，季戊四醇7-14份，硅溶胶4-9份，醋丙乳液8-11份，高氯化聚乙烯树脂5-11份，玻璃纤维粉3-6份，去离子水20-24份，增稠剂1.2-2.2份，分散剂2-4份，消泡剂0.2-0.3份，该防火涂料不仅起到隔热、降低密度的作用，减轻了钢结构的负载，性能优良，而且防火涂料粘结效果好，抗裂性能好，产品韧度好，耐冲击性高，而且耐候耐水性好、流平性好、装饰性好的特点。

cn2292018y公开了一种包括基材层和装饰层的阻燃装饰墙布，其特征在于在无机材料玻璃纤维丝的布基材层上平面施涂有阻燃的涂料层，于涂料层上印制有各种色泽的装饰图案。

目前市面上的防火涂料一般是将涂料施涂到玻璃纤维布上，然后再对建筑结构进行包覆以提高各种相关结构的阻燃性。上述防火涂料虽各有优点，但考虑到之后的具体施工和进一步应用，其在膨胀程度、柔性程度以及燃烧后形态的保持性方面都没有提及，更没有提及多种性能的同时优化。

因而，非常需要开发出一种行之有效的防火装甲材料，该装甲材料可以在火灾发生过程中，迅速膨胀，有效抑制火灾的蔓延，起到隔热绝缘的作用，同时，随着火势的持续，防火层还能够保持至少三小时以上不脱落，提高建筑构件的安全等级。此外，对于施工人员而言更安全舒适和易于操作。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本申请提供了一种可膨胀防火装甲及其制备方法，本发明所述可膨胀防火装甲，是涂料定型的防火装甲，使用过程中，通过粘结剂层可以直接粘结到被保护结构上，施工方便，即粘即用，无需等待施工时间；防火效果优越，能够抵抗1000℃半小时以上的燃烧；外层包覆无纺布层，代替传统的玻纤层，避免了防火装甲接触到人体皮肤时产生挠痒；燃烧产生的烟密度少、且为无卤素的白烟。本发明让提供的可膨胀防火装甲，除了防火等级高，在高温下还会发生一定程度的膨胀，能够有效防止串火，烟雾扩散的作用。本发明所述防火装甲，其含义延伸为起到防火作用的隔离部件，可以是板状、条带状、块状，甚至粒状等各种形式，根据使用场合的不同，可以自由选择形状，其用途包括建筑物、核电、造船、高速列车、海上石头钻井平台、家具等场合，具体可以涉及钢结构保护层、电缆的穿墙保护、桥架、船舶夹层、防火门窗隔芯、隔墙、电梯、吊顶、地板、管道等等方面的用途。

具体而言，本申请首先提供一种可膨胀防火装甲，包括防火涂层、无纺布层和胶黏剂层，所述无纺布层i和ii分别覆盖在所述防火涂层的两个表面，所述胶黏剂层位于所述无纺布层i相对于所述防火涂层的另一面。

本发明提供的防火装甲示意图如图1所示。

本发明提供的可膨胀防火装甲各层的厚度符合本领域的常识，没有特别的限定，一般而言，防火涂层1-3mm，无纺布层i和ii独立地为0.5-1mm，胶黏剂层为0.2-0.5mm。

优选地，所述防火涂层为羟丙基甲基纤维素和阻燃防火膨胀型涂料的混合物。进一步优选地，所述羟丙基甲基纤维素的用量占涂料总重量的3-8％，优选4-6％。

发明人发现，羟丙基甲基纤维素和阻燃防火膨胀型涂料产生了协同配合的作用，使得防火涂层防开裂性能显著提升，使得防火涂层燃烧以后膨胀4倍以上且不从被保护部件上脱落，并且弯曲60度角以上不会发生龟裂；在本发明的优选技术方案中，防火涂层膨胀6倍以上不从被保护部件上脱落；弯曲90度角以上不会发生龟裂。

