CN103011747B - 多硅生物质酚醛发泡保温防火材料及其制作方法 - Google Patents
多硅生物质酚醛发泡保温防火材料及其制作方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明是一种多硅生物质酚醛发泡保温防火材料，其特点是，包括改性硅胶，酚醛树脂，氧化硅、二氧化硅和二氧化二铝中的至少一种，高岭土、氧化镁和氧化铝中的至少一种，建筑垃圾，粘土，乳化剂，发泡剂，固化剂和水。其制作方法包括改性硅胶、可发泡偶联剂、可发泡偶联剂、建筑垃圾粉、稠状骨料和成品的分步制作。其流程科学合理,制作的所述材料具有保温性能好，导热系数低，燃烧性能为A2级，性能价格比高，属于一种节约型，不可再生资源替代可发泡材料。能够满足建筑墙体外墙，包括100m以上高层建筑公共建筑、人群密集建筑墙体外墙外保温和防火要求。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，是一种多硅生物质酚醛发泡保温防火材料及其制作方法。
背景技术
目前我国各地政府在落实贯彻建筑领域“节能减排”工作，而对于建筑墙体重重之重是建筑墙体外墙外保温，建筑墙体外墙外保温防火性能如何符合国家消防部门规定的同时，满足外保温材料按国发46号文件、宜“A级保温材料”，在近三年来推出了一些新材料，目前市场共有两类材料，一类是有机材料，保温性能好，导热系数小，一般在0.043W/m.k以下，但对于防火性能而然，有机材料中最有代表性的酚醛泡沫板也只有B1级；另外，因大部分有机材料都是从石油中提炼的、而石油是不可再生资源，作为我国又是石油进口大国，所以有机材料的使用受到未来限制，应用前景不可观；第二类是无机材料，防火性能好，保温性能差，一般在导热系数0.045W/m.k以上，防火性能为A级，如岩棉，玻璃纤维板，波镁保温板。这类材料最大的缺欠是密度大、导热糸数也大，为更好地实现节能减排之目的，推广了这种有机保温材料作为建筑墙体外墙外保温，但在实施过程中因有机材料阻燃性差、曾导致数起建筑墙体外墙外保温材料引起的火灾事故，造成经济损失、甚至出现人员的伤亡，以引起政府主管部门的高度重视。正是基于这种情况，现规定：对于100m以上高层建筑工程及公共建筑如医院、学校、商场人群密集建筑要求防火级别应采用A级的无机材料，以降低火灾造成的后果。
基于现有的有机类墙体保温材料的保温效果好，防火性能差；无机类墙体保温材料的防火性能好，保温效果差的事实，本领域技术人员正在寻找两者优点兼顾的办法，诸多方面尝试解决两者的缺点。
中国专利公开(公告)号：CN201924471U，名称为“无机防火卷材可发泡性酚醛树脂复合保温板”和中国专利公开(公告)号：CN101148515，名称为“建筑用复合型酚醛泡沫保温板材及其成型方法”等公开的文献，是一层以无机料制作成有机料，如酚醛泡沫板的面层与芯材板复合来弥补，酚醛板防火性能不足，称为复合酚醛防火保温板A2，复合水泥浆后材料自重530kg/m3，特别是产品的结构及外形导致墙体保温效果大打折扣。
还有中国专利公开（公告）号：CN101735553A 名称为“一种制造改性酚醛防火保温板的材料”中，在有机酚醛树脂制作发泡工艺，填加改性材料，阻燃材料，称提高与酚醛泡沫板的阻燃能力，但燃烧性只有为B1。
