TW201422737A - 無機矽酸鹽防火塗料及其應用方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種無機矽酸鹽防火塗料，其係包含M2O‧nSiO2及一無機溶劑，n係介於2.8至5.5間，M2O為Na2O、K2O或Li2O。由於本發明之無機矽酸鹽防火塗料並未添加任何有機物質，故能避免塗佈的基板發生發霉與老化等問題。此外，本發明另提供一種無機矽酸鹽防火塗料之應用方法，其包括將無機矽酸鹽防火塗料施用於一基板上，並於該基板上形成一無機矽酸鹽防火保護層。所述之無機矽酸鹽防火保護層能提供防火與阻燃效果；且由於該無機矽酸鹽防火保護層並未添加有機物質，故其能具體克服傳統有機防火保護層受熱後會產生毒性氣體與濃煙等問題，進而有效降低火災發生所造成的傷亡嚴重性。
Description
本發明係關於一種無機矽酸鹽防火塗料及其應用方法，尤指一種不含有機物質之無機矽酸鹽防火塗料。
依據內政部消防署發佈之統計結果顯示，民國96至100年間最常發生火災的地點以建築物居冠，其次為車輛；且其統計結果依據不同建築物的性質分類又以住宅區的次數最多；且民國100年因火災而造成的財物損失更高達5.5億。
是以，如何發展一種良好的防火塗料，並利用此防火塗料保護建築物表面，藉此有效降低火勢蔓延的速度及火災造成的傷亡嚴重性，甚而減少火災發生的次數便成為目前十分重要之課題。
市面上常見的防火塗料為有機防火塗料或有機/無機防火塗料，其防火塗料中多半以有機黏結劑(如：聚氨酯、有機矽氧烷、環氧樹脂、酚醛樹脂等)為基底，另添加有機難燃劑、有機分散劑、顏料等助劑，利用防火塗料受熱燃燒後所生成的氧化物作為隔絕層，以提供所需之防火與阻燃效果。
然而，以傳統有機防火塗料為例，其因含有一定含量以上之有機物質而具有下列幾項缺點：(1)有機物質有助於黴菌滋生，而使基板(如：牆壁)發霉；(2)有機物質(如：甲醛、甲苯、苯酚等)受熱燃燒後易釋放毒性氣體，並且產生大量濃煙；(3)易老化問題。
因此，目前亟需發展一種無機防火塗料，其能藉由無機材料提供所需之防火效果，並且同時克服上述有機防火塗料或有機/無機防火塗料所存在之缺點與問題。
本發明之主要目的在於提供一種未添加有任何有機物質的無機矽酸鹽防火塗料及其應用方法，其能有效隔絕熱源與受熱基板之間的熱傳導作用，進而提供良好的防火與阻燃效果。
為達成上述目的，本發明提供一種無機矽酸鹽防火塗料，其係包含M2O‧nSiO2及一無機溶劑，且n(即，M2O相對於SiO2之莫耳比值)係介於2.8至5.5之間。
較佳的，本發明之無機矽酸鹽防火塗料係由上述無機物質(M2O‧nSiO2及無機溶劑)所組成，且並未添加有任何有機物質或有機助劑。
較佳的，n係為3.3。
較佳的，M2O可為一氧化二鈉(Na2O)、一氧化二鉀(K2O)或一氧化二鋰(Li2O)。
較佳的，該無機溶劑可為水。
較佳的，以整體無機矽酸鹽防火塗料之總重為基準，M2O‧nSiO2係佔30重量百分比至40重量百分比。
依據本發明，所述之無機矽酸鹽防火塗料可更進一步添加金屬或無機化合物於其中，以達到相輔相成的附加效果及價值。較佳的，本發明之無機矽酸鹽防火塗料更包含有鋅、矽酸鎂水合物(3Mg‧4SiO2‧H2O)、碳酸鈣、奈米光觸媒或色料粉。於此，於無機矽酸鹽防火塗料中添加鋅可
更進一步提供基板防鏽之功能；於無機矽酸鹽防火塗料中添加矽酸鎂水合物或碳酸鈣可使本發明之無機矽酸鹽防火塗料成為室內裝潢牆壁的內漆；於無機矽酸鹽防火塗料中添加奈米光觸媒則可進一步提供殺菌、除臭的功能。
較佳的，當無機溶劑係為水時，水與M2O‧nSiO2作用後可形成如M2O‧nSiO2‧mH2O之水合物，其中水佔整體M2O‧nSiO2‧mH2O水合物之含量係介於50重量百分比至70重量百分比之間。
