CN1017718B - 隔声、隔热和防火的轻质材料及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种包含固体组合物和液态粘结剂的隔声、隔垫和防火的轻质材料及其制造方法。本发明所提供的固体组合物包含60～80%(重量)不易燃的无机轻质纤维材料、16.67～36.67%(重量)普通易燃的有机轻质纤维材料和3.33～10%(重量)耐火粘土材料。本发明所提供的液态粘结剂包含液态硅酸钠，其二氧化硅与氧化钠之比大于3.22∶1，将合50%水的液态硅酸钠溶液按1∶1比例再与水混合。液态粘结剂和固体组合物的使用比例为：每136.1公斤(300磅)固体组合物对250公斤(55加仑)液态粘结剂。

Description

本发明涉及建筑材料及其制造方法，更准确地说，涉及隔声、隔热和防火的轻质材料及其制造方法。

许多年来，人们都认为需要有一种能够隔声、隔热和防火的轻质建筑材料。由于多年来作为建筑物主要防火材料的石棉对人体健康有害，目前，实际上全世界建筑物中被大规模地拆去和取代，因而，上述的需要变得日益迫切。事实上，根据干原始资料估计，近几年来，共使用了170兆公吨（170兆吨）以上的石棉，其中多数仍然在发挥作用。

为了克服所涉及的问题，通常须将石棉同纸和纤维混合。纸和纤维对石棉的比例一般为：3%石棉比97%纸和纤维。显然，极其需要一种能取代石棉的材料。

为实用起见，石棉的取代物必须是轻质材料。由于石棉防火材料非常轻，因此，在许多情况下，绝对不宜利用现有的胶结防火材料，例如，由W.R.Grace    &    Co出售的商标为“Monokote”的产品，或由美国矿物公司销售的类似材料，这两种材料都很重，而且不具隔声性能。毫无疑问，在设计某些需要有再防火功能的建筑物时，并未考虑胶结防火材料的重量。

作为举例，2.54厘米（一英寸）厚、涂层面积为9.29平方米（100平方英尺）的“Monokote”重约56.75公斤（125磅）。这与重量仅为其1/4的石棉防火材料相比，形成鲜明对照。就以石棉防火材料为主的建筑物而言，这种因采用胶结防火材料而增加的重量不能得到安全的支 承。

此外，在石棉替换的问题中，虽然重量是一个重要因素，也要考虑胶结防火材料还有其他严重缺点。例如，对新建筑物来说，为达到理想的厚度，毫无疑问，必须涂上多层胶结防火材料，这样，就增加了劳动量，并且，由于胶结防火材料很重，就要求采用较重的结构柱和梁来承载。由于需要用加大的结构支承物，就提高了建筑物的成本。

虽然已采用过各种不同的建筑隔热方法，一般认为，将隔热材料直接涂于墙体、屋盖或建筑物的其他表面上，效果是理想的。喷涂所用的材料，诸如由W.R.Grace    &    Co.和美国矿物公司等所开发和利用的喷涂隔热和防火材料，由于这类材料具有隔热成分和粘结剂，因此可用于整体涂层。遗憾的是，尽管过去曾采用喷涂隔热和防火材料的方法，但始终未获得容易涂敷、又具有防火性能的廉价产品。

纤维素纤维曾用作喷涂隔热和防火材料。该纤维素纤维加了硼酸，以增强其耐火性。然而，硼酸对金属有腐蚀作用，因而当用于金属建筑物的隔热和防火时，就很不利。为了消除硼酸的腐蚀作用，必须采用其他化学药剂，以缓冲酸性。然而，这类化学药剂非常昂贵，会使成本大大提高，而对改善产品的隔声和隔热性能无甚帮助。

如前所述，W.R.Grace    &    Co.和美国矿物公司出售的产品较重。这样，就将相当的重量加到了所要进行耐火处理的表面上。由于开始涂上的组合物是湿的，并且由于重量的缘故，只能涂上一薄层，因此，通常一次涂敷所形成的涂层不能超过2.54厘米（一英寸）。为达到4.16厘米（四英寸）厚的耐火涂层，一般就需要涂四层。可以理解，每涂一层后，必须有足够的时间待其干燥，然后才能涂下一层。

由于需要多层的涂层，就增加了涂层成本和涂敷时间。同样可以理解，进行所需的多层涂敷时，涂敷设备必定是进行不相连的操作，并且增加操作工时。此外，诸如胶结防火材料之类的许多材料常常会因被涂 表面的张缩而破裂。