中国专利公开（公告）号：CN101289519A，名称为“有机-无机复合可发泡材料的制备”，中公开了能使有机-无机复合发泡，但复合的无机材料量少，不能形成结构型不燃泡体。还有的文献公开采用三原合一、四原合一阻燃剂，来提高泡体阻燃及耐火能力，防火性能仍达不到A级，但这种合一方法原材料价格贵，如以聚磷酸铵季戊四醇三聚氰胺红磷合一每种材料价格在2万元左右，这么高的价格对于用户来说很难接受，泡体阻燃效果也不理想，当红磷在高温150℃一200℃度时，红磷在泡体内自燃并产生大量的黑烟。虽然本领域技术人员一直在努力解决现有技术所存在的问题，但迄今尚未从根据上得到解决。
发明内容
本发明目的是解决本领域技术人员一直渴望解决，但迄今尚未解决的难题，提供一种保温性能好，导热系数低，燃烧性能为A2级，性能价格比高，还属于是一种节约型不可再生资源替代可发泡材料、能够满足建筑墙体外墙，包括100m以上高层建筑及公共建筑、人群密集建筑墙体外墙外保温和防火要求的多硅生物质酚醛发泡保温防火材料；并提供其流程科学合理的制作方法。
实现本发明目的所采取的技术方案是：一种多硅生物质酚醛发泡保温防火材料的制作方法，其特征是，它包含以下步骤：
步骤1改性硅胶的制作
按重量份比将木醋液5～8份与硅胶5～15份混合，均匀搅拌3～5分钟，置于温度20～30℃下，液化30分钟制成改性硅胶；
步骤2可发泡偶联剂的制作
按重量份比将步骤1制作的改性硅胶10～23份与液态酚醛树脂11～28份混合搅拌制成可发泡偶联剂；
步骤3建筑垃圾粉的制作
按重量份比将废旧混凝土块3～5份，废旧砖头块14～16份和废旧砌块1～3份分别用机栻进行破碎，破碎后再用粉碎机进行粉碎，将粉煤灰或燃烧后的型煤块灰8～10份用粉碎机进行粉碎，分别过60～120目筛后，均匀混合制成建筑垃圾粉；
步骤4熟粘土的制作
将粘土5～10份，经温度45～55℃烘干，过1000～1250目筛得到熟粘土；
步骤5稠状骨料的制作
按重量份比将步骤2制作可发泡偶联剂21～51份与过100～200目筛的氧化硅、二氧化硅、三氧化二铝中的至少一种20～28份混合搅拌15分钟，加入过1000～1250目筛的高岭土、氧化镁、氢氧化铝中的至少一种20～28份，继续混合搅拌15分钟，加入建筑垃圾粉26～34份，继续混合搅拌5分钟，然后，加入熟粘土5～10份和水适量，继续混合搅拌30分钟制成稠状骨料；
步骤6泡体的制作
将稠状骨料92～151份，乳化剂2.8～3.5份，发泡剂3.8～4.5份，固化剂23～42份进行搅拌混合，搅拌8～12分钟后装箱进入恒温室温度为60～70℃、时间为24小时制成泡体材料；
步骤7成品材料的制作
将泡体材料经挤压成型，置入温度为50～60℃的陈化室内，经24～42小时，由软变硬制成多硅生物质酚醛发泡保温防火材料。
一种多硅生物质酚醛发泡保温防火材料，其特征是，它包括按重量份比的下述原料组分制成，改性硅胶10～23份，酚醛树脂11～28份，氧化硅、二氧化硅和二氧化二铝中的至少一种20～28份，高岭土、氧化镁和氧化铝中的至少一种20～28份，建筑垃圾26～34份，粘土5～10份，乳化剂2.8～3.5份，发泡剂3.8～4.5份，固化剂23～42份和水适量。
所述的乳化剂为吐温80。
所述的发泡剂为氢氧化钠、石油醚中的一种。
所述的固化剂为对甲磺酸、磷酸和硫酸中的一种。
本发明的多硅生物质酚醛发泡保温防火材料具有保温性能好，导热系数低，燃烧性能为A2级，性能价格比高，能够满足建筑墙体外墙，包括100m以上高层建筑、公共建筑、人群密集建筑，如学校、医院墙体外墙外保温和防火要求。
