阅读说明：本技术 一种夹层隔热防火玻璃的改性方法 (Modification method of interlayer heat-insulating fireproof glass ) 是由 张猛 于 2019-09-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种夹层隔热防火玻璃的改性方法,将纳米羟基磷灰石粉体分散在去离子水中超声分散,加多巴胺充分搅拌后超声,得聚多巴胺包覆改性的羟基磷灰石,将其均匀分散在乙醇溶液中,磁力搅拌下加二氧化硅气凝胶粉末、莫来石微球隔热组分,搅匀得复合隔热组分；将氧化石墨烯加入缓冲溶液中,与氮化硼纳米片分散液混匀,加盐酸多巴胺水溶液反应,离心、水洗得复合防火组分；将纳米二氧化硅微粒分散液水浴加热,磁力搅拌,加氢氧化钾溶液混合,恒温反应,加复合隔热组分、复合防火组分及抗冷凝剂、防冻剂,搅拌,抽真空并接入冷却水进行降温,得隔热防火浆料,将其倒入夹层玻璃中,将灌好的玻璃在电热鼓风干燥箱中完全固化,得夹层隔热防火玻璃。(The invention discloses a method for modifying interlayer heat-insulating fireproof glass, which comprises the steps of dispersing nano hydroxyapatite powder in deionized water for ultrasonic dispersion, adding dopamine, fully stirring, then performing ultrasonic treatment to obtain polydopamine-coated modified hydroxyapatite, uniformly dispersing the polydopamine-coated modified hydroxyapatite in an ethanol solution, adding silicon dioxide aerogel powder and mullite microsphere heat-insulating components under magnetic stirring, and uniformly stirring to obtain composite heat-insulating components; adding graphene oxide into a buffer solution, uniformly mixing the graphene oxide with the boron nitride nanosheet dispersion solution, adding a dopamine hydrochloride aqueous solution for reaction, centrifuging, and washing to obtain a composite fireproof component; heating the nano silicon dioxide particle dispersion liquid in a water bath, stirring by magnetic force, mixing with a potassium hydroxide solution, reacting at constant temperature, adding a composite heat insulation component, a composite fireproof component, an anti-condensing agent and an antifreezing agent, stirring, vacuumizing, adding cooling water, cooling to obtain heat insulation fireproof slurry, pouring the heat insulation fireproof slurry into laminated glass, and completely curing the poured glass in an electric heating air blast drying oven to obtain the laminated heat insulation fireproof glass.)

一种夹层隔热防火玻璃的改性方法

技术领域

本发明属于玻璃深加工领域，具体涉及一种夹层隔热防火玻璃的改性方法。

背景技术

随着城市化的发展，越来越多的人迁入城市，各类大型建筑、地下建筑，高层、超高层建筑等多种具有综合功能的建筑大量涌现，在新建筑落成的同时新的消防安全问题也随之出现，城市建筑的防火问题成为重中之重。提高防火玻璃安全等级和大规模应用防火玻璃，是现代建筑法规要求，开展高性能防火玻璃材料体系研究和防火玻璃工业化生产工艺研究，有重要的理论意义和现实需求。

防火玻璃是一类在规定的耐火测试中能够保持其完整性甚至隔热性的特种玻璃。从组成和制造工艺方面考虑防火玻璃有很多种类，其中硅酸盐类防火玻璃防火保护方面是目前最为安全的防火玻璃。不仅具有可靠的耐火完整性，而且还能形成热屏障，具有优异的隔热性。

但是夹层玻璃大多存在隔热性能、防火性能不足，本申请通过将聚多巴胺包覆改性的羟基磷灰石、二氧化硅气凝胶粉末、莫来石微球隔热组分混匀得复合隔热组分，将氧化石墨烯溶液与氮化硼纳米片分散液、盐酸多巴胺水溶液包覆反应得复合防火组分，再将纳米二氧化硅微粒分散液、氢氧化钾溶液、复合隔热组分、复合防火组分混匀制备了隔热防火浆料，将所得浆料倒入夹层玻璃中，放入电热鼓风干燥箱中，完全固化得夹层隔热防火玻璃；所得改性夹层玻璃具有优异的隔热性能和防火性能。

发明内容

本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种夹层隔热防火玻璃的改性方法，依照该方法改性的夹层玻璃具有优异的隔热性能和防火耐火性能。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种夹层隔热防火玻璃的改性方法，包括如下步骤，下述原料按重量份计：

