專利名稱：有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料與包含該復(fù)合材料的防火板材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料以及其于防火板材的應(yīng)用。

背景技術(shù)：
由于近年來臺灣經(jīng)濟(jì)成長快速，帶動營建業(yè)亦蓬勃發(fā)展，伴隨而來的是對于建筑物消防觀念的提升。根據(jù)內(nèi)政部消防署的統(tǒng)計，民國93年臺灣地區(qū)總共發(fā)生6,611起火災(zāi)事件，較民國92年的8,642起與88年的18,254起均減少了相當(dāng)大的幅度，此良性現(xiàn)象與近來國人防火觀念提升與建筑物防火設(shè)施的逐漸普遍使用有關(guān)。但就我國因火災(zāi)所造成的損失來看，93年死亡人數(shù)高達(dá)160人，所造成的財物損失更高達(dá)20億8千592萬4千元，顯示火災(zāi)所造成的損失仍相當(dāng)嚴(yán)重。因此，除了建筑業(yè)者需就防火逃生安全作更有效的空間規(guī)劃外，最重要的防火對策即是防火建筑材料與裝修(飾)材料的使用。在材料的選擇上，易燃性的材料應(yīng)盡量減少使用，而需使用具有防焰性及耐燃性防火的室內(nèi)建筑與裝修(飾)材料，以免火源產(chǎn)生后燃燒快速擴(kuò)大，造成災(zāi)害一發(fā)不可收拾。而隨著建筑物高度與密度快速提升，火災(zāi)產(chǎn)生源以及蔓延因子增加，人員消防逃生更加不易，故所使用的防火耐燃材料其應(yīng)用與使用層面以及防火能力亦需隨之提升，現(xiàn)行防火耐燃材料在將來必定不敷使用。
以現(xiàn)行耐燃材料而言，主要可分為難燃與防火材料兩部分。難燃材料(flame-retardant material)，主要以難燃性高分子為最大宗，其應(yīng)用形式包括難燃性樹脂、難燃性高分子塑材、難燃性涂料與難燃性接著劑等。難燃性高分子材料組成與制備多以難燃劑添加的方式，與易燃之高分子主體進(jìn)行摻混，以制備具有難燃性的高分子材料，例如美國專利6,284,343、5,486,408與5,034,423，以及日本專利2005133027、2000319349等。此種材料以添加的難燃劑來改變高分子材料的燃燒現(xiàn)象通常是需要加入耦合劑或界面活性劑來增加分散效果，高分子與無機(jī)粉體難燃劑本身是無鍵結(jié)的因此在火焰與熱量的影響下會產(chǎn)生熔化、熔融或滴垂等現(xiàn)象，故此難燃特性并不足以提供防火能力，亦即無法保護(hù)其它易燃物質(zhì)在有火焰與熱量下不被引燃并且有效的延緩火焰蔓延。
而以防火材料(fire-resistant material)而言，主要應(yīng)用形式有防火涂料與防火片板(包括防火片、防火板等)。目前防火片板材料，例如中國臺灣專利號583,078、258,120與397,885等揭露以珍珠巖、氯化鎂、氧化鎂、石膏或水泥等不燃無機(jī)礦材的多層結(jié)構(gòu)作為主要防火層；或以金屬板搭配不燃陶瓷板或陶瓷棉作為主要防火層作為防火層結(jié)構(gòu)，如中國臺灣專利號278,715與247,620等。另外，也可以在纖維或無紡布等軟性基材內(nèi)摻混50-80wt％無機(jī)的不燃材料，并添加難燃劑與發(fā)泡劑形成質(zhì)地堅硬的防火板材，如中國臺灣專利號583,078、426060、423,541與391,448等。此類防火片板材，多半藉由大量的不燃物，包括大量的無機(jī)物，以及大量的難燃添加劑以制備本身極為不燃的防火片板，但此種材料其密度大重量重，在使用上會造成施工的不易，并且此種材料為硬質(zhì)片板，無法適用于曲面應(yīng)用或進(jìn)行造型加工。
中國臺灣專利號442,549、499,469與419,514等所揭露的防火涂料，都是使用大量的發(fā)泡劑、碳化劑、難燃劑與黏著劑，以在燃燒時促進(jìn)材料碳化與發(fā)泡膨脹，并利用此一現(xiàn)象作為主要的防火機(jī)制。但是，如圖1a～1b所示，上述已知防火材料由于內(nèi)含膨脹劑、發(fā)泡劑及碳化劑，所以受熱部分會迅速碳化并膨脹至原體積8-10倍；如圖1c～1d所示，若持續(xù)加熱，結(jié)構(gòu)較蓬松的膨脹碳化層會產(chǎn)生龜裂，甚至出現(xiàn)剝落的現(xiàn)象，而無法有效地持續(xù)保護(hù)內(nèi)部的材料。因此，業(yè)界亟需一種改良的防火材料。


發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明選利用具有反應(yīng)性官能基或經(jīng)由表面改質(zhì)處理后具備表面官能基的無機(jī)粉體材料，與具備反應(yīng)官能基的有機(jī)高分子、共聚物或低聚物產(chǎn)生反應(yīng)，并使無機(jī)粉體材料均勻分散于有機(jī)成分中，而形成有機(jī)/無機(jī)復(fù)合防火材料。本發(fā)明藉由無機(jī)粉體材料補(bǔ)強(qiáng)并改變有機(jī)高分子的機(jī)械性質(zhì)與燃燒特性，使其在火焰或熱量的作用下，有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料除了具有難燃性質(zhì)之外亦能維持耐燃、防焰與阻燃等防火能力，能夠有效的保護(hù)其它易燃材料，因而可獲得具備極佳防火與難燃特性的有機(jī)/無機(jī)粉體復(fù)合防火材料。
本發(fā)明的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料包括有機(jī)高分子、共聚物或低聚物，具有第一反應(yīng)性官能基；及無機(jī)粉體，具有第二反應(yīng)性官能基；其中該有機(jī)高分子、共聚物或低聚物與該無機(jī)粉體經(jīng)由該第一與第二反應(yīng)性官能基形成化學(xué)鍵結(jié)。
本發(fā)明更提供一種使用上述有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料所制成的防火板材。



圖1a～1d系已知防火材料的防火測試結(jié)果的圖片。
圖2系本發(fā)明的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料的防火測試結(jié)果的圖片。
圖3系繪示有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料的制備流程圖。
圖4系繪示有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料試片的防火測試示意圖。
圖5為實(shí)施例10的紙基材燃燒溫度變化測試示意圖。
圖6為實(shí)施例10的燃燒測試紙基材背面溫度變化。
主要組件符號說明 10～打印用A4紙； 20～試樣層； 30～高溫噴槍； 40～火焰； 50～溫度探測器； 60～熱電偶。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明系利用有機(jī)與無機(jī)成分個別的特性，也就是在燃燒時有機(jī)高分子成分會碳化形成焦炭層，而無機(jī)粉體材料除了可增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的機(jī)械性質(zhì)外，也會將燃燒的熱量以輻射的方式放出。綜上所述，如圖2所示，本發(fā)明的防火材料于燃燒后會在表面形成堅固且不易剝落的焦炭層(防火層)，并可以有效地阻擋熱量直接傳遞至內(nèi)部，所以可以有效提升防火效果。