本发明多硅生物质酚醛发泡保温防火材料的制作方法，由于改性硅胶与酚醛树脂混合、配制出可发泡偶联剂，这种可发泡偶联剂：能相容匹配接纳若干个无机物“硅成份”化合物组成的“硅键体”， 再加入乳化剂、发泡剂、固化剂合成发泡，这种新型发泡体中“硅键体”撑起的泡体、具备了即保温又防火的“不燃”泡体，在于改性硅胶与酚醛树脂混合制备可发泡偶联剂及多硅硅键体作用下，保持了原酚醛泡沫保温性能好，导热系数低，燃烧性能提升到“不燃”A2级均质材料。
其进一步的优点是：
1、仅用化工石油提炼的酚醛树脂10.5%～28%的量就能够达到现有采用100%的酚醛树脂制作的保温防火材料，根据制品强度及密度不同、可节约酚醛树脂达89.5%～72%、用89.5%～72%可用再生资源材料、矿物质材料和废弃的建筑垃圾粉。采用的改性硅胶是用一种含有低沸点物质的木醋液与硅胶按比例混合加温液化后制备的具有可发能力的改性硅胶，这种改性硅胶与有机材料酚醛树脂制成可发泡的偶联剂，在可发的偶联剂中再填加相容匹配“硅成份”的多硅“硅键体” 形成泡体，这种泡体是改性硅胶与酚醛树脂混合发泡体，即保持酚醛泡沫导热系数低，保温效果好，又提高了酚醛树脂《均质》防火性能，即燃烧性能为达到A2级；
2、在不燃基础上、保持有机材料酚醛泡沫防火保温性能，导热系数为0.033W/m.k～0.04W/m.k，这种可发泡的偶联剂能够混合发泡，其中替代酚醛树脂20Kg/m3～5Okg/m3，无机材料也成为可发泡的泡体了、已不单存是填充料；
3、这种无机材料是以组合式与改性硅胶相匹配的硅键化合物混合的“多硅” 体、具备有机材料与无机材料混合在发泡剂作用加温条件实现了发泡能力，这种发泡体的导热系数及保温效果要好于单存无机材料；
4、材料成本比单存采用酚醛树脂泡沬板总体价值低1/3，其中：可发泡偶联剂比酚醛树脂低2/3，多硅体是酚醛树脂价格的1/3；
5、其流程科学合理。
具体实施方式
下面对本发明做进一步说明。
一种多硅生物质酚醛发泡保温防火材料，它包括按重量份比的下述原料组分制成，改性硅胶10～23份，酚醛树脂11～28份，氧化硅、二氧化硅和二氧化二铝中的至少一种20～28份，高岭土、氧化镁和氧化铝中的至少一种20～28份，建筑垃圾26～34份，粘土5～10份，乳化剂2.8～3.5份，发泡剂3.8～4.5份，固化剂23～42份和水适量。
所述的乳化剂为吐温80，也称聚山梨醇酯。
所述的发泡剂为：氢氧化钠、石油醚中的一种。
所述的固化剂为：对甲磺酸、磷酸和硫酸中的一种。
一种多硅生物质酚醛发泡保温防火材料的制作方法，它包含以下步骤：
步骤1改性硅胶的制作
按重量份比将木醋液5～8份与硅胶5～15份混合，均匀搅拌3～5分钟，置于温度20～30℃下，液化30分钟制成改性硅胶；
步骤2可发泡偶联剂的制作
按重量份比将步骤1制作的改性硅胶10～23份与液态酚醛树脂11～28份混合搅拌制成可发泡偶联剂；
步骤3建筑垃圾粉的制作
按重量份比将废旧混凝土块3～5份，废旧砖头块14～16份和废旧砌块1～3份分别用机栻进行破碎，破碎后再用粉碎机进行粉碎，将粉煤灰或燃烧后的型煤块灰8～10份用粉碎机进行粉碎，分别过60～120目筛后，均匀混合制成建筑垃圾粉；
步骤4熟粘土的制作
将粘土5～10份，经温度45～55℃烘干，过1000～1250目筛得到熟粘土；
步骤5稠状骨料的制作
按重量份比将步骤2制作可发泡偶联剂21～51份与过100～200目筛的氧化硅、二氧化硅、三氧化二铝中的至少一种20～28份混合搅拌15分钟，加入过1000～1250目筛的高岭土、氧化镁、氢氧化铝中的至少一种20～28份，继续混合搅拌15分钟，加入建筑垃圾粉26～34份，继续混合搅拌5分钟，然后，加入熟粘土5～10份和水适量，继续混合搅拌30分钟制成稠状骨料；
步骤6泡体的制作
