CN103435312B - 一种轻质墙体砖的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轻质墙体砖的制备方法，包括混料、成型以及固化三步，其中制备墙体砖的原料为：水泥100份；复合填料20～25份；磷酸酯3～5份；增强纤维8～10份；可膨胀中空聚合物微球0.8～1份；水50～55份。本发明公开的制备方法简单易行，耗能低，由此制备得到的轻质墙体砖除了具有低的密度，优异的力学性能，还具有隔音、隔热、阻燃的效果，适用于建筑领域的非承重墙体的制备。
Description
技术领域
本发明属于建筑填充材料技术领域，具体涉及一种轻质墙体砖的制备方法。
背景技术
一个完整的房屋除了具有承重的墙体、梁结构之外还具有用于分隔的非承重墙体。非承重墙体本身较轻除了需要具有一定的强度外，还需要具有优异的隔音、隔热功能，同时还需要具有阻燃性能。
为了获得轻质的墙体，目前一般采用带孔筑材，以泡沫混凝土以及发泡砖为主。泡沫混凝土材料成本高、强度低、开裂、收缩率大，吸水率大；现有的发泡砖也是通过加入发泡材料制得，存在制备复杂、发泡均匀性差的问题，这导致由其砌成的墙体力学性能不好，特别是在装修钉钉子时，会造成墙体裂缝，影响美观又存在安全隐患。所以需要开发新的轻质墙体砖。
另外，建筑耗能与工业耗能、交通耗能并列成为我国能源消耗的三大“耗能大户”。目前，与建筑相关的能耗已占到社会总能耗近一半。其中，烧制砖头时需要的高温是建筑高能耗的主要推手之一。
所以研发新的制备轻质墙体砖的方法以开发新的轻质墙体砖很有必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种轻质墙体砖的制备方法，该方法能耗低，由其制备的墙体砖具有质轻、力学强度高、阻燃的性能特点。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：
一种轻质墙体砖的制备方法，包括以下步骤：
(1)混料：常温下，将水泥、复合填料加入到水中，搅拌30分钟后，再加入可膨胀中空聚合物微球、增强纤维以及磷酸酯，搅拌1小时得到混合物A；其中水泥、复合填料、水的质量比为100∶20～25∶50～55；水泥、可膨胀中空聚合物微球、增强纤维、磷酸酯的质量比为100∶0.8～1∶8～10∶3～5；
(2)成型：将混合物A倒入模具中，在105℃干燥10分钟，然后加压成型；
(3)固化：将成型后的坯体置于真空烘箱中，按照120℃／30分钟+150℃／40分钟+180℃／30分钟的工艺固化即得到所述的轻质墙体砖；
所述水泥为抗压强度为52.5MPa的早强型硅酸盐水泥；
所述可膨胀中空聚合物微球膨胀前的粒径为0.02～0.06微米；
所述可膨胀中空聚合物微球为中空甲基丙烯酸甲酯聚合物微球；
所述可膨胀中空聚合物微球使用前经过表面处理，具体步骤如下：
将可膨胀中空聚合物微球、去离子水、甲基丙烯酸按质量比1∶100∶25的比例混合，混合后的溶液置于磁力搅拌器上搅拌并于45℃加热30分钟，再进行超声波震荡处理15分钟，处理后置于真空烘箱内以温度105℃，烘烤0.5小时即可；
所述磷酸酯的结构式如下：
所述复合填料由以下方式制备得到：将生贝壳粉与磷酸铝混合均匀后，加入粉末重量8～10倍的乙醇以及粉末重量1.1～1.5％的端羟基聚硅氧烷，搅拌40～50分钟，最后干燥即得到所述的复合填料；其中生贝壳粉与磷酸铝的重量比为3～5∶1；端羟基聚硅氧烷的分子量为400～600；
所述增强纤维为分子量4200～5500的氰酸酯树脂环氧树脂共聚物纤维；其中环氧树脂的质量为氰酸酯树脂的5％；所述共聚物纤维的直径为0.08～0.15微米，长度为2～3毫米。
上述技术方案中，所述可膨胀中空聚合物微球膨胀开始的温度为120℃。
