CN102501300B - 一种复合型建筑保温用矿棉板的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合型建筑保温用矿棉板的制造方法，该方法以专用界面剂为粘结剂，将玻璃纤维网格布完全包覆在建筑用大密度矿棉板表面，以改善无机矿棉板自身缺陷，使得该产品能够达到国家或行业相关标准的要求，成为一种A级不燃、柔韧、高强、防水透气和高耐候性的建筑保温用矿棉类材料。经试验证明，本发明制备的复合型建筑保温用矿棉板符合《建筑外墙外保温用岩棉制品》(GB/T25975-2011)，《膨胀聚苯板外墙外保温薄抹灰系统》(JG149-2003)，《建筑防火规程》(GB50016)等国家或者行业标准的相关规定。
Description
技术领域
本发明属于化工建材领域，涉及能应用在建筑保温体系中的保温材料的制造方法。具体的说是一种复合型建筑保温用矿棉板及制造方法，能够改善无机矿棉板自身缺陷，使得该产品能够达到国家或行业相关标准的要求。
背景技术
我国的矿棉质量和应用与发达国家相比存在明显差距，尤其在建筑领域，我国只有10％的矿棉应用于建筑业。欧洲的保温隔热材料，无机纤维类材料约占整个市场的60％。有机类材料，如膨胀和挤塑式聚苯板约占市场的27％。在建筑节能领域，矿棉类材料所占比重更高。由于矿棉材料具有防火等级高等特点，在国外的建筑体系中得以广泛应用。如美国人均消费为5-10kg，北欧为20kg以上，前苏联也在5kg以上。由于防火问题，传统的聚苯板体系在美国仅占17％，而岩、矿渣棉板占70％。英国规定18m以上房屋必须使用不燃材料作为外墙保温材料，德国规定20m以上建筑只能采用该类材料作外保温。
在建筑节能领域，过多、过量的使用有机保温材料，将对建筑安全和环境造成巨大的潜在危害。利用矿棉制品部分或全部替代现有有机材料，已迫在眉睫。
一般而言，利用无机纤维材料，特别是利用矿棉，其主要优点之一就是它能够承受高达500-600℃的高温不被损坏，而且它不会燃烧，具有最高的防火等级。另一个优势就是矿渣棉与粘结材料、建筑围护结构材料同属无机材料，物性相近，保温隔热体系各构造层相容性较高，整个体系的安全性和可靠性增加。
另外，从资源循环高效利用的角度来看，将高炉矿渣及其他固体废弃物进行深加工，制备成能够用于保温节能墙体的保温材料，市场前景广阔。
目前，大量的矿棉制品(板)用于外墙保温施工的过程中，存在急需解决的板材耐久性、表面性质(尤其是力学性能)以及施工方案的优化等问题。如何结合我国的生产实际，开发出具有国际领先水平的矿(岩)棉保温产品，已经成为我国大力发展建筑节能工作中急需攻关解决的问题，必须具有创新思维。
根据申请人所作的资料检索，和本申请相关的国内外研究进展如下：
矿棉板是以高炉矿渣、玄武岩、辉绿岩为主要原料，外加一定数量的助剂，经高温熔融离心吹制而成的松散材料，加入适量粘接剂、防尘剂、憎水剂等外加剂后，压制固化而成的具有一定强度的板状制品。根据目前的生产工艺，可分为沉降法矿(岩)棉板、摆锤法矿(岩)棉板和三维法矿(岩)棉板。
岩、矿棉是目前外墙外保温中能够达到A级标准的最佳首选材料。岩、矿棉中所有金属氧化物均为稳定的氧化物，在火灾过程中没有氧化还原反应发生，因此为理想的不燃材料，具有良好的高温稳定性。在300℃下，体积和强度性能可以长期保持。短时高温作用于岩、矿棉板表面，其整体体积和形状不发生变化。其导热系数为0.035W/m.k-0.045W/m.k。
在国外早已将岩、矿棉类无机材料制成保温隔热制品，用于建筑节能工程。在国际上也有用于建筑节能的岩、矿棉类无机板材的相关标准。但是我国的情况与国外具有不同的特点。
