防火层材料及其制备方法及防火玻璃

1.本发明涉及安全玻璃领域，具体涉及一种疏水性防火层材料及其制备方法及防火玻璃。


背景技术：

2.随着城市化进展的脚步越来越快，房屋的建筑窗体也变得越来越大。高雅美观、功能安全的玻璃构件正逐步受到国内外设计师的青睐，这直接导致各类安全玻璃及特种玻璃在建筑玻璃行业中快速发展。建筑玻璃已从单纯作为采光、装饰用材料逐步发展成为具有光线控制、调节室温、降低噪音、改善居住环境等多重功能复合的方向发展。
3.防火玻璃除了具有普通玻璃的某些性能外，还具有控制火势蔓延、隔烟和隔热等性能，为发生火灾时的有效救护提供了宝贵的救援时间，最大限度地降低了人员、财产、建筑物的损失。防火玻璃可以使逃生和救援人员免遭热辐射伤害，并将火灾的破坏力降低到最小程度。由于近期国内外某些知名的大型建筑频发火灾，人们开始逐渐关注复合式防火玻璃的研发生产和使用效果。耐寒性差是制约复合式防火玻璃应用的主要因素之一，因此，研发出耐低温性能和耐紫外线辐照性能优异的高性能复合防火玻璃，实现产品性能质的飞跃，扩大产品的应用区域，是安全玻璃产业化发展的一个重要方向。
4.目前国内对复合式防火玻璃专用防火层材料所做的工作处于基础研究阶段。现有的复合式防火玻璃的低温使用性能差，大多数产品在低温条件下会结冻发白，在北方寒冷地区无法满足用于室外窗、幕墙的长期使用要求；现有复合式防火玻璃的防火层材料的主成分水玻璃受自身粘度、流平性等因素限制，造成防火层材料在制备过程中易形成厚度差，从而导致防火层表面不平；同时，现有复合式防火玻璃的防火层自身易产生气泡，易导致夹层存有大量微泡，微泡的存在降低了防火层的实际防火效果，而且会导致复合式防火玻璃的表观质量差；现有的复合式防火玻璃还存在防火层硬度不够等问题，严重影响复合防火玻璃的使用效果和使用寿命。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于，提供一种防火层材料及其制备方法及防火玻璃，克服了现有技术中防火层材料耐低温性能差、附着力差、易导致玻璃夹层产生大量微泡、表观质量差等缺点。
6.本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
7.依据本发明提出的一种防火层材料，以重量份计，其原料由以下物质组成：亲水性气相纳米二氧化硅颗粒50-500份、去离子水50-200份、抗冷凝剂5-200份、成炭剂0.2-10份、成炭助剂0.2-10份、耐热稳定剂0.2-10份、甲基丙烯酸三氟乙酯0.01-1.5份、丙烯酸丁酯0.01-1.5份、丙烯酸0.01-1.5份、苯乙烯0.01-1.5份、离子固定剂0.1-2份、储存稳定剂0.01-1.5份、消泡剂0.05-0.6份、交联剂0.1-2份和纯度为95％的氢氧化钾15-250份，其所述氟改性纳米核壳结构有机/无机杂化颗粒为多峰、宽分布纳米颗粒；其中，所述疏水型纳
米核壳结构有机/无机杂化颗粒为借助梯度球磨技术制备的宽分布纳米颗粒，其核层物质为亲水性纳米二氧化硅颗粒及其团聚体，其壳层物质为聚(甲基丙烯酸三氟乙酯-丙烯酸丁酯-丙烯酸-苯乙烯)疏水性共聚物，该防火材料的模数在4.2～6.0之间。
8.本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
9.优选的，前述的防火层材料，以重量份计，其原料由以下物质组成：亲水性纳米核壳结构有机/无机杂化颗粒100-250份、去离子水70-100份、抗冷凝剂20-50份、成炭剂1-3份、成炭助剂1-3份、耐热稳定剂1-3份、离子固定剂0.1-0.5份、储存稳定剂0.4-0.6份、消泡剂0.1-0.2份、交联剂0.4-0.6份和纯度为95％的氢氧化钾30-125份。
10.优选的，前述的防火层材料，其中所述亲水性纳米核壳结构有机/无机杂化颗粒的粒径为160nm-280nm，其核层粒径为100nm-200nm，比表面积在70～90m2/g，硅羟基密度在6～10个/nm2，粒径分布为多峰宽分布；其壳层厚度为30nm-40nm。
11.优选的，前述的防火层材料，其中所述抗冷凝剂为乙二醇、丙二醇、丙三醇和季戊四醇中的至少一种；所述成炭剂为蔗糖、果糖、葡萄糖、砂糖和麦芽糖中的至少一种；所述成炭助剂为磷酸二氢钾、磷酸氢钾、磷酸二氢钠和磷酸氢钠中的至少一种；所述耐热稳定剂为硼砂和硼酸中的至少一种；所述离子固定剂为氧化锌、氧化铝和淀粉中的至少一种；所述储存稳定剂为多聚磷酸钠和多聚磷酸钾中的至少一种；所述消泡剂为聚醚改性有机硅消泡剂；所述交联剂为碳酸铵、碳酸钾、碳酸氢铵和碳酸氢钾中的至少一种。
12.本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。
13.依据本发明提出的一种疏水型防火层材料的制备方法，包括：
14.将抗冷凝剂、丙烯酸、成炭剂、成炭助剂、耐热稳定剂、氢氧化钾、去离子水按照5～200:0.1～0.5:0.2～10:0.2～10:0.2～10:0.01～0.2：50～200的重量配比混合制得第一混合溶液；
15.借助梯度球磨技术逐步分散，将50-500重量份亲水性气相纳米二氧化硅颗粒分别按照重量份的40％、30％、20％、10％，依次加入到第一混合溶液中，球磨转速70～100rpm，每次球磨时间为20min，得到核层溶液；