（1）复合隔热组分的制备：

将6-9份纳米羟基磷灰石粉体1:10分散在去离子水中，超声分散20-30min后，加入0.36-0.54份多巴胺，充分搅拌后超声30-40min，得到聚多巴胺包覆改性的羟基磷灰石，再将其1:5均匀分散在乙醇溶液中，磁力搅拌下添加4-7份二氧化硅气凝胶粉末、5-10份莫来石微球隔热组分，再搅拌均匀，得复合隔热组分；

选择亲水改性剂多巴胺对羟基磷灰石进行表面修饰，改善羟基磷灰石的分散性，改性羟基磷灰石的粒径明显的增大，说明亲水改性剂多巴胺氧化自聚生成聚多巴胺实现了对羟基磷灰石的包覆改性；以莫来石微球为骨料、铝酸钙水泥为结合剂、活性ɑ-氧化铝微粉为细粉，与水混合得到了莫来石微球隔热组分；将聚多巴胺包覆改性的羟基磷灰石、二氧化硅气凝胶粉末、莫来石微球隔热组分混合搅拌均匀，得复合隔热组分；

（2）复合防火组分的制备：

将3-5份氮化硼纳米片分散在去离子水中，超声均匀得氮化硼纳米片分散液；将1-2份氧化石墨烯1:100加入缓冲溶液中，再与氮化硼纳米片分散液混匀，滴加7-11份盐酸多巴胺水溶液，在60-65℃下反应2-4h后，离心、水洗3-5次，得到复合防火组分；

利用盐酸多巴胺在弱碱性环境中的自聚反应，制备了聚多巴胺包裹的还原氧化石墨烯-氮化硼纳米片复合防火组分；氧化石墨烯被聚多巴胺包裹后其表面的一些含氧官能团被去除，说明其在被聚多巴胺包覆的同时被部分还原，并导致热稳定性有所提升；将该复合防火组分添加到夹层玻璃中，能够最大程度的降低热释放速率和有毒气体CO产量的一次峰值，而且都延迟和抑制了热释放速率和CO产量的二次峰值释放，能够有效降低样品燃烧时的总烟雾释放量；

（3）夹层隔热防火玻璃的制备：

将25-50份纳米二氧化硅微粒分散液在75-85℃水浴中加热，磁力搅拌，加入10-20份氢氧化钾溶液混合，恒温反应20-25min后，添加(1)、(2)中所得物料及2.8-5.6份抗冷凝剂、1.75-3.5份防冻剂，搅拌15-25min，抽真空并接入冷却水进行降温，得到隔热防火浆料；将所得浆料倒入夹层玻璃中，将灌好的玻璃放入电热鼓风干燥箱中，完全固化得夹层隔热防火玻璃；

由高固含量纳米二氧化硅微粒分散液、氢氧化钾溶液混合制备防火基料，添加复合隔热组分、复合防火组分得到隔热防火浆料，将所得浆料倒入夹层玻璃中，放入电热鼓风干燥箱中，完全固化得夹层隔热防火玻璃；

进一步的，步骤（1）中莫来石微球隔热组分的制备：将5-10份骨料莫来石微球、0.25-0.5份结合剂铝酸钙水泥、0.3-0.8份活性ɑ-氧化铝微粉混匀，加入4-8份去离子水搅拌均匀，得到莫来石微球隔热组分。

进一步的，步骤（2）中氮化硼纳米片分散液的固含量为3-5mg/mL；缓冲溶液为pH为8-9的Tris缓冲溶液；将0.5-1份盐酸多巴胺粉末1:10溶于去离子水中得盐酸多巴胺水溶液。

进一步的，步骤（3）中纳米二氧化硅微粒分散液的固含量为45-55%；氢氧化钾溶液的浓度为45-55%；防冻剂为乙二醇或丙二醇；固化工艺为先在60-65℃下反应4-6h，再升温至70-75℃继续反应7-10h。

本发明相比现有技术具有以下优点：

（1）选择亲水改性剂多巴胺对羟基磷灰石进行表面修饰，改善羟基磷灰石的分散性，改性羟基磷灰石的粒径明显的增大，说明亲水改性剂多巴胺氧化自聚生成聚多巴胺实现了对羟基磷灰石的包覆改性；以莫来石微球为骨料、铝酸钙水泥为结合剂、活性ɑ-氧化铝微粉为细粉，与水混合得到了莫来石微球隔热组分；将聚多巴胺包覆改性的羟基磷灰石、二氧化硅气凝胶粉末、莫来石微球隔热组分混合搅拌均匀，得复合隔热组分。

