CN101962272A

CN101962272A - 一种难燃型植物纤维建筑保温墙体材料及其制备方法

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Publication number: CN101962272A
Application number: CN2010105092410A
Authority: CN
Inventors: 谢拥群; 刘景宏
Original assignee: Fujian Agriculture and Forestry University
Current assignee: Fujian Agriculture and Forestry University
Priority date: 2010-10-18
Filing date: 2010-10-18
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2030-10-18
Also published as: CN101962272B

Abstract

本发明一种难燃型植物纤维建筑保温墙体材料的制备方法，用竹、木及农作物秸秆为原料，经过软化处理、纤维分离、浆料浓缩、纤维帚化、增强处理、防水处理、阻燃处理后，在注入发泡剂并通过机械搅拌将空气引入液体发泡的方法使溶液发泡；将发泡后的溶液注入容器，并经过脱水、干燥定型后，经锯切成板材，通过表面喷涂处理、烘干等工艺制成。它使木材的枝桠资源、丛生的小径竹和竹加工边角料、农作物秸秆成为高附加值的高效建筑保温材料。

Description

一种难燃型植物纤维建筑保温墙体材料及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料领域，更具体涉及一种难燃型植物纤维建筑保温墙体材料的制备方法。

背景技术

在建筑节能方面，据统计分析，我国每年约有36%的能源消耗用于室内取暖或降温。其主要原因在于我国大部分建筑的保温性能较差，达不到2006年起实施的《民用建筑节能管理规定》。从 2000 年到 2004 年, 全国按节能标准设计的项目只有58.53%, 按节能标准建造的项目只有 23.25%。在老建筑中，这一比例更低。为此，我国开展了大规模的建筑节能改造工程，俗称“穿衣戴帽”工程。

当前的保温材料主要以聚苯乙烯为主，它占现有保温材料用量的的99％。但聚苯乙烯作为保温材料，存在十分严重的安全隐患。2009年元霄节央视大楼的大火和发生在全国各地的和央视大楼相似的建筑火灾造成了十分惨重的人民生命和财产损失。究其原因，是因为聚苯乙烯保温材料的阻燃性能差，且燃烧过程产生的烟气有毒。另外，聚苯乙烯等现有有机保温材料，均以石化资源为原料，加重了对石油资源的消耗。

利用植物纤维资源替代石化资源是构筑生物质材料产业链是当前世界关注的重要议题。因为植物资源具有吸收大气二氧化碳的碳汇和固碳功能，大量的使用植物资源是将大气中的二氧化碳用固体形式固定下来的最佳方法。难燃型植物纤维保温材料以植物纤维为材料，应用于建筑节能保温，不仅具有降低能耗和减少二氧化碳排放，更有固碳的功能。

发明内容

本发明提供了一种难燃型植物纤维建筑保温墙体材料及其制备方法，该材料可作为现在建筑墙体材料的替代材料，应用在工业厂房尤其是钢结构厂房的保温，防火门的内填充材料，还因为它的良好吸音、隔音特性，可以应用于室内的内隔墙，室内顶棚和公共建筑内的消声材料等等。

一种难燃型植物纤维建筑保温墙体材料及其制备方法，其特征在于：该保温墙体材料的制备工艺流程为：将木、竹及农作物秸秆经过软化处理、纤维分离、浆料浓缩、纤维帚化、增强处理、防水处理、阻燃处理、液体发泡、发泡液体注入容器、脱水、干燥定型、锯切、表面喷涂、烘干。