在欧洲，大多数情况下采用岩棉保温制品作为高等级外墙外保温的主体材料。而我国目前大部分使用高炉矿渣等固体废弃物为主要原料，生产的产品实际为矿渣棉。我国目前岩、矿棉总产能为108万吨/年，其中岩棉为10万吨/年。矿渣棉为98万吨/年。主要应用于蒸汽管道和炉墙的保温，其质量与大规模用于墙体保温的要求相去甚远。
未来将矿棉板用于外墙外保温主要存在的问题包括：没有考虑矿棉化学组成与耐久性之间的关系；国产矿棉类无机保温制品普遍存在表面强度低、耐水性差等问题；用于外墙外保温系统的构造和施工过程中，简单地套用有机保温板的方法，没有针对矿棉类保温制品的施工方案等。这些问题严重制约了矿棉在建筑领域的使用，使得目前有高安全等级要求的建筑外墙外保温工程面临无材料可用的尴尬局面。
为推动无机类保温材料应用，针对所存在主要问题，本申请的目标是结合现有矿棉板特点，设计一种能够对矿棉板进行表面封闭的材料，提高矿棉板的耐久性和外墙外保温施工性，以推动无机类保温材料在建筑节能中的应用。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种复合型建筑保温用矿棉板的制造方法，该方法以专用界面剂为粘结剂，将玻璃纤维网格布完全包覆在建筑用大密度矿棉板表面，是一种具有A级不燃、柔韧、高强、防水透气和高耐候性的建筑保温用矿棉类材料，在满足国家节能保温要求，同时，更加安全可靠，保护好广大人民群众的生命及财产安全。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案予以实现：
一种复合型建筑保温用矿棉板的制造方法，其特征在于，该方法以无机矿棉板为保温芯材，配以专用界面剂和玻璃纤维网格布，用喷涂、辊涂或刷涂方式使玻璃纤维网格布均匀平整的完全包覆在无机矿棉板上，所述的专用界面材料由以下质量百分比的原料组成：无机胶凝材料：15％～30％，聚合物胶粘剂：10％～45％，无机矿物粉料：10％～50％，功能性助剂：1.5％～2％，余量为水。
本发明制成的复合型建筑保温用矿棉板，改善了无机矿棉板自身缺陷，能够满足国家或行业相关标准的要求。其特点是：
1、复合型建筑保温用矿棉板的规格，可以根据无机矿棉板的任意尺寸进行加工，以方便后期保温工程施工；
2、复合型建筑保温用矿棉板属于A级不燃材料，安全可靠。
3、柔韧高强：以专用界面剂和玻璃纤维网格布的加入，能大幅度提高无机矿棉板的抗拉强度，抗压强度、抗剥离性能、尺寸稳定性。
4、具有良好的防水性能，可以有效地防止因水分入侵对无机矿棉板的损害。具有高透气性，既使有水蒸气的侵入也能随着室内外温度地变化而使水分子尽快排出。
5、专用界面材料与无机矿棉板、建筑物基层和复合型建筑保温用矿棉板有优异的粘结力和良好的相容性。
6、耐候性好，完全可以达到国家对保温材料使用年限的规定。
具体实施方式
本发明在保证纤维制品耐久性的基础上，结合现有矿棉板在应用过程中存在的实际问题，开展矿棉制品用于外墙外保温构造体系时，如何提高界面强度、降低纤维飞散和环境污染等问题研究，为提出符合国情的矿棉板外墙施工方案打下基础。
研究思路是分析矿棉组成、结构与性能之间的关系，研究提高矿渣棉产品物理、力学性能的方法，提出矿棉制品表面改性的技术途径，为采用矿棉保温板外墙施工提供技术保证。研究目标如下：
1、表面改性材料涂覆矿棉板后，提高矿棉板耐久性能；
2、表面改性材料显著改善矿棉板板面力学性能，提高矿棉板施工性能。
通过上述研究内容，可为矿棉板的实际推广和改性提高提供技术依据。
主要研究内容有：