（2）利用盐酸多巴胺在弱碱性环境中的自聚反应，制备了聚多巴胺包裹的还原氧化石墨烯-氮化硼纳米片复合防火组分；氧化石墨烯被聚多巴胺包裹后其表面的一些含氧官能团被去除，说明其在被聚多巴胺包覆的同时被部分还原，并导致热稳定性有所提升；将该复合防火组分添加到夹层玻璃中，能够最大程度的降低热释放速率和有毒气体CO产量的一次峰值，而且都延迟和抑制了热释放速率和CO产量的二次峰值释放，能够有效降低样品燃烧时的总烟雾释放量；

阻燃机理是：还原氧化石墨烯的大片层结构非常有利于在夹层玻璃中形成保护层，氧化石墨烯被聚多巴胺包覆的同时被还原，不仅增加了片层的厚度也提升了片层的热稳定性，在燃烧的过程中热稳定性好的聚多巴胺包覆的还原氧化石墨烯碳骨架作为成炭模板促进夹层玻璃表面形成稳定性的保护性炭层，有效保护底部未降解的聚合物；当复合防火组分添加到夹层玻璃中时，能够形成很好的物理屏障，有效的阻碍气相和凝固相之间的氧气、热量和挥发性可燃组分的相互渗透；此外，由于复合防火组分片层的各向异性促使热量沿着其片层平面快速横向扩散开，而向底部聚合物渗透的速度很慢，从而减缓底部聚合物的热降解速度。

（3）由高固含量纳米二氧化硅微粒分散液、氢氧化钾溶液混合制备防火基料，添加复合隔热组分、复合防火组分得到隔热防火浆料，将所得浆料倒入夹层玻璃中，放入电热鼓风干燥箱中，完全固化得夹层隔热防火玻璃。

具体实施方式

实施例1

一种夹层隔热防火玻璃的改性方法，其特征在于，包括如下步骤，下述原料按重量份计：

（1）复合隔热组分的制备：

将6份纳米羟基磷灰石粉体1:10分散在去离子水中，超声分散20min后，加入0.36份多巴胺，充分搅拌后超声30min，得到聚多巴胺包覆改性的羟基磷灰石，再将其1:5均匀分散在乙醇溶液中，磁力搅拌下添加4份二氧化硅气凝胶粉末、5份莫来石微球隔热组分，再搅拌均匀，得复合隔热组分；

其中，莫来石微球隔热组分的制备：将5份骨料莫来石微球、0.25份结合剂铝酸钙水泥、0.3份活性ɑ-氧化铝微粉混匀，加入4份去离子水搅拌均匀，得到莫来石微球隔热组分；

（2）复合防火组分的制备：

将3份氮化硼纳米片分散在去离子水中，超声均匀得氮化硼纳米片分散液；将1份氧化石墨烯1:100加入缓冲溶液中，再与氮化硼纳米片分散液混匀，滴加7份盐酸多巴胺水溶液，在60℃下反应4h后，离心、水洗3次，得到复合防火组分；

其中，氮化硼纳米片分散液的固含量为3mg/mL；缓冲溶液为pH为8的Tris缓冲溶液；将0.5份盐酸多巴胺粉末1:10溶于去离子水中得盐酸多巴胺水溶液；

（3）夹层隔热防火玻璃的制备：

将25份纳米二氧化硅微粒分散液在75℃水浴中加热，磁力搅拌，加入10份氢氧化钾溶液混合，恒温反应20min后，添加(1)、(2)中所得物料及2.8份抗冷凝剂、1.75份防冻剂，搅拌15min，抽真空并接入冷却水进行降温，得到隔热防火浆料；将所得浆料倒入夹层玻璃中，将灌好的玻璃放入电热鼓风干燥箱中，完全固化得夹层隔热防火玻璃；

其中，纳米二氧化硅微粒分散液的固含量为45%；氢氧化钾溶液的浓度为45%；防冻剂为乙二醇或丙二醇；固化工艺为先在60℃下反应6h，再升温至70℃继续反应10h。

实施例2

一种夹层隔热防火玻璃的改性方法，其特征在于，包括如下步骤，下述原料按重量份计：

（1）复合隔热组分的制备：

将9份纳米羟基磷灰石粉体1:10分散在去离子水中，超声分散30min后，加入0.54份多巴胺，充分搅拌后超声40min，得到聚多巴胺包覆改性的羟基磷灰石，再将其1:5均匀分散在乙醇溶液中，磁力搅拌下添加7份二氧化硅气凝胶粉末、10份莫来石微球隔热组分，再搅拌均匀，得复合隔热组分；