較佳的，本發明之無機矽酸鹽防火塗料為水溶性無機矽酸鹽防火塗料。
較佳的，本發明之無機矽酸鹽防火塗料可適用於塗佈於各種大型基板上，例如：牆壁、屋頂、木板、樓層隔板、鋼筋、傢俱、電纜等，以提供所需之防火與阻燃效果，以期能降低火災發生的次數。
本發明另提供一種無機矽酸鹽防火塗料之應用方法，其係包括將一種如前述之無機矽酸鹽防火塗料施用於一基板上，並且固化該基板上之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保護層。
較佳的，所述之應用方法可將本發明之無機矽酸鹽防火塗料以噴塗、滾塗或刷塗等方式塗佈於一基板上，並待其固化後形成該無機矽酸鹽防火保護層。
較佳的，該無機矽酸鹽防火保護層形成於基板上之厚度可介於50微米(um)至2毫米(mm)之間。
較佳的，本發明之無機矽酸鹽防火保護層為透明性之無機矽酸鹽防火保護層。
依據本發明，所述之無機矽酸鹽防火塗料主要是於空氣中透過碳化反應使矽膠含量增加，再藉由自由水分子的蒸發和矽膠脫水成固體二氧化矽，而凝結硬化，藉以形成透明性無機矽酸鹽防火保護層，其碳化反應式係如下所示：M2O‧nSiO2+CO2+mH2O → M2CO3+nSiO2‧mH2O
於此，由於空氣中所含之二氧化碳濃度低，使無機矽酸鹽防火塗料進行碳化反應及凝結固化反應之過程緩慢，故能有利於搭配進行其他加工處理。
較佳的，當無機矽酸鹽防火塗料之金屬氧化物(M2O)為一氧化二鈉(Na2O)，即，無機矽酸鹽防火塗料之主成分為Na2O‧nSiO2時，形成於基板上之無機矽酸鹽防火保護層包含碳酸鈉(Na2CO3)及SiO2‧H2O。
較佳的，當無機矽酸鹽防火塗料之金屬氧化物(M2O)為一氧化二鉀(K2O)，即，無機矽酸鹽防火塗料之主成分為K2O‧nSiO2時，形成於基板上之無機矽酸鹽防火保護層包含碳酸鉀(K2CO3)及SiO2‧H2O。
較佳的，當無機矽酸鹽防火塗料之金屬氧化物(M2O)為一氧化二鋰(Li2O)，即，無機矽酸鹽防火塗料之主成分為Li2O‧nSiO2時，形成於基板上之無機矽酸鹽防火保護層包含碳酸鋰(Li2CO3)及SiO2‧H2O。
依據本發明之一實施態樣，當形成在基板上的無機矽酸鹽防火保護層受熱時，其結晶水與OH基脫水產生水氣，使外層交聯的矽酸鈉、矽酸鉀或矽酸鋰受熱後膨脹產生空氣簾。所述之空氣簾係由複數個白色密閉氣室所組
成，由於各個密閉氣室皆係處於半真空狀態，故本發明之無機矽酸鹽防火保護層可藉由該等密閉氣室阻止氧氣傳遞(即，避免可燃物與空氣接觸)，藉此達到良好的防火與阻燃效果。
此外，由於本發明之無機矽酸鹽防火保護層受熱後會瞬間膨脹為原有體積之數十倍至數百倍，故所形成之空氣簾更能阻絕火災發生時熱傳導的連鎖反應，避免熱源由無機矽酸鹽防火保護層傳導至基板，甚而避免熱源傳導至基板相對於無機矽酸鹽防火保護層的另一表面，藉此達到良好的防火與阻燃效果。
綜上所述，本發明之無機矽酸鹽防火塗料及其應用方法所製得之無機矽酸鹽防火保護層可具有下列幾項優點：
(1)本發明之無機矽酸鹽防火塗料塗佈於基板上並且固化後可形成一無機矽酸鹽防火保護層，所述之無機矽酸鹽防火保護層以200℃以上之溫度加熱後，便會形成由多個半真空狀態之密閉氣室所組成之空氣簾，故能具有良好的防火與阻燃效果；
(2)由於本發明之無機矽酸鹽防火塗料皆係由無機物質所組成，並不包含有機物質，故所形成之無機矽酸鹽防火保護層在阻火時不會釋放大量的毒性氣體與濃煙，故能延長逃生時間及提高存活率，進而有效降低火災發生所造成的傷亡嚴重性；
(3)由於本發明之無機矽酸鹽防火塗料皆係由無機物質所組成，並不包含有機物質，故能避免塗佈有無機矽酸