16.将甲基丙烯酸三氟乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、苯乙烯按照0.01～1.5:0.01～1.5:0.01～1.5:0.01～1.5的重量份混合制得第二混合溶液；
17.借助饥饿聚合法，在60～65℃的温度条件下以恒定的速度向100～900重量份的核层溶液中滴加0.04～5重量份的第二混合溶液、0.001～0.05重量份氧化还原型引发剂，聚合完成后，纳米二氧化硅颗粒表面上均包覆一层有机/无机复合材料，得到草莓型、疏水型氟改性纳米核壳结构有机/无机杂化二氧化硅颗粒乳液；
18.在高搅条件下，依次向所述100～900重量份疏水型纳米核壳结构有机/无机杂化二氧化硅颗粒乳液加入0.1-2重量份离子固定剂、0.01-1.5重量份储存稳定剂、0.05-0.6重量份消泡剂和0.1-2重量份交联剂，搅拌30min，混合均匀，得到防火层材料的基础溶液；
19.向所述100～900份防火层材料的基础溶液加入15-250重量份、纯度为95％的氢氧化钾，抽真空，搅拌均匀，得到防火层材料。
20.本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
21.优选的，前述的防火层材料的制备方法，其中还包括：向所述疏水型纳米核壳结构有机/无机杂化二氧化硅颗粒乳液中加入所述消泡剂后，以5000-6000r/min的转速搅拌至
少30分钟。
22.本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。
23.依据本发明提出的一种防火玻璃，所述防火玻璃由至少两片玻璃层叠而成，相邻的两片玻璃之间具有夹层，至少一个所述夹层为防火层，所述防火层由上述任一项所述的防火层材料制成。
24.本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
25.优选的，前述的防火玻璃，其中所述防火玻璃的至少一片外层玻璃的外表面设有减反射层。
26.优选的，前述的防火玻璃，其中所述减反射层的材料为sio2、tio2、sio2/tio2、tio2/sio2或sio2/tio2/sio2。
27.优选的，前述的防火玻璃，其中所述防火层的厚度为0.5-5mm。
28.借由上述技术方案，本发明提供的一种防火层材料及其制备方法及防火玻璃至少具有下列优点：
29.1、本发明的防火层材料采用亲水性纳米二氧化硅颗粒作为主要原料，该疏水型纳米核壳结构有机/无机杂化二氧化硅颗粒为宽分布纳米颗粒，其核层物质为气相纳米二氧化硅颗粒及其团聚体，其壳层物质为聚(甲基丙烯酸三氟乙酯-丙烯酸丁酯-丙烯酸-苯乙烯)的共聚物，含有该原料的防火层材料与玻璃接触后，会腐蚀玻璃表面形成一定厚度的扩散层，提高了防火胶层与玻璃的附着力；当玻璃受热而产生裂纹时，裂纹不会扩展，从而不会导致整块玻璃的碎裂，大大提高了防火玻璃的强度；梯度球磨后的疏水型纳米核壳结构有机/无机杂化二氧化硅溶液相对于其他技术制备的二氧化硅溶液，在相同固含量的前提下，具有更低的粘度，同时宽分布的疏水型纳米核壳结构有机/无机杂化二氧化硅颗粒使防火层材料预反应溶液具备剪切变稀的特性，能够灌注更薄的玻璃腔体。
30.2、通过在亲水性纳米核壳结构有机/无机杂化颗粒中加入其它的助剂，使防火层材料各组分之间产生协同效应，消除了复合式防火玻璃夹层的气泡，制备出附着力好、硬度高达5h、透过率为74-87％、耐火时间可高达300min左右、可在低温环境(-60℃)条件下使用的高性能无微泡低温型复合式防火玻璃。
31.3、本发明防火层材料具有耐低温性的原因是：疏水型纳米核壳结构有机-无机杂化二氧化硅颗粒的粒径分布较宽，使二氧化硅的固含量提高(可以超过55％)，相应的，防火层材料中的自由水就减少；疏水型纳米核壳结构有机-无机杂化颗粒外层的有机材料含有疏水基团，减少了对自由水的吸附，进一步减低反应体系的粘度，从而可以灌注厚度更薄的复合防火玻璃；利用抗冷凝剂中的强亲水基团继续锁住防火层材料中的自由水，从而提高防火层材料的耐低温性能。
32.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
33.图1为本发明一个实施例的防火玻璃的结构示意图；
34.图2为本发明另一个实施例的防火玻璃的结构示意图；
35.图3为本发明又一个实施例的防火玻璃的结构示意图；
36.图4为本发明疏水型纳米核壳结构有机/无机杂化二氧化硅颗粒的分散液的粘度与剪切速率的关系图；
37.图5为本发明疏水型纳米核壳结构有机/无机杂化二氧化硅颗粒的分散液的粒径分布图。
具体实施方式
38.为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种防火层材料及其制备方法及防火玻璃，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
39.本发明提出了一种防火层材料，以重量份计，其原料由以下物质组成：
40.亲水性气相纳米二氧化硅颗粒50-500份、去离子水50-200份、抗冷凝剂5-200份、成炭剂0.2-10份、成炭助剂0.2-10份、耐热稳定剂0.2-10份、甲基丙烯酸三氟乙酯0.01-1.5份、丙烯酸丁酯0.01-1.5份、丙烯酸0.01-1.5份、苯乙烯0.01-1.5份、离子固定剂0.1-2份、储存稳定剂0.01-1.5份、消泡剂0.05-0.6份、交联剂0.1-2份和纯度为95％的氢氧化钾15-250份，其所述氟改性纳米核壳结构有机/无机杂化颗粒为多峰、宽分布纳米颗粒；其中，所述疏水型纳米核壳结构有机/无机杂化颗粒为借助梯度球磨技术制备的宽分布纳米颗粒，其核层物质为亲水性纳米二氧化硅颗粒及其团聚体，其壳层物质为聚(甲基丙烯酸三氟乙酯-丙烯酸丁酯-丙烯酸-苯乙烯)疏水性共聚物，该防火材料的模数在4.2～6.0之间。