本發(fā)明利用本身具有反應(yīng)性官能基，或能夠經(jīng)由表面處理、改質(zhì)后具備表面官能基的無機(jī)粉體材料，與有機(jī)高分子、共聚物、單體、低聚物或預(yù)聚合物的反應(yīng)性官能基產(chǎn)生反應(yīng)形成化學(xué)鍵結(jié)，并且使其均勻地分散于有機(jī)成分系統(tǒng)中。一般而言，有機(jī)成分的含量可在10-90wt％之間，無機(jī)粉體的含量可在90-10wt％之間；在較佳實(shí)施例中，有機(jī)成分含量為30-70wt％，無機(jī)粉體含量為70-30wt％；在更佳實(shí)施例中，有機(jī)成分含量為40-60wt％，無機(jī)粉體含量為60-40wt％。
所得復(fù)合材料所含的有機(jī)成分可以是低聚物(oligomer)、有機(jī)高分子(polymer)或共聚物(copolymer)。本發(fā)明中所稱之”低聚物”系指數(shù)均分子量約200至1499道爾頓的化合物，而”共聚物”與”有機(jī)高分子”系指數(shù)均分子量約1500至大于1,00,000道爾頓的化合物。
有機(jī)成分與無機(jī)粉體的反應(yīng)性官能基包括，但不限于-OH、-COOH、-NCO、-NH3、-NH2、-NH、環(huán)氧基等。舉例而言，可選擇具有-COOH或-NCO官能基的有機(jī)成分(如有機(jī)酸系化合物或反應(yīng)型聚氨酯)與具有-OH官能基的無機(jī)粉體(如金屬氫氧化物)反應(yīng)。亦可選擇具有環(huán)氧基(epoxy)的有機(jī)成分與表面具有-NH2官能基的無機(jī)粉體反應(yīng)。反之，亦可選擇具有-OH官能基的有機(jī)成分(如聚乙烯醇)與具有-COOH或-NCO官能基的無機(jī)粉體反應(yīng)，或者選擇具有-NH2官能基的有機(jī)成分與具有環(huán)氧基(epoxy)的無機(jī)粉體反應(yīng)。
本發(fā)明的有機(jī)成分包括任何具有上述反應(yīng)性官能基的低聚物、單聚合物、或共聚物，且反應(yīng)性官能基可位于高分子主鏈或側(cè)鏈，較佳者包括聚有機(jī)酸(polyorganic acid)系、聚氨酯(polyurethane)系、環(huán)氧(epoxy)系、聚烯烴(polyolefin)系、聚胺(polyamine)系等。其中，聚有機(jī)酸系包括具有羧酸、磺酸的單聚物或共聚物，例如是乙烯丙烯酸共聚物(poly(ethylene-co-acrylicacid))、丙烯酸馬來酸共聚物(poly(acrylic acid-co-maleic acid))等。環(huán)氧系例如是雙(3，4-環(huán)氧-6-甲基環(huán)己基甲基)己二酸酯[Bis(3，4-epoxy-6-methylcyclohexylmethyl)adipate]、乙烯基環(huán)己烯二酮[Vinylcyclohexene dioxide]、四氫化鄰苯二甲酸二縮水甘油酯[Diglycidyltetrahydrophthalate]、六氫化鄰苯二甲酸二縮水甘油酯[Diglycidylhexahydrophthalate]、雙(2，3-環(huán)氧環(huán)戊基)醚樹脂[Bis(2，3-epoxycyclopentyl)ether resin]、多酚環(huán)氧樹脂的縮水甘油醚[Glycidyl ethers of polyphenol epoxy resin]等。聚胺系包括聚酰胺(polyamide)與聚酰亞胺(polyimide)，聚酰胺例如是尼龍6[nylon 6((NH(CH2)5CO)n)]、尼龍66[nylon66((NH(CH2)6-NH-CO(CH2)4CO)n)]、尼龍12[nylon 12((NH(CH2)11CO)n)]等。聚酰亞胺系包括二胺(diamine)與以二胺與二酐(dianhydride)所合成的聚酰亞胺，二胺例如是4，4-氧聯(lián)二苯胺[4，4-oxydianiline]、1，4雙[(4-氨基苯氧基)苯][1，4-bis(4-aminophenoxy)benzene]、2，2-雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷[2，2-bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]propane]等，以及以上述二胺搭配二酐如氧聯(lián)二鄰苯二甲酸酐(oxydiphthalic anhydride)、均苯四酸二酐(pyromellitic dianhydride)、二苯甲酮四羧酸二酐(benzophenonetetracarboxylic dianhydride)等所合成的聚酰亞胺。聚烯烴系包括烯烴單體與上述具反應(yīng)性官能基的單體的共聚物。應(yīng)注意的是，本發(fā)明所使用的起始物尚可包括上述的單體、低聚物、或預(yù)聚物，除此之外，更可同時將兩種以上的有機(jī)成分混搭使用。
本發(fā)明所使用的無機(jī)成分包括本身具有上述官能基的無機(jī)粉體，或經(jīng)由表面處理、改質(zhì)后具備上述官能基的無機(jī)粉體。較佳的無機(jī)粉體包括氫氧化物、氮化物、氧化物、碳化物、金屬鹽類、或無機(jī)層狀材料等。其中，氫氧化物包括金屬氫氧化物，如氫氧化鋁(Al(OH)3)、氫氧化鎂(Mg(OH)2)等。氮化物包括氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等。氧化物包括二氧化硅(SiO2)、二氧化鈦(TiO2)、氧化鋅(ZnO)等。碳化物例如是碳化硅(SiC)。金屬鹽類例如是碳酸鈣(CaCO3)。無機(jī)層狀材料包括黏土、滑石(talc)、或?qū)訝铍p氫氧化合物(Layered Double Hydroxides；LDH)等，其中黏土可為硅礬石類黏土(smectite clay)、蛭石(vermiculite)、多水高嶺土(halloysite)、絹云母(sericite)、皂土(saponite)、蒙脫土(montmorillonite)、貝得石(beidellite)，囊脫石(nontronite)、云母(mica)、以及水輝石(hectorite)等。應(yīng)注意的是，上述的無機(jī)成分亦可混合使用，例如同時添加具有反應(yīng)性官能基的黏土與金屬氫氧化物。無機(jī)粉體可以是微米級顆粒或納米級顆粒，其中又以粒徑1～100nm的納米級顆粒較佳，因為較小的粒徑可以提高單位重量的表面積。
有機(jī)成分與無機(jī)粉體可直接混合進(jìn)行反應(yīng)，或者在各種溶劑(例如水、乙醇或甲基乙基酮)的存在下進(jìn)行反應(yīng)形成共價鍵或離子鍵。反應(yīng)的溫度端視所使用的成分而定，一般在室溫至150℃之間，反應(yīng)時間可從10分鐘至數(shù)天不等。請參照圖3，圖3系繪示有機(jī)高分子/無機(jī)粉體復(fù)合材料的制備流程圖。首先，將主鏈上具有反應(yīng)性官能基(例如R-COOH；R表示碳鏈)的有機(jī)高分子與溶劑(例如水、乙醇或甲基乙基酮(MEK))混合，之后添加具備反應(yīng)官能基(例如M-OH；M表示金屬)的無機(jī)粉體，持續(xù)攪拌反應(yīng)20分鐘并于70-90℃的溫度下進(jìn)行反應(yīng)。之后，有機(jī)高分子的R-COOH官能基與無機(jī)粉體材料的M-OH官能基反應(yīng)而生成R-COO-M+的漿料。接著，將此漿料涂布于紙片(例如離型紙)上，并經(jīng)過烘箱烘烤后，而完成試樣層(試片)制作。
