防火堵料组合物、防火堵料及制备方法

技术领域

本发明涉及防火材料技术领域，具体涉及一种防火堵料组合物、制备方法及防火堵料。

背景技术

电缆、风管、油管、气管等穿过墙体或楼板时会产生较大的缝隙以及孔洞结构，发生火灾或燃气泄露时产生的烟雾和有毒气体易通过孔洞蔓延，严重影响民众生产生活安全。因此，防火封堵板材(防火涂层板和膨胀型防火复合板)、防火密封胶、泡沫封堵材料、阻火模块(防火发泡块，无机模块)等防火封堵材料相继研发出世，用于防止火灾蔓延。

防火泥主要用于电线，电缆的孔洞封堵，以防止电线、电缆发生火灾而由孔洞向邻室蔓延，减少火灾损失，避免事故的扩大具有阻烟、防火、防尘等功能。因此，防火泥广泛用于发电厂、工矿企业、高层建筑、造船电力、邮电、变电所、冶金等系统工程中垂直式水平的电线、电缆贯穿孔洞的封堵。使用时先将需要封堵的孔洞清理干净，进行除油、除尘处理，并将电缆按顺序梳理整齐；再将防火泥加热软化后揉匀成团状，接着，再将团状裁切至合适形状，对需要封堵的电缆孔洞缝隙进行防火封堵处理，堵料的填塞厚度应与孔洞的深度一致。其中，对于较大的孔洞，先用钢结构托架或防火隔板作骨架，再进行堵料填充以增加强度，并与阻火包或无机堵料配合使用。

现有的防火泥主要存在以下问题，1）长时间使用后易出现流油、开裂、塌陷、老化的现象，封堵效果不佳，失去防潮封堵的作用；2）防火泥的组分中通常含有卤素，卤素具有毒性，含卤的聚合物高温燃烧释放出的卤素会与空气中的水分反应生成卤化氢，对电气设备造成腐蚀损坏；3）耐候性差，外部环境温度的变化易导致防火泥出现高温变黏，低温干硬，不易施工等。

有鉴于此，需要提出一种新的防火堵料，以克服上述问题，实现无毒性、耐候性佳，耐火隔热性能佳的效果。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种防火堵料组合物、防火堵料及制备方法，克服现有防火泥存在的毒性大、耐候性差以及使用寿命短的问题。

本发明提供一种防火堵料组合物，所述防火堵料组合物包括：基体材料，所述基体材料不包括卤素；膨胀填料，所述膨胀填料包括氮-磷膨胀型阻燃剂和硅酸钠；阻燃耐火填料，所述阻燃耐火填料包括硼酸盐；其中，高温燃烧时，所述硅酸钠和所述硼酸盐反应形成玻璃态无机膨胀涂层，所述玻璃态无机膨胀涂层包覆所述基体材料和所述氮-磷膨胀型阻燃剂反应形成的多孔炭层。

作为可选的技术方案，所述基体材料30-40重量份；所述膨胀填料20-30重量份；以及所述阻燃耐火填料10-20重量份。

作为可选的技术方案，所述阻燃耐火填料还包括硅酸铝纤维。

作为可选的技术方案，所述基体材料包括橡胶、硅橡胶，丁苯橡胶，三元乙丙橡胶。

作为可选的技术方案，所述硼酸盐包括硼酸锌、硼砂、硼酸钙中一种或者两种及以上的组合。

作为可选的技术方案，所述氮-磷膨胀型阻燃剂选自三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺，三聚氰胺氰尿酸，多磷酸铵，聚磷酸铵中一种或者两种及以上的组合。

作为可选的技术方案，还包括：助剂5-10重量份，所述助剂包括补强剂、填料、润滑剂、增稠剂和色母中的至少一种。

本发明还包括一种防火堵料的制备方法，所述制备方法包括：

控制温度90-120℃，在捏合机中先按照电机转速15Hz-20Hz搅拌，再按照电机转速30Hz-35Hz搅拌，捏合基体材料；

添加膨胀填料和阻燃耐火填料至捏合后的所述基体材料中，搅拌30min，制得防火堵料；

其中，所述膨胀填料包括氮-磷膨胀型阻燃剂和硅酸钠；所述阻燃耐火填料包括硼酸盐；所述防火堵料高温燃烧时，所述硅酸钠和所述硼酸盐反应形成玻璃态无机膨胀涂层，所述玻璃态无机膨胀涂层包覆所述基体材料和所述氮-磷膨胀型阻燃剂反应形成的多孔炭层。

