专利名称：防火隔热材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及可做为防火材料或是隔热材料用的防火隔热材料。
以前有多种坚固而具有隔热特性的材料为人所知悉，例如众所周知的具有巩固特性的混凝土。而具有防火特性者则有硅酸钙板、石膏板、石棉、玻璃纤维、石绒、炉渣绒、广义的陶瓷纤维(如硅酸盐纤维、陶瓷纤维、铝纤维、氧化锆纤维等)，更有来自W.R.Grace公司之商品名称为MONOKOTE者。
混凝土如众所周知者，是以水泥加上砂石和石头混合，再加水而成。其缺点是笨重，且防火性不佳。
硅酸钙板或是石膏板是将混凝土和石膏以水混合后加热而制成的，但石膏板与硅酸钙板相比，在制作上含有较多的钙系合成物。这些硅酸钙板或者石膏板虽有易于破损且硬度不足的缺点，但其吸水性很好。
石棉为天然的矿物纤维，而玻璃纤维、石绒等之人造纤维以及广义的陶瓷纤维是借由经高热的融化纤维化法而制成的。天然以及人造矿物纤维在被人体所吸收时，是被认为会引起癌症的元凶，因此而被视为公害的根源，各国已逐渐将其禁止使用。
MONOKOTE商品目前已知是将纤维素、纤维和蛭石混合，然后以某种接合剂将其加以硬化而成的。
本发明之目的在于提供一种具有优良隔热性、防火性，同时具有强固机械特性的防火隔热材料。
为达到此目的，依据本发明之一的实施方案，是提供一种防火隔热材料，其中内含有硅石和硅石化合物、钙和钙化合物或者铝和铝化合物，或这些材料混合物等重量比占有其30%以上的第一材料，其重量比占整体的0～95%之范围内，而含有纤维的第二材料之重量比占整体0.1～90%范围内，水玻璃之重量比则占整体的3～80%内，将全量混合成为100%以后，使其干燥並固体化而成为防火隔热材料。
最佳者在于第一材料是含有上述硅石和硅石化合物、钙和钙化合物、铝和铝化合物，或者这些原料之混合物以重量比计算含有40%以上者为宜。
再者，本发明另一实施方案是提供一种防火隔热材料，其中以含有重量比5%以上之硅石和硅石化合物，且上述硅石和硅石化合物，包括钙和钙化合物以及/或铝和铝化合物在内占其整体30%以上的第一材料之重量比应在0～95%范围内，而含有纤维的第二材料之重量比应占全体的0.1～90%范围内，水玻璃之重量比则应占全体3～80%范围内，其全量混成为100%以后，使其干燥並予以固体化而成为防火隔热材料。
最佳者在于上述第一材料在重量比上应含有上述硅石和硅石化合物10%以上，同时上述硅石和硅石化合物，包括钙和钙化合物以及/或是铝和铝化合物在内，应含有40%以上。
对于本发明上述之一实施方案及另一实施方案，于特别指定之下，上述第一材料所含的硅石和硅石化合物为二氧化硅，而钙和钙化合物为硫酸钙，铝和铝化合物则为氧化铝，至于上述第二材料可以包含有植物性纤维、化学纤维或者矿物纤维或是其混合物等。
依据本发明之一优选实施方案，上述第二材料含有纤维以及/或者聚丙烯腈纤维，而上述水玻璃系在20℃时密度为1255～1710kg/m3范围内的硅酸钠水溶液，或者在20℃时密度为1250～1420kg/m3范围的硅酸钾水溶液。
依据本发明另一优选实施方案，上述第一材料的重量比是在60～88.5%的范围内，而上述含有纤维的第二材料的重量比则占全体的1.5～20%的范围内，上述水玻璃的重量比则占全体的10～20%的范围内。
在上述本发明优选实施方案中，其必须包括有含有二氧化硅石和硅石化合物、含有硫酸钙等之钙和钙化合物，或者含有氧化铝等之铝和铝化合物，或者将这些混合在内的第一材料，再添加例如纤维素纤维的天然植物性纤维以及/或是似如聚丙烯腈纤维的人工化学纤维以及/或是含有矿物纤维的第二材料合成物，再添加水玻璃混合搅拌而成为糊状体，因此包含在第二材料内的纤维可以当做包含第一材料内之硅石化合物或是钙化合物或是铝化合物等的结合剂，其后予以干燥固体后则可在不经过高热处理过程或者融化过程，亦能得到具有坚固特性的防火隔热材料。