将稠状骨料92～151份，乳化剂2.8～3.5份，发泡剂3.8～4.5份，固化剂23～42份进行搅拌混合，搅拌8～12分钟后装箱进入恒温室温度为60～70℃、时间为24小时制成泡体材料；
步骤7成品材料的制作
将泡体材料经挤压成型，置入温度为50～60℃的陈化室内，经24～42小时，由软变硬制成多硅生物质酚醛发泡保温防火材料。
实施例1：
实施例1的多硅生物质酚醛发泡保温防火材料的制作方法，它包含以下步骤：
步骤1改性硅胶的制作
按重量将木醋液5kg与硅胶5kg份混合，均匀搅拌3分钟，置于温度20℃下，液化30分钟制成改性硅胶；
步骤2可发泡偶联剂的制作
按重量将步骤1制作的改性硅胶10kg与液态酚醛树脂11kg混合搅拌制成可发泡偶联剂；
步骤3建筑垃圾粉的制作
按重量份比将废旧混凝土块3kg，废旧砖头块14kg和废旧砌块1kg分别用机栻进行破碎，破碎后再用粉碎机进行粉碎，将粉煤灰或燃烧后的型煤块灰8kg用粉碎机进行粉碎，分别过60～120目筛后，均匀混合制成建筑垃圾粉；
步骤4熟粘土的制作
将粘土5kg，经温度45℃烘干，过1000～1250目筛得到熟粘土；
步骤5稠状骨料的制作
按重量将步骤2制作可发泡偶联剂21kg与过100～200目筛的氧化硅、二氧化硅、三氧化二铝中的至少一种20kg混合搅拌15分钟，加入过1000～1250目筛的高岭土、氧化镁、氢氧化铝中的至少一种20kg，继续混合搅拌15分钟，加入建筑垃圾粉26kg，继续混合搅拌5分钟，然后，加入熟粘土5kg和水4kg，继续混合搅拌30分钟制成稠状骨料；
步骤6泡体的制作
将稠状骨料92kg，乳化剂2.8kg，发泡剂3.8kg，固化剂23kg进行搅拌混合，搅拌8分钟后装箱进入恒温室、温度60～70℃、时间24小时制成泡体；
步骤7成品材料﹙板﹚的制作
将泡体材料或经一次挤压成型的板材按规格要求进行切割后，进入陈化室，温度在50～60℃陈化处理，时间24～42小时，材料﹙板﹚由软变硬制成多硅生物质酚醛发泡保温防火材料﹙板﹚成品。
实施例2：
实施例2的多硅生物质酚醛发泡保温防火材料的制作方法，它包含以下步骤：
步骤1改性硅胶的制作
按重量将木醋液6kg与硅胶10kg混合，均匀搅拌4分钟，置于温度25℃下，液化30分钟制成改性硅胶；
步骤2可发泡偶联剂的制作
按重量将步骤1制作的改性硅胶16kg与液态酚醛树脂15kg混合搅拌制成可发泡偶联剂；
步骤3建筑垃圾粉的制作
按重量将废旧混凝土块4kg，废旧砖头块15kg和废旧砌块2kg分别用机栻进行破碎，破碎后再用粉碎机进行粉碎，将粉煤灰或燃烧后的型煤块灰9kg用粉碎机进行粉碎，分别过60～120目筛后，均匀混合制成建筑垃圾粉；
步骤4熟粘土的制作
将粘土8kg，经温度50℃烘干，过1000～1250目筛得到熟粘土；
步骤5稠状骨料的制作
按重量将步骤2制作可发泡偶联剂31kg与过100～200目筛的氧化硅、二氧化硅、三氧化二铝中的至少一种24kg混合搅拌15分钟，加入过1000～1250目筛的高岭土、氧化镁、氢氧化铝中的至少一种24kg份，继续混合搅拌15分钟，加入建筑垃圾粉30kg，继续混合搅拌5分钟，然后，加入熟粘土8kg和水5kg，继续混合搅拌30分钟制成稠状骨料；
步骤6泡体的制作
将稠状骨料117kg，乳化剂3.25kg，发泡剂4.15kg，固化剂33kg进行搅拌混合，搅拌10分钟后装箱进入恒温室、温度在60～70℃、时间24小时制成泡体；
步骤7成品材料﹙板﹚的制作
将泡体材料或经一次挤压成型的板材按规格要求进行切割后，进入陈化室，温度在50～60℃陈化处理，时间24～42小时，材料﹙板﹚由软变硬制成多硅生物质酚醛发泡保温防火材料﹙板﹚成品。