41.作为优选实施例，所述防火层材料，以重量份计，其原料由以下物质组成：亲水性纳米核壳结构有机/无机杂化颗粒100-250份、去离子水70-100份、抗冷凝剂20-50份、成炭剂1-3份、成炭助剂1-3份、耐热稳定剂1-3份、离子固定剂0.1-0.5份、储存稳定剂0.4-0.6份、消泡剂0.1-0.2份、交联剂0.4-0.6份和纯度为95％的氢氧化钾30-125份。
42.作为优选实施例，所述亲水性纳米核壳结构有机/无机杂化颗粒的粒径为160nm-280nm，其核层粒径为100nm-200nm，比表面积在70～90m2/g，硅羟基密度在6～10个/nm2，粒径分布为多峰宽分布；其壳层厚度为30nm-40nm。
43.本发明使用疏水型纳米核壳结构有机/无机杂化颗粒作为防火层材料的主要原料，该疏水型纳米核壳结构有机/无机杂化二氧化硅颗粒为宽分布纳米颗粒，其粒径为160nm-300nm，粒径分布较宽；其核层物质为气相纳米二氧化硅颗粒及其团聚体，粒径为100nm-200nm，粒径分布为多峰宽分布；其壳层物质为聚(甲基丙烯酸三氟乙酯-丙烯酸丁酯-丙烯酸-苯乙烯)共聚物，壳层厚度为30nm-50nm。
44.所述疏水型纳米核壳结构有机/无机杂化二氧化硅颗粒为宽分布纳米颗粒。本发明具有剪切变稀的特性，能够灌注更薄的玻璃腔体。同时，宽分布疏水型纳米核壳结构有机-无机杂化颗粒本身具有的耐低温性。
45.该宽分布疏水型纳米核壳结构有机-无机杂化二氧化硅颗粒本身具有的耐低温性的原因是：
46.1、疏水型纳米核壳结构有机-无机杂化二氧化硅颗粒的体系固含量较高(可以超过55％)，相应的，防火层材料中的自由水就减少；
47.2、疏水型纳米核壳结构有机-无机杂化颗粒外层的有机材料含有疏水基团，减少了对自由水的吸附；
48.3.利用抗冷凝剂中的强亲水基团继续锁住防火层材料中的自由水；
49.本发明的疏水型纳米核壳结构有机/无机杂化颗粒是以分散液的形式存在，分散液的质量浓度为50％-60％。
50.作为优选实施例，所述抗冷凝剂为乙二醇、丙二醇、丙三醇和季戊四醇中的至少一种。
51.作为优选实施例，所述成炭剂为蔗糖、果糖、葡萄糖、砂糖和麦芽糖中的至少一种；所述成炭助剂为磷酸二氢钾、磷酸氢钾、磷酸二氢钠和磷酸氢钠中的至少一种。
52.作为优选实施例，所述耐热稳定剂为硼砂和硼酸中的至少一种；所述离子固定剂为氧化锌、氧化铝和淀粉中的至少一种；所述储存稳定剂为多聚磷酸钠和多聚磷酸钾中的至少一种；所述消泡剂为聚醚改性有机硅消泡剂；所述交联剂为碳酸铵、碳酸钾、碳酸氢铵和碳酸氢钾中的至少一种。
53.本发明的防火层材料所采用的各原料的作用如下：
54.疏水型纳米核壳结构有机-无机杂化颗粒：疏水型纳米核壳结构有机/无机杂化颗粒与去离子水混合，形成疏水型纳米核壳结构有机/无机杂化二氧化硅颗粒溶液，含有该液的防火层材料与玻璃接触后，会腐蚀玻璃表面形成一定厚度的扩散层，提高了防火胶层与玻璃的附着力；当玻璃受热而产生裂纹时，裂纹不会扩展，从而不会导致整块玻璃的碎裂，大大提高了防火玻璃的强度；同时使防火层材料预反应溶液具备剪切变稀的特性。
55.本发明实施例所采用的疏水型纳米核壳结构有机-无机杂化颗粒为核壳结构，是指两种或多种单体在一定条件下分阶段或多段聚合，使粒子的内侧或外侧分别富集不同成分，即核壳型粒子，从而赋予了核与壳各不同的功能，得到性能优异的粒子；其中核层物质为气相纳米二氧化硅颗粒，壳层物质为聚(甲基丙烯酸三氟乙酯-丙烯酸丁酯-丙烯酸-苯乙烯)共聚物。在常温或低温下，防火液中疏水型纳米核壳结构有机-无机杂化颗粒的壳层物质将核层物质二氧化硅颗粒包裹在内，并将二氧化硅颗粒与防火材料中的氢氧化钾溶液隔离开，不反生反应；当温度较高，即高于疏水型纳米核壳结构有机-无机杂化颗粒的玻璃化温度时，疏水型纳米核壳结构有机-无机杂化颗粒由玻璃态变为橡胶态，氢氧化钾溶液渗入壳层内，与二氧化硅颗粒发生反应得到硅酸钾溶液，即钾水玻璃(其结构式为k2o
·
nsio2，n为模数)，钾水玻璃硬化后形成的二氧化硅网状骨架，在高温下硬度下降很小，具有良好的阻燃性，可耐高温和防火，并且硬度较高，增强了复合防火玻璃的硬度和耐热性能。
56.上述疏水型纳米核壳结构有机-无机杂化颗粒为宽分布纳米颗粒，其粒径为160nm-300nm。研究发现：凭借“粒子设计”原理，制备得到的具有近球形核壳结构、高固含、低粘度sio2分散液同样具有剪切变稀的特性，通过对其它助剂的优选，其它助剂的加入并不影响体系的剪切边稀的特性，因此，制得的防火层材料预反应溶液也具有剪切边稀的特性。
57.由于疏水型纳米核壳结构有机-无机杂化颗粒为宽分布纳米颗粒，具有剪切变稀的特性，使制得的防火层材料能够灌注到更薄的玻璃腔体内，使制成的防火玻璃更薄。
58.其结果及作用机理并不同于非核壳结构sio2分散液，如图4所示，为本发明亲水性纳米核壳结构有机/无机杂化颗粒的纳米sio2微粒分散液粘度与剪切速率的关系图。与非
