專利名稱：用水玻璃的防火處理法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用水玻璃的阻燃處理法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種用水玻璃作為阻燃劑使各種基材例如纖維、織物、無紡織物、片材、紙、板材等提供改善的阻燃性的方法，以致基材有很高的耐用性。已知水玻璃有極好的阻燃作用，而對人沒有任何危險(xiǎn)。
背景技術(shù)：
包括居住設(shè)施(例如旅店)在內(nèi)的公眾設(shè)施發(fā)生火災(zāi)直接造成包括人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失在內(nèi)的災(zāi)難性事件。由于這一原因，為了避免火災(zāi)造成的財(cái)產(chǎn)損失以及拯救人民生命免受火災(zāi)威脅，有關(guān)使用阻燃材料作為大眾設(shè)施例如居住設(shè)施和服務(wù)性行業(yè)的建筑材料的政府條例(例如有關(guān)阻燃的消防條例)已變得越來越嚴(yán)格。因此，現(xiàn)在的興趣集中在研發(fā)相關(guān)工業(yè)中的阻燃材料和技術(shù)。
為了滿足有關(guān)消防條例中規(guī)定的阻燃性條例，迄今已研制和應(yīng)用了許多種阻燃劑。已進(jìn)行了許多努力來研制這樣的阻燃劑。實(shí)踐中，單純的阻燃劑或不可燃材料的選擇和應(yīng)用基本上是不可能的。因此，已使用在制造或加工過程的任何步驟中通過加入阻燃劑使用作主要材料的可燃材料具有阻燃性的方法?？紤]到其他所需的性質(zhì)，可燃材料要適當(dāng)?shù)剡x擇。
給可燃材料提供阻燃性的例證性方法包括這樣的阻燃方法，其中用阻燃劑處理可燃材料的表面，并包括這樣的阻燃方法，其中在材料制造過程中例如纖維的紡織或板材的擠出中加入阻燃劑添加劑。
用于提供阻燃性的阻燃劑和阻燃劑添加劑可分成三類不耐用阻燃劑例如磷酸銨、硼砂、硼酸、氨基磺酸(sul phamic acid)等；半耐用阻燃劑例如錫、鋅和鋁的不溶性磷酸鹽和硼酸鹽以及錫(II)、鐵(III)、鋅和硅等的氧化物；耐用性阻燃劑例如THPC和TMM的縮合產(chǎn)物。
近年來，已發(fā)現(xiàn)某些阻燃劑的健康危害性，所以許多研究致力于研制除阻燃性外還有低毒性和低可燃性、抗腐蝕性和極好耐熱性的阻燃劑。因?yàn)樘峁┳枞夹陨婕俺杀驹黾樱匀员苊馐褂米枞紕?。因此，公眾仍處于火?zāi)危險(xiǎn)中，可能造成包括人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失在內(nèi)的災(zāi)難性事件。因此，對低價(jià)格的阻燃劑有需求。
作為一種具有上述性質(zhì)的阻燃劑，特別值得注意的是水玻璃。水玻璃通常為含有硅酸鈉作為主要組分的鈉水玻璃。鉀水玻璃和鈉鉀水玻璃都?xì)w類于水玻璃。它們含有硅氧化物，即石英砂或氧化硅作為基本原料。石英砂和氧化硅為地球中豐富的代表性礦物，在商業(yè)上可作為許多產(chǎn)品提供。因?yàn)樗Ａ芤缘统杀咎峁┳枞夹裕运?jīng)常被使用。
因?yàn)榕c從石油制得的有機(jī)涂料不同，水玻璃具有極好的熱穩(wěn)定性和不造成污染問題，它是一種代表性的無機(jī)涂料，所以它廣泛用作耐熱的、抗腐蝕的和防水涂層材料。隨著水玻璃中的水含量下降，粘度變高，從而附著力提高。水溶液在基材表面上的涂覆和隨后的干燥能形成涂覆的薄膜，有類似玻璃的平滑表面。在100-200℃下，水玻璃所含的水分子被分離出，同時(shí)氧化硅顆粒發(fā)生縮聚。此后，水玻璃發(fā)泡，阻止基材與氧接觸，提供一個(gè)絕緣阻擋層，從而使可燃性下降。此外，在500-700℃下，結(jié)晶度增加，使物理性質(zhì)例如熱性質(zhì)提高。因此，水玻璃加到可燃材料中有利的用于提高阻燃性。此外，已知水玻璃是一種低毒性的材料。例如，通過將質(zhì)子加到水玻璃中制得的硅膠廣泛用作食品工業(yè)的干燥劑。
最近，由于已知水玻璃有許多有用的性質(zhì)，例如上述的性質(zhì)，特別是阻燃作用，已進(jìn)行了巨大的努力以便在人類生活中很好地利用水玻璃。