该制备方法的具体步骤为：

1）软化处理：将木、竹及农作物秸秆放在软化处理罐中，用质量浓度为1-3%的NaOH溶液浸泡，温度100～150℃，时间5－10小时，进行蒸煮软化；

2）纤维分离：采用磨盘式磨机对植物原料进行分离，磨盘间隙控制在0.1-0.5mm；可采用冷磨或热磨的方式，冷磨可在室温条件下进行，热磨的温度为120-180℃；

3）浆料浓缩：通过目数10-50目的网筛将浆料中的20%-40%的碱性溶液脱出，并将脱出的碱性溶液回引至软化罐；

4）纤维帚化：通过槽式或盘式机械通过打浆的方法，将植物纤维分丝帚化，加入20%-40%的化学浆料，控制叩解度在27～32⁰SR之间；

5)增强处理:通过缓慢搅拌的方式将增强剂加入到步骤4）的溶液中，实现对植物纤维的增强改性；

6）防水处理：通过加入松香防水剂20~50ml/L、AKD5～15mg/L、聚氨酯10～25ml/L中的一种或几种，，提高产品的防水性能的方法；

7）阻燃处理：通过加入FWR 8-12mg/L、双氰胺20～30mg/L、尿素150～180mg/L并和增强剂中的二氧化硅、硫酸铝、硅酸钠协同作用达到防火能力达到国家B1级标准；

8）发泡：在浆料中加入发泡剂，在液/气混合器中，通过高速搅拌的方法实现发泡，搅拌速度1000～1500rpm,时间20-40分钟；

9）表面喷涂：将发泡后的溶液注入容器经脱水、干燥定型、锯切后，将硅酸盐、氢氧化镁与硅酸钠按质量比1：1-2：1-2混合，用喷枪将混合溶液喷涂在材料表面，或采用涂刷的方法将硅酸盐、氢氧化镁与硅酸钠混合溶液涂刷在材料表面；

11）烘干：采用热风干燥方式，干燥温度100-160℃。

所述的增强剂是阳离子淀粉10～30mg/L、羧基改性硅油5～15mg/L、ASA 5～10mg/L、聚丙乙烯醇50～150mg/L、二氧化硅3～15g/L、硅酸钠10～20g/L中的一种或几种，用硫酸铝将溶液的PH控制在4.5。所述发泡剂为十二烷基醚硫酸铵100-200mg/L、十二烷基硫酸铵100-200mg/L、十六烷基磺酸钠100-200mg/L、松醇油60-120mg/L、三乙氧基丁烷60-120mg/L中的任意一种。所述的脱水是一种去除水分的一种方法，在湿坯料下部制造一个真空空间，帮助水分脱除。真空度控制在0.5-5kPa。所述的干燥是一种去除水分，并使材料固化的一种方法。在干燥空间内保持温度在70-110℃之间，相对湿度保持在60-90%之间。所述的锯切是通过带锯、圆锯对材料进行锯解或采用刀具对材料切割成板材（含异性板材的方法）的一种方法，其特征在于：锯解或切割的刃口处的线速度10-200米/秒。所述的烘干工艺是一种将材料表面喷涂的涂料固化的方法，其特征是：采用热风干燥方式，干燥温度100-160℃。

本发明所制备的材料，经国家建筑材料工业房建材料质量监督检测测试中心参照GBJ88-1985,GB8624-1997,JG149-2003,GB/T10294-2008检测，该材料具有低密度（密度范围0.02-0.18g/cm3）,高保温性能（导热系数0.024-0.04W/KM）,良好的力学性能（弹性模量11-45MPa、静曲强度0.05-0.7 MPa、内结合强度0.05-0.145 MPa），优良隔音降噪特性（隔音降噪系数0.55-0.85），透气性强（6.3-16×103I/(75Pa)ms）,难燃级防火特性（国家B1级标准）的优点，能应用于建筑内外墙节能保温的墙体材料。该材料以内部“微桁架”结构为特征，植物纤维是材料结构的“杆”，植物纤维端部联接“为节”，形成网状结构，植物纤维在材料内部为连续性分布，胶料/无机物等为增强材料。形成低密度、抗火灾能力高。解决了植物纤维作为墙体材料的力学强度问题、保温特性问题、吸音降噪问题、防火阻燃问题；减少了因为采用聚苯板等保温材料而形成的火灾隐患、提高了植物纤维的附加值、减少了石化资源在建筑保温等领域的使用，实现节能减排。