核壳结构的sio2分散液相比，虽然具有核壳结构的分散液中sio2的固含量远超过前者，但影响体系初始粘度的两个关键因素：颗粒表面的硅羟基含量、颗粒内部的空洞面积，两者的影响程度却相差甚远。对于具有近球形核壳结构的sio2分散液而言，其表面的硅羟基和内部的空洞已经被壳层聚合物全部或者部分包裹，将这两个因素对体系粘度的影响大大减小，从而降低了体系的初始粘度。随着剪切速率的增加，那些500nm～800nm左右、由几百个sio2颗粒团聚在一起、具有核壳结构的小尺寸微粒，相当于齿轮中的滑珠，填充在5～6微米左右、由数千个sio2颗粒团聚在一起、同样具有核壳结构的大尺寸微粒之间，起到了润滑的作用，且剪切速率越大，粘度越低。通过对图4拟合体系粘度μ与转速v的关系可以满足下式：
59.μ＝424.21+286.41e
(-(v-0.11)/13.04)
60.上述疏水型纳米核壳结构有机-无机杂化颗粒为疏水性，是指壳层物质由于具有疏水型而位于核壳型粒子的表面，这些疏水基团可以在一定的ph值下以离子形式存在，也可以依靠它们之间的空间位阻效应从而使核壳型粒子达到稳定状态，本发明实施例采用聚(甲基丙烯酸三氟乙酯-丙烯酸丁酯-丙烯酸-苯乙烯)共聚物作为壳层物质，则可起到上述作用，是由于丙烯酸是水溶性单体，既含有亲水性基团-cooh，同时又含有疏水基团-ch3，因此部分单体可以近似起到乳化剂的隔离作用，又可以起到聚合单体的作用，而且聚苯乙烯、聚丙烯酸和聚甲基丙烯酸三氟乙酯的玻璃化温度均较高(超过100度)，其共聚物按照fox公式计算得知在常温下为玻璃态，具有一定的刚性，避免了粒子间产生粘性吸附，有利于二氧化硅颗粒的保护，并且防止二氧化硅颗粒团聚，在防火胶中能分散均匀，并能与氢氧化钾溶液充分反应。
61.需要重点说明的是，本发明的防火层材料中，亲水性纳米核壳结构有机-无机杂化颗粒本身具有的耐低温性，抗冷凝剂只是加强了该性能。
62.防火层材料具有耐低温性的原因是：
63.1、疏水型纳米核壳结构有机-无机杂化二氧化硅颗粒的体系固含量较高(可以超过55％)，相应的，防火层材料中的自由水就减少；
64.2、疏水型纳米核壳结构有机-无机杂化颗粒外层的有机材料含有疏水基团，减少了对自由水的吸附；
65.3.利用抗冷凝剂中的强亲水基团继续锁住防火层材料中的自由水；
66.抗冷凝剂：选择低分子多元醇作为抗冷凝剂，在一定程度上具有表面活性剂的作用，其本身起到了一定的消泡、防冻效果。
67.成炭剂及成炭助剂：在高温下，防火胶层发泡，产生孔隙，成炭剂及成炭助剂炭化形成长链的炭化物，沉积在所述孔隙中，长链的炭化物能够吸收大量热量，从而增强了玻璃的防火性能。本发明实施例采用的成炭剂选自蔗糖、果糖、葡萄糖和麦芽糖中的至少一种，这些成炭剂均可在高温下形成长链的炭化物；成炭助剂可帮助成炭剂在高温下快速炭化；本发明实施例的成炭助剂选自磷酸二氢钾、磷酸氢钾、磷酸二氢钠和磷酸氢钠中的至少一种；当发生火灾时，环境的温度上升至400～700℃时，这时上述成炭助剂会发生分子内脱水的缩合反应生成偏磷酸钠或偏磷酸钾，其聚合度与火灾环境的温度、时间密切相关，温度越高、时间越长，其聚合度越大，成炭剂在高温条件下发生炭化反应生成的炭化产物会附着在长链的偏磷酸钠或偏磷酸钾上，长链的炭化物能够吸收大量的热量，从而增强玻璃的防火性能。另外，本发明实施例所采用的亲水性纳米核壳结构有机-无机杂化颗粒的壳层物质聚
(甲基丙烯酸-丙烯酸-丙烯酰胺)共聚物也具有成炭剂的作用，可在高温下炭化形成长链的炭化物，吸收大量热量，增强玻璃的防火性能。
68.消泡剂：由于水和亲水性纳米核壳结构有机/无机杂化颗粒等在搅拌混合时会产生气泡，晾片时，气泡会存在于防火胶层中，使复合式防火玻璃表观质量较差，通过加入合适的消泡剂能够消除该气泡，提高低温型复合式防火玻璃的表观质量，优选与防火层材料的主成分性质相近的聚醚改性有机硅消泡剂。
69.耐热稳定剂：本发明实施例采用的耐热稳定剂选自硼砂和硼酸中的至少一种，可以改善防火胶层的耐热、透明性能，控制防火层材料的热膨胀率、从而提高低温型复合式防火玻璃的化学稳定性、提高抗机械冲击和热冲击能力。
70.离子固定剂：本发明实施例采用的离子固定剂选自氧化锌、氧化铝和淀粉中的至少一种；二氧化硅与氢氧化钾溶液反应，会形成钾水玻璃(其结构式为k2o
·
nsio2，n为模数)，即硅酸钾的水溶液，通过加入上述离子固定剂可改变防火层材料中氧化钠或氧化钾的活性，通过加入适量的两性金属化合物可提高防火层材料的耐水性。
71.储存稳定剂：由于二氧化硅与氢氧化钾溶液反应，会形成硅酸钾的水溶液，而硅酸盐在ph值7～9的碱性水溶液中具有较强的聚合能力，容易产生硅酸盐凝胶，破坏了体系的稳定性，降低了储存稳定性。通过加入存储稳定剂，能使硅酸盐分散或形成稳定悬浮液，以防止悬浮液的附着、凝聚；本发明实施例采用的储存稳定剂选自多聚磷酸钠和多聚磷酸钾中的至少一种，上述多聚磷酸盐是一种聚合电介质，具有无机表面活性剂的特性，能使溶液中难溶物质分散或形成稳定悬浮液，以防止悬浮液的附着、凝聚。
72.交联剂：本发明实施例采用的交联剂选自氟硅酸钠、氟硅酸钾、氟化铝、碳酸铵、碳酸钾、碳酸氢铵和碳酸氢钾中的至少一种，上述交联剂可促进亲水性纳米核壳结构有机/无机杂化颗粒的反应及硬化，提高复合防火玻璃的防火胶层的机械强度和耐候性。
73.本发明还提出了一种防火层材料的制备方法，其包括以下步骤：