其中，莫来石微球隔热组分的制备：将10份骨料莫来石微球、0.5份结合剂铝酸钙水泥、0.8份活性ɑ-氧化铝微粉混匀，加入8份去离子水搅拌均匀，得到莫来石微球隔热组分；

（2）复合防火组分的制备：

将5份氮化硼纳米片分散在去离子水中，超声均匀得氮化硼纳米片分散液；将2份氧化石墨烯1:100加入缓冲溶液中，再与氮化硼纳米片分散液混匀，滴加11份盐酸多巴胺水溶液，在65℃下反应2h后，离心、水洗5次，得到复合防火组分；

其中，氮化硼纳米片分散液的固含量为5mg/mL；缓冲溶液为pH为9的Tris缓冲溶液；将1份盐酸多巴胺粉末1:10溶于去离子水中得盐酸多巴胺水溶液；

（3）夹层隔热防火玻璃的制备：

将50份纳米二氧化硅微粒分散液在85℃水浴中加热，磁力搅拌，加入20份氢氧化钾溶液混合，恒温反应20min后，添加(1)、(2)中所得物料及5.6份抗冷凝剂、3.5份防冻剂，搅拌25min，抽真空并接入冷却水进行降温，得到隔热防火浆料；将所得浆料倒入夹层玻璃中，将灌好的玻璃放入电热鼓风干燥箱中，完全固化得夹层隔热防火玻璃；

其中，纳米二氧化硅微粒分散液的固含量为55%；氢氧化钾溶液的浓度为55%；防冻剂为乙二醇或丙二醇；固化工艺为先在65℃下反应4h，再升温至75℃继续反应7h。

对比实施例1

本对比实施例1与实施例1相比，在步骤（1）中未添加使用聚多巴胺包覆改性的羟基磷灰石，除此外的方法步骤均相同。

对比实施例2

本对比实施例2与实施例2相比，在步骤（2）中未添加使用氮化硼纳米片分散液，除此外的方法步骤均相同。

对照组 未经任何改性处理的空白夹层玻璃

为了对比本发明制备的改性夹层玻璃的性能，对上述实施例1、实施例2、对比实施例1、对比实施例2方法对应制得的改性夹层玻璃，以及对照组对应的未经任何改性处理的空白夹层玻璃，按照行业标准进行性能检测，具体对比数据如下表1所示：

本申请实施例所用夹层玻璃为浙江晶泰玻璃科技有限公司生产的；

改性夹层玻璃的隔热性能测试：用高精度导热系数测量仪测试100℃下样品的导热系数；

耐火防火性能测试：按照国标 GB / T 12513-2006进行测试，国家标准要求耐火试验玻璃尺寸为1100mm×600mm，配合自制的框架，用改造马弗炉进行耐火测试，马弗炉的温度在70min内升温到800℃，用热电偶测量防火玻璃背火面的中心温度，每分钟记录一次数据；耐火极限的确定基于防火玻璃的背火面温度，如果防火玻璃背火面单点温度的温升达到180℃或平均温升超过140℃，则认为防火玻璃失去隔热性并达到耐火极限；

表1

按照本发明实施例方法制备的改性夹层玻璃具有优异的隔热性能和防火性能，将实施例1、2中的改性夹层玻璃在-50℃下放置6h都没有出现白化现象，说明改性夹层玻璃具有很好的耐寒性能；UL-94垂直燃烧试验及微量燃烧量热仪的表征结果显示，改性夹层玻璃展现出优异的防火性能，防火等级达到UL94V-0，同时均具有很低的热释放能力；

在对比实施例1中未添加使用聚多巴胺包覆改性的羟基磷灰石，导致改性夹层玻璃的导热系数增大、隔热性能降低，但是仍然优于对照组未经任何改性处理的空白夹层玻璃的隔热性能；在对比实施例2中未添加使用氮化硼纳米片分散液，导致改性夹层玻璃的耐火防火时间减少，但是仍然优于对照组未经任何改性处理的空白夹层玻璃的耐火防火性能。