至于可用以做为第一材料者，它可以是从钢铁制造厂等所提出的矿滓粉，或是从石器工厂等所提出的石粉，或是从磷酸肥料工厂所排出的石膏系材料等，它可将多量的废弃物予以再利用，而成为处理废弃物的方法之一。
实施例以下就本发明的最佳实施例做说明。
本发明的基本组成是在含有二氧化硅等的硅石和硅石化合物，含有硫酸钙等的钙和钙化合物，或是含有氧化铝等的铝和铝化合物，或者含有由这些材料混合而成者的第一材料，再添加含有植物性纤维以及/或者化学纤维以及/或者矿物纤维的第二材料，再添加水玻璃混合搅拌成为糊状体，其后将其干燥並固体化，而不经高热处理过程或是融化过程，而得到坚固的防火隔热材料。
其中第一材料可选用例如石灰石粉、混凝土、矿滓粉、天然石粉末、玻璃粉、石膏粉、重晶石等。而天然矿物则可选用蛭石或是高岭土等。这些材料含有二氧化硅、石膏质硫酸钙、氧化铝等，可用以做为本发明的第一材料，该硅石和硅石化合物、钙和钙化合物或者铝和铝化合物或者其混合物，就第一材料重量的重量比而言应含有30%以上，最好含有40%以上。若其未满30%以上，则最好予以补充至40%以上为宜。其原因是未满30%时，可能无法得到所预期的效果。若这些材料呈酸性或碱性时，则须予以中和后才使用。
此外，含有纤维的第二材料，可以使用纤维素纤维或是绵等之天然纤维，以及聚丙烯腈纤维等之人工纤维。玻璃纤维、石绒等之矿物纤维或是广义的陶瓷纤维等亦可以使用。于本发明实施上，理想的第二材料是纤维素纤维或是聚丙烯腈纤维，因为其价格便宜又不致造成公害。至于纤维素纤维，以前，一般是将报纸或是纸浆弄碎之后，再以不燃材料处理。纤维素纤维是无害物，因此不致成为公害。聚丙烯腈纤维燃烧过程中多少会产生有毒瓦斯，因此，若与纤维素纤维相比是属较差者。
水玻璃是二氧化硅与氧化钠的化合物，也就是硅酸钠(SiO2、Na2O或是Na2SiO3)之溶液。或是二氧化硅与氧化钾之化合物，即硅酸钾(SiO2、K2O或是K2SiO3)的水溶液。现在举二个市面上所贩卖由水玻璃所组成的硅酸钠水溶液之例于下面的表1以及表2，而由水玻璃所组成的硅酸钾水溶液之例则示于表3中。
在本实施例中，从以下的表1、表2以及表3可得知，由水玻璃所组成的硅酸钠水溶液是使用在20℃时密度为1255～1710kg/m3，粘度为10mpa.s～10，000mpa.s以上者，而硅酸钾水溶液是使用在20℃时密度为1250～1420kg/m3，粘度为20～1050mpa.s者。
将第一材料与第二材料混合，再添加水玻璃，搅拌成为糊状体之后，使其干燥固体化所形成的材料具有高度的隔热性和防火性，做为防火隔热材料甚为优越並且相当坚固，因为它是在第一材料以及第二材料的混合物再添加水玻璃、混合搅拌作成为糊浆之后干燥之缘故，因此第二材料中之例如纤维素纤维、聚丙烯腈纤维等之纤维，能与包含在第一材料以及水玻璃内的二氧化硅和硫酸钙(石膏质)和氧化铝相互结合。
以上所述之第一材料是含有二氧化硅等之硅石和硅石化合物，以及含有硫酸钙等之钙和钙化合物，或者含有氧化铝等之铝和铝化合物等，或者是其混合物，其对于第一材料的重量比率应在30%以上。
而含有纤维之第二材料是使用纤维素纤维等之天然纤维和聚丙烯腈纤维等之人工纤维，或是矿物纤维、广义的陶瓷纤维等，或是其混合物，而水玻璃若如使用硅酸钠水溶液时，则是在20℃时密度为1255～1710kg/m3者，若使用于硅酸钾水溶液，则是在20℃时密度为1250～1420kg/m3者。若欲制造本发明的防火隔热材料1000公斤时，各材料的混合比率以重量比表示则如下第一材料 0～950Kg 最好为 600～885Kg第二材料 1～900Kg 最好为 15～200Kg水玻璃 30～800Kg 最好为 100～200Kg在这些范围内将各材料按上述的比率分配而将总量制作成为1000公斤，並予以干燥而形成为防火隔热材料。