74.(1)将抗冷凝剂、丙烯酸、成炭剂、成炭助剂、耐热稳定剂、氢氧化钾、去离子水按照5～200:0.1～0.5:0.2～10:0.2～10:0.2～10:0.01～0.2：50～200的重量配比混合制得第一混合溶液；
75.(2)借助梯度球磨技术逐步分散，将50-500重量份亲水性气相纳米二氧化硅颗粒分别按照重量份的40％、30％、20％、10％，依次加入到第一混合溶液中，球磨转速70～100rpm，每次球磨时间为20min，得到核层溶液；
76.(3)将甲基丙烯酸三氟乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、苯乙烯按照0.01～1.5:0.01～1.5:0.01～1.5:0.01～1.5的重量份混合制得第二混合溶液；
77.(4)借助饥饿聚合法，在60～65℃的温度条件下以恒定的速度向100～900重量份的核层溶液中滴加0.04～5重量份的第二混合溶液、0.001～0.05重量份氧化还原型引发剂，聚合完成后，纳米二氧化硅颗粒表面上均包覆一层有机/无机复合材料，得到草莓型、疏水型氟改性纳米核壳结构有机/无机杂化二氧化硅颗粒乳液；
78.(5)在高搅条件下，依次向所述100～900重量份疏水型纳米核壳结构有机/无机杂化二氧化硅颗粒乳液加入0.1-2重量份离子固定剂、0.01-1.5重量份储存稳定剂、0.05-0.6重量份消泡剂和0.1-2重量份交联剂，搅拌30min，混合均匀，得到防火层材料的基础溶液；
79.(6)向所述100～900份防火层材料的基础溶液加入15-250重量份、纯度为95％的
氢氧化钾，抽真空，搅拌均匀，得到防火层材料。
80.进一步的，上述步骤(1)中，所述疏水型纳米核壳结构有机/无机杂化颗粒的粒径为160nm-300nm，粒径分布较宽；其核层物质为气相纳米二氧化硅颗粒及其团聚体，粒径为100nm-200nm，粒径分布为多峰宽分布；其壳层物质为聚(甲基丙烯酸三氟乙酯-丙烯酸丁酯-丙烯酸-苯乙烯)共聚物，壳层厚度为30nm-50nm。
81.进一步的，上述步骤(5)中，搅拌时间为30-60min，优选30min。
82.作为优选实施例，所述的防火层材料的制备方法，还包括：向所述疏水型纳米核壳结构有机/无机杂化二氧化硅颗粒乳液中加入所述消泡剂后，以5000-6000r/min的转速搅拌至少30分钟。
83.本发明实施例制备防火玻璃的防火胶时，先将抗冷凝剂、丙烯酸、成炭剂、成炭助剂、耐热稳定剂、氢氧化钾加入到去离子水中，搅拌均匀，得到第一溶液；借助梯度球磨技术逐步分散，将亲水性气相纳米二氧化硅颗粒加入到第一混合溶液中，得到核层溶液；将甲基丙烯酸三氟乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、苯乙烯混合制得第二混合溶液；借助饥饿聚合法，向核层溶液中滴加第二混合溶液、氧化还原型引发剂，得到草莓型、疏水型氟改性纳米核壳结构有机/无机杂化二氧化硅颗粒乳液；在高搅条件下，依次加入离子固定剂、储存稳定剂、消泡剂和交联剂，边加边搅拌均匀，最终搅拌至溶液完全反应，其中依次加入并搅拌均匀是为了保证各组分更好的溶解，同时避免由于搅拌速度的差异而导致体系内再次产生气泡，搅拌至溶液完全反应是为了保证交联度达到设计要求；最后向第二溶液中加入纯度为95％的氢氧化钾，并在抽真空的条件下缓慢搅拌，其目的是利用负压排除体系中的微泡，从而得到无微泡的防火胶。
84.由于防火层材料基础溶液与氢氧化钾混合就会发生反应，因此，在使用前，需要将防火层材料基础溶液与氢氧化钾分别存放，防火层材料基础溶液，可长时间存放待用，密封避光保存的保质期不少于180天；氢氧化钾常规保存即可。使用时，现场将该防火层材料基础溶液与氢氧化钾混合，可以更好的保证防火层材料的性能。
85.本发明还提出了一种防火玻璃，所述防火玻璃由至少两片玻璃层叠而成，相邻的两片玻璃之间具有夹层，至少一个所述夹层为防火层，所述防火层由上述的防火层材料制成。
86.本发明实施例提供的防火玻璃，在遇到火灾时，该防火玻璃中的防火层迅速发泡膨胀形成绝热的耐火隔热泡沫层，大量吸收火灾产生的热量，具有很好的防火性能；采用上述制备的防火层材料形成上述防火玻璃中的防火层，使防火玻璃具有无微泡、透过率高和防火时间长的优点。优选的，所述夹层至少为两个，其中一个所述夹层为真空层，其余的所述夹层为防火层。
87.更优选的，相邻的两片玻璃之间的夹层都为防火层。
88.作为优选实施方式，如图1所示，一种防火玻璃依次包括第一玻璃层11、第一防火层21、第二玻璃层12、第二防火层22和第三玻璃层13，其中，第一防火层21和第二防火层22由上述的防火层材料制成。
89.作为优选实施例，所述防火玻璃的至少一片外层玻璃的外表面设有减反射层。
90.需要说明的是，本发明中的玻璃可以为带减反射层的玻璃，因为该防火层材料不含增塑剂，避免了增塑剂与减反射层材料发生化学反应的可能，这是由于主要是醚类物质，
减反射层中的二氧化钛具有光催化作用，会让醚类物质与减反射层中的二氧化硅发生缩聚反应，形成腐蚀斑，无法擦拭掉。
91.作为优选实施例，所述减反射层为sio2单层膜、tio2单层膜、sio2/tio2双层膜、tio2/sio2双层膜或sio2/tio2/sio2多层复合膜。
92.进一步的，所述减反射层的厚度为0.0001mm-0.1mm。
93.作为优选实施方式，如图2所示，一种防火玻璃依次包括第一减反射层31、第一玻璃层11、第一防火层21、第二玻璃层12、第二防火层22、第三玻璃层13和第二减反射层32，其中，第一防火层21和第二防火层22由上述的防火层材料制成。