所述胶黏剂层为耐高温胶黏剂，其中含有硅灰作为填料，硅灰占10-20wt％。

所述无纺布为具有一定阻燃性的涤纶无纺布，厚度为1-3mm，克重为200-1000g/m²。

上述可膨胀防火装甲，优选还包括一层以上(含一层)玻纤网增强层，该玻纤网增强层埋藏在所述涂料层中。

所述阻燃防火膨胀型涂料包括：水、树脂乳液、改性可膨胀石墨，防火阻燃剂、增强剂、硅氧烷处理的白炭黑以及其他助剂。

所述改性可膨胀石墨的制备原料包括鳞片石墨，氧化剂，阴离子插层剂，混酸，所述混酸包括苯三磺酸；所述阴离子插层剂是带有长链烷基的阴离子表面活性剂，比如十二烷基硫酸钠，十二烷基苯磺酸钠，琥珀酸二异辛酯磺酸钠，月桂基硫酸钠，脂肪醇醚硫酸钠。

进一步地，所述改性可膨胀石墨包括以下重量份的原料：10-15份天然鳞片石墨，0.5-0.8份氧化剂，30-80份混酸，3-5份阴离子插层剂。

所述氧化剂选自kmno4，kclo3，k2cr2o7,(nh)4s2o8，双氧水(30-40％)中的至少一种。

所述混酸为浓硫酸，浓硝酸，草酸和苯三磺酸按照质量比4-6:2-2.5：1-2：2-3的复配。

所述混酸的用量没有特别的限定，能够充分浸泡天然鳞片石墨即可，一般在30份以上，但用量过多会导致原料浪费，一般控制在80份以下。

发明人预料不到底发现，在制备可膨胀石墨时，在混酸中加入一定量苯三磺酸，配合阴离子表面活性剂的插层，制备得到的坑膨胀石墨在低温下膨胀倍率即可达到令人满意的程度。一般在200℃即有可观的膨胀倍率。加入一定草酸，即作为酸源，也作为一种有机插层剂，在受热会分解产生二氧化碳，进一步使石墨发生膨胀。

优选地，本发明所述改性可膨胀石墨通过包括以下步骤的制备方法得到：将氧化剂溶于混酸中，将天然鳞片石墨加入到混酸溶液中，混合均匀，过滤，先用双氧水洗涤，再用水洗至中性，干燥即得改性可膨胀石墨。

所述树脂乳液选自醋酸乙烯-叔碳酸乙烯酯聚合乳液、聚醋酸乙烯酯乳液、苯乙烯-丙烯酸酯乳液、有机硅改性丙烯酸酯乳液、聚苯乙烯改性乳液、纯丙乳液、聚丙烯酸酯乳液和水溶性酚醛树脂组成的组中的一种或多种；所述增强剂为玻璃纤维，玄武岩增强纤维等。

所述防火阻燃剂为季戊四醇、聚磷酸铵和三聚氰胺的混合物，其三者重量比为2～4：1～2：1～2。

所述其他助剂包括分散剂、成膜助剂、乳化剂、颜填料、消泡剂、杀菌剂和/或稳定剂。所述分散剂可以选自油酸钠、羧酸钾、磺酸钠、聚乙二醇、硬脂酸单甘油酯、油醚类硬脂酸皂、聚乙烯蜡、乙烯丙烯酸共聚物、乙烯醋酸乙烯共聚物等；所述乳化剂可以选自黄原胶；所述成膜助剂选自醇酯十二2-氨基-2-甲基-1-丙醇、醇酯十二、乙二醇丁醚、丙二醇丁醚、苯甲醇、丙二醇苯醚中的一种或者多种的混合物；所述消泡剂选自乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚丙乙烯季戊四醇、聚氧乙烯聚氧丙烯胺醚、聚二甲基硅氧烷，所述颜填料为超细方解石粉、金红石型钛白粉和膨润土(钛白粉r930)；所述杀菌剂选自异噻唑啉酮、氯代甲基异噻唑啉酮、苯并异噻唑啉酮、1，2′-二溴-2，4-二氰基丁烷、2-溴-2-溴甲基戊二腈或2-苯并咪唑基氨基甲酸甲酯中的一种或几种。