當(dāng)本發(fā)明的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料應(yīng)用在防火板材時，上述反應(yīng)所形成的漿料可以各種適當(dāng)方式加工成型為厚度不同的板材、片材或膜材等。本發(fā)明所稱之”防火板材”包括厚度小于0.5mm的膜材(films)、厚度介于0.5-2mm之間的片材(flakes)、以及厚度大于2mm的板材(plates)，為簡化說明以下皆以板材通稱之。常用的成型方式包括模壓成型(compression molding)、射出成型(injection molding)、押出成型(extrusion molding)、輥壓成型(calendermolding)等。所得的試樣可在室溫下成型干燥或以烘箱緩慢加熱成型干燥。
本發(fā)明的防火片材、板材與膜材可以黏貼或機(jī)械式固定(如螺絲、釘子或夾具等)的方式附著于欲提升防火效能或受熱現(xiàn)象的易燃或不燃物質(zhì)表面，或以夾板形式直接使用，可以單一層或與其它易燃或不燃板材以積層(multi-layer)的方式使用，之后以火焰燃燒防火片材、板材與膜材表面，防火片材、板材與膜材中的有機(jī)成分會碳化形成焦炭層，而無機(jī)粉體材料與其添加物會將燃燒的熱量以輻射的方式放出，并且可維持燃燒時防火片材、板材與膜材的結(jié)構(gòu)完整性，使其較不易龜裂或剝落，此種燃燒特性使此防火片材、板材與膜材能有效阻擋火焰?zhèn)鬟f至被包覆物質(zhì)，更能阻擋并消散熱量，故此防火涂料具備良好的防火與難燃特性，并能提供較長效的防火能力。在較佳實(shí)施例中，本發(fā)明的防火板材可承受1000-1200℃的高溫超過3分鐘。由于本發(fā)明的有機(jī)成分與無機(jī)粉體之間是有化學(xué)鍵結(jié)，因此遇熱/火焰時不會有熔融、滴垂、燃燒等現(xiàn)象，有別于一般的物理性摻混。
本發(fā)明的防火板材具有廣泛的應(yīng)用范圍，例如可作為間隔用防火板材、防火壁紙、可撓式防火板材等。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)可視實(shí)際應(yīng)用上的需求添加各式添加劑，例如阻燃劑(如美耐明磷酸鹽系(MelaminePhosphates)、紅磷、與磷系阻燃劑)、增強(qiáng)結(jié)構(gòu)并協(xié)助固化的硅烷(silane，如四乙氧基硅烷(tetraethoxysilane)、三乙氧基硅烷(triethoxyvinylsilane)、硅氧烷(siloxane)、增強(qiáng)材料耐熱性與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的玻璃砂或玻璃纖維等。添加劑的量一般在0.1-20重量份，以100重量份的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料為基準(zhǔn)。
防火復(fù)合材料實(shí)施例 實(shí)施例1 在此實(shí)施例中，將具有R-COOH官能基的乙烯丙烯酸共聚物預(yù)先溶解或分散于水中，再加入氫氧化鋁粉體，持續(xù)攪拌反應(yīng)20分鐘并于70-90℃的溫度下進(jìn)行反應(yīng)。之后，于離型紙上涂布厚度約1mm的反應(yīng)生成物(漿料)，再將此試樣層送入烘箱，于60℃下干燥60分鐘→80℃下干燥60分鐘→100℃下干燥60分鐘→120℃下干燥30分鐘→140℃下干燥30分鐘→160℃下干燥30分鐘→180℃下干燥30分鐘，最后于200℃的溫度下進(jìn)行成型干燥240分鐘。
接著，如圖4所示，將成型的試樣層20由離型紙上取下(圖未顯示)，置于一般打印用A4紙10上，并以高溫噴槍30于1000-1200℃的火焰40下直接加熱試樣層20表面30秒至3分鐘。加熱完后觀察A4紙有無燃燒或焦黑現(xiàn)象，結(jié)果如表1所示。其中，加熱時間為30秒時，A4紙沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為60秒時，A4紙沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為120秒時，A4紙沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為180秒時，A4紙變得微黃。
由此實(shí)施例可知，由于乙烯丙烯酸共聚物的R-COOH官能基與氫氧化鋁的M-OH官能基產(chǎn)生反應(yīng)而形成鍵結(jié)，強(qiáng)化了復(fù)合材料試樣層的結(jié)構(gòu)，因此防火效果可超過3分鐘。
實(shí)施例2 在此實(shí)施例中，將具有R-COOH官能基的乙烯丙烯酸共聚物預(yù)先溶解或分散于水中，再加入氫氧化鎂的粉體，持續(xù)攪拌反應(yīng)20分鐘并于70-90℃的溫度下進(jìn)行反應(yīng)。之后，于離型紙上涂布厚度約1mm的反應(yīng)生成物(漿料)，再將此試樣層送入烘箱，于60℃下干燥60分鐘→80℃下干燥60分鐘→100℃下干燥60分鐘→120℃下干燥30分鐘→140℃下干燥30分鐘→160℃下干燥30分鐘→180℃下干燥30分鐘，最后于200℃的溫度下進(jìn)行成型干燥240分鐘。
接著，如圖4所示，將成型的試樣層20由離型紙上取下(圖未顯示)，置于一般打印用A4紙10上，并以高溫噴槍30于1000-1200℃的火焰40下直接加熱試樣層20表面30秒至3分鐘。加熱完后觀察A4紙有無燃燒或焦黑現(xiàn)象，結(jié)果如表1所示。其中，加熱時間為30秒時，A4紙沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為60秒時，A4紙沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為120秒時，A4紙沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為180秒時，A4紙變得微黃。
由此實(shí)施例可知，由于乙烯丙烯酸共聚物的R-COOH官能基與氫氧化鎂的M-OH官能基產(chǎn)生反應(yīng)而形成鍵結(jié)，強(qiáng)化了復(fù)合材料試樣層的結(jié)構(gòu)，因此防火效果可超過3分鐘。
實(shí)施例3 在此實(shí)施例中，將具有R-COOH官能基的丙烯酸順丁烯二酸共聚物預(yù)先溶解或分散水中，再加入氫氧化鋁粉體，持續(xù)攪拌反應(yīng)20分鐘并于70-90℃的溫度下進(jìn)行反應(yīng)。之后，于離型紙上涂布厚度約1mm的反應(yīng)生成物(漿料)，再將此一試樣層送入烘箱，于60℃下干燥60分鐘→80℃下干燥60分鐘→100℃下干燥60分鐘→120℃下干燥30分鐘→140℃下干燥30分鐘→160℃下干燥30分鐘→180℃下干燥30分鐘，最后于200℃的溫度下進(jìn)行成型干燥240分鐘。
接著，如圖4所示，將成型的試樣層20由離型紙上取下(圖未顯示)，置于一般打印用A4紙10上，并以高溫噴槍30于1000-1200℃的火焰40下直接加熱試樣層20表面30秒至3分鐘。加熱完后觀察A4紙有無燃燒或焦黑現(xiàn)象，結(jié)果如表1所示。其中，加熱時間為30秒時，A4紙沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為60秒時，A4紙沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為120秒時，A4紙沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為180秒時，A4紙變得微黃。