对于所需的材料应具有耐火性能，最好也具有隔热和隔声性能，但胶结防火材料不具后面这些特性。事实上，最近美国建筑研究院已清楚地认识到，同时具有隔声和防火性能的单一产品的产生将使防火材料工业发生巨大的变化。

在为解决上面所列举的问题而作的努力中，Loomis的美国专利第4，419，

号提出了一种隔热组合物，该组合物可用来减少热传导，吸收声波，并且提供一种物障以防止火的扩展。不足之处是，该组合物包含有硼酸，并且，根据海上保险商实验室（Under-wr

）的试验，在钢柱上只有一小时的耐烧能力。虽然上述组合物有轻的明显特点，但尚待具备上面列举的一种隔声、隔热和防火的轻质材料的所有特点。

于是，本发明的目的在于提供一种隔声、隔热和防火的材料。这种材料包含一种固体组合物。固体组合物包含60～80%（重量）不易燃的无机轻质纤维材料、16.67～36.67%（重量）普通易燃的有机轻质纤维材料和3.33～10%（重量）耐火粘土材料，该粘土材料可降低普通易燃的纤维材料的易燃性。这种材料还包含一种液态粘结剂，该液态粘结剂含有液态硅酸钠，其二氧化硅（通称为石英砂）与氧化钠（通称为纯碱）之比大于3.22∶1。液态粘结剂与固体组合物的使用比例为：每13.1公斤（300磅）固体组合物对250公升（55加仑）液态粘结剂。由于具有这样的组成，液态粘结剂就适合于在防火中将所述的固体组合物保留在材料表面上。

在实施例中，不易燃的纤维材料包括矿棉，普通易燃的纤维材料包括纤维素纤维。最好利用碎纸提供的纤维素纤维。较为有益的是，含矿棉和碎纸90～96.67%（重量）的固体组合物。

较为可取的是经过1816℃（3300°F）或1816℃

以上的温 度培烧，具有1510℃（2750°F）熔点的耐火粘土材料。耐火粘土材料呈颗粒状，容重为每0.02837立方米13.61公斤（每立方英尺30磅），正负误差5%。此外，将耐火粘土材料颗粒埋入普通易燃的纤维材料中，以降底其易燃性。

作为较佳的实施例，可将某种表面活性剂加到液态硅酸钠中，充当湿润剂。较理想的表面活性剂是阴离子磺化烷基酯，其含量大约为液态粘结剂的0.5%（重量）。

本发明的目的还在于提供一种隔声、隔热和耐火的轻质材料的制造方法。该方法包括通过以下的若干步骤来提供一种固体组合物，即：提供16.67～36.67%（重量）普通易燃的有机轻质纤维材料，并将这种普通易燃的纤维材料切细;提供3.33～10%（重量）耐火粘土材料;并在所述的易燃纤维材料被切细之后，将耐火粘土材料埋入其中，以降低其易燃性。提供固体组成物的方法还包括以下步骤，即：提供60～80%（重量）不易燃的无机轻质纤维材料;将不易燃的纤维材料撕开，以提供高温松散纤维材料;在耐火粘土被埋入普通易燃的纤维材料后以及在不易燃的纤维材料被撕开之后，将不易燃的纤维材料同普通易燃的纤维材料混合。该方法还包括提供液态粘结剂的步骤，即：提供液态硅酸钠，其二氧化硅与氧化钠之比大于3.22∶1;以1∶1的比例，将液态硅酸钠同水混合;并将表面活性剂加到液态硅酸钠中，充当湿润剂。就如此形成的隔声、隔热和防水的轻质材料而言，液态粘结剂与固体组合物的使用比例为：每136.1公斤（300磅）固体组合物对250公斤（55加仑）液态粘结剂。

本发明提供了一种建筑用的廉价而高效的隔声、隔热和防火的轻质材料。这种材料包括一种固体组合物，该组合物含有60～80%（重量）不易燃的无机轻质纤维材料、16.67～36.67%（重量）普通易燃的有机轻质纤维材料和3.33～10%（重量）耐火粘土材料，该耐火粘土可降低普通 易燃的纤维材料的易燃性。另外，该材料包括一种液态粘结剂，该粘结剂含有液态硅酸钠，其二氧化硅（通称为石英砂）与氧化钠（通称为纯碱）在最终产品中的比例大于3.22∶1。