鹽防火保護層之基板產生發霉之問題；
(4)由於本發明之無機矽酸鹽防火塗料主要包含天然的無機物質，並未添加有任何有機物質，故本發明之無機矽酸鹽防火保護層不會有老化的問題，可大幅提升其時效性。
(5)本發明之無機矽酸鹽防火保護層能完整包覆於基板表面，故能避免基板受到氧化或侵蝕等影響。
以下，將藉由下列具體實施例詳細說明本發明的實施方式，熟習此技藝者可經由本說明書之內容輕易地了解本發明所能達成之優點與功效，並且於不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更，以施行或應用本發明之內容。
1.本發明之無機矽酸鹽防火塗料之製作方法
首先，將矽酸鉀和水放置於高壓釜中，以蒸氣壓力5 kg/cm2，溫度為140℃下，配製成一矽酸鉀水溶液，即獲得本發明實施例1至4之無機矽酸鹽防火塗料。於此，所選用之無機溶劑係為水。
各實施例所製得之無機矽酸鹽防火塗料中二氧化矽與一氧化二鉀之含量、其等之重量比及矽酸鉀(K2O‧nSiO2)的n值係如下表1所示。
本發明另依據下表2所示之二氧化矽與一氧化二鉀之含量、其等之重量比，並將2000 mesh的滑石粉加入矽酸鉀水溶液中，使其置於高壓釜中，以蒸氣壓力5 kg/cm2，溫度為140℃下，配製成一矽酸鉀水溶液，以分別製得本發明實施例5至8之無機矽酸鹽防火塗料。各實施例所製得之無機矽酸鹽防火塗料中矽酸鉀的n值係如下表2所示，且本實施例所使用之無機溶劑亦為水。於下表2中，二氧化矽、一氧化二鉀之含量及滑石粉之添加量係以整體無機矽酸鹽防火塗料之總重為基準所推算而得。
本發明另觀察實施例1至8所製得之無機矽酸
鹽防火塗料的顏色與氣味，經觀察顯示本發明之無機矽酸鹽防火塗料為透明且無刺鼻氣味之無機矽酸鹽防火塗料。
2.本發明之無機矽酸鹽防火塗料之應用
本發明之無機矽酸鹽防火塗料可應用於塗佈於一基板上，藉以提供保護、防火與阻燃之作用，其應用方法係如下所述。
首先，提供一金屬基板，其材質為鐵，可供塗佈之面積為900平方公分，金屬基板之厚度為0.3公分。
接著，將前述各實施例中所製得之無機矽酸鹽防火塗料以刷子刷塗分別塗佈於不同金屬基板上，並將其靜置於空氣中長達24小時，藉由空氣中的二氧化碳進行碳化反應，而後進行脫水反應使其固化，即可於該金屬基板上形成一厚度約為150微米之無機矽酸鹽防火保護層。
3.測試本發明之無機矽酸鹽防火塗料的阻燃與防火效果
為測試本發明無機矽酸鹽防火塗料塗佈於金屬基板後所形成的無機矽酸鹽防火保護層之防火與阻燃能力，如圖1所示，本發明係將形成有各實施例之無機矽酸鹽防火保護層的金屬基板1置於高溫爐A之開口處，並利用此金屬基板封閉高溫爐之開口，藉以利用高溫爐測試無機矽酸鹽防火保護層之防火與阻燃能力。
於本測試例中，其係將塗佈有無機矽酸鹽防火保護層的金屬基板之一面(以此面為正面)朝向高溫爐之內部，使無機矽酸鹽防火保護層直接被高溫爐加熱。於加熱過程中，係以紅外線溫度計分別量測不同加熱溫度下金屬基
板之另一面(背對於前述正面之背面)的溫度，以檢測各實施例之無機矽酸鹽防火保護層的防火與阻燃效果。於此，所測得之實驗結果係如下表3及表4所示。
請參閱圖2所示，其係為本發明之無機矽酸鹽防火保護層2固化形成於一基板1的示意圖。在未以200°C以上之溫度加熱前，本發明之無機矽酸鹽防火保護層2之厚度約為微米等級；當其以200℃以上之溫度加熱後，無機矽酸鹽防火保護層2’將膨脹至原有體積的數十倍至數百倍，藉以提供良好的防火與阻燃效果。
請參閱圖3至圖6所示，其係分別為實施例2、3、6及8之無機矽酸鹽防火保護層於200℃加熱後，無機矽酸鹽防火保護層受熱後膨脹之照片圖。由圖中可知，本發明之無機矽酸鹽防火保護層以200℃之高溫加熱後，受熱膨脹後的無機矽酸鹽防火保護層表面將形成由多個半真空狀態之密閉氣室所組成之空氣簾，故能提供所需之防火效果與阻燃效果。