但是，因只是干燥的水玻璃有可能溶于水中，存在耐用性差的問題。在解決這一問題的努力中，廣泛進(jìn)行了對硅酸鹽材料的制備新技術(shù)、水玻璃的水不溶性機(jī)理的科學(xué)識別以及有關(guān)水玻璃物理性質(zhì)改進(jìn)的研究。例如，Kalapathy等介紹了一種用苛性鈉(caustic soda)水溶液萃取稻殼灰中存在的無定形氧化硅、使萃取溶液濃縮、加入異丙醇和某些添加劑、均勻混合和干燥來制備有極好柔性和強(qiáng)度的氧化硅薄膜的方法(Bioresource Technology，72，99-106，2000)。
Knoblich和Gerber用X射線小角度散射法研究了SiO2在水玻璃溶液中的凝聚，結(jié)果他們指出，凝聚直接受水溶液中質(zhì)子的濃度影響，以及在pH值為2.2-5.8下迅速生成水不溶的硅膠，而在pH值5.8-6下該反應(yīng)速率較低(J.of Non-Crystalline Solid，283，109-113，2001)。
US 6303234公開，當(dāng)包括織物、紙、層板和類似材料在內(nèi)的纖維素材料用水玻璃處理然后用一氧化硅或二氧化硅蒸汽進(jìn)一步處理時(shí)，得到極好的阻燃性、高柔性和水的穩(wěn)定處理。
此外，US 6146766公開了一種制備具有極好阻燃性、強(qiáng)度和耐濕性材料的方法。根據(jù)這一方法，通過使用真空/壓力技術(shù)將硅酸鈉和水溶性阻燃劑加到各種纖維素材料內(nèi)部，然后進(jìn)行熱聚合。
為了解決水玻璃對水的易損性，現(xiàn)在對水玻璃作為阻燃劑的應(yīng)用進(jìn)行了廣泛研究，并公開了用水玻璃來制備阻燃產(chǎn)品的技術(shù)。但是，因?yàn)檫@些技術(shù)僅基于這樣的事實(shí)，即水玻璃的涂覆可提高阻燃性，由于所用基材的材料和結(jié)構(gòu)，其實(shí)用性是有限的。直到現(xiàn)在，還沒有確立一種可提高涂覆到具有各種結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成基材的水玻璃物理性質(zhì)的技術(shù)。
考慮到通過用水玻璃處理基材給基材提供阻燃性的傳統(tǒng)阻燃處理方法的上述這些問題，特別是耐用性差的問題，完成了本發(fā)明。
所以，本發(fā)明的一個(gè)目的是要提供一種用水玻璃進(jìn)行基材阻燃處理的方法，所述的方法能給基材提供水不溶性、極好的阻燃性和平滑且致密的表面特性，同時(shí)提供極好的柔性和耐用性，而又不產(chǎn)生微粉。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人開發(fā)了一種可用于各種基材的阻燃處理方法，所述的方法將用于同時(shí)進(jìn)行水玻璃生成的氧化硅的物質(zhì)傳遞、親脂改性和氧化硅縮聚的處理方法與在所選擇的最佳條件下充分提供柔性和防水性的技術(shù)相結(jié)合，從而完成本發(fā)明。
為了完成本發(fā)明的上述目的，提供了這樣一種使用水玻璃的阻燃處理方法，所述的方法包括以下步驟使用噴涂、浸漬或涂覆法用水玻璃作為阻燃劑處理基材；用處理劑處理經(jīng)水玻璃處理的基材，以便化學(xué)固化水玻璃并給水玻璃提供親脂性，所述的處理劑包括至少一種選自C1-8醇類、酮類和醚類的改性劑和能引發(fā)硅酸鹽材料聚合反應(yīng)的酸；以及將生成的基材干燥使水蒸發(fā)。
根據(jù)本發(fā)明的方法，酸和醇、酮或醚與水玻璃混合，已知水玻璃是一種相對低價(jià)的有極好阻燃性的阻燃劑，對人體沒有任何健康危險(xiǎn)，以適當(dāng)?shù)幕旌媳葋矸蛛x水玻璃中所含的水，并使水玻璃親脂改性，從而生成有改進(jìn)柔性的水不溶的阻燃材料。在如此改性的阻燃劑中，氧化硅的可熱分解的羥基部分用改性劑的烷基封閉，因此有更好的耐熱性，從而進(jìn)一步提高阻燃效果。
下文，參考附圖詳細(xì)說明這一過程，并與現(xiàn)有技術(shù)比較。


圖1為圖示現(xiàn)有技術(shù)中通過加入酸生成水不溶的氧化硅的原理示意圖，而圖2為圖示根據(jù)本發(fā)明的方法生成水不溶的和親脂改性的氧化硅的原理示意圖。
首先，下文說明現(xiàn)有技術(shù)。參考圖1，將硅酸鹽材料b溶于水a(chǎn)中，生成水玻璃A，然后將酸加到水玻璃中。因?yàn)樗Ａе兴墓杷猁}材料b分散在水a(chǎn)中，只有相鄰的硅酸鹽材料b聚合(B)。此后，進(jìn)行干燥，以便使水蒸發(fā)，將氧化硅分成細(xì)顆粒并固化(C)。因?yàn)檠趸栌休^差的涂層性、耐用性和耐水性，所以它不能通過阻燃劑涂覆用于提供阻燃性的目的。