由此實(shí)施例可知，由于丙烯酸順丁烯二酸共聚物的R-COOH官能基與氫氧化鋁的M-OH官能基產(chǎn)生反應(yīng)而形成鍵結(jié)，強(qiáng)化了復(fù)合材料試樣層的結(jié)構(gòu)，因此防火效果可超過3分鐘。
實(shí)施例4 在此實(shí)施例中，將具有R-NCO官能基的聚氨基甲酸酯預(yù)先溶解或分散正己烷中，再加入氫氧化鋁粉體，于室溫下持續(xù)攪拌反應(yīng)20分鐘進(jìn)行反應(yīng)。之后，于離型紙上涂布厚度約1mm的反應(yīng)生成物(漿料)，再將此試樣層送入烘箱，于60℃的溫度下進(jìn)行成型干燥120分鐘。
接著，如圖4所示，將成型的試樣層20由離型紙上取下(圖未顯示)，置于一般打印用A4紙10上，并以高溫噴槍30于1000-1200℃的火焰40下直接加熱試樣層20表面30秒至3分鐘。加熱完后觀察A4紙有無燃燒或焦黑現(xiàn)象，結(jié)果如表1所示。其中，加熱時間為30秒時，A4紙沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為60秒時，A4紙沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為120秒時，A4紙沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為180秒時，A4紙變得微黃。
由此實(shí)施例可知，由于聚氨基甲酸酯的R-NCO官能基與氫氧化鋁的M-OH官能基產(chǎn)生反應(yīng)而形成鍵結(jié)，強(qiáng)化了復(fù)合材料試樣層的結(jié)構(gòu)，因此防火效果可超過3分鐘。
比較例1 在此實(shí)施例中，將具有R-COOH官能基乙烯丙烯酸共聚物預(yù)先溶解或分散水中，再加入未經(jīng)表面改質(zhì)的二氧化硅粉體，持續(xù)攪拌反應(yīng)20分鐘并于70-90℃的溫度下進(jìn)行反應(yīng)。之后，于離型紙上涂布厚度約1mm的反應(yīng)生成物(漿料)，再將此一試樣層送入烘箱，于60℃下干燥60分鐘→80℃下干燥60分鐘→100℃下干燥60分鐘→120℃下干燥30分鐘→140℃下干燥30分鐘→160℃下干燥30分鐘→180℃下干燥30分鐘，最后于200℃的溫度下進(jìn)行成型干燥240分鐘。
接著，如圖4所示，將成型的試樣層20由離型紙上取下(圖未顯示)，置于一般打印用A4紙10上，并以高溫噴槍30于1000-1200℃的火焰40下直接加熱試樣層20表面30秒至3分鐘。加熱完后觀察A4紙有無燃燒或焦黑現(xiàn)象，結(jié)果如表1所示。其中，加熱時間為30秒時，A4紙即變得微黃；加熱時間為60秒時，A4紙變得焦黃；加熱時間為120秒時，A4紙開始燃燒。
由此實(shí)施例可知，由于未表面改質(zhì)的二氧化硅，表面幾乎無可反應(yīng)的OH官能基，故乙烯丙烯酸共聚物的R-COOH官能基與二氧化硅未產(chǎn)生反應(yīng)而沒有形成鍵結(jié)，因此復(fù)合材料試樣層的防火效果不佳。
比較例2 在此實(shí)施例中，將具有R-COOH官能基的丙烯酸順丁烯二酸共聚物預(yù)先溶解或分散于水中，再加入未經(jīng)表面改質(zhì)的氧化鋁(Al2O3)粉體，持續(xù)攪拌反應(yīng)20分鐘并于70-90℃的溫度下進(jìn)行反應(yīng)。之后，于離型紙上涂布厚度約1mm的反應(yīng)生成物(漿料)，再將此一試樣層送入烘箱，于60℃下干燥60分鐘→80℃下干燥60分鐘→100℃下干燥60分鐘→120℃下干燥30分鐘→140℃下干燥30分鐘→160℃下干燥30分鐘→180℃下干燥30分鐘，最后于200℃的溫度下進(jìn)行成型干燥240分鐘。
接著，如圖4所示，將成型的試樣層20由離型紙上取下(圖未顯示)，置于一般打印用A4紙10上，并以高溫噴槍30于1000-1200℃的火焰40下直接加熱試樣層20表面30秒至3分鐘。加熱完后觀察A4紙有無燃燒或焦黑現(xiàn)象，結(jié)果如表1所示。其中，加熱時間為30秒時，A4紙即變得微黃；加熱時間為60秒時，A4紙開始變得焦黃；加熱時間為120秒時，A4紙開始燃燒。
由此實(shí)施例可知，由于未表面改質(zhì)的氧化鋁，表面幾乎無可反應(yīng)的OH官能基，故丙烯酸順丁烯二酸共聚物的R-COOH官能基與氧化鋁未產(chǎn)生反應(yīng)而沒有形成鍵結(jié)，因此復(fù)合材料試樣層的防火效果不佳。
比較例3 在此實(shí)施例中，將具有R-NCO官能基的聚氨基甲酸酯預(yù)先溶解或分散正己烷中，再加入未經(jīng)表面改質(zhì)的二氧化硅粉體，于室溫下持續(xù)攪拌反應(yīng)20分鐘進(jìn)行反應(yīng)。之后，于離型紙上涂布厚度約1mm的反應(yīng)生成物(漿料)，再將此試樣層送入烘箱，于60℃的溫度下進(jìn)行成型干燥120分鐘。
接著，如圖4所示，將成型的試樣層20由離型紙上取下(圖未顯示)，置于一般打印用A4紙10上，并以高溫噴槍30于1000-1200℃的火焰40下直接加熱試樣層20表面30秒至3分鐘。加熱完后觀察A4紙有無燃燒或焦黑現(xiàn)象，結(jié)果如表1所示。其中，加熱時間為30秒時，A4紙即變得微黃；加熱時間為60秒時，A4紙持續(xù)變得微黃；加熱時間為120秒時，A4紙開始變得焦黃；加熱時間為180秒時，A4紙開始燃燒。
由此實(shí)施例可知，由于未表面改質(zhì)的二氧化硅，表面幾乎無可反應(yīng)的OH官能基，故聚氨基甲酸酯的R-NCO官能基與二氧化硅(SiO2)未產(chǎn)生反應(yīng)而沒有形成鍵結(jié)，因此復(fù)合材料試樣層的防火效果不佳。
比較例4 在此實(shí)施例中，將具有R-OH官能基的聚(乙烯醇)(poly(vinyl alcohol))預(yù)先溶解或分散水中，再加入氫氧化鋁(Al(OH)3)粉體，持續(xù)攪拌反應(yīng)20分鐘并于70-90℃的溫度下進(jìn)行反應(yīng)。之后，于離型紙上涂布厚度約1mm的反應(yīng)生成物(漿料)，再將此一試樣層送入烘箱，于60℃下干燥60分鐘→80℃下干燥60分鐘→100℃下干燥60分鐘→120℃下干燥30分鐘→140℃下干燥30分鐘→160℃下干燥30分鐘→180℃下干燥30分鐘，最后于200℃的溫度下進(jìn)行成型干燥240分鐘。
接著，如圖4所示，將成型的試樣層20由離型紙上取下(圖未顯示)，置于一般打印用A4紙10上，并以高溫噴槍30于1000-1200℃的火焰40下直接加熱試樣層20表面30秒至3分鐘。加熱完后觀察A4紙有無燃燒或焦黑現(xiàn)象，結(jié)果如表1所示。其中，加熱時間為30秒時，A4紙即變得微黃；加熱時間為60秒時，A4紙開始變得焦黃；加熱時間為120秒時，A4紙開始燃燒。
由此實(shí)施例可知，由于具有R-OH官能基的聚(乙烯醇)與具有M-OH官能基的氫氧化鋁未產(chǎn)生反應(yīng)而沒有形成鍵結(jié)，因此復(fù)合材料試樣層的防火效果不佳。
表1、有機(jī)高分子/無機(jī)粉體復(fù)合材料試片的防火測試結(jié)果
綜上所述，由于有機(jī)高分子與無機(jī)粉體產(chǎn)生鍵結(jié)的緣故，所以本發(fā)明的防火材料于燃燒后會在表面形成堅固且不易剝落的焦炭層(防火層)，并可以有效地阻擋熱量直接傳遞至內(nèi)部，所以可以有效提升防火效果。