此外，另將實施例1之具有無機矽酸鹽防火保護層的金屬基板，以瓦斯槍直接加熱塗佈有無機矽酸鹽防火保護層(以此面為正面)，並量測未塗佈有無機矽酸鹽防火保護層之基板的另一面(背對於正面之背面)的表面溫度，以驗證無機矽酸鹽防火保護層的防火及阻燃效果。
於此測試條件中，無機矽酸鹽防火保護層形成於基板上之厚度約400微米，其係取用5個基板分別測試受熱基板的背面溫度，並計算此5組基板受熱後之背面溫
度的平均值，以獲得該基板之平均背面溫度。
請參閱上表5及圖7所示，經由防火性測試之結果證實，當基板之一面塗佈有本發明之無機矽酸鹽防火保護層時，即使基板加熱至大約500℃的高溫，其平均背面溫度仍可維持於55℃以下，顯示本發明之無機矽酸鹽防火塗料確實能有效隔絕熱源與受熱基板之間的熱傳導作用，並且提供良好的防火效果，更能有效避免基板因為受熱而被燻黑或破壞之情形，進而保護基板之完整性。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
圖1為測試本發明之無機矽酸鹽防火保護層的防火與阻燃效果時，使用形成有無機矽酸鹽防火保護層的金屬基板
封閉高溫爐之開口的照片圖。
圖2為本發明之無機矽酸鹽防火保護層以200℃以上之溫度加熱前與加熱後的厚度變化示意圖。
圖3為本發明之實施例2的無機矽酸鹽防火保護層以900℃加熱後的照片圖。
圖4為本發明之實施例3的無機矽酸鹽防火保護層以900℃加熱後的照片圖。
圖5為本發明之實施例6的無機矽酸鹽防火保護層以900℃加熱後的照片圖。
圖6為本發明之實施例8的無機矽酸鹽防火保護層以900℃加熱後的照片圖。
圖7為本發明之實施例1的無機矽酸鹽防火保護層於不同溫度加熱後，其防火阻燃性測試結果圖。
1‧‧‧基板
2‧‧‧無機矽酸鹽防火保護層
2’‧‧‧無機矽酸鹽防火保護層
Claims (10)
- 一種無機矽酸鹽防火塗料，其係包含M2O‧nSiO2及一無機溶劑，其中n係介於2.8至5.5之間。
- 如請求項1所述之無機矽酸鹽防火塗料，其中M2O係為一氧化二鈉(Na2O)、一氧化二鉀(K2O)或一氧化二鋰(Li2O)。
- 如請求項1或2所述之無機矽酸鹽防火塗料，其中以整體無機矽酸鹽防火塗料之總重為基準，M2O‧nSiO2係佔30重量百分比至40重量百分比。
- 如請求項3所述之無機矽酸鹽防火塗料，其中該無機溶劑係為水。
- 如請求項4所述之無機矽酸鹽防火塗料，其更包含有一矽酸鎂水合物(3Mg‧4SiO2‧H2O)。
- 一種無機矽酸鹽防火塗料之應用方法，其係包括將一種如請求項1至5中任一項所述之無機矽酸鹽防火塗料施用於一基板上，並且固化該基板上之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保護層。
- 如請求項6所述之應用方法，其中該無機矽酸鹽防火保護層之厚度係介於50微米至2毫米之間。
- 如請求項6或7所述之應用方法，其中M2O係為一氧化二鈉(Na2O)，且該無機矽酸鹽防火保護層包含碳酸鈉(Na2CO3)及SiO2‧H2O。
- 如請求項6或7所述之應用方法，其中M2O係為一氧化二鉀(K2O)，且該無機矽酸鹽防火保護層包含碳酸鉀(K2CO3)及SiO2‧H2O。
- 如請求項6或7所述之應用方法，其中M2O係為一氧化二鋰(Li2O)，且該無機矽酸鹽防火保護層包含碳酸鋰(Li2CO3)及SiO2‧H2O。
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