相比，下文說明本發(fā)明的方法。參考圖2，將硅酸鹽材料b溶于水a(chǎn)中，生成水玻璃A，然后將酸和醇作為改性劑加到水玻璃中(A)。這時(shí)，水玻璃中所含的硅酸鹽材料b進(jìn)行氧化硅的聚合反應(yīng)，同時(shí)醇c化學(xué)結(jié)合到硅酸鹽材料上，生成親脂基團(tuán)，從而從聚合的親脂氧化硅(B)中分出水a(chǎn)。因此，當(dāng)聚合進(jìn)行同時(shí)適當(dāng)控制酸和改性劑的組成時(shí)，親脂的氧化硅B有較低的水含量。因此，因?yàn)榉乐垢稍飼r(shí)由于水的蒸發(fā)生成孔，所以可制得有平滑表面特性的材料(C)?？傊景l(fā)明的方法可提供一種有極好柔性和耐用性的阻燃材料，不產(chǎn)生微粉。
在本發(fā)明方法的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，在水玻璃涂覆以后和加入處理劑以前進(jìn)行干燥。進(jìn)行這一干燥以便預(yù)先除去原先在水玻璃中所含的或用于使水玻璃稀釋到某一程度的水，以致加快了在親脂改性過程中通過改性劑的水分離。
同時(shí)，在本發(fā)明的阻燃處理方法中，處理劑和水玻璃加到基材中可通過但不特別限于用噴涂器噴涂、在水玻璃溶液中浸漬或浸染或用剪切葉片或轉(zhuǎn)輥涂覆來進(jìn)行。可能的各種技術(shù)都可用于這一加入。
下文描述本發(fā)明方法中使用的水玻璃。水玻璃的化學(xué)組成通常用下式M2OmSiO2·nH2O表示，式中M為選自Li、Na、K、Ru和Cs的堿金屬或季銨堿，m表示金屬氧化物的摩爾比且有寬的范圍。例如，在M為Na的情況下，m為0.54-4。在M為K的情況下，m為2-3.8。在M為Li的情況下，m為3.5-7.5。在M為季銨的情況下，m為1.2-30。此外，已知水玻璃含有各種硅酸鹽陰離子，包括(SiO4)4-、(Si2O7)6-、(Si3O9)6-、(Si4O12)8-、(Si6O18)12-等。
水玻璃通常用這樣的干法生產(chǎn)，其中將石英砂和碳酸鈉的混合物加熱到1300-1500℃，生成玻璃，然后在低壓高壓釜中處理，或通過這樣的濕法生產(chǎn)，其中膠體硅酸或硅藻土和氫氧化鈉的混合物在高壓釜中加熱、反應(yīng)和溶解。目前將如此生產(chǎn)的水玻璃用作洗滌劑、清潔劑、滲透劑、粘合劑、粘接劑、阻燃劑、土壤硬化劑的原料，以及用于耐火水泥的原料、水軟化劑原料、硅膠的原料、蛋類防腐劑等。
商業(yè)上可提供的水玻璃由各種組合物按上述不同的方法來生產(chǎn)。但是，用于本發(fā)明的水玻璃的組成沒有具體地限制。用于本發(fā)明的水玻璃的優(yōu)選的實(shí)施例是通過將至少一種選自硅酸鈉、硅酸鉀和硅酸鈉鉀(soda potassium silicate)的硅酸鹽材料溶于水中制備的水溶液。硅酸鹽材料在水玻璃中的含量優(yōu)選為0.5-80％(重量)?？紤]到完全涂覆在基材上的條件、生產(chǎn)率和耐火性，硅酸鹽材料的量優(yōu)選為5-60％(重量)和水的量優(yōu)選為94-39％(重量)。除了水和硅酸鹽材料外，用于提供另外功能的添加劑的量為0.01-10％(重量)，而其他水不溶的懸浮物質(zhì)和雜質(zhì)的量為0.1-10％(重量)。
用于提供另外功能的添加劑例子包括季銨鹽、抗菌劑例如脫乙酰殼多糖、遠(yuǎn)紅外發(fā)射材料例如黃土、氧化硅、玉和硅、加熱材料例如鐵氧體和鍺、陰離子釋放材料例如活性炭或竹炭、脫味劑例如木炭和活性炭、阻燃劑例如三氧化銻、磷酸鹽化合物、硼、硼酸和鋁氧化物、導(dǎo)體例如導(dǎo)電的填充劑和碳纖維等。
下文將討論用于本發(fā)明的處理劑。處理劑為含有以下組分的混合溶液至少一種選自醇化合物、酮或醚化合物的改性劑；以及能催化碳酸鹽材料縮聚的酸，其中醇化合物由于對水高的親合性能促進(jìn)水溶液中存在的水的分離并能引發(fā)與氧化硅偶聯(lián)反應(yīng)，酮或醚化合物能引發(fā)加成反應(yīng)。
改性劑與涂覆在基材上的水玻璃反應(yīng)，使氧化硅的表面特性親脂，并用作增塑劑，使氧化硅的硬度降低和柔性提高。用于本發(fā)明的酸促進(jìn)氧化硅的聚合反應(yīng)，使氧化硅水不溶，從而提高耐水性。因此，處理劑使氧化硅的柔性和耐用性提高。