另外，视其用途之不同，亦可不用上述第一材料，而仅使用在含有纤维的第二材料，再将添加水玻璃混合干燥之亦可。在此一情形中，第二材料内的纤维可与水玻璃内的二氧化硅相互结合，即可得到适合于所需目的的防火隔热材料。上述混合比率表中，第一材料为0～950kg，其最低值为0就是此种制法。在不用第一材料时，其分量应以增加水玻璃来代替之。尤其在以纤维素纤维做为第二材料使用时，由于纤维素纤维是一般熟知的隔热材料，因此仅混合水玻璃而干燥之时，水玻璃内的二氧化硅能将其防火强度提高，因之可视其使用目的亦可以做为防火隔热材料。
以下以令人满意的特定实施例来说明制造防火隔热材料的过程。
用以制造第一材料者可以如上文所述选用石灰石粉、混凝土、矿渣粉、天然石粉末、玻璃石、石膏粉、重晶石等，再选择具有天然矿物质的蛭石或是高岭土等，如此可以将例如从钢铁制造厂等所排出的矿渣粉和从石工厂所排出的石粉和从磷酸肥料工厂所排出的石膏系材料等含有多量的二氧化硅和石膏质的硫酸钙和氧化铝等之废弃物再予利用，亦可成为处理废弃物的方案，值的使用。
制作第一材料，例如利用矿滓粉时，矿滓粉是含有很多的二氧化硅和石膏质，即硫酸钙，但其二氧化硅量最低应含有5%以上，最好是10%以上为佳。二氧化硅和硫酸钙和氧化铝的含量合计应含有30%以上，最好是含有40%以上者为宜。二氧化硅含量若不到5%时，必予以补充至5%以上，最好是补充至10%以上者为宜。而上述两者合计若不到30%时，亦应予以补充至30%以上，最好予以补充至40%以上者为佳。再者，这些材料若呈酸性或碱性，则应予以中和之后才可使用。
在下文之第一材料制作上，其二氧化硅含量是10%以上，二氧化硅和具有石膏质，即硫酸钙和氧化钙，合计含有40%以上，其皆是利用工厂所排出的矿滓粉。而含有纤维的第二材料是使用纤维素纤维(具代表性者为化学式C6H5O5，纤维素含量比率95%以上，灰份最大为0.5%，PH＝6±1，平均纤维密度为15μm以上，平均纤维长度为30μm以上，但並不仅限于此范围内者)。水玻璃若是使用硅酸钠时，其在20℃时的密度应为1255～1710kg/m3者;若使用硅酸钾，则其在20℃时的密度应为1250～1420kg/m3。依此，欲制取约1000公斤的防火隔热材料过程将明如后(1)首先，说明第一阶段从工厂取回矿滓粉，若为非粉末状，则予以弄碎成为粉末状。测定二氧化硅、硫酸钙以及氧化铝的含量，若二氧化硅含量未达10%时，则应予以补充至10%以上，二氧化硅和硫酸钙和氧化铝的合计含量若未达40%，则应予以补充二氧化硅、硫酸钙或是氧化铝至40%以上，最好只补充二氧化硅为佳。测定PH值，若呈酸性或者碱性，则予以中和。
(2)第二阶段在第一阶段中所得之矿滓粉取885公斤。在该具有885公斤之量的矿滓粉中加入同样弄碎为粉末状的纤维素纤维15公斤，加以混合成合计为900公斤的混合物。
(3)第三阶段取20℃时密度应为1255～1710kg/m3的上述硅酸钠水玻璃100公斤，並与第二阶段所得的900公斤混合物混合搅拌，制成1000公斤的糊状体。
(4)第四阶段将第三阶段所得1000公斤糊状体置入模型内，並予以干燥成型，或者直接注入目的物(钢筋或是木板等上)。若是置入模型内予以干燥，则由于1000公斤的糊状体含有大量的水分，因此可视其模型的厚度，在置入模型之前，为加速干燥过程，亦可以混入某种的干燥固体化促进剂。可用之固体化促进剂较著名的有例如丹麦Geodur公司产制，商品名称为Geodur者(将Geodur原液以重量比0～5%混入于糊状体内，或是混入于混凝土内0～10%亦可)。
(5)第五阶段置入模型内干燥的成型法，是放置于自然常温下，或者加上若干的热度(70℃～200℃)亦可。干燥而固体化之后，即是成品，可以从模型取出使用。成品不仅坚固而且具有防火性及隔热性。
以上的实施例再详述于后矿滓粉885公斤纤维素纤维15公斤水玻璃(硅酸钠系)100公斤混合为1000公斤，再予以固体化，其物理的性质如后压缩强度 60Kg/Cm2以上(以80℃干燥)防火强度 1200℃，30分钟热传导率 平均温度350℃±10℃时0.17〔Kcal/m.h.℃〕以下不超过加热收缩率2%的温度1200℃以下是第二实施例，是利用相同的制造过程而得