作为可选的技术方案，所述制备方法还包括：

添加色母和补强剂至所述捏合后的基体材料中，非匀速搅拌制得第一混合物；

添加填料和润滑剂至所述第一混合物中，搅拌20min制得第二混合物；

添加膨胀填料和阻燃耐火填料至所述第二混合物中，搅拌30min，制得防火堵料。

作为可选的技术方案，所述基体材料30-40重量份；所述膨胀填料20-30重量份；所述阻燃耐火填料10-20重量份。

作为可选的技术方案，添加硅酸铝纤维和硼酸盐至所述第二混合物中，搅拌30min，制得防火堵料。

作为可选的技术方案，所述色母、所述补强剂、所述填料和所述润滑剂共5-10重量份。

本发明又提供一种防火堵料，所述防火涂料采用如上所述的制备方法制得。

与现有技术相比，本发明提供一种防火堵料组合物、防火堵料及制备方法，通过膨胀填料与阻燃填料协同作用，生成的玻璃态无机膨胀涂层包覆膨胀填料与无卤素基体材料反应生成的多孔炭层，实现防火耐火，提升防火堵料耐火隔热的结构强度，其至少具有如下有益技术效果：

1）防火堵料组合物中不含卤素、石棉及有机挥发物等，高温燃烧时无含卤的气体释放因为安全无毒，不会对设备、电缆及建筑物造成损坏；

2）耐候性良好，不存在夏天流淌和冬天变硬的问题，可达到三四十年的长效防火封堵；

3）防火堵料组合物添加硅酸铝纤维，高温燃烧时耐火隔热性能也极佳，至少可以达到A3级别的耐火性能；

4）可搭配防火板、阻火包、防火涂料等等构成高效的防火封堵系统，以达到良好的封堵效果。

实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。

本发明的目的之一在于提供一种防火堵料组合物，其包括基胶、膨胀填料和阻燃耐火填料，膨胀填料包括氮-磷膨胀型阻燃剂和硅酸钠；阻燃耐火填料包括硼酸盐；高温燃烧时，硅酸钠和硼酸盐反应形成玻璃态无机膨胀涂层，所述玻璃态无机膨胀涂层包覆基体材料和氮-磷膨胀型阻燃剂反应形成的多孔炭层。

本实施例中，不包括卤素的基体材料作为碳源，氮-磷膨胀型阻燃剂作为酸源和气源，高温燃烧时，酸源与碳源结合发生酯化反应，并在气源分解的气体下，形成蓬松海绵状的多孔炭层，多孔炭层可减少聚合物与热源间的热量传递，并阻止气体扩散。进一步，阻燃耐火填料中的硼酸盐作为助熔剂与膨胀填料中的硅酸钠反应，形成均匀一致的玻璃相无机膨胀涂层，并促进无机膨胀涂层为熔融状态，无机膨胀涂层覆盖上述炭层，阻隔基体材料与空气接触燃烧，降低挥发性可燃物的逸出；促进基体材料酯化成炭，提升生成类似玻璃、陶瓷的硬质多孔残渣的速度，并对炭层起到结构加强的作用。即，上述防火堵料中通过膨胀填料中的硅酸钠和阻燃耐火填料中的硼酸锌的协效作用，生成均匀一致的无机膨胀涂层覆盖炭层，阻隔基体材料与空气接触燃烧，促进炭化，阻隔气体扩散、热源传递。

基体材料使堵料具有一定的强度，且为堵料提供耐候性、绝缘性、耐油性等基础性能，其自身具有无毒无味，无卤素且阻燃隔热好的要求。优选的，基体材料为不含有卤素的高分子聚合物，优选为橡胶、硅橡胶，丁苯橡胶，三元乙丙橡胶。

氮-磷膨胀型阻燃剂选自三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺，三聚氰胺氰尿酸，多磷酸铵，聚磷酸铵中一种或者两种及以上的组合。以三聚氰胺聚磷酸盐为例，其中，橡胶作为碳源，三聚氰胺作为气源，聚磷酸盐作为酸源，受热时，碳源在酸源的作用下发生酯化反应有利于成炭，并在气源分解的气体下，形成蓬松有孔封闭结构的炭层。