同时由于竹木及农作物秸秆中主要成分木素、半纤维素均为产品中有效的组成部分，因此在原料纤维生产过程中没有造纸纸浆脱木素工艺，且无需漂白，所以没有废水排放。不仅解决了环境的污染问题，还使原料全部得以利用。解决了秸秆焚烧问题且带动经济发展，变废为宝。

附图说明

图1本发明工艺流程图。

具体实施方式

实施例1：杉木纤维建筑保温墙体材料

将速生杉木间伐材削成3cm×2cm×0.2cm木片，用2％的NaOH溶液在150℃蒸锅内蒸煮软化6小时。将经过蒸煮软化的木片（含全部处理液）进入高浓盘磨分离纤维。通过挤压过滤（过滤网30目），将纤维中的处理液挤出，得到的杉木纤维浓度为20％。挤出的处理液再用于木片处理。以杉木纤维浆70％，化学木浆（市场购买）30％混合投入打浆机（型号：6—2）打浆至叩解度28°SR，实现帚化处理，并调制成浆浓6％。依次加入羧基改性硅油8mg/L、阳离子玉米淀粉6mg/L、ASA 6mg/L和松香防水剂10mg/L混合，再加入FWR10mg/L、双氰胺20mg/L、尿素150ml/L和二氧化硅15g/L和硅酸钠10g/L混合，并加入硫酸铝将溶液PH值调整至4.5，实现对纤维的改性。加入十二烷基醚硫酸铵（或十二烷基硫酸铵）110mg/L用搅拌机（型号7312—I）混合，调整浆浓至4％，全过程控制温度<40℃。将调配好的浆液注入模具，并加热至70℃并搅拌发泡，发泡倍率2.5；撤除模具底部托板，静置脱水8分钟，送入干燥箱干燥，干燥温度120℃，时间6小时。取出试样，切割成30cm×30cm×5cm的试样块，将硅酸盐、氢氧化镁与硅酸钠按比例1：1：1混合后，在其表面混合喷涂溶液15g/M²，并再次在120℃中干燥5分钟，试样制作完成。

所制备的样品主要参数为：密度0.058g/cm³、导热系数0.031W/KM、抗拉强度0.145MPa、吸音降噪系数0.76。

实施例2：竹纤维建筑保温墙体材料

将采集的绿竹切削成3cm×1cm×0.2cm竹片，用3％的NaOH溶液在150℃蒸锅内蒸煮软化8小时。将经过蒸煮软化的竹片（含全部处理液）进入高浓盘磨分离纤维。通过挤压过滤（过滤网20目），将纤维中的处理液挤出，得到的竹纤维浓度为20％。挤出的处理液再用于竹片处理。以竹纤维浆80％，化学木浆（市场购买）20％混合投入打浆机（型号：6—2）打浆至叩解度30°SR，实现帚化处理，并调制成浆浓4％。依次加入羧基改性硅油10mg/L、阳离子玉米淀粉11mg/L、聚乙烯醇75mg/L和松香防水剂15mg/L混合，再加入二氧化硅8g/L和硅酸钠15g/L混合，并加入硫酸铝将溶液PH值调整至4.5，实现对纤维的改性。加入三乙氧基丁烷（或松油醇）80mg/L用搅拌机（型号7312—I）混合，调整浆浓至5％，全过程控制温度<40℃。将调配好的浆液注入模具，并加热至70℃并搅拌发泡，发泡倍率3.0；撤除模具底部托板，静置脱水15分钟（脱除的溶液回用）。将湿坯送入干燥箱干燥，干燥温度110℃，时间8小时。取出试样，切割成30cm×30cm×5cm的试样块，将硅酸盐、氢氧化镁与硅酸钠按比例1：2：1混合后，在其表面混合喷涂溶液15g/M²，并再次干燥5分钟，试样制作完成。