矿滓粉600公斤纤维素纤维200公斤水玻璃(硅酸钠系)200公斤混合成1000公斤固体化之后，其物理性质如下压缩强度 10Kg/Cm2以上(以80℃干燥)防火强度 700℃，30分钟热传导率 平均温度350℃±10℃时0.14〔Kcal/m.h.℃〕以下不超过加热收缩率2%的温度700℃另外，一般若将纤维素纤维的混合率提高，则硬度、热传导率、防火强度则会减低，但加热收缩率则上升。对于水玻璃的使用，使用硅酸钾与使用硅酸钠比较起来，硅酸钾具有较高防火强度，但硅酸钾的价钱比较昂贵。
上述实施例是针对含有纤维素纤维的第二材料加以说明，但其亦使用其它植物性纤维或者聚丙烯腈纤维等的化学纤维，或是无机质纤维等矿物性纤维或是其混合物来代替纤维素纤维。使用这些其它纤维的混合比率与使用纤维素纤维的情形大致相同。
再者，上述实施例是针对将第一材料和第二材料的混合物以水玻璃溶液加以混合成糊状体的情形加以说明，但水玻璃亦有粉末形式者，因此也可以先将第一材料、第二材料以及水玻璃混合之后，再加水搅拌成糊状体。然而，水玻璃粉末乃是将其水溶液去除水份而成粉末状者，与液体比起较为昂贵。因此，使用水玻璃的水溶液较有利。粉末之还原为水溶液是在于在常温之下，于1公斤之水中置入硅酸钠或是硅酸钾之粉末5公斤(成为5%溶液)，並均匀搅拌25～30分钟即可成为水溶液。
再者，在上实施例中，虽是说明利用工业废弃物来制造防火隔热材料的制造过程，但本发明的精神乃在于利用水玻璃纤维素纤维或是聚丙烯腈纤维将硅石化合物或是钙化合物等结合而予以固体化，因此，不利用废弃物而仅将含有二氧化硅的水玻璃直接混于纤维素纤维或是聚丙烯腈纤维内，亦可制造出坚固且优越的防火隔热材料，其在某些用途上亦可加以使用。
再者，在上述实施例中，其第一材料中虽是二氧化硅、硫酸钙以及铝做为材料，但具有固体化作用的材质並不仅限于这些二氧化硅、硫酸钙或是氧化铝，一般含有硅石、或是硅化合物，或是钙或是钙化合物，以及铝或是铝化合物之材料亦可加以使用。
如以上本发明的实施例所示，其第一材料是由工厂来的废弃物所构成，再混入含有纤维素纤维或是聚丙烯腈纤维等，而能利用其隔热性、又具有不燃性且不成为公害、坚固而且极能耐于高温效果的极佳防火隔热材料，並具能将产业废弃物有效的予以再利用，不仅如此，其制造成本亦低，除需以热气做干燥过程外，不需使用任何热气，而且制造过程亦甚为简单。
产业上的利用价值本发明防火隔热材料可用以代替含有石绵的建材及原料，亦可取代所有的防火隔热材料，尤其对于高层建筑物所需要的轻重量防火隔热材料更为适用。更可做为内外隔间装设(做为板材间的充填材料、喷出式覆盖耐火材、各种瓷砖、炉窑的炉壁、盖子以及扉门或是各种隔热材料)的防火隔热用。其用途将分别详述于后用途一做为隔热材料使用，可用于刹车的刹车面(闸带)。以前，闸带是使用石绵材料，由于其会成为公害之故，因此被禁止使用，可以以本发明的防火隔热材料代替之。
用途二做为隔热材料使用，可用以取代使用在隔间或是天花板上的石膏板。石膏板虽具有优良隔热性，但却有容易破损、硬度不足等的缺点，但本发明的防火隔热材料不仅有优良隔热性，亦具有强固的机械特性。又石膏板具有吸水性，因此不适用于外壁，而本发明的防火隔热材料吸水性低，可使用在外壁上。
用途三可喷覆在铁钢构造物上做为防火覆盖材料。
用途四可使用在插入板(Panel)与板(Panel)间而做为防火隔热材料。
用途五可使用在需要防火的地板上。
用途六可使用在需要防火的行道砖块上。
用途七可使用在熔矿炉的热面炉衬或是预备材料上。
权利要求
1.一种防火隔热材料，它包含有以重量比计算含有硅石和硅石化合物、钙和钙化合物或铝和铝化合物，或者其混合物30%以上的第一材料，其以重量比而言占全体的0～90%的范围内，以及包含有纤维的第二材料，其以重量比而言占全体的0.1～90%的范围内，以及水玻璃，其重量比为全体的3～80%的范围内，将全体混合成100%，並予以干燥固体化，而成为防火隔热材料。