实施例3：
实施例3的多硅生物质酚醛发泡保温防火材料的制作方法，它包含以下步骤：
步骤1改性硅胶的制作
按重量将木醋液8kg与硅胶15kg混合，均匀搅拌5分钟，置于温度30℃下，液化30分钟制成改性硅胶；
步骤2可发泡偶联剂的制作
按重量将步骤1制作的改性硅胶23kg与液态酚醛树脂28kg混合搅拌制成可发泡偶联剂；
步骤3建筑垃圾粉的制作
按重量将废旧混凝土块5kg，废旧砖头块16kg和废旧砌块3kg分别用机栻进行破碎，破碎后再用粉碎机进行粉碎，将粉煤灰或燃烧后的型煤块灰10kg用粉碎机进行粉碎，分别过60～120目筛后，均匀混合制成建筑垃圾粉；
步骤4熟粘土的制作
将粘土10kg，经温度55℃烘干，过1000～1250目筛得到熟粘土；
步骤5稠状骨料的制作
按重量将步骤2制作可发泡偶联剂51kg与过100～200目筛的氧化硅、二氧化硅、三氧化二铝中的至少一种28kg混合搅拌15分钟，加入过1000～1250目筛的高岭土、氧化镁、氢氧化铝中的至少一种28kg，继续混合搅拌15分钟，加入建筑垃圾粉34kg，继续混合搅拌5分钟，然后，加入熟粘土10kg和水6kg，继续混合搅拌30分钟制成稠状骨料；
步骤6泡体的制作
将稠状骨料151kg，乳化剂3.5kg，发泡剂4.5kg，固化剂42kg进行搅拌混合，搅拌12分钟后装箱进入恒温室7保持温度60～70℃、时间在24小时制成泡体；
步骤7材料﹙板﹚的制作
将泡体材料或经一次挤压成型的板按规格要求进行切割后，进入陈化室，温度在50～60℃陈化处理，时间24～42小时，材料﹙板﹚由软变硬制成多硅生物质酚醛发泡保温防火材料﹙板﹚成品。
本发明的多硅生物质酚醛发泡保温防火材料原料易得，均为市售产品。其中：木醋液为采用农木剩余物工艺干榴液化制备炭厂气化回收的木醋液，硅胶由河北省易县防火胶厂生产，氧化硅、二氧化硅、氧化镁由辽宁省大石桥山硅有限公司生产，三氧化二铝、高岭土、氢氧化铝由天津市明仁矿产有限责任公司生产，乳化剂、发泡剂、固化剂由靑岛市万意有机发泡材料厂生产。
本发明的多硅生物质酚醛发泡保温防火材料中掺入的建筑垃圾可占30%，经吉林省产品质量监督检验院，按JC/T1060-2007标准检验的结果证明建筑垃圾占33.5%﹙见吉林省产品检验院出具掺废渣粉报告﹚。
按实施例2的多硅生物质酚醛发泡保温防火材料的制作方法制作的板材样品与市售5种板材进行试验对比情况见表1
表1：实验室样品100㎜×100㎜×50㎜
测试采用：1、密度取体积大小同样在天秤上分别进行比较结果；2、在试验室内，酒灯上燃烧10分钟分别进行；3、在同样比例的材料进行浸泡2h后比较；4、把大小相等的材料在里侧用保温胶料粘到墙面上，过24小时后把六个样品的面层，用纤维素、甲醛、水泥、胶粉粘贴在面层上，并在内埋抗剪绳在72小时后在绳端抹有250克重的铁条比较的结果；5、把这六个样材料，都采用圆柱在中间扣除，从冰箱取出已冻结块体冰，放进材料体中，试验在保温箱进行30S后，冰块体再比较见表2结果。
本发明的多硅生物质酚醛发泡保温防火材料，综合了无机与有机材料相组合的优势，通过提高无机材料掺入量、在由改性硅胶制成的可发泡偶联剂发泡协调下共同起泡、使保温导热系数值保持在有机均质酚醛泡沫范畴内﹙见表2﹚。燃烧性能经国家防火建筑材料质量监督检验中心，按GB8624-2006，国家建筑材料及制品燃烧性能分级的标准检测，本发明的多硅生物质酚醛发泡保温防火材料检测结果为：燃烧性能符合A2级的规定要求﹙见国家防火出具检验报吿﹚。
