復合防火玻璃技術要點

毛立信，曹小勇

（1.北京航空材料研究院，北京100095；2.上海依肯機械設備有限公司，上海201615）

0 前言

《建筑設計防火規范》（GB 50016—2014）（下稱《建規》）于2015年5月1日實施，該規范對建筑外墻設置的防火玻璃墻、外窗、外門的耐火完整性提出新的要求。根據這些新要求，開發既防火又隔熱復合防火玻璃A類防火玻璃意義重大，20世紀90年代聚丙酰胺防火玻璃在工程上得到應用，滿足市場上對防火玻璃的需求，但聚丙酰胺是有毒的聚合物，長期接觸對工人身體不利，同時在使用中此類防火玻璃耐候性差需要更新換代，納米硅復合防火玻璃的研究風起云涌。

1 復合防火玻璃用的納米硅灌漿是由原液和氫氧化鉀在45℃化學反應3h所得的（見圖1）

圖1 原液與苛性鉀反應生成灌槳液的生產設備

2 原液的制備試驗

（1）納米二氧化硅的含量決定鉀水玻璃凝膠的模數，試驗證明摩爾數大于4，mSiO2/mKOH制成的防火玻璃防火性能好，在現有的設備上便于生產。所用硅粉的顆粒應在50～150μm之間，見納米二氧化硅顆粒掃描電鏡如圖2所示。

圖2 納米硅團聚電子顯微鏡照片

（2）分散劑的選擇原液中表面活性劑的作用是潤濕納米硅防止納米硅粒子團聚，試驗表明六偏磷酸鈉是納米硅最好的分散劑，但溶解度低，不易量高，試驗結果見表1。

表1 分散劑選擇結果

依據表1的試驗結果，最終選擇RH560加六偏磷酸鈉作為分散劑。高分子型的分散劑在固體顆粒的表面形成吸附層，通過空間位阻效應阻止已吸附負電荷的粒子互相接近，使它們互相滑動錯開，保證分散體系穩定。靈活運用靜電排斥配合空間位阻的理論，即可以構成一個高度穩定的分散體系。在常溫常壓下，納米SiO2與氫氧化鉀溶液緩慢作用，只能制備模數為2～4的鉀水玻璃。因為納米SiO2粒徑只有幾個到十幾個納米，非常細小，所以可以選擇適合的分散劑使一定量的納米SiO2穩定均勻分散在20%～25%氫氧化鉀溶液中，溶液呈現無色透明狀態，制備高模數的K2O·nSiO2作為無機防火玻璃的原液。

（3）炭化劑的選擇上，穆元春團隊的專利介紹用蔗糖和炭化促進劑磷酸二氫鉀等，因此筆者選用季戊四醇，其具有豐富碳源及羥基，在熱化學反應中形成碳層，從而具有保溫隔熱功能，這是從膨脹防火涂料實踐中得到的啟示。

（4）潤滑劑多數研究者都選用甘油，也有用甘油和乙二醇混合液有利于抗凍。

3 依肯公司的高速粉液乳化分散設備

為了使納米硅均勻分散在水溶液中，用一般攪拌機是達不到目的的，在靜置很少時間就有納米硅沉降，我們采用了具有剪切力攪拌頭的設備。轉子和定子相對運動使得納米硅顆粒在溶液中也相對運動促進納米硅的分散，這取得了很好的效果，原液放置數月也沒有發現沉降，如圖3、4所示。

圖3 依肯高速粉液乳化分散設備（主體、反應罐、變頻高壓電源、冷卻系統）

圖4 依肯用的特色攪拌頭

4 討論

（1）以穆元春為代表的建材院團隊，是我國復合防火玻璃開拓先驅，帶動了技術發展各個企業先后買了建材院的原液在本企業與KOH反應后灌玻璃，企業從防火玻璃中取得的效益微薄，為了促進企業自身經濟效益，要自己開展相關研究。技術總是通過各個渠道外露，市場有推動力，百家爭鳴，百花齊放才是發展科學和技術正確態度，如圖5所示。

圖5 復合防火玻璃生產流程

（2）二氧化硅納米材料是關鍵，要保證活性比表面積大，在大量試驗的基礎上同行商討可接受原材料行業標準這對穩定質量起決定作用。進一步找到性價比高的高分散粉液乳化設備。

（3）復合防火玻璃抗老化性能有待提高，做出高模數大于5，又能夠便于灌漿防火液，會顯著改善抗紫外線性能，滿足在冷環境下使用（-20°C）。

5 結論

納米硅原材料粒子尺寸選擇，和高速液粉分散乳化設備應用是納米硅復合防火玻璃技術的關鍵。