TWI600751B - Both heat and fire prevention of composite materials - Google Patents

Description

兼具阻熱與防火之複合材料

本發明為有關一種複合材料，尤指一種具有閉鎖型多孔性結構的兼具阻熱與防火之複合材料。

石綿是天然纖維結晶狀的六大矽酸鹽類礦物質總稱，因纖維柔軟且具有絕緣絕熱、隔音、耐高溫、耐酸鹼、及耐腐蝕等特性，廣泛地應用在工業設施或日常生活中，作為石化產業及鋼鐵業中反應爐的隔熱保溫材料、或者建築、電器的隔熱板等絕熱材料。

然而，石綿纖維被發現對人體有害，不僅會導致肺部纖維化，甚至誘發氣管、支氣管或胸腔的惡性腫瘤，被世界衛生組織列為第一類致癌物，許多國家也開始限制或禁用石綿。

目前已有許多石綿的替代品問世，譬如岩棉。然而，每隔一段時間就必須進行汰換以確保岩棉製品的效果。岩棉的熔點很高，一般的垃圾焚化爐無法焚燒處理廢棄的岩棉，目前多以掩埋方式處理，但因為岩棉體積大而將大量佔用掩埋空間，致使廢棄岩棉的處理成本隨之增加。

為解決上述問題，中華民國發明專利公告I398559號，提出一種廢棄岩棉再生方法，主要將廢棄岩棉中的雜物挑除後，以混碎機將岩棉打碎、混入20%含有矽、鈣、鎂之天然礦石與10%澱粉黏著劑，並將混合後的成品冷壓結塊成型。成形之後，將上述原料投入1600℃的高溫熔爐，同時在該高溫熔爐內投入10%含有矽、鈣、鎂之天然礦石作為還原劑以及30%焦碳， 經高溫熔融成漿液後，以高速離心機拉成纖維絲，並於纖維絲中加入3%澱粉膠水、烘乾裁切後令廢棄岩棉再生。

上述專利雖然提出了令廢棄岩棉再生的方法，但其再生的步驟仍須仰賴繁瑣步驟及高溫熔爐方能進行，而所耗費的成本也未必能夠符合目前工業的需求。

其他如美國專利US4,075,804號提出一種不含石綿的防火門，以降低石綿對於人體的危害。該專利中的防火門核心組成物包括78wt.%-88wt.%的矽酸鈣、7.5wt.%-10wt.%的蛭石(vermiculite)、0.5wt.%-5wt.%的劍麻纖維(sisal fiber)、0.1wt.%-1wt.%的玻璃纖維、以及2wt.%-15wt.%的水。

目前仍有許多團隊努力研發其他的廢棄岩棉再生方法、或者岩棉之外的其他可以用於保溫、隔熱、防火等用途的材料，以解決現有之問題。

本發明的主要目的，在於解決習知石棉或岩棉類產品對人體或環境產生危害的缺點，同時提供一種環保、斷熱性佳、且兼具防火及防水效果的新穎性材料來取代石棉或岩棉類在工業設施或日常生活中的用途。

為了達到上述目的，本發明提供一種兼具阻熱與防火之複合材料之製造方法，包括以下步驟：將一原料與一溶劑混合形成一混合物；以及乾燥後得到一生胚，並進行燒結而獲得該兼具阻熱與防火之複合材料；其中，以該原料之總重為100重量百分比為基準，該原料包括：1至33重量百分比之氣凝膠；20至70重量百分比之氧化物；5至20重量百分比 之石膏；以及5至33重量百分比之氫氧化基無機樹脂；其中，該複合材料具有一閉鎖型多孔性結構。

為了達到上述目的，本發明還提供一種兼具阻熱與防火之複合材料，係以前述方法製得。

是以，本發明相較於習知技術所能達到的功效在於：

(1)本發明的兼具阻熱與防火之複合材料，無論是原料或是製造過程中都不含重金屬及有害溶劑，不會造成環境汙染，且可再生利用，相較於習知的石棉或岩棉產品更為環保。

(2)本發明的兼具阻熱與防火之複合材料具有閉鎖型多孔性結構，且原料在燒結後會簇擁而形成低密度奈米多孔網狀物，具有質輕、低熱傳導性、斷熱性、耐候性、耐火及疏水性等特點，耐火可達1000℃，無閃火點，適合用於需要隔離高溫或火焰之工程領域用途。

S1~S3‧‧‧流程圖

『圖1』，為本發明兼具阻熱與防火之複合材料的製造方法流程圖。

有關本發明的詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：『圖1』為本發明兼具阻熱與防火之複合材料的製造方法流程圖。

首先，將一原料與一溶劑混合形成一混合物(S1)。以該原料之總重為100重量百分比為基準，該原料包括：1至33重量百分比之氣凝膠、20至70重量百分比之氧化物、5至20重量百分比之石膏以及5至33重量百分比之氫氧化基無機樹脂。

本發明之一實施例中，該氣凝劑的含量較佳地介於5至17重量百分比之間。該氣凝劑係選自由二氧化矽氣凝劑、二氧化碳氣凝劑、金屬氣凝劑、氧化物氣凝劑、及其組合所組成之群組。本發明之該原料中並不僅限於加入一種氣凝劑，於其他實施例中，更可視需求選擇其中之兩種、三種、或四種氣凝劑，譬如，同時使用二氧化矽氣凝劑及二氧化碳氣凝劑；或者同時使用二氧化矽氣凝劑、二氧化碳氣凝劑、金屬氣凝劑、以及氧化物氣凝劑，本發明對此並無特別限制。