硅酸钠的模数为：n=SiO

硼酸盐包括硼酸锌、硼砂、硼酸钙中一种或者两种及以上的组合。

阻燃耐火填料还包括：硅酸铝纤维，其具有耐高温，热稳定性好，热传导率低，隔热性能好的优势。

本申请中，上述防火堵料组合物中，膨胀填料20-30重量份；基体材料30-40重量份；阻燃耐火填料10-20重量份。

可选的，上述防火堵料组合物还包括：助剂5-10重量份，助剂包括补强剂、填料、润滑剂、增稠剂和色母中的至少一种。

其中，补强剂包括：气相二氧化硅；润滑剂包括：凡士林、PE蜡等；增粘剂包括：松香、环氧树脂、聚异丁烯等；色母包括：氧化铁、炭黑等；填料包括：玻璃棉、乙烯-丁烯共聚物（SEBS）等。

本发明的目的之二在于提供一种防火堵料的制备方法，其中，

控制温度90-120℃，在捏合机中按照转速15-35转/min，捏合基体材料；

添加膨胀填料和阻燃耐火填料至捏合后的基体材料中，搅拌30min，制得防火堵料；

其中，膨胀填料包括氮-磷膨胀型阻燃剂和硅酸钠；阻燃耐火填料包括硼酸盐；防火堵料高温燃烧时，硅酸钠和硼酸盐反应形成玻璃态无机膨胀涂层，玻璃态无机膨胀涂层包覆基体材料和氮-磷膨胀型阻燃剂反应形成的多孔炭层。

可选的，制备方法还包括：添加色母和补强剂至所述捏合后的基体材料中，搅拌制得第一混合物；添加填料和润滑剂至第一混合物中，搅拌20min制得第二混合物；添加膨胀填料和阻燃耐火填料至第二混合物中，搅拌30min，制得防火堵料。上述搅拌制得第一混合物、第二混合物的过程中，可以是匀速搅拌，也可以是采用先低速搅拌再高速搅拌的工艺制程。

可选的，上述制备方法中，基体材料30-40重量份；膨胀填料20-30重量份；阻燃耐火填料10-20重量份。

可选的，添加硅酸铝纤维和硼酸盐至第二混合物中，搅拌30min，制得防火堵料。

本发明的目的之三在于提供一种防火堵料，所述防火堵料包括上述防火堵料组合物，并采用上述制备方法依序混合防火堵料的各组分制得。

以下将通过具体实施例来进行说明。

实施例1：

设置捏合机的工作温度为120℃，待捏合机升温至120℃时，加入橡胶35重量份和炭黑3重量份，于电机转速15-20Hz搅拌下搅拌5min后；加入白炭黑3重量份，电机转速15-20Hz继续搅拌5min后，制得第一混合物；继续加入聚异丁烯2重量份、乙烯-丁烯共聚物（SEBS-2）2重量份，电机转速 15-20Hz 搅拌 5min后，继续控制电机转速30-35Hz 搅拌5min后，制得第二混合物；最后，加入三聚氰胺聚磷酸盐9重量份、硼酸锌15重量份、硅酸钠8重量份至第二混合物中，控制电机转速 15-20Hz 搅拌 10min后，控制电机转速30-35Hz 搅拌 20min，出料制得防火堵料。

实施例2：

设置捏合机的工作温度为120℃，待捏合机升温至120℃时，加入橡胶35重量份和炭黑3重量份，于电机转速15-20Hz搅拌下搅拌5min后；加入白炭黑3重量份，电机转速15-20Hz继续搅拌5min后，制得第一混合物；继续加入松香1重量份、环氧树脂1重量份、PE蜡2重量份，电机转速 15-20Hz 搅拌 5min后，继续控制电机转速30-35Hz 搅拌 5min后，制得第二混合物；最后，加入三聚氰胺聚磷酸盐9重量份、硼酸锌15重量份、硅酸钠8重量份至第二混合物中，控制电机转速 15-20Hz 搅拌 10min后，控制电机转速30-35Hz 搅拌 20min，出料制得防火堵料。