水玻璃中所含的硅酸鹽材料以離子形式存在。同時(shí)具有能與硅酸鹽的陰離子化學(xué)反應(yīng)的功能基團(tuán)和能提供親脂性的功能基團(tuán)的化合物可用于氧化硅的親脂改性。但是，所述的化合物與水玻璃中所含的水混合時(shí)必需促進(jìn)水的分離，并必需很好地與酸催化劑混合。為此，用于本發(fā)明的醇、酮和醚化合物優(yōu)選含有1-8個(gè)碳原子。當(dāng)碳原子的數(shù)目太大時(shí)，化合物對水的親合性是不希望的低，而反應(yīng)性也低。
同時(shí)滿足上述要求的醇類包括甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、異丁醇、環(huán)丙醇、環(huán)丁醇、酚、苯甲醇、乙二醇、甘油、山梨醇、聚乙烯醇等。
適合酮類的例子包括丙酮、甲乙酮、環(huán)己酮、2-甲基環(huán)戊酮、甲基乙烯基酮、苯乙酮、二苯酮、二環(huán)丙基酮等，適合的醚類的例子包括甲基乙基醚、二乙基醚、二苯基醚、2-甲氧基戊烷、反-2-甲氧基環(huán)己醇、1，3，5-三甲氧基苯、2-乙氧基-3-甲基丁烷、二環(huán)丙基醚、環(huán)氧乙烷、四氫呋喃、四氫吡喃、1，4-二噁烷等。
用于本發(fā)明的示例性酸類包括有機(jī)酸，例如乙酸、乳酸、甲酸、乙醇酸、丙烯酸、丙酸、琥珀酸、草酸、抗壞血酸、葡糖酸、酒石酸、馬來酸、檸檬酸、谷氨酸、甲苯磺酸等，以及無機(jī)酸，例如鹽酸、硫酸、磷酸、硝酸等。
用作基材的材料包括但不具體限于由纖維或漿制得的無紡織物、紙、針織織物、紡織織物、樹脂片材、樹脂或木材生產(chǎn)的板、樹脂或木材生產(chǎn)的板材等。特別是，預(yù)計(jì)本發(fā)明的阻燃處理方法廣泛用于消防條例規(guī)定的建筑材料。
同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的阻燃處理方法，按基材的重量計(jì)，使用的水玻璃量為2-300％(重量)。按所用的水玻璃重量計(jì)，使用的改性劑量為1-50％(重量)。按處理劑的總量計(jì)，使用的酸量為5-40％(重量)，以致將處理劑的pH值調(diào)節(jié)到1-7。
因?yàn)樯虡I(yè)上可提供的水玻璃有不同的組成，無法確定在所有情況下使用的水玻璃數(shù)量。但是，優(yōu)選使用的水玻璃量在本發(fā)明規(guī)定了的范圍內(nèi)。當(dāng)水玻璃的用量大于2％(重量)時(shí)，可得到足夠的阻燃性。因此，考慮到材料的固有性質(zhì)和所需的阻燃性，優(yōu)選使用大于2％(重量)的量。但是，如果所用的水玻璃的數(shù)量超過300％(重量)，那么水玻璃的涂覆可能有困難，這與基材的類型有關(guān)，另外由于過量的水玻璃，在經(jīng)濟(jì)上是有缺點(diǎn)的。因此，所用的水玻璃量限制在300％(重量)以下是優(yōu)選的。
雖然由于與水玻璃的反應(yīng)性和親脂性的程度取決于碳原子的數(shù)目，不能確定在所有的情況下改性劑的數(shù)量，但是與水玻璃的反應(yīng)性取決于反應(yīng)基團(tuán)的種類和側(cè)鏈的親脂性程度，還應(yīng)考慮基材的特性和結(jié)構(gòu)以及所需的阻燃性。按水玻璃的重量計(jì)，優(yōu)選加入1-50％(重量)的改性劑。在這一范圍內(nèi)，可得到所希望的親脂改性效果。更優(yōu)選的是，使用約10-20％(重量)的改性劑。
使用的酸量根據(jù)水玻璃和改性劑的數(shù)量、基材的特性和結(jié)構(gòu)、所希望的阻燃產(chǎn)品的性質(zhì)等來決定。由于本發(fā)明人進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，過量酸的使用使柔性和耐水性變差。因此，考慮到所用改性劑的數(shù)量，按處理劑的總量計(jì)，使用的酸量為5-40％(重量)，以便將處理劑的pH值調(diào)節(jié)到1-7。更優(yōu)選的是，對于穩(wěn)定的氧化硅縮聚和更平滑的表面特性，將處理劑的pH值調(diào)節(jié)到3-7。