防火板材實(shí)施例 實(shí)施例5 將10.0g的乙烯丙烯酸共聚物置于反應(yīng)容器中，預(yù)加熱至80-120℃使其熔化后以300rpm恒溫定速攪拌。加入10.8g去離子水以及10.8g氨水后攪拌反應(yīng)10分鐘后呈現(xiàn)白色乳狀液體，再加入10g氫氧化鋁粉體攪拌反應(yīng)10分鐘可獲得白色均勻漿料。其后將漿料灌注于100*100*2mm的鐵氟龍模具中，將此試樣送入烘箱進(jìn)行成型干燥，程序如下 60℃(60min)→80℃(60min)→100℃(60min)→120℃(30min)→140℃(30min)→160℃(30min)→180℃(30min)→200℃(240min) 待涂布層完全成型固化形成2mm的片板材后，將固化的片板材由鐵氟龍模具中取出，放置于A4大小的紙10上，用高溫噴槍以溫度1000-1200℃的火焰直接加熱試樣層表面30秒至3分鐘。加熱完后觀察基材有無燃燒或焦黑現(xiàn)象，結(jié)果整理如表2所示。其中，加熱時間為30秒時，基材沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為60秒時，基材沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為120秒時，基材沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為180秒時，基材變得微黃。
由此實(shí)施例可知，由于乙烯丙烯酸共聚物的-COOH官能基與氫氧化鋁的-OH官能基產(chǎn)生反應(yīng)而形成鍵結(jié)，強(qiáng)化了復(fù)合材料試樣層的結(jié)構(gòu)，在此測試條件下此防火片板材可承受1000-1200℃的高溫超過3分鐘。
實(shí)施例6 將10.0g的乙烯丙烯酸共聚物置于反應(yīng)容器中，預(yù)加熱至80-120℃使其熔化后以300rpm恒溫定速攪拌，加入10g氫氧化鋁粉體攪拌反應(yīng)10分鐘可獲得白色均勻漿料，將漿料灌注于100*100*2mm的鐵氟龍模具，將此一試樣送入烘箱進(jìn)行成型干燥，程序如下 60℃(60min)→80℃(60min)→100℃(60min)→120℃(30min)→140℃(30min)→160℃(30min)→180℃(30min)→200℃(240min) 待涂布層完全成型固化形成2mm的片板材后，將固化的片板材由鐵氟龍模具中取出，放置于A4大小的紙，以溫度1000-1200℃的高溫噴槍直接加熱試樣層表面30秒至3分鐘。加熱完后觀察基材有無燃燒或焦黑現(xiàn)象，結(jié)果整理如表2所示。其中，加熱時間為30秒時，基材沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為60秒時，基材沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為120秒時，基材沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為180秒時，基材變得微黃。
由此實(shí)施例可知，由于乙烯丙烯酸共聚物的-COOH官能基與氫氧化鋁的-OH官能基產(chǎn)生反應(yīng)而形成鍵結(jié)，強(qiáng)化了復(fù)合材料試樣層的結(jié)構(gòu)，在此測試條件下此防火片板材可承受1000-1200℃之高溫超過3分鐘。
實(shí)施例7 將20.0g的丙烯酸順丁烯二酸共聚物水溶液(固體含量50wt％)置于反應(yīng)容器中，預(yù)加熱至80-90℃以300rpm恒溫定速攪拌。加入10.0g氨水后攪拌反應(yīng)10分鐘后，再加入10g氫氧化鋁粉體攪拌反應(yīng)10分鐘可獲得黃色均勻漿料。其后將漿料灌注于100*100*2mm的鐵氟龍模具，將此一試樣送入烘箱進(jìn)行成型干燥，程序如下 60℃(60min)→80℃(60min)→100℃(60min)→120℃(30min)→140℃(30min)→160℃(30min)→180℃(30min)→200℃(240min) 待涂布層完全成型固化形成2mm的片板材后，將固化的片板材由鐵氟龍模具中取出，放置于A4大小的紙，以溫度1000-1200℃的高溫噴槍直接加熱試樣層表面30秒至3分鐘。加熱完后觀察基材有無燃燒或焦黑現(xiàn)象，結(jié)果整理如表2所示。其中，加熱時間為30秒時，基材沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為60秒時，基材沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為120秒時，基材沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為180秒時，基材變得微黃。
由此實(shí)施例可知，由于丙烯酸順丁烯二酸共聚物的-COOH官能基與氫氧化鋁的-OH官能基產(chǎn)生反應(yīng)而形成鍵結(jié)，強(qiáng)化了復(fù)合材料試樣層的結(jié)構(gòu)，在此測試條件下此防火片板材可承受1000-1200℃的高溫超過3分鐘。
實(shí)施例8 將50.0g含有8％反應(yīng)性異氰酸酯(-NCO)官能基的反應(yīng)型聚氨酯置于反應(yīng)容器中以300rpm室溫定速攪拌，再加入50.0g氫氧化鋁粉體后攪拌反應(yīng)5分鐘可獲得白色均勻漿料。其后將漿料灌注于100*100*2mm的鐵氟龍模具，將此一試樣置于室溫下成型干燥24小時。待涂布層完全成型固化形成2mm的片板材后，將固化的片板材由鐵氟龍模具中取出，放置于A4大小的紙上，以溫度1000-1200℃的高溫噴槍直接加熱試樣層表面30秒至3分鐘。加熱完后觀察基材有無燃燒或焦黑現(xiàn)象，結(jié)果整理如表2所示。其中，加熱時間為30秒時，基材沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為60秒時，基材沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為120秒時，基材沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為180秒時，基材變得微黃。
由此實(shí)施例可知，由于反應(yīng)型聚氨酯的-NCO官能基與氫氧化鋁的-OH官能基產(chǎn)生反應(yīng)而形成鍵結(jié)，強(qiáng)化了復(fù)合材料試樣層的結(jié)構(gòu)，在此測試條件下此防火片板材可承受1000-1200℃的高溫超過3分鐘。
實(shí)施例9 將50.0g含有8％反應(yīng)性異氰酸酯(-NCO)官能基的反應(yīng)型聚氨酯置于反應(yīng)容器中以300rpm室溫定速攪拌，再加入45.0g氫氧化鎂粉體與5.0g經(jīng)改質(zhì)帶有-OH官能基的納米黏土(Cloisite 30B；Southern Clay Products公司)后，攪拌反應(yīng)5分鐘可獲得白色均勻漿料。其后將漿料灌注于100*100*2mm的鐵氟龍模具，將此一試樣置于室溫下成型干燥24小時。待涂布層完全成型固化形成2mm的片板材后，將固化的片板材由鐵氟龍模具中取出，放置于A4大小的紙上，以溫度1000-1200℃的高溫噴槍直接加熱試樣層表面30秒至3分鐘。加熱完后觀察基材有無燃燒或焦黑現(xiàn)象，結(jié)果整理如表2所示。其中，加熱時間為30秒時，基材沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為60秒時，基材沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為120秒時，基材沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為180秒時，基材變得微黃。