更准确地讲，不易燃的纤维材料包括矿棉，普通易燃纤维材料包括纤维素纤维。较为可取的是，利用碎纸提供的纤维素纤维;更准确地说，这种碎纸最好是长纤维SBS多层硫化纸，在材料表面涂层后，这种纸可给材料带来所希望的白色。通过实验确定，矿棉和碎纸占固体产品重量的90～96.6%。

关于矿棉，它包含不易燃烧、不易熔化、保护隔热的轻质高温松散纤维材料。较理想的是，矿棉的熔点高于1149℃（2100°F）。这样，经耐火粘土材料处理的碎纸，纸和纤维便具有高度的隔声、隔热和耐火性能。

在较佳的实施例中，耐火粘土材料经大约1816℃（3300°F）或1510℃（3300°F）以上的温度焙烧，具有1510℃（2750°F）的熔点。该耐火粘土材料呈颗粒状，容重为每0.02837立方米13.61公斤（每立方英尺30磅），正负误差5%。此外，将耐火粘土材料颗粒埋入普通易燃的纤维材料中，以降低其易燃性。

可以理解，液态硅酸钠构成某种耐火粘结剂，这种粘结剂适合于在防火中将固体组合物保留在材料表面上。液态硅酸钠可以是含水量为50%的溶液，这种溶液可按11的比例与水混合而进一步被稀释。此后，它与固体组合物混合使用的比例为每1361公斤（300磅）固体组合物对250公斤（55加仑）液态粘结剂。另外，表面活性剂最好是阴离子磺化烷基酯，其含量大约为液态粘结剂的0.5%（重量）。可将这种表面活性剂加到液态硅酸钠中，充当湿润剂。

通过利用表面活性剂，一单层可涂上约10.16厘米（四英寸）厚的涂料。固化后，材料仍具柔韧性。已发现，将固体合成物和液态粘结剂 混合涂敷于表面后，由于固体组成和液态粘结剂的结合，所述液态粘结剂，特别是这里所述的液态粘结剂，它同现有固态粘结剂有着显著差别，它将不会熔化，甚至在1149℃（2100°F）也不熔化。因而，所述的材料具有优异的隔热和耐火性能。

事实上，所述材料相信能够按保险商实验室的试验要求，可于1010℃（1850°F）经受两小时的燃烧。也已经知道所述材料还具有优良的隔声性能，并且重量特别轻，2.54厘米（一英寸）厚、面积为9.29平方米（100平方英尺）的涂层的重量仅为13.61公斤。因此，可认为，所述材料是具有商业价值的第一流的隔声、隔热和防火的材料。

以下所述内容不是作为对发明的限制。耐火粘土材料可以是诸如Babcock    &    Wilcox出售的，商标为“Kaolite    AZ”那种类型;液态硅酸钠可以是诸如Occidental化学公司出售的那种类型，虽然这里所述参数范围内的液态硅酸钠都足以满足要求。此外，表面活性剂可以是诸如Occidental化学公司出售的，商标为“Nopco”那种类型。

通过采用高比例的矿棉，可使材料具有优异的耐火度，优良的隔声性能，并且不易烧毁。还应注意到，把耐火粘土材料埋入碎纸中，则耐火粘土材料可把碎纸的易燃性降至可允许的水平，从而发挥出材料的耐火性能。此外，通过采用表面活性剂，可使液态粘结剂较好地同纤维材料粘结，固化后，给材料带来较大的柔韧性。

本发明公开了一种制造隔声、隔热和防火的轻质材料的方法。该方法包括通过以下若干步骤来提供一种固体组合物，即：提供

37.67%（重量）普通易燃的有机轻质纤维材料;将普通易燃的纤维材料切细;提供3.33～10%（重量）耐火粘土材料;在普通易燃的纤维材料被切细之后，将耐火粘土材料颗粒埋入其中，以降低其易燃性。提供固体组合物的方法还包括以下步骤，即：提供60～80%（重量）不易燃的无机轻质纤维材料;将不易燃的纤维材料撕开，以提供高温松散纤维材料; 在耐火粘土材料被埋入普通易燃的纤维材料后以及在不易燃烧的纤维材料被撕开之后，将不易燃的纤维材料同普通易燃的纤维材料混合。该方法还包括通过以下步骤来提供液态粘结剂，即：提供含水量为50%的液态硅酸钠溶液，其二氧化硅（通称为石英砂）与氧化钠（通称为纯碱）之比大于3.22∶1，将这种液态硅酸钠按1∶1的比例与水混合。此后，可按每136.1公斤（300磅）固体组合物对250公升（55加仑）液态粘结剂的比例使用液态粘结剂和固体组合物。这样做，可使液态粘结剂适合于在防火中将所述的固体组合物保留在材料表面上。

