CN101554791B - 一种纳米二氧化硅与膨胀蛭石的复合板材及其制造方法 - Google Patents

一种纳米二氧化硅与膨胀蛭石的复合板材及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于保温材料和防火材料领域，涉及一种纳米二氧化硅与膨胀蛭石的复合板材及其制造方法其特征在于，将0.3～8mm的天然蛭石碎片于500～800℃进行加热膨化，经精选后得到松散堆积密度在90～200kg/m3的膨胀蛭石；将经过膨化和精选后的膨胀蛭石原料与纳米二氧化硅、水玻璃、有机硅憎水剂按重量百分比进行配料。将配好的原料在密闭的搅拌机中混合均匀，经预压后在热压机中进行热压定型，出炉后经适当修整就得到纳米二氧化硅-膨胀蛭石复合板材。本发明引进了纳米二氧化硅，利用其高活性促进了硅氧四面体网络的交联度大幅度提高，不但使强度和韧性大幅度提高，还使制品具有良好的耐水性、防火性和绿色环保性。

Description

一种纳米二氧化硅与膨胀蛭石的复合板材及其制造方法
技术领域
本发明属于保温材料和防火材料领域，特别涉及一种纳米二氧化硅与膨胀蛭石的复合板材及其制造方法。
技术背景
蛭石是富含层间水的层状硅酸盐矿物，在500～900℃急剧加热时蛭石的层间化学键会由于水蒸气的巨大压力而产生破坏，从而使层间距由数
Figure G2009100847337D00011
扩展到数纳米甚至数微米，使蛭石在垂直层面方向的体积膨胀数十倍。所得产品称为膨胀蛭石。以膨胀蛭石为主要原料加上粘结剂及其他物料所制成的板材或其他制品都具有一定防火和隔热功能。
发明专利“一种轻质保温板(CN1088158A)”介绍了一种蛭石轻质保温板，其特点是板材由蛭石粉、水泥、树脂粘结剂夹衬网状玻璃纤维格布构成。其制作方法是将蛭石粉、水泥、树脂粘结剂和水配合成浆料A、B，然后在模板内按一层料浆A，一层料浆B，一层料浆A，一层格布，一层料浆A，制成具有隔热、保温、吸音、重量轻、强度高、能锯能钉、可油漆、刷涂料的轻质保温板。所得蛭石板材容重约480kg/m3，导热系数0.09～0.11W/m·k，浸水24小时吸水率30～60％，抗压强度2.5kg/cm2，抗冲击强度5～10kg/m2，抗折强度2.5kg/m2，由于该发明专利使用水泥和树脂作为粘结剂，因此不具有很好的防火功能。
发明专利“蛭石保温防火装饰板(CN1149011A)”以蛭石为主要原料，经煅烧膨化、精选、铺装、热压固化即可得到蛭石板。对蛭石板打磨整平、涂胶、粘贴饰面材料、热压即可制出具有保温防火性能的装饰板材。该板材抗折强度为6～7MPa，导热系数0.082w/m·k，密度700～870kg/m3，防火性为A级。该专利所公开的技术中采用反复的升压-保压-卸压过程，生产过程过于繁杂。此外所用粘结剂为有机粘结剂时会使蛭石板遇火释放出有害气体。而所用的901胶由于环保问题已退出市场。
发明专利“蛭石复合注压型材料(CN1052917)”，“植物纤维生蛭石阻燃复合板(CN1067639)”，“硅镁层绝热耐火材料及其生产工艺(CN1094433)”都是含有有机物或石棉的材料，已不适合现代建筑高防火等级和环保性能的要求。
发明内容
本发明目的是要充分利用膨胀蛭石的防火性和纳米二氧化硅的优异隔热性，同时充分发挥纳米二氧化硅在水玻璃体系中的反应活性，制备出全无机环保型的高性能纳米二氧化硅-蛭石的复合板材，以克服现有产品防火性不理想或不环保或防水性不好的缺点。
一种纳米二氧化硅与膨胀蛭石的复合板材及其制造方法，其特征是将0.3～4mm的天然蛭石碎片在膨化炉中于500～900℃进行加热膨化，经精选后得到松散堆积密度在90～200kg/m3的膨胀蛭石。将经过膨化和精选后的膨胀蛭石原料与纳米二氧化硅、水玻璃、有机硅憎水剂按重量百分比进行配料，其中经过膨化和精选后的膨胀蛭石原料49％～69％，纳米二氧化硅1％～10％，水玻璃29％～49％，有机硅憎水剂0～2％。将配好的原料在密闭的搅拌机中混合均匀，然后经下料口倒入模具；模具底面加铺酚醛树脂塑料板，以便于脱模。按设计的产品容重控制加料量，但加料高度至少要大于模具侧壁高度的150％。将所加混合料刮平整后，在顶面再覆盖一层酚醛树脂塑料板，然后送入预压机中预压。预压完成后将装好的模具带料送入热压机进行热压定型。热压定型直接进入120～160℃的热压机热压腔内一次完成，施压过程以模具的上顶盖接触到模具侧壁为限。保压保温时间为80～200分钟。
在热压过程中由于温度的升高，部分纳米二氧化硅快速与水玻璃发生反应。首先是纳米二氧化硅溶于水玻璃，使水玻璃的模数迅速增高，浓度迅速增大，为进一步快速交联形成高交联度硅氧四面体网络奠定基础。随着保压保温时间的延长，水玻璃中的胶体水和羟基水不断被排出，交联度不断增加，最终形成高强度、高韧性和具有优良耐水性的硅氧四面体网络，并把蛭石颗粒和剩余的纳米二氧化硅粘结在一起。由于蛭石膨化后的层间域很多在纳米级，而蛭石颗粒间的大孔隙又部分被纳米二氧化硅填充，因此本发明所得产品已部分具备纳米孔绝热材料的结构特征。
保压保温结束后进行卸压和出炉操作。出炉后将成型好的板材从模具中脱出并经适当修整后就得到了本发明的纳米二氧化硅-膨胀蛭石复合板材。本发明的纳米二氧化硅-膨胀蛭石复合板材具有如下性能：
抗折强度：0.5～8MPa；
抗压强度：1～10MPa；
螺栓拉拔强度：20～35MPa；
体积密度：400～800kg/m3；
导热系数：20℃，0.08～0.12w/m·k；