為了更好地認(rèn)識通過本發(fā)明的方法改進(jìn)表面特性和耐水性的原理，下文說明水玻璃和處理劑之間化學(xué)反應(yīng)的可能機(jī)理。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，水玻璃中所含氧化硅的親脂表面改性和柔性方面的改進(jìn)是由于有羥基(-OH)的醇與活性氧化硅之間的偶聯(lián)反應(yīng)，正如以下反應(yīng)式1中描述的反應(yīng)式1 當(dāng)酮基化合物用作改性劑時(shí)，水玻璃中所含氧化硅的親脂表面改性和柔性方面的改進(jìn)是由于有羰基的酮與活性氧化硅之間的加成反應(yīng)，正如以下反應(yīng)式2中描述的反應(yīng)式2 另一方面，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，水玻璃耐水性方面的改進(jìn)是由于質(zhì)子的加入催化了氧化硅的聚合反應(yīng)，正如以下反應(yīng)式3和4中描述的反應(yīng)式3
反應(yīng)式4
具體地說，反應(yīng)式3描述當(dāng)硫酸加到水玻璃中時(shí)氧化硅的聚合反應(yīng)，而反應(yīng)式4描述當(dāng)鹽酸加到水玻璃中時(shí)氧化硅的聚合反應(yīng)。
附圖簡介結(jié)合附圖，從以下詳細(xì)的描述會(huì)更清楚地認(rèn)識到本發(fā)明上述的和其他的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1為圖示在加入酸使水玻璃聚合的過程中，通過硅酸鹽材料之間的縮聚作用生成氧化硅的原理示意圖；圖2為圖示在使用本發(fā)明水玻璃的阻燃處理方法中通過硅酸鹽材料、改性劑和酸之間的反應(yīng)生成改性氧化硅的原理示意圖；圖3為圖示本發(fā)明實(shí)施例1生產(chǎn)的阻燃無紡織物的熱重分析結(jié)果；圖4為圖示未處理的棉無紡織物的熱重分析結(jié)果；圖5為本發(fā)明實(shí)施例2生產(chǎn)的薄膜的電子顯微鏡圖；圖6為對比例1生產(chǎn)的薄膜的電子顯微鏡圖；圖7為對比例2生產(chǎn)的薄膜的電子顯微鏡圖；圖8為本發(fā)明實(shí)施例2生產(chǎn)的薄膜的X射線衍射圖；圖9為對比例1生產(chǎn)的薄膜的X射線衍射圖；圖10為本發(fā)明對比例2生產(chǎn)的薄膜的X射線衍射圖；圖11為圖示實(shí)施例2和對比例1和2生產(chǎn)的薄膜的熱重分析的結(jié)果。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方式實(shí)施例1用水玻璃的無紡織物的阻燃處理根據(jù)以下步驟生產(chǎn)阻燃無紡織物，然后分析熱特性。對本發(fā)明阻燃處理方法處理的無紡織物的阻燃性進(jìn)行試驗(yàn)。
A.生產(chǎn)阻燃無紡織物用水玻璃溶液處理將5厘米厚的棉無紡織物(面積100厘米2)在30℃下完全浸濕在水玻璃水溶液中2分鐘。此后，將碾壓輥的壓力調(diào)節(jié)到3公斤/厘米2，以便將水玻璃的添加率控制到80％，擠壓出剩余的溶液。
在這里使用的水玻璃水溶液通過用水兩倍稀釋商業(yè)提供的含28-30％SiO2、9-10％Na2O和0.03％或更少的Fe2O3的水玻璃來制得。
干燥將用水玻璃處理的無紡織物(水含量50％)用熱空氣干燥器在150℃下干燥10分鐘，將水含量調(diào)節(jié)到20％。
經(jīng)處理的水玻璃的改性將2公斤乙酸加到8公斤乙醇中，將生成的混合物均勻混合，以便制得處理劑。將干燥的經(jīng)水玻璃處理的無紡織物在處理劑中浸漬1分鐘。用碾壓輥除去過量的處理劑。最后，將無紡織物中所含的液體水玻璃轉(zhuǎn)化成有極好耐用性和柔性的水不溶的改性氧化硅。
阻燃處理的無紡織物的干燥將處理劑處理的無紡織物用熱空氣干燥器在150℃下干燥20分鐘，生產(chǎn)最終的阻燃無紡織物。
B.阻燃無紡織物熱特性的分析用熱重分析儀(TGA)進(jìn)行上述生產(chǎn)的阻燃無紡織物和未處理的棉無紡織物的熱分析。
結(jié)果示于圖3和4。
圖3為圖示本發(fā)明實(shí)施例1生產(chǎn)的阻燃無紡織物的熱重分析結(jié)果。圖3已證實(shí)，在450℃下的失重僅為約40％，仍留下約60％。圖4為圖示未處理的棉無紡織物的熱重分析結(jié)果。正如從圖4可看出的，在450℃下的失重達(dá)到約90％，僅留下約10％灰分。