此外，本发明的方法可以包括将表面活性剂加到液态硅酸钠中，充当湿润剂。较为理想的表面活化剂是阴离子磺化烷基酯，其含量大约为液态粘结剂的0.5%（重量）。这样，液态粘结剂可较好地粘结纤维材料，固化后，材料仍然保持柔韧性。

虽然上文提出了本发明最佳实施例，可以理解，专业人员在不脱离权利要求书的精神和范围下可对这里所给出的细节进行变更。

Claims (38)

1、一种与液态粘结剂一起使用的隔声、隔热和防火的固体组合物材料，该材料包括：

60～80%(重量)不易燃的无机轻质纤维材料，

16.67～36.67%(重量)普通易燃的有机轻质纤维材料，和

3.33～10%(重量)耐火粘土材料。

2、按照权利要求1的材料，其中所述的不易燃的纤维材料包含矿棉，所述的普通易燃的纤维材料包含纤维素纤维。

3、按照权利要求2的材料，其中所述的纤维素纤维是由碎纸提供的。

4、按照权利要求3的材料，其中含有90～96.67%（重量）所述的矿棉和所述的碎纸。

5、按照权利要求1的材料，其中所述的不易燃的纤维材料由高温松散纤维材料构成。

6、按照权利要求1的材料，其中所述的耐火粘土材料是经过1816℃（3300°F）或1816℃（3300°F）以上的温度焙烧的，其熔点为大约1510℃（2750°F）。

7、按照权利要求6的材料，其中所述的耐火粘土材料呈颗粒状，容重为每0.02837立方米13.61公斤（每立方英尺30磅），正负误差5%。

8、按照权利要求7的材料，其中所述的呈颗粒状的耐火粘土材料是埋入在所述的普通易燃的纤维材料中的。

9、一种隔声、隔热和防火的轻质材料，该材料包括：

一种固体组合物和一种液态粘结剂，固体组合物包含：

60～80%（重量）不易燃的无机轻质纤维材料，

16.67～36.67%（重量）普通易燃的有机轻质纤维材料，和3.33～10%（重量）耐火粘土材料，

所述的耐火粘土材料可降低所述的普通易燃纤维材料的易燃性，

液态粘结剂包含：

液态硅酸钠，其二氧化硅与氧化钠之比大于3.22∶1;

所述的液态粘结剂是适合于在防火中将所述的固体组合物保留在材料表面上的。

10、按照权利要求9的材料，其中所述的不易燃的纤维材料包含矿棉，所述的普通易燃的纤维材料包含纤维素纤维。

11、按照权利要求10的材料，其中所述的纤维素纤维是由碎纸提供的。

12、按照权利要求11的材料，其中含有90～96.67%（重量）所述的矿棉和所述的碎纸。

13、按照权利要求9的材料，其中所述的耐火粘土材料是经过1816℃（3300°F）或1816℃（3300°F）以上的温度焙烧的，其熔点大约1510℃（2750°F）。