首先对现有的矿棉板进行取样分析，确定生产原料的基本特点。在实验室探索性地开展矿棉保温板板面界面材料与纤维作用后新相形成规律研究。根据实际检测和分析结果，以提高矿棉板外墙外保温实际应用能力为目标，开发高性能矿棉板界面改性材料。
主要包括：对矿渣纤维的化学、矿物成分、纤维几何尺寸等进行测试分析；在环境介质作用下，矿棉纤维的碱侵蚀性能研究。阐明矿渣纤维与耐碱性之间的关系，提出配制矿棉板专用改性覆面材料的技术路线。
创新点：
1)提出保持界面物理力学性能的技术方案；
2)提出矿棉板板面改性技术的理念，研究矿棉保温板板面界面材料的配方组成，探索矿棉保温板界面改性的方式方法，提高矿棉板外墙施工性能。
申请人在前期已经在对矿渣纤维的化学、矿物成分、纤维几何尺寸以及矿棉纤维在建筑外墙环境中的受侵蚀机理进行了大量的研究，因此具备了本发明的先决条件。
为了解决的无机矿棉板材耐久性、表面性质(尤其是力学性能)，研究了复合型建筑保温用矿棉板的制造方法，采用以无机矿棉板为保温芯材，无机胶凝材料为增强剂，聚合物乳液为胶粘剂，无机矿物粉料为填充剂，功能性助剂为改性剂，水补足余量，无机颜料为着色剂，玻璃纤维网格布为包裹材料。
无机矿棉板选择岩棉板、矿渣板、离心玻璃棉其中一种及一种以上组合。
专用界面剂由以下质量百分比的原料组成：无机胶凝材料：15％～30％，聚合物胶粘剂：10％～45％，无机矿物粉料：10％～50％，功能性助剂：1.5％～2％，水补足余量。
如果制成不同的色彩，在其中添加无机颜料，无机颜料的用量为无机胶凝材料的5％。
无机颜料选择氧化铁系颜料其中一种及一种以上组合。
无机胶凝材料选择硅酸盐系水泥、高铝水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、地质聚合物水泥、石膏其中的一种及一种以上组合。
所述的无机矿棉板是岩棉板、矿渣棉板、玻璃纤维板或其他由无机物制成的保温板的一种及一种以上组合。
聚合物乳液选择苯丙乳液、纯丙乳液、弹性防水乳液、水性环氧树脂乳液、VAE乳液、EVA乳液、有机硅苯丙乳液、可分散性乳胶、水性聚氨酯其中的一种及一种以上组合。
无机矿物粉料选择石英粉、重质碳酸钙、轻质碳酸钙、云母粉、煅烧高岭土、钛白粉、硅灰石粉、水镁石粉、高炉磨细矿渣粉、硅灰、沸石粉、粉煤灰其中的一种及一种以上组合。
功能性助剂由分散剂、消泡剂、引气剂、偶联剂、增稠剂适量、保水剂、增塑剂、杀菌防霉剂组成。
具体的制造方法按以下步骤进行：
(1)专用界面剂制备：
A、粉料制备：将无机胶凝材料、无机矿物粉料、功能性助剂和颜料按质量百分比以次加入混合机，混合8～10分钟即可计量包装，每袋21千克入库备用；
B、液体制备：将聚合物粘结剂和余量的水按质量百分比依次加入到分散罐中低速分散(每分钟不能超过400转/分)混合，10分钟后加入功能性助剂，再继续分散10分钟即可计量包装，每桶9千克(于粉料对应包装)入库备用；
(2)玻璃纤维网格布选用质量不小于140克/m2的耐碱型玻璃纤维网格布，网眼为5mm×5mm，裁切成与无机矿棉板规格相对应的尺寸备用；
(3)取一只容器，将对应包装组份的液体加入容器，在搅拌下缓慢加入对应包装的粉料，搅拌均匀即可使用；
(4)取一块无机矿棉板，在板面上均匀涂覆(可以机器喷涂或人工刷涂)上拌合好的专用界面剂；
(5)将裁切好的玻璃纤维网格布平整的覆盖在涂有专用界面剂的无机矿棉板上，再涂覆一层拌合好的专用界面材料，使专用界面剂均匀的覆盖在网格布的表面(可以机器喷涂、人工刷涂或刮涂)，经晾晒或烘干后即完成整个复合工艺。