這些結(jié)果表明，本發(fā)明阻燃處理法生產(chǎn)的無紡織物有極好的阻燃性。
實(shí)施例2和對比例1和2不同的水玻璃處理與物理性質(zhì)的變化A.氧化硅膜的生產(chǎn)用成膜機(jī)將30克含28-30％SiO2、9-10％Na2O和0.03％或更少的Fe2O3的水玻璃涂覆在三塊玻璃板上，使厚度為1毫米，然后將生成的結(jié)構(gòu)物固化，根據(jù)以下三個(gè)步驟生成氧化硅薄膜實(shí)施例2用噴涂機(jī)將含有4克乙醇和1克乙酸的液體均勻涂覆在玻璃板上，然后用熱空氣干燥器在150℃下干燥10分鐘。
對比例1用熱空氣干燥器在150℃下將玻璃板干燥10分鐘。
對比例2用噴涂機(jī)將3克乙酸均勻涂覆在玻璃板上，然后用熱空氣干燥器在150℃下干燥10分鐘。
切割如此生產(chǎn)的氧化硅膜片，然后測量切割片材的水溶性、微粉出現(xiàn)、結(jié)晶度和耐熱性。
B.水溶性的測量將1克實(shí)施例2和對比例1和2生產(chǎn)的氧化硅膜放入各自的燒杯中，然后加入100克水。用攪拌器在室溫下將每一溶液攪拌1小時(shí)。通過濾紙得到未溶解的殘留物，收集，干燥和稱重，以便測量氧化硅膜的水溶性。從這些觀測結(jié)果得出，對比例2生產(chǎn)的氧化硅膜完全溶解，而不留殘留物，而實(shí)施例2和對比例2生產(chǎn)的氧化硅膜不溶解，表明它們是水不溶的。
C.檢驗(yàn)微粉的出現(xiàn)和用電子顯微鏡的表面特性分析切割實(shí)施例2和對比例1和2生產(chǎn)的氧化硅膜片，然后將Pt離子沉積在上面，以便得到導(dǎo)電性。觀測微粉的出現(xiàn)，用電子顯微鏡(3000倍(實(shí)施例2)和2000倍(對比例1和2))分析表面特性。
正如圖5所示，在實(shí)施例2通過加入含有4克乙醇和1克乙酸的液體并使水玻璃固化生產(chǎn)的氧化硅膜的情況下，因?yàn)樗Ａе兴乃灰掖歼m當(dāng)?shù)卮嬉约把趸杈酆希瑫r(shí)產(chǎn)生親脂改性，所以觀測到表面是平滑的，沒有微粉出現(xiàn)。
此外，觀測到對比例1通過加熱水玻璃使它固化來生產(chǎn)的氧化硅膜，它有平滑的表面，沒有微粉出現(xiàn)(圖6)。
相比，在對比例2通過用酸催化劑固化水玻璃生產(chǎn)的氧化硅膜中，因?yàn)楣杷猁}僅在相鄰的硅酸鹽顆粒之間發(fā)生部分聚合以及在干燥過程中分離出水，所以氧化硅膜以顆粒形式生成，從而產(chǎn)生微粉。因此，氧化硅膜實(shí)際上不能用作阻燃材料。
D.用X射線衍射分析儀比較結(jié)晶度切割實(shí)施例2和對比例1和2生產(chǎn)的氧化硅膜，然后用Cu電極產(chǎn)生的X射線在3-35°角和2°/分的速率下分析。使用得到的結(jié)果，比較了氧化硅膜的結(jié)晶度。
正如從圖9可看出的，因?yàn)閷Ρ壤?生產(chǎn)的氧化硅膜有最低的衍射X射線強(qiáng)度和結(jié)晶度，所以它有最柔軟的結(jié)構(gòu)。
正如可從圖10看出的，因?yàn)閷Ρ壤?生產(chǎn)的水不溶的氧化硅膜有高的結(jié)晶度，它有較差的柔性。這些結(jié)果表明，該氧化硅膜不能涂覆到高度柔軟的基材上，不適用于可能由于外面施加的力而變形的基材的阻燃劑處理法。
相比，因?yàn)閷?shí)施例2生產(chǎn)的氧化硅膜有中等的結(jié)晶度，所以顯然氧化硅膜有某種程度的柔性(圖8)。
E.用熱重分析儀比較固化水玻璃的耐熱性切割實(shí)施例2和對比例1和2生產(chǎn)的氧化硅膜片，然后用熱重分析儀在以20℃/分的速率從5℃加熱到850℃時(shí)測量失重來確定氧化硅膜的耐熱性。
正如從圖11可看出的，因?yàn)樵?50℃(A)下，相對于最初的重量，實(shí)施例2生產(chǎn)的氧化硅膜仍保留80％，所以得出它有最好的耐熱性。相比，因?yàn)樵?50℃(C)下，相對于最初的重量，對比例1生產(chǎn)的氧化硅膜保留70％，所以氧化硅膜有最差的耐熱性。此外，因?yàn)樵?50℃(B)下，相對于最初的重量，對比例2生產(chǎn)的氧化硅膜保留75％，所以氧化硅膜有中等的耐熱性。
分析結(jié)果列入下表1。
表1