14、按照权利要求13的材料，其中所述的耐火粘土材料呈颗粒状，容重为每0.02837立方米13.61公斤（每立方英尺30磅），正负误差5%。

15、按照权利要求14的材料，其中所述的呈颗粒状的耐火粘土材料颗粒是埋入在所述的普通易燃的纤维材料中的。

16、按照权利要求9的材料，其中所述的不易燃的纤维材料是由高温松散纤维材料构成的。

17、按照权利要求9的材料，其中所述的液态硅酸钠是含50%水的溶液按1∶1比例再与水混合而成的溶液。

18、按照权利要求17的材料，其中所述液态粘结剂与所述固体组合物一起使用的比例约为每136.1公斤（300磅）固体组合物对250公升（55加仑）液态粘结剂。

19、按照权利要求9的材料，其中的液态硅酸钠包含充当湿润剂的表面活性剂。

20、按照权利要求19的材料，其中所述的表面活性剂为阴离子磺化烷基酯，其含量大约为所述的液态粘结剂的0.5%（重量）。

21、一种与液态粘结剂一起使用的隔声、隔热和耐火的固体组合物材料的制造方法，该方法包括以下步骤：

提供16.67～36.67%（重量）普通易燃的有机轻质纤维材料，

切细所述的普通易燃的纤维材料，

提供3.33～10%（重量）耐火粘土材料，

在所述的易燃纤维材料被切细之后，将所述的耐火粘土材料埋入所述的普通易燃的纤维材料，以降低其易燃性，

提供60～80%（重量）不易燃的无机轻质纤维材料，

将所述的不易燃的纤维材料撕开，以提供高温松散纤维材料，和

将所述的不易燃的纤维材料同所述的普通易燃的纤维材料混合，

在所述的耐火粘土材料埋入所述的普通易燃的纤维材料以后及在所述的不易燃的纤维材料被撕开之后，将所述的不易燃的纤维材料同所述的易燃纤维材料混合。

22、按照权利要求21的方法，其中所述的不易燃的纤维材料包含矿棉，所述的普通易燃的纤维材料包含纤维素纤维。

23、按照权利要求22的方法，其中所述的纤维素纤维是利用碎纸提供的。

24、按照权利要求23的方法，其中包括提供90～96.67%（重量）的所述矿棉和所述碎纸。

25、按照权利要求21的方法，其中所述耐火粘土材料经1816℃（3300°F）或1816℃（3300°F）以上的温度焙烧，熔点约1510℃（2750°F）。

26、按照权利要求25的方法，其中所述的耐火粘土材料呈颗粒状，容重为每0.02837立方米13.61公斤（每立方英尺30磅），正负误差5%。

27、按照权利要求26的方法，其中包括将所述的耐火粘土颗粒埋入所述的普通易燃的纤维材料中。

28、一种制造隔声、隔热和防火的轻质材料的方法，该方法包括以下步骤：

提供一种固体组合物和一种液态粘结剂，

提供固体组合物，即：

提供16.67～36.67%（重量）普通易燃的有机轻质纤维材料，

切细所述的通常易燃的纤维材料，

提供3.33～10%（重量）耐火粘土材料，

在所述的易燃纤维材料被切细之后，将所述的耐火粘土材料埋入所述的普通易燃的纤维材料，以降低其易燃性，

提供60～80%（重量）不易燃的无机轻质纤维材料，

撕开所述的不易燃的纤维材料，以提供高温松散纤维材料，和

将所述的不易燃的纤维材料同所述的普通易燃的纤维材料混合，

在所述的耐火粘土材料埋入所述的不易燃的纤维材料后以及在所述的不易燃的纤维材料被撕开之后，将所述的不易燃的纤维材料同所述的普通常易燃的纤维料混合，

提供液态粘结剂，即：

提供液态硅酸钠，其二氧化硅与氧化钠之比大于3.22∶1，

所述的液态粘结剂是适合于在防火中将所述的固体组合物保留在材料表面上的。

29、按照权利要求28的方法，其中液态硅酸钠是由含50%水的所述液态硅酸钠按1∶1比例再与水混合而成的溶液。

30、按照权利要求29的方法，其中粘结剂与固体组合物是按每136.1公斤（300磅）固体组合物对250公升（55加仑）液态粘合剂的比例一起使用的。

31、按照权利要求28的方法，其中所说的充当湿润剂的表面活性剂是加到所述的液态硅酸钠中。

32、按照权利要求31的方法，其中所述的表面活性剂为阴离子磺化烷基酯，其含量大约为所述的液态粘结剂的0.5%（重量）。

33、按照权利要求28的方法，其中所述的不易燃的纤维材料包含矿棉，所述的普通易燃的纤维材料包含纤维素纤维。

34、按照权利要求33的方法，其中所述的纤维素纤维是由碎纸提供的。

35、按照权利要求34的方法，其中包括提供90～96.67%（重量）矿棉和所述的碎纸。

36、按照权利要求28的方法，其中所述的耐火粘土材料经1816℃（3300°F）或1816℃（3300°F）以上的温度焙烧，以获得1510℃（2750°F）的熔点。

37、按照权利要求36的方法，其中所述的耐火粘土材料呈颗粒状，容重为每0.02837立方米13.61公斤（每立方英尺30磅），正负误差5%。

38、按照权利要求37的方法，其中包括将所述的耐火粘土材料颗粒埋入所述的普通易燃的纤维材料中。