由此實(shí)施例可知，由于反應(yīng)型聚氨酯的-NCO官能基與氫氧化鎂的-OH官能基以及納米黏土經(jīng)改質(zhì)所帶有的-OH官能基產(chǎn)生反應(yīng)而形成鍵結(jié)，強(qiáng)化了復(fù)合材料試樣層的結(jié)構(gòu)，在此測試條件下此防火片板材可承受1000-1200℃的高溫超過3分鐘。
實(shí)施例10 請參照圖5，將實(shí)施例9中的片板材20置于A4大小的紙基材10上，用高溫噴槍30以溫度1000-1200℃的火焰40直接加熱試樣層表面180秒，并以連接溫度探測器50的熱電偶60偵測紙基材背面的溫度變化，并以市售膨脹型防火片材(供貨商永記造漆/商品名FM-900)于相同厚度進(jìn)行相同測試比較，結(jié)果如圖6所示。市售膨脹型防火片材溫度上升相當(dāng)明顯且迅速，在加熱60秒后紙基材背面溫度已達(dá)約200℃，而實(shí)施例9中的片板材的試樣溫度上升較為緩慢，燃燒加熱約100秒后溫度才達(dá)到約200℃。
由此實(shí)施例可知，由于反應(yīng)型聚氨酯的-NCO官能基與氫氧化鎂的-OH官能基以及納米黏土經(jīng)改質(zhì)所帶有的-OH官能基產(chǎn)生反應(yīng)而形成鍵結(jié)，在燃燒時無機(jī)粉體能夠?qū)崃恳暂椛涞姆绞椒懦?，并且可維持燃燒時防火涂料的結(jié)構(gòu)完整性，使其較不易龜裂或剝落，有效阻擋火焰?zhèn)鬟f至被包覆物質(zhì)并且能夠消散熱量，使背面基材溫度上升較為緩慢，故此一防火片板材料具備良好的防火特性。
實(shí)施例11 將50.0g含有7.6％反應(yīng)性異氰酸酯(-NCO)官能基的反應(yīng)型聚氨酯置于反應(yīng)容器中以300rpm室溫定速攪拌，再加入50.0g經(jīng)表面改質(zhì)帶有-OH官能基的二氧化鈦粉體后攪拌反應(yīng)5分鐘可獲得白色均勻漿料。其后將漿料灌注于100*100*2mm的鐵氟龍模具，將此一試樣置于室溫下成型干燥24小時再移入80℃烘箱成型干燥24小時。待涂布層完全成型固化形成2mm的片板材后，將固化的片板材由鐵氟龍模具中取出，放置于A4大小的紙上，以溫度1000-1200℃的高溫噴槍直接加熱試樣層表面30秒至3分鐘。加熱完后觀察基材有無燃燒或焦黑現(xiàn)象，結(jié)果整理如表2所示。其中，加熱時間為30秒時，基材沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為60秒時，基材沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為120秒時，基材沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為180秒時，基材變得微黃。由此實(shí)施例可知，由于反應(yīng)型聚氨酯的-NCO官能基與二氧化鈦表面經(jīng)改質(zhì)所帶有的-OH官能基產(chǎn)生反應(yīng)而形成鍵結(jié)，強(qiáng)化了復(fù)合材料試樣層的結(jié)構(gòu)，在此測試條件下此防火片板材可承受1000-1200℃的高溫超過3分鐘。
實(shí)施例12 將40.0g含有7.6％反應(yīng)性異氰酸酯(-NCO)官能基的反應(yīng)型聚氨酯置于反應(yīng)容器中以300rpm室溫定速攪拌，再加入50.0g經(jīng)表面改質(zhì)帶有-OH官能基的二氧化鈦粉體后攪拌反應(yīng)3分鐘后加入10g的PPG400(聚丙二醇(Polypropylene glycol)分子量400)，攪拌反應(yīng)2分鐘后可獲得白色均勻漿料。其后將漿料灌注于100*100*2mm的鐵氟龍模具，將此一試樣置于室溫下成型干燥24小時再移入80℃烘箱成型干燥24小時。待涂布層完全成型固化形成2mm的片板材后，將固化的片板材由鐵氟龍模具中取出，此片板材柔軟性極佳，曲率半徑約3cm。將此片板材放置于A4大小的紙上，以溫度1000-1200℃的高溫噴槍直接加熱試樣層表面30秒至3分鐘。加熱完后觀察基材有無燃燒或焦黑現(xiàn)象，結(jié)果整理如表2所示。其中，加熱時間為30秒時，基材沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為60秒時，基材沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為120秒時，基材沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為180秒時，基材變得微黃。由此實(shí)施例可知，由于反應(yīng)型聚氨酯的-NCO官能基與二氧化鈦表面經(jīng)改質(zhì)所帶有的-OH官能基產(chǎn)生反應(yīng)而形成鍵結(jié)，強(qiáng)化了復(fù)合材料試樣層的結(jié)構(gòu)，在此測試條件下此防火片板材可承受1000-1200℃的高溫超過3分鐘。
實(shí)施例13 將40.0g含有7.6％反應(yīng)性異氰酸酯(-NCO)官能基的反應(yīng)型聚氨酯置于反應(yīng)容器中以300rpm室溫定速攪拌，再加入45.0g經(jīng)表面改質(zhì)帶有-OH官能基的二氧化鈦粉體與5.0g經(jīng)改質(zhì)帶有-OH官能基的納米黏土(Cloisite30B；Southern Clay Products公司)后，攪拌反應(yīng)3分鐘后加入10g的PPG400(聚丙二醇分子量400)，攪拌反應(yīng)2分鐘后可獲得微黃色均勻漿料。其后將漿料灌注于100*100*2mm的鐵氟龍模具，將此一試樣置于室溫下成型干燥24小時再移入80℃烘箱成型干燥24小時。待涂布層完全成型固化形成2mm的片板材后，將固化的片板材由鐵氟龍模具中取出，此片板材柔軟性極佳，曲率半徑約3cm。將此片板材放置于A4大小的紙上，以溫度1000-1200℃的高溫噴槍直接加熱試樣層表面30秒至3分鐘。加熱完后觀察基材有無燃燒或焦黑現(xiàn)象，結(jié)果整理如表2所示。其中，加熱時間為30秒時，基材沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為60秒時，基材沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為120秒時，基材沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為180秒時，基材變得微黃。由此實(shí)施例可知，由于反應(yīng)型聚氨酯的-NCO官能基與二氧化鈦表面經(jīng)改質(zhì)所帶有的-OH官能基以及納米黏土經(jīng)改質(zhì)所帶有的-OH官能基產(chǎn)生反應(yīng)而形成鍵結(jié)，強(qiáng)化了復(fù)合材料試樣層的結(jié)構(gòu)，在此測試條件下此防火片板材可承受1000-1200℃的高溫超過3分鐘。