经试验证明，本发明制备的复合型建筑保温用矿棉板，符合《建筑外墙外保温用岩棉制品》(GB/T25975-2011)，《膨胀聚苯板外墙外保温薄抹灰系统》(JG149-2003)，《建筑防火规程》(GB50016)等国家或者行业标准的相关规定。
Claims (8)
1.一种复合型建筑保温用矿棉板的制造方法，其特征在于，该方法以无机矿棉板为保温芯材，配以专用界面剂和玻璃纤维网格布，用喷涂、辊涂或刷涂方式使玻璃纤维网格布均匀平整的完全包覆在无机矿棉板上，所述的专用界面剂由以下质量百分比的原料组成：无机胶凝材料：15%～30%，聚合物胶粘剂：10%～45%，无机矿物粉料：10%～50%，功能性助剂：1.5%～2%，余量为水；
具体包括下列步骤：
（1）专用界面剂制备：
A、粉料制备：将无机胶凝材料、无机矿物粉料、功能性助剂按质量百分比依次加入混合机，或者将颜料也按用量依次加入混合机，混合８～10分钟，计量包装，每袋按21千克入库备用；
B、液体制备：将聚合物粘结剂和余量的水按质量百分比依次加入到分散罐中，以每分钟不能超过400转/分的速度分散，混合10分钟后加入功能性助剂，再继续分散10分钟，计量包装，每桶按9千克入库备用；
（2）玻璃纤维网格布选用质量不小于140克/m2的耐碱型玻璃纤维网格布，网眼尺寸为5mm×5mm，裁切成与无机矿棉板规格相对应的尺寸备用；
（3）取一只容器，将一桶包装的液体加入容器，在搅拌下缓慢加入一袋包装的粉料，搅拌均匀即得到专用界面材料；
（4）取一块无机矿棉板，在板面上均匀涂覆或机器喷涂或人工刷涂上拌合好的专用界面剂；
（5）将裁切好的玻璃纤维网格布平整的覆盖在涂有专用界面剂的无机矿棉板上，再采用机器喷涂、人工刷涂或刮涂的方法涂覆一层专用界面剂，使专用界面剂均匀的覆盖在网格布的表面，经晾晒或烘干后即制成复合型建筑保温用矿棉板。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的专用界面剂还添加有无机颜料，所述无机颜料的用量为无机胶凝材料的5%。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的无机胶凝材料选择硅酸盐系水泥、高铝水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、地质聚合物水泥、石膏其中的一种及一种以上组合。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚合物乳液选择苯丙乳液、纯丙乳液、弹性防水乳液、水性环氧树脂乳液、VAE乳液、EVA乳液、有机硅苯丙乳液、可分散性乳胶、水性聚氨酯其中的一种及一种以上组合。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无机矿物粉料选择石英粉、重质碳酸钙、轻质碳酸钙、云母粉、煅烧高岭土、钛白粉、硅灰石粉、水镁石粉、高炉磨细矿渣粉、硅灰、沸石粉、粉煤灰其中的一种及一种以上组合。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，功能性助剂由分散剂、消泡剂、引气剂、偶联剂、增稠剂适量、保水剂、增塑剂、杀菌防霉剂组成。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的无机矿棉板是岩棉板、矿渣棉板、玻璃纤维板或其他由无机物制成的保温板的一种及一种以上组合。
8.如权利要求2所述的方法，其特征在于，无机颜料选择氧化铁系颜料其中一种及一种以上组合。
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