94.作为另一优选实施方式，如图3所示，一种防火玻璃依次包括第一减反射层31、第一玻璃层11、第一防火层21、第二玻璃层12、第二防火层22、第三玻璃层13、真空层31、第四玻璃层14、第三防火层23、第五玻璃15层和第二减反射层32，其中，第一防火层21、第二防火层22和第三防火层23由上述的防火层材料制成，真空层是将两片玻璃四周密闭起来，将其间隙抽成真空并密封排气孔而形成。
95.作为优选实施例，所述防火层的厚度为0.5-5mm。
96.本发明可以将防火层的厚度控制在0.5-5mm，在保证防火玻璃防火性能的前提下，使制造出的防火玻璃厚度较薄，降低玻璃的生产成本，扩大玻璃的应用范围。本发明实施例的防火玻璃中的防火层遇火后会膨胀形成多孔的隔热层，其膨胀层厚度是原防火层厚度的10～15倍左右，遇火后迎火面玻璃会首先炸裂，然后附着其上的防火胶层会逐步形成10mm～30mm左右的隔热层；如果防火胶层厚度《0.5mm，防火胶层太薄，所形成的隔热层就无法隔绝一定时间内的热量传递，导致整体的防火时间低于设计值；如果防火胶层厚度》5mm，防火胶层太厚，会导致防火玻璃整体重量增加、成本过大，同时由于防火胶层是逐层膨胀，过厚的膨胀层会导致玻璃整体脱落，反而降低防火性能。
97.下面结合具体实施例进一步说明本发明，但不作为对本发明的限定。
98.本发明各实施例所用试剂均为市购产品。
99.实施例1(最佳)
100.本实施例提供了一种防火层材料的制备方法，其具体包括以下步骤：
101.(1)按照下列重量称取防火层材料的原料：
102.400kg粒径为160nm的亲水性纳米二氧化硅颗粒、200kg去离子水、150kg乙二醇、0.5kg蔗糖、0.5kg磷酸二氢钾、0.2kg硼砂、0.2kg硼酸、0.5kg甲基丙烯酸三氟乙酯、1kg丙烯酸丁酯、0.2kg丙烯酸、0.3kg苯乙烯、0.2kg氧化铝、0.3kg多聚磷酸盐、0.1kg消泡剂byk-024、0.2kg碳酸钾和160kg纯度为95％的氢氧化钾；由于疏水型纳米核壳结构有机/无机杂化颗粒的粒径是宽分布，各种粒径尺寸的核层微粒在本发明中均可以存在，如图5所示，为本发明疏水型纳米核壳结构有机/无机杂化颗粒的sio2分散液的粒径分布图，呈现双峰状态，同样的，以下实施例中的核层微粒的粒径也是宽分布；
103.(2)将上述原料按照以下步骤制备防火层材料：
104.将150kg乙二醇、0.05kg丙烯酸、0.5kg蔗糖、0.5kg磷酸二氢钾、0.2kg硼砂、0.2kg硼酸、1kg纯度为95％的氢氧化钾、200kg去离子水混合制得第一混合溶液；
105.借助梯度球磨技术逐步分散，将400kg粒径为160nm、比表面积为70m2/g，硅羟基密度为7个/nm2的分别按照重量份的40％、30％、20％、10％，依次加入到第一混合溶液中，球
磨转速90rpm，每次球磨时间为20min，得到核层溶液；
106.将0.5kg甲基丙烯酸三氟乙酯、1kg丙烯酸丁酯、0.15kg丙烯酸、0.3kg苯乙烯混合制得第二混合溶液；
107.借助饥饿聚合法，在60～65℃的温度条件下以恒定的速度向上述核层溶液中滴加第二混合溶液、0.05kg氧化还原型引发剂，聚合完成后，纳米二氧化硅颗粒表面上均包覆一层有机/无机复合材料，得到草莓型、疏水型氟改性纳米核壳结构有机/无机杂化二氧化硅颗粒乳液；
108.向上述草莓型、疏水型氟改性纳米核壳结构有机/无机杂化二氧化硅颗粒乳液中加入0.2kg氧化铝，继续搅拌；
109.搅拌均匀后，加入0.3kg多聚磷酸盐，继续搅拌；
110.搅拌均匀后，加入0.1kg消泡剂byk-024，在5000-6000r/min下高速搅拌30分钟，使消泡剂分散均匀；
111.搅拌均匀后，加入0.2kg碳酸钾，继续搅拌，得到防火层材料的基础溶液；
112.搅拌均匀后，加入160kg纯度为95％的氢氧化钾，抽真空，缓慢搅拌30分钟，所得溶液即为防火层材料，将所述溶液进行密封保存，待用。
113.本发明实施例还提供了一种利用上述防火层材料制备防火玻璃的方法，其具体包括以下步骤：
114.(1)准备5片3mm厚的玻璃，其中两片为物理钢化玻璃；为了保证制成的复合式防火玻璃具有较高的强度，优选位于中间位置的玻璃略厚于其他各层玻璃；
115.(2)将上述2片物理钢化玻璃制备成带有100nm-0.1mm厚的单层二氧化硅(sio2)减反射层的玻璃，使复合防火玻璃在300-2500nm范围的折射率为1.13-1.40左右，减反射层还可以是单层的二氧化钛(tio2)膜，也可以是sio2/tio2或tio2/sio2双层膜，还可以是sio2/tio2/sio2多层复合膜；
116.(3)利用定厚胶条将上述1片带减反射层的物理钢化玻璃作为最外层玻璃与1片非物理钢化玻璃合成具有5mm厚的腔体，再利用定厚胶条依次将其余2片非物理钢化玻璃叠加，每片玻璃间均具有5mm厚的腔体，最后再利用定厚胶条将另一片带减反射层的物理钢化玻璃与上述多层腔体玻璃层合在一起，再增加一层5mm厚的腔体，确保该多层腔体玻璃的外表面均为物理钢化玻璃，且两层减反射层面均朝外；
117.(4)将上述制备的防火层材料依次定量灌注到上述多层腔体玻璃(5玻4腔)的腔体中，静置消泡后，封口；
118.(5)将上述封好的多层玻璃放入烘箱中，升温至75℃左右，加热8h～10h后，取出，得到带减反射层的低温型复合式防火玻璃。