實(shí)施例3-17處理劑組分變化引起的物理性質(zhì)變化在用于親脂改性的醇類、酮類和醚類中，將可促進(jìn)水分離的、可與酸催化劑混合的、并對人類有較低危險(xiǎn)性的化合物選作改性劑。將4克改性劑和1克乙酸混合，制得5克的各處理劑。用于實(shí)施例3-17的改性劑列入下表2。
隨后，將5克與用于實(shí)施例1相同的水玻璃放在每個(gè)Schale上，然后將5克表2所列處理劑加入。將生成的混合物攪拌10分鐘，觀測到水玻璃的固化。根據(jù)觀測的結(jié)果，比較了反應(yīng)性。此外，在混合物放置1小時(shí)使反應(yīng)充分進(jìn)行以后，測量表面硬度，以便比較柔性。
改性劑和水玻璃之間的反應(yīng)性以及薄膜的柔性列入下表2。
表2

正如表2所示，醇的親脂性越高，與水玻璃的反應(yīng)性也越高，但薄膜的柔性越低。相反，醇的親脂性越高，反應(yīng)性越低，但柔性越高。在實(shí)施例11中使用的苯甲醇的情況下，薄膜的柔性很高，但反應(yīng)性低。此外，還觀測到，在與酸混合的過程中產(chǎn)生相分離，使可加工性變差。相反，在酮和醚的情況下，反應(yīng)性和柔性都比醇的情況下要高。
實(shí)施例18-26處理劑組成變化引起的物理性質(zhì)變化在這些實(shí)施例中，檢測了通過改變用于產(chǎn)生親脂性的改性劑和用于聚合催化劑的酸之間的混合比生產(chǎn)的氧化硅膜的柔性和耐水性。
乙醇用作改性劑，而乙酸用作酸。通過分別將乙醇與乙酸的重量比改變到1∶9(實(shí)施例18)、2∶8(實(shí)施例19)、3∶7(實(shí)施例20)、4∶6(實(shí)施例21)、5∶5(實(shí)施例22)、6∶4(實(shí)施例23)、7∶3(實(shí)施例24)、8∶2(實(shí)施例25)和9∶1(實(shí)施例26)來制備處理劑。
隨后，將5克與用于實(shí)施例1相同的水玻璃放在每種Schale上，然后將10克處理劑加入。將所得混合物放置1小時(shí)，使使水玻璃固化。此后，混合物用熱空氣干燥器在150℃下加熱30分鐘以便完全干燥，得到氧化硅膜。
將10克水加到氧化硅膜中，使它完全潤濕。重復(fù)這一潤濕步驟。通過紀(jì)錄觀測到第一個(gè)裂紋時(shí)的周期數(shù)目來評價(jià)氧化硅膜的耐水性。結(jié)果列入下表3。
表3

正如從表3所示的數(shù)據(jù)可以看出的，在使用乙醇和乙酸的情況下，用重量比為8∶2(乙醇∶乙酸)的處理劑生產(chǎn)的氧化硅膜有最好的耐用性。
雖然在這里已參考優(yōu)選的實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但這些實(shí)施方案不作為對本發(fā)明的限制，而作為說明性目的。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書規(guī)定。熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識到，在不違背本發(fā)明的范圍和精神實(shí)質(zhì)的條件下，各種改進(jìn)、添加和替代都是可能的，并在本工業(yè)應(yīng)用雖然水玻璃能提供極好的阻燃性，但由于其耐用性和柔性差，它存在水溶性和產(chǎn)生許多微粉的問題。由于這些原因，未將水玻璃作為阻燃劑用于各種基材。
正如從上述很清楚的，根據(jù)本發(fā)明的阻燃處理方法，將能夠改進(jìn)柔性、水不溶性和耐熱性的處理劑加到水玻璃中，從而可用于各種基材。此外，因?yàn)楸景l(fā)明提供了一種使用相對低價(jià)水玻璃的阻燃處理方法，所以它可以低的成本賦予可燃材料于阻燃性。所以，根據(jù)本發(fā)明，可以低的成本生產(chǎn)各種建筑材料、涂料、機(jī)械組件、汽車部件和飛機(jī)部件。
權(quán)利要求