實(shí)施例14 將20.0g的環(huán)氧樹脂3，4-環(huán)氧環(huán)己基甲基3，4-環(huán)氧環(huán)己烷羧酸酯(3，4-epoxycyclohexyl methyl-3，4-epoxycyclohexane carboxylate)(商品名E4221/供貨商Union Carbide)置于反應(yīng)容器中以300rpm室溫定速攪拌，再加入28.0g的過量MeHHPA(六氫-4-甲基鄰苯二甲酸酐)(hexahydro-4-methylphthalic anhydride)作為固化劑，其當(dāng)量比為E4221/MeHHPA＝1/1.14，以及加入0.1g的BDMA(N，N-二甲基苯胺)(N，N-dimethyl benzylamine)作為催化劑，攪拌5分鐘后再加入48.1.0g氫氧化鋁粉體后攪拌反應(yīng)10分鐘可獲得白色均勻漿料。其后將漿料灌注于100*100*2mm與100*100*4mm的鐵氟龍模具，將此試樣置于120℃下成型干燥1小時。待涂布層完全成型固化形成2mm與4mm的片板材后，將固化的片板材由鐵氟龍模具中取出，放置于A4大小的紙上，以溫度1000-1200℃的高溫噴槍直接加熱試樣層表面30秒至3分鐘。加熱完后觀察基材有無燃燒或焦黑現(xiàn)象，結(jié)果整理如表2所示。其中2mm的試樣，加熱時間為30秒時，基材沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為60秒時，基材沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為120秒時，基材變得微黃；加熱時間為180秒時，基材變得焦黑但未燃燒；而其中4mm之試樣，加熱時間為30秒時，基材沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為60秒時，基材沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為120秒時，基材沒有產(chǎn)生變化；加熱時間為180秒時，基材變得微黃。
由此實(shí)施例可知，由于MeHHPA的酸酐官能基與E4221的環(huán)氧基產(chǎn)生反應(yīng)，而過量的MeHHPA使得反應(yīng)過后的固化環(huán)氧基末端仍有具反應(yīng)性的酸酐官能基能夠與氫氧化鋁的-OH官能基產(chǎn)生反應(yīng)而形成鍵結(jié)，強(qiáng)化了復(fù)合材料試樣層的結(jié)構(gòu)，在此測試條件下此防火片板材可承受1000-1200℃的高溫超過3分鐘。
比較例5 將50.0g含有8％反應(yīng)性異氰酸酯(-NCO)官能基的反應(yīng)型聚氨酯置于反應(yīng)容器中以300rpm室溫定速攪拌，再加入未經(jīng)表面改質(zhì)的二氧化硅粉體50g，攪拌反應(yīng)5分鐘后可獲得白色均勻漿料。其后將漿料灌注于100*100*2mm的鐵氟龍模具，將此一試樣置于室溫下成型干燥24小時再移入80℃烘箱成型干燥24小時，再置于室溫下72小時。待涂布層完全成型固化形成2mm的片板材后，將固化的片板材由鐵氟龍模具中取出，此片板材具有黏性，且略有可塑性。將此片板材放置于A4大小的紙上，以溫度1000-1200℃的高溫噴槍直接加熱試樣層表面30秒至3分鐘。加熱完后觀察基材有無燃燒或焦黑現(xiàn)象，結(jié)果整理如表2所示。其中，加熱時間為30秒時，試樣層表面出現(xiàn)熔融現(xiàn)象而基材略為焦黃；加熱時間為60秒時，試樣層表面熔化而基材產(chǎn)生焦黑冒煙現(xiàn)象；加熱時間為120秒時，試樣層表面完全熔化而基材開始燃燒。由此比較例可知，由于未經(jīng)表面改質(zhì)二氧化硅無法與反應(yīng)型聚氨酯的-NCO官能基產(chǎn)生足夠反應(yīng)而形成鍵結(jié)，復(fù)合材料試樣層的結(jié)構(gòu)并未經(jīng)由有機(jī)/無機(jī)的反應(yīng)而有效強(qiáng)化，故在此測試條件下此防火片板材無法承受1000-1200℃的高溫。
比較例6 將50.0g不含反應(yīng)性異氰酸酯(-NCO)官能基的聚氨酯置于反應(yīng)容器中以300rpm室溫定速攪拌，再加入氫氧化鋁粉體50g，攪拌反應(yīng)5分鐘后可獲得白色均勻漿料。其后將漿料灌注于100*100*2mm的鐵氟龍模具，將此一試樣置于烘箱進(jìn)行成型干燥，程序如下60℃(120min)→80℃(120min)→100℃(120min)→120℃(360min)。待涂布層完全成型固化形成2mm的片板材后，將固化的片板材由鐵氟龍模具中取出，放置于A4大小的紙上，以溫度1000-1200℃的高溫噴槍直接加熱試樣層表面30秒至3分鐘。加熱完后觀察基材有無燃燒或焦黑現(xiàn)象，結(jié)果整理如表2所示。其中，加熱時間為30秒時，試樣層表面出現(xiàn)熔融現(xiàn)象而基材呈現(xiàn)焦黑；加熱時間為60秒時，試樣層表面完全熔化而基材開始燃燒。由此比較例可知，由于聚氨酯無反應(yīng)性官能基，無法與氫氧化鋁的-OH官能基產(chǎn)生足夠反應(yīng)而形成鍵結(jié)，復(fù)合材料試樣層的結(jié)構(gòu)并未經(jīng)由有機(jī)/無機(jī)的反應(yīng)而有效強(qiáng)化，故在此測試條件下此防火片板材無法承受1000-1200℃的高溫。
比較例7 將50.0g含-OH官能基的聚(乙烯醇)(poly(vinyl alcohol))預(yù)先溶解分散于水中并以300rpm室溫定速攪拌，再加入氫氧化鋁粉體50g，于70-90℃攪拌反應(yīng)20分鐘后可獲得白色均勻漿料。其后將漿料灌注于100*100*2mm的鐵氟龍模具，將此一試樣置于烘箱進(jìn)行成型干燥，程序如下60℃(60min)→80℃(60min)→100℃(60min)→120℃(30min)→140℃(30min)→160℃(30min)→180℃(30min)→200℃(240min)。待涂布層完全成型固化形成2mm的片板材后，將固化的片板材由鐵氟龍模具中取出，放置于A4大小的紙上，以溫度1000-1200℃的高溫噴槍直接加熱試樣層表面30秒至3分鐘。加熱完后觀察基材有無燃燒或焦黑現(xiàn)象，結(jié)果整理如表2所示。其中，加熱時間為30秒時，試樣層表面出現(xiàn)熔融現(xiàn)象而基材略為焦黃；加熱時間為60秒時，試樣層表面熔化而基材產(chǎn)生焦黑冒煙現(xiàn)象；加熱時間為120秒時，試樣層表面完全熔化而基材開始燃燒。由此比較例可知，由于氫氧化鋁的-OH官能基無法與聚(乙烯醇)的反應(yīng)性官能基-OH反應(yīng)而形成鍵結(jié)，復(fù)合材料試樣層的結(jié)構(gòu)并未經(jīng)由有機(jī)/無機(jī)的反應(yīng)而有效強(qiáng)化，故在此測試條件下此防火片板材無法承受1000-1200℃的高溫。
表2防火板材防火測試結(jié)果整理


權(quán)利要求
1.一種有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料，包括
有機(jī)高分子、共聚物或低聚物，具有第一反應(yīng)性官能基；以及
無機(jī)粉體，具有第二反應(yīng)性官能基；
其中該有機(jī)高分子、共聚物或低聚物與該無機(jī)粉體經(jīng)由該第一與第二反應(yīng)性官能基形成化學(xué)鍵。
2.如權(quán)利要求1所述的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料，其中該有機(jī)高分子、共聚物或低聚物含量為10-90wt％，該無機(jī)粉體含量為90-10wt％。