          500℃，0.15～0.20w/m·k；
24小时泡水再烘干线变化率：0.1～0.15％；
防火性：A级；
甲醛是放率：无甲醛释放；
1000℃×3小时VOC释放量：无VOC释放。
本发明的有益效果
(1)提供一种纳米二氧化硅与膨胀蛭石的复合板材，通过引入纳米结构解决单纯蛭石原料的板材和其他蛭石复合板材在同时提高强度、降低导热系数和降低体积密度时所遇到的难题；(2)纳米二氧化硅的高活性促进了硅氧四面体网络的交联度大幅度提高，不但使强度和韧性大幅度提高，还使制品具有良好的耐水性；(3)由于本发明不含有任何有机物，不但提高了产品的防火性，还不释放任何污染物。
具体实施方式
实施例1
将1.4～4mm的天然蛭石碎片在膨化炉中于800℃进行加热膨化，经精选后得到松散堆积密度为90kg/m3的膨胀蛭石。将经过膨化和精选后的膨胀蛭石原料与纳米二氧化硅、水玻璃、有机硅憎水剂按重量百分比进行配料，其中经过膨化和精选后的膨胀蛭石原料69％，纳米二氧化硅1％，水玻璃29％，有机硅憎水剂1％；所述水玻璃的模数为2.8，浓度为42％。所述有机硅憎水剂浓度为40％。将上述原料在密闭的搅拌机中混合均匀，然后经下料口倒入模具。模具的尺寸为1000×2000×30mm3，模具底面加铺酚醛树脂塑料板，以便于脱模。产品容重设计为500kg/m3，需干料30kg，换算成湿料总量为34.3kg。将所加混合料刮平整后，在顶面再覆盖一层酚醛树脂塑料板，然后送入预压机中预压。预压完成后将装好的模具带料送入热压机进行热压定型。热压定型直接进入160℃的热压机热压腔内一次完成，施压过程以模具的上顶盖接触到模具侧壁为限。保压时间为130分钟。
保压保温结束后进行卸压和出炉操作。出炉后将成型好的板材从模具中脱出并经适当修整后就得到了本发明的纳米二氧化硅-膨胀蛭石复合板材。本发明的纳米二氧化硅-膨胀蛭石复合板材具有如下性能：
抗折强度：4.2MPa；
抗压强度：6.1MPa；
螺栓拉拔强度：27MPa；
体积密度：500kg/m3；
导热系数：20℃，0.08W/m·k；
          500℃，0.13W/m·k；
24小时泡水再烘干线变化率：0.15％；
防火性：A级；
甲醛是放率：无甲醛释放；
1000℃×3小时VOC释放量：无VOC释放。
实施例2
将0.3～4mm的天然蛭石碎片在膨化炉中于850℃进行快速加热膨化，经精选后得到松散堆积密度为140kg/m3的膨胀蛭石。将经过膨化和精选后的膨胀蛭石原料与纳米二氧化硅、水玻璃、有机硅憎水剂按重量百分比进行配料，其中经过膨化和精选后的膨胀蛭石原料52％，纳米二氧化硅5.2％，水玻璃42％，有机硅憎水剂0.8％。所述水玻璃的模数为2.5，浓度为38％。所述有机硅憎水剂浓度为40％。将上述原料在密闭的搅拌机中混合均匀，然后经下料口倒入模具。模具的尺寸为1000×2000×20mm3，模具底面加铺酚醛树脂塑料板，以便于脱模。产品容重设计为700kg/m3，需干料28kg，换算成湿料总量为33.4kg。将所加混合料刮平整后，在顶面再覆盖一层酚醛树脂塑料板，然后送入预压机中预压。预压完成后将装好的模具带料送入热压机进行热压定型。热压定型直接进入150℃的热压机热压腔内一次完成，施压过程以模具的上顶盖接触到模具侧壁为限。保压保温时间为90分钟。
保压保温结束后进行卸压和出炉操作。出炉后将成型好的板材从模具中脱出并经适当修整后就得到了本发明的纳米二氧化硅-膨胀蛭石复合板材。本发明的纳米二氧化硅-膨胀蛭石复合板材具有如下性能：
抗折强度：6.1MPa；
抗压强度：8.9MPa；
螺栓拉拔强度：32MPa；
体积密度：700kg/m3；
导热系数：20℃，0.11W/m·k；
          500℃，0.14W/m·k；
24小时泡水再烘干线变化率：0.11％；
防火性：A级；
甲醛是放率：无甲醛释放；
1000℃×3小时VOC释放量：无VOC释放。
实施例3
将0.3～2mm的天然蛭石碎片在膨化炉中于750℃进行加热膨化，经精选后得到松散堆积密度为180kg/m3的膨胀蛭石。将经过膨化和精选后的膨胀蛭石原料与纳米二氧化硅、水玻璃、有机硅憎水剂按重量百分比进行配料，其中经过膨化和精选后的膨胀蛭石原料48％，纳米二氧化硅8.8％，水玻璃42％，有机硅憎水剂1.2％。所述水玻璃的模数为2.5，浓度为36％。所述有机硅憎水剂浓度为40％。将上述原料在密闭的搅拌机中混合均匀，然后经下料口倒入模具。模具的尺寸为1000×2000×1.5mm3，模具底面加铺酚醛树脂塑料板，以便于脱模。产品容重设计为800kg/m3，需干料24kg，换算成湿料总量为28.3kg。将所加混合料刮平整后，在顶面再覆盖一层酚醛树脂塑料板，然后送入预压机中预压。预压完成后将装好的模具带料送入热压机进行热压定型。热压定型直接进入150℃的热压机热压腔内一次完成，施压过程以模具的上顶盖接触到模具侧壁为限。保压保温时间为80分钟。
保压保温结束后进行卸压和出炉操作。出炉后将成型好的板材从模具中脱出并经适当修整后就得到了本发明的纳米二氧化硅-膨胀蛭石复合板材。本发明的纳米二氧化硅-膨胀蛭石复合板材具有如下性能：
抗折强度：7.2MPa；
抗压强度：10.0MPa；
螺栓拉拔强度：35.0MPa；
体积密度：800kg/m3；
导热系数：20℃，0.13W/m·k；
          500℃，0.15W/m·k；
24小时泡水再烘干线变化率：0.11％；
防火性：A级；
甲醛是放率：无甲醛释放；
1000℃×3小时VOC释放量：无VOC释放。