2.根据权利要求1所述之防火隔热材料，其中所述硅石和硅石化合物，所述钙和钙化合物，或者所述铝和铝化合物，或者其混合物以重量比而言含有40%以上。
3.根据权利要求1及2所述之防火隔热材料，其中所述硅石和硅石化合物是含有二氧化硅者，所述钙和钙化合物是含有硫酸钙者，所述铝和铝化合物是含有氧化铝者。
4.根据权利要求1至3所述之防火隔热材料，其中所述第二材料包含有植物性纤维、化学纤维、或是矿物纤维、或是其混合物。
5.根据权利要求1至4所述之防火隔热材料，其中所述第二材料包含有纤维素纤维以及/或是聚丙烯腈纤维。
6.根据权利要求1至5所述之防火隔热材料，其中所述水玻璃为硅酸钠水溶液，其在20℃时的密度为1255～1710kg/m3之范围内。
7.根据权利要求1至5所述之防火隔热材料，其中所述水玻璃为硅酸钾水溶液，其在20℃时的密度为1250～1420kg/m3之范围内。
8.根据权利要求1至7所述之防火隔热材料，其中所述第一材料之重量比占全体的60～88.5%范围内。
9.根据权利要求1至8所述之防火隔热材料，其中所述含有纤维的第二材料之重量比占全体的1.5～20%范围内。
10.根据权利要求1至9所述之防火隔热材料，其中所述水玻璃的重量比占全体的10～20%范围内。
11.一种防火隔热材料，它包含有以重量比计算含有硅石和硅石化合物5%以上，且所述硅石和硅石化合物，包括钙和钙化合物以及/或是铝和铝化合物在内含有30%以上的第一材料，其重量比是占全体的0～95%范围内，以及含有纤维的第二材料，其重量比是占全体的0.1～90%范围内，以及水玻璃，其重量比是占全体的3～80%的范围内，将全体混合成100%后，再予以干燥固体化而成为防火隔热材料。
12.根据权利要求11所述之防火隔热材料，其中所述第一材料中包含有以重量比计算10%以上的硅石和硅石化合物，同时所述硅石和硅石化合物，包括钙和钙化合物以及/或是铝和铝化合物在内含量占40%以上。
13.根据权利要求11至12所述之防火隔热材料，其中所述硅石和硅石化合物是含有二氧化硅者，所述钙和钙化合物是含有硫酸钙者，所述铝和铝化合物是含有氧化铝者。
14.根据权利要求11至13所述之防火隔热材料，其中所述第二材料包含有植物性纤维、化学纤维或是矿物纤维、或者其混合物。
15.根据权利要求11至14所述之防火隔热材料，其中所述第二材料包含有纤维素纤维以及/或是聚丙烯腈纤维。
16.根据权利要求11至15所述之防火隔热材料，其中所述水玻璃是硅酸钠水溶液，其在20℃时的密度为1255～1710kg/m3范围内。
17.根据权利要求11至15所述之防火隔热材料，其中所述水玻璃是硅酸钾水溶液，其在20℃时的密度为1250～1420kg/m3范围内。
18.根据权利要求11至17所述之防火隔热材料，其中第一材料的重量比占全体的60～88.5%范围内。
19.根据权利要求11至18所述之防火隔热材料，其中所述含有纤维的第二材料的重量比是占全体的1.5～20%范围内。
20.根据权利要求11至19所述之防火隔热材料，其中所述水玻璃的重量比是占全体的10～20%范围内。
全文摘要
在含有二氧化硅或是硫酸钙或是氧化铝的第一材料中，再混合含有例如纤维素纤维的植物性纤维或者例如聚丙烯腈纤维的化学纤维的第二材料，再与水玻璃混合后，予以干燥，不须经过融化过程而加以固体化，即能得到坚固且具有优越隔热性以及防火性的耐火隔热材料。第一材料可以是例如从铁工厂所得的矿渣粉，或是从石器工厂所得的石粉，或是从磷酸肥料工厂所得的石膏等，其皆含有多量的氧化硅或是石膏质的废弃物，若予以再利用，亦可做为废弃物处理方法之一。
文档编号C04B28/26GK1106772SQ9410136
公开日1995年8月16日 申请日期1994年2月8日 优先权日1992年12月22日
发明者朱宗桓 申请人:朱宗桓