所制备的样品主要参数：密度0.038g/cm³、导热系数0.027W/KM、抗拉强度0.12MPa、吸音降噪系数0.81。

实施例3：稻草纤维建筑保温墙体材料

将收集的稻草铡成3cm长的草段，用1％的NaOH溶液在110℃蒸锅内蒸煮软化5小时。将经过蒸煮软化的草段（含全部处理液）进入高浓盘磨分离纤维。通过挤压过滤（过滤网50目），将纤维中的处理液挤出，得到的稻草纤维浓度为20％。挤出的处理液再用于草段处理。以稻草纤维浆60％，化学木浆（市场购买）40％混合投入打浆机（型号：6—2）打浆至叩解度30°SR，实现帚化处理，并调制成浆浓5％。依次加入阳离子玉米淀粉20mg/L、聚乙烯醇115mg/L和松香防水剂15mg/L混合，再加入二氧化硅3g/L和硅酸钠20g/L混合，并加入硫酸铝将溶液PH值调整至4.5，实现对纤维的改性。加入三乙氧基丁烷（或松油醇）80mg/L用搅拌机（型号7312—I）混合，调整浆浓至5％，全过程控制温度<40℃。将调配好的浆液注入模具，并加热至90℃并搅拌发泡，发泡倍率1.5；撤除模具底部托板，静置脱水25分钟（脱除的溶液回用）。将湿坯送入干燥箱干燥，干燥温度115℃，时间8小时。取出试样，切割成30cm×30cm×5cm的试样块，将硅酸盐、氢氧化镁与硅酸钠按比例1：2：2混合后，在其表面混合喷涂溶液15g/M²，并再次干燥5分钟，试样制作完成。

所制备样品主要参数：密度0.087g/cm³、导热系数0.0375W/KM、抗拉强度0.12MPa、吸音降噪系数0.63。

实施例4：杉木纤维建筑保温墙体材料

将速生杉木间伐材削成3cm×2cm×0.2cm木片，用2％的NaOH溶液在100℃蒸锅内蒸煮软化10小时。将经过蒸煮软化的木片（含全部处理液）进入高浓盘磨分离纤维。通过挤压过滤（过滤网30目），将纤维中的处理液挤出，得到的杉木纤维浓度为20％。挤出的处理液再用于木片处理。以杉木纤维浆70％，化学木浆（市场购买）30％混合投入打浆机（型号：6—2）打浆至叩解度27°SR，实现帚化处理，并调制成浆浓6％。依次加入羧基改性硅油5mg/L、阳离子玉米淀粉30mg/L、ASA 6mg/L和松香防水剂10mg/L混合，再加入FWR8mg/L、双氰胺30mg/L、尿素180ml/L和二氧化硅15g/L和硅酸钠10g/L混合，并加入硫酸铝将溶液PH值调整至4.5，实现对纤维的改性。加入十二烷基醚硫酸铵（或十二烷基硫酸铵）110mg/L用搅拌机（型号7312—I）混合，调整浆浓至4％，全过程控制温度<40℃。将调配好的浆液注入模具，并加热至70℃并搅拌发泡，发泡倍率2.5；撤除模具底部托板，静置脱水8分钟，送入干燥箱干燥，干燥温度120℃，时间6小时。取出试样，切割成30cm×30cm×5cm的试样块，将硅酸盐、氢氧化镁与硅酸钠按比例1：1：2混合后，在其表面混合喷涂溶液15g/M²，并再次干燥5分钟，试样制作完成。

实施例5：竹纤维建筑保温墙体材料

将采集的绿竹切削成3cm×1cm×0.2cm竹片，用3％的NaOH溶液在120℃蒸锅内蒸煮软化8小时。将经过蒸煮软化的竹片（含全部处理液）进入高浓盘磨分离纤维。通过挤压过滤（过滤网20目），将纤维中的处理液挤出，得到的竹纤维浓度为20％。挤出的处理液再用于竹片处理。以竹纤维浆80％，化学木浆（市场购买）20％混合投入打浆机（型号：6—2）打浆至叩解度30°SR，实现帚化处理，并调制成浆浓4％。依次加入羧基改性硅油15mg/L、阳离子玉米淀粉11mg/L、聚乙烯醇50mg/L和松香防水剂15mg/L混合，再加入二氧化硅8g/L和硅酸钠15g/L混合，并加入硫酸铝将溶液PH值调整至4.5，实现对纤维的改性。加入三乙氧基丁烷（或松油醇）60mg/L用搅拌机（型号7312—I）混合，调整浆浓至5％，全过程控制温度<40℃。将调配好的浆液注入模具，并加热至70℃并搅拌发泡，发泡倍率3.0；撤除模具底部托板，静置脱水15分钟（脱除的溶液回用）。将湿坯送入干燥箱干燥，干燥温度110℃，时间8小时。取出试样，切割成30cm×30cm×5cm的试样块，将硅酸盐、氢氧化镁与硅酸钠按比例1：1：1混合后，在其表面混合喷涂溶液15g/M²，并再次干燥5分钟，试样制作完成。