1.一種使用水玻璃的阻燃處理方法，所述的方法包括以下步驟使用噴涂、浸漬或涂覆法，用水玻璃作為阻燃劑處理基材；用處理劑處理上述經(jīng)水玻璃處理的基材，以便化學(xué)固化水玻璃并給水玻璃提供親脂性，所述的處理劑包括至少一種選自能與硅酸鹽材料反應(yīng)生成親脂基團(tuán)的醇類、酮類和醚類的改性劑，和能引發(fā)硅酸鹽材料聚合反應(yīng)的酸；以及將生成的基材干燥使水蒸發(fā)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的阻燃處理方法，其中還包括在用水玻璃處理以后用于除去水玻璃中所含水的干燥步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的阻燃處理方法，其中用噴涂、浸漬或涂覆法將處理劑加到水玻璃中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的阻燃處理方法，其中基材為由纖維或漿得到的無紡織物、紙、針織織物、紡織織物、樹脂片材、樹脂或木材制得的板、或樹脂或木材制得的板材。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2的阻燃處理方法，其中水玻璃為至少一種選自硅酸鈉、硅酸鉀和硅酸鈉鉀的硅酸鹽材料的水溶液，按水玻璃的重量計(jì)，所述的硅酸鹽材料的量為0.5-80％重量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的阻燃處理方法，其中水玻璃含有5-60％重量硅酸鹽材料、94-39％重量水、0.01-10％重量至少一種功能添加劑和0.1-10％重量水不溶的懸浮物質(zhì)和雜質(zhì)，所述的功能添加劑選自季銨鹽、抗菌劑例如脫乙酰殼多糖、遠(yuǎn)紅外發(fā)射材料例如黃土、氧化硅、玉和硅、加熱材料例如鐵氧體和鍺、陰離子釋放材料例如活性炭或竹炭、脫味劑例如木炭和活性炭、阻燃劑例如三氧化銻、磷酸鹽化合物、硼、硼酸和鋁氧化物、導(dǎo)體例如導(dǎo)電的填充劑和碳纖維。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2的阻燃處理方法，其中醇選自甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、異丁醇、環(huán)丙醇、環(huán)丁醇、酚、苯甲醇、乙二醇、甘油、山梨醇和聚乙烯醇。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2的阻燃處理方法，其中酮選自丙酮、甲乙酮、環(huán)己酮、2-甲基環(huán)戊酮、甲基乙烯基酮、苯乙酮、二苯酮和二環(huán)丙基酮。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2的阻燃劑處理方法，其中醚選自甲基乙基醚、二乙基醚、二苯基醚、2-甲氧基戊烷、反-2-甲氧基環(huán)己醇、1，3，5-三甲氧基苯、2-乙氧基-3-甲基丁烷、二環(huán)丙基醚、環(huán)氧乙烷、四氫呋喃、四氫吡喃和1，4-二噁烷。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2的阻燃處理方法，其中酸選自有機(jī)酸，例如乙酸、乳酸、甲酸、乙醇酸、丙烯酸、丙酸、琥珀酸、草酸、抗壞血酸、葡糖酸、酒石酸、馬來酸、檸檬酸、谷氨酸、甲苯磺酸等，以及無機(jī)酸，例如鹽酸、硫酸、磷酸和硝酸。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或2的阻燃處理方法，其中按基材的重量計(jì)，使用的水玻璃量為2-300％重量。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或2的阻燃處理方法，其中按所用的水玻璃重量計(jì)，使用的改性劑量為1-50％重量。
13.根據(jù)權(quán)利要求1或2的阻燃處理方法，其中按處理劑的總量計(jì)，使用的酸量為5-40％重量，以致將處理劑的pH值調(diào)節(jié)到1-7。
全文摘要
在這里公開了一種使用水玻璃的阻燃處理方法。根據(jù)本發(fā)明的阻燃處理方法，具有極好阻燃效果而對人類又沒有任何危險(xiǎn)的水玻璃用作阻燃劑，并為各種基材例如纖維、織物、無紡織物、片材、紙等提供更耐久的阻燃性。所述的阻燃處理方法包括以下步驟使用噴涂、浸漬或涂覆法，用水玻璃作為阻燃處理基材；用處理劑處理上述經(jīng)水玻璃處理的基材，以便化學(xué)固化水玻璃并給水玻璃提供親脂性，所述的處理劑包括至少一種選自C
文檔編號B05D7/24GK1738685SQ03825909
公開日2006年2月22日 申請日期2003年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月21日
發(fā)明者樸奉國 申請人:鄭恩晶