Claims (2)

1.一种纳米二氧化硅与膨胀蛭石的复合板材的制造方法，其特征在于，将0.3～8mm的天然蛭石碎片在膨化炉中于500～800℃进行加热膨化，经精选后得到松散堆积密度在90～200kg/m3的膨胀蛭石；将经过膨化和精选后的膨胀蛭石原料与纳米二氧化硅、水玻璃、有机硅憎水剂按重量百分比进行配料，其中经过膨化和精选后的膨胀蛭石原料49％～69％，纳米二氧化硅1％～10％，水玻璃29％～49％，有机硅憎水剂0～2％；将配好的原料在密闭的搅拌机中混合均匀，然后经下料口倒入模具；模具底面加铺酚醛树脂塑料板，以便于脱模；按设计的产品容重控制加料量，但加料高度至少要大于模具侧壁高度的150％；将所加混合料刮平整后，在顶面再覆盖一层酚醛树脂塑料板，然后送入预压机中预压，预压完成后将装好的模具带料送入热压机进行热压定型；热压定型过程结束后进行卸压和出炉操作，出炉后将成型好的板材从模具中脱出并经修整后就得到了纳米二氧化硅-膨胀蛭石复合板材。
2.如权利要求1所述一种纳米二氧化硅与膨胀蛭石的复合板材的制造方法，其特征在于，热压定型直接进入120～160℃的热压机热压腔内一次完成，施压过程以模具的上顶盖接触到模具侧壁为限，保压时间为80～200分钟。 
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