所述阻燃防火膨胀型涂料包括以下质量份的原料：180-230份水、180-230份树脂乳液、100-180份防火阻燃剂、70-120份可膨胀石墨、14-20份增强剂、75-90份硅氧烷处理的白炭黑；优选地，所述阻燃防火膨胀型涂料包括以下质量份的原料：200-210份水、200-210份树脂乳液、120-150份防火阻燃剂、80-100份可膨胀石墨、15-17份增强剂、80-85份硅氧烷处理的白炭黑。

所述其他助剂的用量是本领域根据实际需求灵活调整的，只要不影响防火装甲的性能即可。

比如所述分散剂的用量为2-5份，优选3-4份；所述成膜助剂的用量为7-11份，优选8-9份；所述消泡剂的用量为3-7份，优选5-6份；所述颜填料的用量为80-120份，优选90-100份；所述杀菌剂的用量为0-3份，优选1-2份；所述乳化剂的用量为1-4份，优选2-3份。

所述羟丙基甲基纤维素的用量占涂料总重量的3-8％，优选4-6％。

另外，本申请还提供一种上述可膨胀防火装甲的制备方法，其包括如下步骤：

(1)将防火膨胀型涂料各原料混合均匀；

(2)制备所述阻燃防火膨胀型涂料与羟丙基甲基纤维素的混合物a；

(3)使得所述混合物a位于两层无纺布层之间，使得所述混合物a固化成型为防火涂层；或者在一层无纺布层i上施涂所述混合物a至确定的厚度形成防火涂层，待防火涂层固化到一定程度以后铺设另一层无纺布层ii，待到所述混合物a固化完全后，在所述无纺布层i相对于所述防火涂层的另一面上加胶黏剂层。

优选的，上述方法还包括施加玻纤层的步骤，所述玻纤层位于涂料层中。

还优选的，所述无纺布层i上有细密小孔，所述胶黏剂层通过所述小孔与防火涂层紧密粘合。

本发明还提供所述可膨胀防火装甲用于建筑物、核电、造船、高速列车、海上石头钻井平台和家具方面的用途，具体可以涉及钢结构保护层、电缆的穿墙保护、桥架、船舶夹层、防火门窗隔芯、隔墙、电梯、吊顶、地板、管道等等方面的用途。

附图说明

图1是本发明提供的防火装甲示意图。

具体实施方式

本发明实施例中所述“份”，若无特别说明，均指重量份，所述“％”，若无特别说明，均指重量百分。

本发明实施例所用到的浓硫酸浓度为98wt％，浓硝酸浓度为66wt％，天然鳞片石墨采购自青岛天源达石墨有限公司，粒度0.5mm-1μm，含碳量98％以上。羟丙基甲基纤维素采购自鸿海纤维素有限公司，羟丙氧基含量约8wt％，粒度80目，灰分小于3％。

涤纶无纺布采购自南宫市锦泰毛毡厂，400g/m²,厚度为1.5mm。

胶黏剂为耐高温胶黏剂(jl-528ab,采购自聚力粘胶，耐温范围-30至500℃)和硅灰混合搅拌得到，硅灰占胶黏剂的13.2wt％。

制备例改性可膨胀石墨的制备

制备例1

将0.5份高锰酸钾,3份十二烷基苯磺酸钠溶于40份混酸，混酸是浓硫酸，浓硝酸，草酸和苯三磺酸按照质量比5:2：1：3的复配，搅拌混合均匀后得到混酸溶液，将12份天然鳞片石墨加入到上述混酸溶液中，搅拌混合均匀，6h后过滤，滤物用20％双氧水过滤，再用纯水洗涤至中性，在50℃烘箱干燥过夜即得改性可膨胀石墨，以下称为可膨胀石墨1。