实施例3：

设置捏合机的工作温度为120℃，待捏合机升温至120℃时，加入橡胶35重量份和炭黑3重量份，于电机转速15-20Hz搅拌下搅拌5min后；加入白炭黑3重量份，电机转速15-20Hz继续搅拌5min后，制得第一混合物；继续加入玻璃棉3份、硅酸铝纤维8份，电机转速15-20Hz 搅拌 5min后，继续控制电机转速30-35Hz 搅拌 5min后，制得第二混合物；最后，加入三聚氰胺聚磷酸盐9重量份、硼酸锌15重量份、硅酸钠8重量份至第二混合物中，控制电机转速 15-20Hz 搅拌 10min后，控制电机转速30-35Hz 搅拌 20min，出料制得防火堵料。

实施例4：

设置捏合机的工作温度为120℃，待捏合机升温至120℃时，加入橡胶35重量份和炭黑3重量份，于电机转速15-20Hz搅拌下搅拌5min后；加入白炭黑3重量份，电机转速15-20Hz继续搅拌5min后，制得第一混合物；继续加入凡士林3份，电机转速 15-20Hz 搅拌5min后，继续控制电机转速30-35Hz 搅拌 5min后，制得第二混合物；最后，加入三聚氰胺聚磷酸盐9重量份、硼酸锌15重量份、硅酸钠8重量份至第二混合物中，控制电机转速 15-20Hz搅拌 10min后，控制电机转速30-35Hz 搅拌 20min，出料制得防火堵料。

实施例5：

设置捏合机的工作温度为120℃，待捏合机升温至120℃时，将橡胶40重量份置于捏合机中，于电机转速15-20Hz搅拌下搅拌5min后；随后加入氧化铁6重量份、白炭黑4重量份至捏合后的橡胶中，混合后，电机转速15-20Hz继续搅拌5min后，制得第一混合物；将凡士林8重量份、乙烯-丁烯共聚物（SEBS-2）2重量份，，电机转速 15-20Hz 搅拌 5min后，继续控制电机转速30-35Hz 搅拌 5min后，制得第二混合物；最后，加入三聚氰胺聚磷酸盐10重量份、硅酸钠-20重量份、硼酸锌10重量份、硅酸铝纤维10重量份至第二混合物中，控制电机转速 15-20Hz 搅拌 10min后，控制电机转速30-35Hz 搅拌 20min，出料得防火堵料。

实施例6：

设置捏合机的工作温度为120℃，待捏合机升温至120℃时，将橡胶30重量份置于捏合机中，于电机转速15-20Hz搅拌下搅拌5min后；随后加入氧化铁6重量份、白炭黑3重量份至捏合后的橡胶中，混合后，电机转速15-20Hz继续搅拌5min后，制得第一混合物；将凡士林3重量份、乙烯-丁烯共聚物（SEBS-2）2重量份，电机转速 15-20Hz 搅拌 5min后，继续控制电机转速30-35Hz 搅拌 5min后，制得第二混合物；最后，加入三聚氰胺聚磷酸盐10重量份、硅酸钠-20重量份、硼酸锌10重量份、硅酸铝纤维10重量份至第二混合物中，控制电机转速 15-20Hz 搅拌 10min后，控制电机转速30-35Hz 搅拌 20min，出料得防火堵料。

上述实施例中，经硼酸锌，硅酸钠，三聚氰胺聚磷酸盐增强防火堵料的阻燃隔热性能，其阻燃隔热性能可以达到GB23864中防火时效A3等级，阻燃V0等级。

综上，本发明提供一种防火堵料组合物、防火堵料及制备方法，通过膨胀填料与阻燃填料协同作用，生成的玻璃态无机膨胀涂层包覆膨胀填料与无卤素基体材料反应生成的多孔炭层，实现防火耐火，提升防火堵料耐火隔热的结构强度，其至少具有如下有益技术效果：

1）防火堵料组合物中不含卤素、石棉及有机挥发物等，高温燃烧时无含卤的气体释放因为安全无毒，不会对设备、电缆及建筑物造成损坏；

2）耐候性良好，不存在夏天流淌和冬天变硬的问题，可达到三四十年的长效防火封堵；

3）防火堵料组合物添加硅酸铝纤维，高温燃烧时耐火隔热性能也极佳，至少可以达到A3级别的耐火性能；

4）可搭配防火板、阻火包、防火涂料等等构成高效的防火封堵系统，以达到良好的封堵效果。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。此外，上面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。