119.实施例2
120.本实施例提供了一种防火层材料的制备方法，其具体包括以下步骤：
121.(1)按照下列重量称取防火层材料的原料：
122.375kg粒径为160nm的亲水性纳米二氧化硅颗粒、200kg去离子水、150kg乙二醇、0.5kg蔗糖、0.5kg磷酸二氢钾、0.2kg硼砂、0.2kg硼酸、0.5kg甲基丙烯酸三氟乙酯、1kg丙烯酸丁酯、0.2kg丙烯酸、0.3kg苯乙烯、0.2kg氧化铝、0.3kg多聚磷酸盐、0.1kg消泡剂byk-024、0.2kg碳酸钾和160kg纯度为95％的氢氧化钾。
024、0.2kg碳酸钾和160kg纯度为95％的氢氧化钾；
147.(2)将上述原料按照与实施例1相同的制备方法制备防火层材料。
148.本发明实施例还提供了一种利用上述防火层材料制备防火玻璃的方法，其与实施例1的制备方法相同。
149.实施例7
150.本实施例提供了一种防火层材料的制备方法，其具体包括以下步骤：
151.(1)按照下列重量称取防火层材料的原料：
152.400kg粒径为160nm的亲水性纳米二氧化硅颗粒、200kg去离子水、200kg乙二醇、0.5kg蔗糖、0.5kg磷酸二氢钾、0.2kg硼砂、0.2kg硼酸、0.5kg甲基丙烯酸三氟乙酯、1kg丙烯酸丁酯、0.2kg丙烯酸、0.3kg苯乙烯、0.2kg氧化铝、0.3kg多聚磷酸盐、0.1kg消泡剂byk-024、0.2kg碳酸钾和160kg纯度为95％的氢氧化钾；
153.(2)将上述原料按照与实施例1相同的制备方法制备防火层材料。
154.本发明实施例还提供了一种利用上述防火层材料制备防火玻璃的方法，其与实施例1的制备方法相同。
155.实施例8
156.本实施例提供了一种防火层材料的制备方法，其具体包括以下步骤：
157.(1)按照下列重量称取防火层材料的原料：
158.400kg粒径为160nm的亲水性纳米二氧化硅颗粒、200kg去离子水、125kg乙二醇、0.5kg蔗糖、0.5kg磷酸二氢钾、0.2kg硼砂、0.2kg硼酸、0.5kg甲基丙烯酸三氟乙酯、1kg丙烯酸丁酯、0.2kg丙烯酸、0.3kg苯乙烯、0.2kg氧化铝、0.3kg多聚磷酸盐、0.1kg消泡剂byk-024、0.2kg碳酸钾和160kg纯度为95％的氢氧化钾；
159.(2)将上述原料按照与实施例1相同的制备方法制备防火层材料。
160.本发明实施例还提供了一种利用上述防火层材料制备防火玻璃的方法，其与实施例1的制备方法相同。
161.实施例9
162.本实施例提供了一种防火层材料的制备方法，其具体包括以下步骤：
163.(1)按照下列重量称取防火层材料的原料：
164.400kg粒径为160nm的亲水性纳米二氧化硅颗粒、225kg去离子水、150kg乙二醇、0.5kg蔗糖、0.5kg磷酸二氢钾、0.2kg硼砂、0.2kg硼酸、0.5kg甲基丙烯酸三氟乙酯、1kg丙烯酸丁酯、0.2kg丙烯酸、0.3kg苯乙烯、0.2kg氧化铝、0.3kg多聚磷酸盐、0.1kg消泡剂byk-024、0.2kg碳酸钾和160kg纯度为95％的氢氧化钾；
165.(2)将上述原料按照与实施例1相同的制备方法制备防火层材料。
166.本发明实施例还提供了一种利用上述防火层材料制备防火玻璃的方法，其与实施例1的制备方法相同。
167.实施例10
168.本实施例提供了一种防火层材料的制备方法，其具体包括以下步骤：
169.(1)按照下列重量称取防火层材料的原料：
170.400kg粒径为160nm的亲水性纳米二氧化硅颗粒、250kg去离子水、150kg乙二醇、0.5kg蔗糖、0.5kg磷酸二氢钾、0.2kg硼砂、0.2kg硼酸、0.5kg甲基丙烯酸三氟乙酯、1kg丙烯
酸丁酯、0.2kg丙烯酸、0.3kg苯乙烯、0.2kg氧化铝、0.3kg多聚磷酸盐、0.1kg消泡剂byk-024、0.2kg碳酸钾和160kg纯度为95％的氢氧化钾；
171.(2)将上述原料按照与实施例1相同的制备方法制备防火层材料。
172.本发明实施例还提供了一种利用上述防火层材料制备防火玻璃的方法，其与实施例1的制备方法相同。
173.实施例11
174.本实施例提供了一种防火层材料的制备方法，其具体包括以下步骤：
175.(1)按照下列重量称取防火层材料的原料：
176.400kg粒径为160nm的亲水性纳米二氧化硅颗粒、175kg去离子水、150kg乙二醇、0.5kg蔗糖、0.5kg磷酸二氢钾、0.2kg硼砂、0.2kg硼酸、0.5kg甲基丙烯酸三氟乙酯、1kg丙烯酸丁酯、0.2kg丙烯酸、0.3kg苯乙烯、0.2kg氧化铝、0.3kg多聚磷酸盐、0.1kg消泡剂byk-024、0.2kg碳酸钾和160kg纯度为95％的氢氧化钾；
177.(2)将上述原料按照与实施例1相同的制备方法制备防火层材料。
178.本发明实施例还提供了一种利用上述防火层材料制备防火玻璃的方法，其与实施例1的制备方法相同。
179.实施例12
180.本实施例提供了一种防火层材料的制备方法，其具体包括以下步骤：
181.(1)称取与实施例1相同的防火层材料的原料：
182.(2)将上述原料按照与实施例1相同的制备方法制备防火层材料。
183.本发明实施例还提供了一种利用上述防火层材料制备防火玻璃的方法，其具体包括以下步骤：
184.(1)准备4片3mm厚的玻璃，其中两片为物理钢化玻璃；为了保证制成的复合式防火玻璃具有较高的强度，优选位于中间位置的玻璃略厚于其他各层玻璃；