制备例2

将0.5份高锰酸钾,3份十二烷基硫酸钠钠溶于40份混酸，混酸是浓硫酸，浓硝酸，草酸和苯三磺酸按照质量比5:2：1：2的复配，搅拌混合均匀后得到混酸溶液，将12份天然鳞片石墨加入到上述混酸溶液中，搅拌混合均匀，6h后过滤，滤物用20％双氧水过滤，再用纯水洗涤至中性，在50℃烘箱干燥过夜即得改性可膨胀石墨，以下称为可膨胀石墨2。

对比制备例1

将0.5份高锰酸钾，3份十二烷基苯磺酸钠溶于40份混酸，混酸是浓硫酸，浓硝酸，草酸按照质量比5:2:1的复配，搅拌混合均匀后得到混酸溶液，将12份天然鳞片石墨加入到上述混酸溶液中，搅拌混合均匀，6h后过滤，滤物用20％双氧水过滤，再用纯水洗涤至中性，在50℃烘箱干燥过夜即得改性可膨胀石墨，以下称为可膨胀石墨3。

对上述制备例得到的可膨胀石墨进行膨胀测试，结果如下表1所示：

表1

实施例防火装甲的制备

实施例1

(1)将2100g树脂乳液eva-1120(固含量32wt％)和90g醇酯十二倒入搅拌机中，加入2100g纯水，接着加入315g聚磷酸铵、315g三聚氰胺和630g季戊四醇、1000g钛白粉r930，900g制备例制得的可膨胀石墨1和800g硅烷偶联剂(kh-550)处理的白炭黑、30g硬脂酸单甘油酯、50g乳化硅油、170g玄武岩纤维、20g黄原胶、10g异噻唑酮，搅拌(搅拌速度为140r/min)20分钟，制得涂料；使用时，向该混合物中加入310g羟丙基甲基纤维素，搅拌均匀，制得涂料与羟丙基甲基纤维素的混合物，首先涂覆到一层无纺布上，厚度为1.2mm，然后再覆盖一层无纺布，最后在某一无纺布外层涂覆粘结剂层，粘结剂层厚度约0.2mm，最终得到一种无纺布夹心涂料层的防火装甲。对所得防火装甲的燃烧性能、柔韧性进行测试，结果示于表2。

性能的测试中，燃烧后形状(完整度)以肉眼观察得到；防火等级参照《建筑材料及其制品燃烧性能分级》(gb8624-2006)标准进行。

实施例2

其他条件与实施例1相同，不同之处在于用未经硅烷偶联剂处理的白炭黑代替处理过的白炭黑。

实施例3

其他条件与实施例1相同，不同之处在于不加入玄武岩纤维。

实施例4

其他条件与实施例1相同，不同之处在于羟丙基甲基纤维素的加入量为250g。

实施例5

其他条件与实施例1相同，不同之处在于羟丙基甲基纤维素的加入量为450g。

实施例6

其他条件与实施例1相同，不同之处在于将涂料与羟丙基甲基纤维素的混合物的约一半，首先涂覆到一层无纺布上，厚度约0.6mm，然后覆盖一层玻璃纤维布，然后接着涂覆所述剩余的涂料与羟丙基甲基纤维素的混合物，厚度约0.6mm，再覆盖一层无纺布，得到一种无纺布夹心涂料层，且涂料层中夹心玻璃纤维布的防火装甲。对所得防火装甲的燃烧性能、柔韧性进行测试，结果示于表2。

实施例7

其他条件与实施例1相同，不同之处在于可膨胀石墨1替换为等质量的可膨胀石墨2。

对比例1

其他条件与实施例1相同，不同之处在于不加入羟丙基甲基纤维素。

对比例2

其他条件与实施例1相同，不同之处在于可膨胀石墨1替换为等质量的可膨胀石墨3。

表2实施例和对比例的性能比较

应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

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