实施例6：稻草纤维建筑保温墙体材料

将收集的稻草铡成3cm长的草段，用1％的NaOH溶液在110℃蒸锅内蒸煮软化5小时。将经过蒸煮软化的草段（含全部处理液）进入高浓盘磨分离纤维。通过挤压过滤（过滤网50目），将纤维中的处理液挤出，得到的稻草纤维浓度为20％。挤出的处理液再用于草段处理。以稻草纤维浆60％，化学木浆（市场购买）40％混合投入打浆机（型号：6—2）打浆至叩解度32°SR，实现帚化处理，并调制成浆浓5％。依次加入阳离子玉米淀粉20mg/L、聚乙烯醇115mg/L和松香防水剂15mg/L混合，再加入二氧化硅3g/L和硅酸钠20g/L混合，并加入硫酸铝将溶液PH值调整至4.5，实现对纤维的改性。加入三乙氧基丁烷（或松油醇）120mg/L用搅拌机（型号7312—I）混合，调整浆浓至5％，全过程控制温度<40℃。将调配好的浆液注入模具，并加热至90℃并搅拌发泡，发泡倍率1.5；撤除模具底部托板，静置脱水25分钟（脱除的溶液回用）。将湿坯送入干燥箱干燥，干燥温度115℃，时间8小时。取出试样，切割成30cm×30cm×5cm的试样块，将硅酸盐、氢氧化镁与硅酸钠按比例1：2：2混合后，在其表面混合喷涂溶液15g/M²，并再次干燥5分钟，试样制作完成。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种难燃型植物纤维建筑保温墙体材料及其制备方法，其特征在于：该保温墙体材料的制备工艺流程为：将木、竹及农作物秸秆经过软化处理、纤维分离、浆料浓缩、纤维帚化、增强处理、防水处理、阻燃处理、液体发泡、发泡液体注入容器、脱水、干燥定型、锯切、表面喷涂、烘干。

2.一种如难燃型植物纤维建筑保温墙体材料及其制备方法，其特征在于：所述的制备方法的具体步骤为：

2）纤维分离：采用磨盘式磨机对植物原料进行分离，磨盘间隙为0.1-0.5mm;

6）防水处理：通过加入松香防水剂20~50ml/L、AKD5～15mg/L、聚氨酯10～25ml/L中的一种或几种，提高产品的防水性能的方法；

9）表面喷涂：将发泡后的溶液注入容器经脱水、干燥定型、锯切后，将硅酸盐、氢氧化镁与硅酸钠按质量比1：1-2：1-2混合后，用喷枪将混合溶液喷涂在材料表面，或采用涂刷的方法将硅酸盐、氢氧化镁与硅酸钠混合溶液涂刷在材料表面；

10）烘干：采用热风干燥方式，干燥温度100-160℃。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述的增强剂是阳离子淀粉6～30mg/L、羧基改性硅油5～15mg/L、ASA 5～10mg/L、聚丙乙烯醇50～150mg/L、二氧化硅3～15g/L、硅酸钠10～20g/L中的一种或几种，用硫酸铝将溶液的PH调整到4.5。

4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述发泡剂为十二烷基醚硫酸铵100-200mg/L、十二烷基硫酸铵100-200mg/L、十六烷基磺酸钠100-200mg/L、松醇油60-120mg/L、三乙氧基丁烷60-120mg/L中的任意一种。