3.如權(quán)利要求1所述的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料，其中該有機(jī)高分子、共聚物或低聚物含量為30-70wt％，該無機(jī)粉體含量為70-30wt％。
4.如權(quán)利要求1所述的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料，其中該第一與第二反應(yīng)性官能基系分別選自下列至少一種官能基-OH、-COOH、-NCO、-NH3、-NH2、-NH、或環(huán)氧基。
5.如 權(quán)利要求1所述的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料，其中該有機(jī)高分子、共聚物或低聚物包括聚有機(jī)酸系、聚氨酯系、環(huán)氧系、聚烯烴系、或聚胺系。
6.如權(quán)利要求1所述的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料，其中該無機(jī)粉體包括氫氧化物、氮化物、氧化物、碳化物、金屬鹽類、或無機(jī)層狀材料。
7.如權(quán)利要求6所述的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料，其中該氫氧化物包括金屬氫氧化物。
8.如權(quán)利要求7所述的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料，其中該金屬氫氧化物包括氫氧化鋁或氫氧化鎂。
9.如權(quán)利要求6所述的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料，其中該氮化物包括氮化硼、或氮化硅。
10.如權(quán)利要求6所述的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料，其中該氧化物包括二氧化硅、二氧化鈦、或氧化鋅。
11.如權(quán)利要求6所述的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料，其中該碳化物包括碳化硅。
12.如權(quán)利要求6所述的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料，其中該金屬鹽類包括碳酸鈣。
13.如權(quán)利要求6所述的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料，其中該無機(jī)層狀材料包括黏土、滑石、或?qū)訝铍p氫氧化合物。
14.如權(quán)利要求1所述的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料，其可承受1000-1200℃的高溫超過3分鐘。
15.一種防火板材，包括
有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料，其包括
有機(jī)高分子、共聚物或低聚物，具有第一反應(yīng)性官能基；及
無機(jī)粉體，具有第二反應(yīng)性官能基；
其中該有機(jī)高分子或低聚物與該無機(jī)粉體經(jīng)由該第一與第二反應(yīng)性官能基形成化學(xué)鍵。
16.如權(quán)利要求15所述的防火板材，其中該有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料中該有機(jī)高分子、共聚物或低聚物含量為10-90wt％，該無機(jī)粉體含量為90-10wt％。
17.如權(quán)利要求15所述的防火板材，其中該有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料中該有機(jī)高分子、共聚物或低聚物含量為30-70wt％，該無機(jī)粉體含量為70-30wt％。
18.如權(quán)利要求15所述的防火板材，其中該第一與第二反應(yīng)性官能基系分別選自下列至少一種官能基-OH、-COOH、-NCO、-NH3、-NH2、-NH、或環(huán)氧基。
19.如權(quán)利要求15所述的防火板材，其中該有機(jī)高分子、共聚物或低聚物包括聚有機(jī)酸系、聚氨酯系、環(huán)氧系、聚烯烴系、聚胺系。
20.如權(quán)利要求15所述的防火板材，其中該無機(jī)粉體包括氫氧化物、氮化物、氧化物、碳化物、金屬鹽類、或無機(jī)層狀材料。
21.如權(quán)利要求15所述的防火板材，其中該氫氧化物包括金屬氫氧化物。
22.如權(quán)利要求21所述的防火板材，其中該金屬氫氧化物包括氫氧化鋁或氫氧化鎂。
23.如權(quán)利要求20所述的防火板材，其中該氮化物包括氮化硼、或氮化硅。
24.如權(quán)利要求20所述的防火板材，其中該氧化物包括二氧化硅、二氧化鈦、或氧化鋅。
25.如權(quán)利要求20所述的防火板材，其中該碳化物包括碳化硅。
26.如權(quán)利要求20所述的防火板材，其中該金屬鹽類包括碳酸鈣。
27.如權(quán)利要求20所述的防火板材，其中該無機(jī)層狀材料包括黏土、滑石、或?qū)訝铍p氫氧化合物。
28.如權(quán)利要求15所述的防火板材，更包括至少添加劑。
29.如權(quán)利要求28所述的防火板材，其中該添加劑包括阻燃劑、硅烷、硅氧烷、玻璃砂或玻璃纖維。
30.如權(quán)利要求15所述的防火板材，其厚度小于0.5mm。
31.如權(quán)利要求15所述的防火板材，其厚度介于0.5-2mm之間。
32.如權(quán)利要求15所述的防火板材，其厚度大于2mm。
33.如權(quán)利要求15所述的防火板材，進(jìn)一步包括易燃或不燃板材與該有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料形成積層板材。
34.如權(quán)利要求15所述的防火板材作為間隔用防火板材。
35.如權(quán)利要求15所述的防火板材作為防火壁紙。
36.如權(quán)利要求15所述的防火板材作為可撓式防火板材。
37.如權(quán)利要求15所述的防火板材，其可承受1000-1200℃的高溫超過3分鐘。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種防火復(fù)合材料，其組成成分包括具有反應(yīng)性官能基的有機(jī)高分子、共聚物或低聚物以及無機(jī)粉體材料，且無機(jī)粉體材料系均勻地分散于有機(jī)成分中。其中，無機(jī)粉體材料本身也具有反應(yīng)性官能基，或經(jīng)由表面處理、改質(zhì)后具備表面官能基，能夠與有機(jī)成分的反應(yīng)性官能基產(chǎn)生反應(yīng)而形成有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料。此復(fù)合材料以火焰燃燒時，有機(jī)成分會形成焦碳層，而無機(jī)粉體材料會將燃燒的熱量以輻射的方式放出。本發(fā)明更包括上述復(fù)合材料于防火板材的應(yīng)用。
文檔編號C08L101/08GK101210111SQ200610171790
公開日2008年7月2日 申請日期2006年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月29日
發(fā)明者黃勇翔, 胡志明, 高哲一 申請人:財團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院