185.(2)将上述2片物理钢化玻璃制备成带有100nm-0.1mm厚的单层二氧化硅(sio2)减反射层的玻璃，使复合防火玻璃在300-2500nm范围的折射率为1.13-1.40左右，减反射层还可以是单层的二氧化钛(tio2)膜，也可以是sio2/tio2或tio2/sio2双层膜，还可以是sio2/tio2/sio2多层复合膜；
186.(3)利用定厚胶条将上述1片带减反射层的物理钢化玻璃作为最外层玻璃与1片非物理钢化玻璃合成具有5mm厚的腔体，再利用定厚胶条依次将其余1片非物理钢化玻璃叠加，每片玻璃间均具有5mm厚的腔体，最后再利用定厚胶条将另一片带减反射层的物理钢化玻璃与上述多层腔体玻璃层合在一起，再增加一层5mm厚的腔体，确保该多层腔体玻璃的外表面均为物理钢化玻璃，且两层减反射层面均朝外；
187.(4)将上述制备的防火层材料依次定量灌注到上述多层腔体玻璃(4玻3腔)的腔体中，静置消泡后，封口；
188.(5)将上述封好的多层玻璃放入烘箱中，升温至75℃左右，加热6h～8h后，取出，得到带减反射层的低温型复合式防火玻璃。
189.实施例12
190.本实施例提供了一种防火层材料的制备方法，其具体包括以下步骤：
191.(1)称取与实施例1相同的防火层材料的原料：
192.(2)将上述原料按照与实施例1相同的制备方法制备防火层材料。
193.本发明实施例还提供了一种利用上述防火层材料制备防火玻璃的方法，其具体包括以下步骤：
194.(1)准备3片3mm厚的玻璃，其中两片为物理钢化玻璃；为了保证制成的复合式防火玻璃具有较高的强度，优选位于中间位置的玻璃略厚于其他各层玻璃；
195.(2)将上述2片物理钢化玻璃制备成带有100nm-0.1mm厚的单层二氧化硅(sio2)减反射层的玻璃，使复合防火玻璃在300-2500nm范围的折射率为1.13-1.40左右，减反射层还可以是单层的二氧化钛(tio2)膜，也可以是sio2/tio2或tio2/sio2双层膜，还可以是sio2/tio2/sio2多层复合膜；
196.(3)利用定厚胶条将上述1片带减反射层的物理钢化玻璃作为最外层玻璃与1片非物理钢化玻璃合成具有5mm厚的腔体，再利用定厚胶条将另一片带减反射层的物理钢化玻璃与上述多层腔体玻璃层合在一起，增加一层5mm厚的腔体，确保该多层腔体玻璃的外表面均为物理钢化玻璃，且两层减反射层面均朝外；
197.(4)将上述制备的防火层材料依次定量灌注到上述多层腔体玻璃(3玻2腔)的腔体中，静置消泡后，封口；
198.(5)将上述封好的多层玻璃放入烘箱中，升温至75℃左右，加热4h～6h后，取出，得到带减反射层的低温型复合式防火玻璃。
199.对比例1
200.本对比例提供了一种防火层材料，其原料为模数为3.4的纯钾水玻璃。
201.本对比例还提供了一种利用上述防火层材料制备防火玻璃的方法，其与实施例1的制备方法相同，制得与实施例1相同结构的复合防火玻璃。
202.对比例2
203.本对比例提供了一种防火层材料的制备方法，其包括以下步骤：
204.取1kg水和1kg模数为3.4的钾水玻璃，混合均匀，形成防火层材料。
205.本对比例还提供了一种利用上述防火层材料制备防火玻璃的方法，其与实施例1的制备方法相同，制得与实施例1相同结构的复合防火玻璃。
206.按照gb/t12513-2006镶玻璃构件耐火试验方法对实施例1-20及对比例1-2提供的防火层材料制备的低温型复合式防火玻璃进行耐火性能实验，得到防火玻璃的防火时间，实验取平行试样4个，取其数据平均值作为实验结果；通过玻璃透过率检测得到各防火玻璃的透过率；并通过肉眼观察得到各防火玻璃的表观质量。本发明实施例和对比例制备的防火玻璃的性能参数如表1所示。
207.表1防火玻璃的性能参数表
208.[0209][0210]
由表1可知，本发明实施例提供的低温型复合式防火玻璃无微泡，而对比例制备的复合式防火玻璃内部有大量微泡；本发明实施例制备的低温型复合式防火玻璃的防火时间为对比例的复合式防火玻璃的1.5-2.5倍，透过率也明显高于对比例的复合式防火玻璃。以上说明采用钾水玻璃或纯钾水玻璃作为复合式防火玻璃的防火层，易使玻璃中产生大量微泡，大量微泡的存在降低了复合式防火玻璃的硬度和防火耐热性能，并严重影响了复合式防火玻璃的透光性和表观质量。本发明实施例通过改进防火层的配方，采用亲水性纳米核壳结构有机-无机杂化颗粒和氢氧化钾水溶液进行混合，防火层各组分之间产生协同效应，消除了复合式防火玻璃夹层中的气泡，使复合式防火玻璃具有较好的防火耐热性能，同时，提高了复合式防火玻璃的耐低温性能，可在低温环境(-60℃)条件下使用。本发明实施例制备的复合式防火玻璃具有无微泡、附着力好、透过率高、防火时间长和耐低温的优点。
[0211]
通过实施例1～11与对比实施例1～2对比可知，使用同样的防火层材料，玻璃的层数逐渐减少时，随着玻璃片的减少，透过率越来越好，耐低温性能不变，防火时间逐渐变小。
[0212]
本发明实施例提供的低温型复合式防火玻璃的硬度能够达到2h以上，有的甚至达到5h。
[0213]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
[0214]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。