本發明之一實施例中，該氧化物的含量較佳地介於50至60重量百分比之間。該氧化物係選自由鈦、鋁、鈣、鉀、鋰、稀土金屬、矽、硅、及其組合所組成之群組之金屬之氧化物。舉例來說，如二氧化鈦、氧化鋁、氧化鈣、氧化鉀、氧化鋰、氧化鑭、氧化鈰、氧化鐠、氧化銣、二氧化矽、氧化矽等，但本發明並不僅限於上述列舉之金屬氧化物。此外，本實施例中可包括一種以上之金屬氧化物，更具體地，可包括鈦金屬氧化物、鋁金屬氧化物、鈣金屬氧化物、鐵金屬氧化物、鉀金屬氧化物、鋰金屬氧化物、或稀土金屬氧化物之中的其中一者；在另一實施例中，可包括兩種以上的金屬氧化物；在另一實施例中，可包括三種以上的金屬氧化物；在另一實施例中，可包括四種以上的金屬氧化物；在又一實施例中，可同時包括上述七種金屬氧化物。於本實施例中，該原料同時包括鈦金屬氧化物、鋁金屬氧化物、鈣金屬氧化物、鐵金屬氧化物、鉀金屬氧化物、鋰金屬氧化物、或稀土金屬氧化物。於本發明之一實施例中，該氧化物的型態係一中空顆粒，且為一具有奈米等級尺寸的中空顆粒。

本發明之一實施例中，該石膏可為一高分子石膏，含量較佳地介於10至15重量百分比之間。該氫氧化基無機樹脂的含量較佳地10至20重量百分比之間，該氫氧化基無機樹脂可為氫氧化基矽樹脂。

本發明之一實施例中，係以水作為溶劑，並與該原料以介於1：10至1：1之間的比例混合而形成該混合物。本發明中關於該原料與該溶劑的混合比例並不限制在以上述比例混合，本領域具有通常知識者可依實際需求調配之。

待該原料與該溶劑混合形成該混合物後，接下來，將該混合物灌注於一模具中(S2)，於本發明中，所使用之模具種類、材質並無特別之限制，只要該模具的材質不與該混合物產生反應而能穩定容置該混合物者均可使用。

最後，乾燥後脫模得到一生胚，並對該生胚進行燒結而獲得該兼具阻熱與防火之複合材料(S3)，於本發明之一實施例中，燒結的溫度介於100℃至800℃之間，例如可於600℃在空氣環境進行燒結。

以本發明的製造方法而獲得的該複合材料，無論是原料或是製造過程中都不含重金屬及有害溶劑，不會造成環境汙染。且該複合材料可再生利用，例如，假使該複合材料損壞或破損後，可將其進行碎粒化並再次經過燒結，即重新被利用，例如做為再生建材。基於上述理由，本發明的該複合材料相較於習知的石棉或岩棉產品更為環保。

除此之外，本發明透過材料的選擇與搭配，所得到的該複合材料具有閉鎖型多孔性結構，本發明所稱之閉鎖型多孔性結構，係指該複合材料所具有的複數個孔洞大部分並不連通，且原料中的奈米晶體固態狀單元在燒結後會簇擁在一起而形成低密度奈米多孔網狀物，使得該複合材料具有質輕、低熱傳導性、斷熱性、耐候性、耐火及疏水性等特點，耐火可達1000℃，無閃火點，適合用於需要隔離高溫或火焰之工程領域用途，例如化工廠、石化廠或鋼鐵廠等設置有傳送高溫流體之管路外的阻熱與防火材料，以保護工廠人員的安全。

以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅為本發明的一較佳實施例而已，當不能限定本發明實施的範圍。即凡依本發明申請範圍所作的均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明的專利涵蓋範圍內。

S1~S3‧‧‧流程圖

Claims (7)

1. 一種兼具阻熱與防火之複合材料之製造方法，包括以下步驟：將一原料與一溶劑混合形成一混合物；以及乾燥後得到一生胚，並進行燒結而獲得該兼具阻熱與防火之複合材料；其中，以該原料之總重為100重量百分比為基準，該原料包括：1至33重量百分比之氣凝膠；20至70重量百分比之氧化物；5至20重量百分比之石膏；以及5至33重量百分比之氫氧化基無機樹脂，該氫氧化基無機樹脂係氫氧化基矽樹脂；其中，該複合材料具有一閉鎖型多孔性結構。
2. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中，該氣凝膠係選自由二氧化矽氣凝膠、二氧化碳氣凝膠、金屬氣凝膠、氧化物氣凝膠、及其組合所組成之群組。
3. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中，該氧化物係選自由二氧化鈦、氧化鋁、氧化鈣、氧化鉀、氧化鋰、稀土金屬氧化物、二氧化矽、氧化矽、及其組合所組成之群組。
4. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中，該氧化物係一中空顆粒。
5. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中燒結的溫度介於100℃至800℃之間。
6. 一種兼具阻熱與防火之複合材料，係以申請專利範圍第1至5項任一項的方法製得。
7. 如申請專利範圍第6項所述之複合材料，係具有一閉鎖型多孔性結構。