本发明的多硅生物质酚醛发泡保温防火材料的其他性能见表2
表2：经吉林省建筑材料产商品质量监督检验站中心检验结果
本发明并非穷举，并不构成对权利要求保护范围的限定，本领域技术人员根据本发明实施例获得的启示，不经过创造性劳动就能够想到其它实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。
Claims (2)
1.一种多硅生物质酚醛发泡保温防火材料的制作方法，其特征是，它包含以下步骤：
步骤1改性硅胶的制作
按重量份比将木醋液5～8份与硅胶5～15份混合，均匀搅拌3～5分钟，置于温度20～30℃下，液化30分钟制成改性硅胶；
步骤2可发泡偶联剂的制作
按重量份比将步骤1制作的改性硅胶10～23份与液态酚醛树脂11～28份混合搅拌制成可发泡偶联剂；
步骤3建筑垃圾粉的制作
按重量份比将废旧混凝土块3～5份，废旧砖头块14～16份和废旧砌块1～3份分别用机栻进行破碎，破碎后再用粉碎机进行粉碎，将粉煤灰或燃烧后的型煤块灰8～10份用粉碎机进行粉碎，分别过60～120目筛后，均匀混合制成建筑垃圾粉；
步骤4熟粘土的制作
将粘土5～10份，经温度45～55℃烘干，过1000～1250目筛得到熟粘土；
步骤5稠状骨料的制作
按重量份比将步骤2制作可发泡偶联剂21～51份与过100～200目筛的二氧化硅、三氧化二铝中的至少一种20～28份混合搅拌15分钟，加入过1000～1250目筛的高岭土、氧化镁、氢氧化铝中的至少一种20～28份，继续混合搅拌15分钟，加入建筑垃圾粉26～34份，继续混合搅拌5分钟，然后，加入熟粘土5～10份和水适量，继续混合搅拌30分钟制成稠状骨料；
步骤6泡体的制作
将稠状骨料92～151份，乳化剂2.8～3.5份，发泡剂3.8～4.5份，固化剂23～42份进行搅拌混合，搅拌8～12分钟后装箱进入恒温室温度为60～70℃、时间为24小时制成泡体材料；
步骤7成品材料的制作
将泡体材料经挤压成型，置入温度为50～60℃的陈化室内，经24～42小时，由软变硬制成多硅生物质酚醛发泡保温防火材料。
2.一种多硅生物质酚醛发泡保温防火材料，其特征是，它包括按重量份比的下述原料组分制成，改性硅胶10～23份，酚醛树脂11～28份，二氧化硅和三氧化二铝中的至少一种20～28份，高岭土、氧化镁和氢氧化铝中的至少一种20～28份，建筑垃圾26～34份，粘土5～10份，乳化剂2.8～3.5份，发泡剂3.8～4.5份，固化剂23～42份和水适量，采用的改性硅胶是用一种含有低沸点物质的木醋液与硅胶按比例混合加温液化后制备的具有可发能力的改性硅胶。
3.根据权利要求2一种多硅生物质酚醛发泡保温防火材料，其特征是，所述的乳化剂为吐温80。
4.根据权利要求2一种多硅生物质酚醛发泡保温防火材料，其特征是，所述的发泡剂为氢氧化钠、石油醚中的任意一种。
5.根据权利要求2一种多硅生物质酚醛发泡保温防火材料，其特征是，所述的固化剂为对甲磺酸、磷酸和硫酸中的任意一种。
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2012
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| 酚醛树脂在外墙保温防火方面性能研究与应用;亓波 等;《工程塑料应用》;20120228;第40卷(第2期);第28-30段 * |
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