优选的技术方案中，所述水泥、复合填料、水的质量比为100∶20∶50；所述水泥、可膨胀中空聚合物微球、增强纤维、磷酸酯的质量比为100∶1∶8∶3。
可膨胀中空聚合物微球是内部含有空腔的特殊微球材料，相比于完全实心的聚合物微球，其受热可膨胀，密度低，可使材料实现轻量化目的，还具有隔热、吸音等效果。另外，在墙体砖受外力或者负载的时候，中空聚合物微球一方面可以传递载荷，使应力分散均匀，避免应力集中，另一方面由于弹性的中空聚合物微球可以缓冲一部分外力，相当于对墙体砖增韧，提高强度。本发明公开的聚合物微球为中空甲基丙烯酸甲酯聚合物微球，也称为中空聚甲基丙烯酸甲酯微球。
本发明的可膨胀中空聚合物微球可以通过常规的种子乳液聚合法制备得到，主要分为制备核乳胶粒、制备核／壳乳胶粒、用碱溶液对核／壳乳胶粒进行处理三个步骤，最后得到中空甲基丙烯酸甲酯聚合物微球经过表面处理即可使用。表面处理的作用就是增加聚合物微球与灌浆料中其余组分的相容性，提高墙体砖内各原材料之间的界面作用力。
本发明采用氰酸酯树脂环氧树脂共聚物纤维作为增强纤维，可以通过以下方式制备得到：首先将氰酸酯单体与环氧树脂单体在95℃下预聚得到分子量为4200～5500的预聚物；然后将预聚物溶于丙酮中配置成浓度为20％的纺丝液；再通过常规静电纺丝的方法制备得到纤维材料，摸上去无粘性，无需后处理；最后将收集的共聚物纤维切割即为所述的增强纤维。纤维的直径可以通过纺丝口的大小调节。在配置纺丝液时，如果预聚物的分子量过大，不仅溶解困难，而且刚性太大，导致制得的纤维变脆；分子量过小则纤维制品的力学强度低，起不到对墙体砖的增强效果。共聚物中氰酸酯树脂具有优异的力学性能；环氧树脂一方面可以作为固化剂与氰酸酯树脂共聚并改善其脆性，提高韧性；另一方面其所带的环氧基与墙体砖中其余组分，特别是无机组分表面带有的羟基相容性好，能够形成作用力强的氢键，不仅使整个材料内各组分之间界面作用力强，而且在受外力时共聚物纤维能起到很好的传递分散应力、吸收应力，增强墙体砖的作用。为了获得有效的增强效果，避免缺陷，本发明采用的共聚物纤维的直径为0.08～0.15微米，长度为2～3毫米，合适的长径比不仅容易与墙体砖中其余组分混合均匀，而且能够有效地增强墙体砖。
优选的技术方案，环氧树脂为双酚A型环氧树脂；氰酸酯树脂为双酚A型氰酸酯树脂。
本发明中，加压成型属于现有技术；真空下固化为了排除水泥制品固化时产生的气体，本领域技术人员可以自行选择真空压力，一般为0.5MPa。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
(1)本发明首次将可膨胀中空聚合物微球应用到墙体砖材料中，有效地降低了墙体砖的密度，还能够提高砖的力学强度；
(2)本发明首次将热固性树脂纤维应用到墙体砖材料中，其与墙体砖原料中其余组分相容性好，能够显著提高材料的力学强度；
(3)本发明使用含有丰富甲壳素的、无毒的贝壳粉与粘接性优异的磷酸铝经硅氧烷处理后作为填料，与有机成分相容性好，具有抗老化效果，并且可以与磷酸酯化合物形成协同阻燃体系，进一步提高体系的阻燃性能；
(4)本发明公开的墙体砖的制备方法简单、能耗低、环保，适合工业化应用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
合成例1可膨胀中空聚甲基丙烯酸甲酯微球的表面处理
将可膨胀中空聚甲基丙烯酸甲酯微球、去离子水、甲基丙烯酸按质量比1∶100∶25的比例混合，混合后的溶液置于磁力搅拌器上搅拌并于45℃加热30分钟，再进行超声波震荡处理15分钟，处理后置于真空烘箱内以温度105℃，烘烤0.5小时即可得到表面处理的可膨胀中空聚甲基丙烯酸甲酯微球。
合成例2氰酸酯树脂环氧树脂共聚物纤维的制备
将双酚A型氰酸酯树脂单体与双酚A型环氧树脂单体按质量比1∶20的比例加入到容器中，在95℃下预聚15分钟得到预聚物；再将预聚物溶于丙酮中配置成浓度为20％的纺丝液；通过常规静电纺丝的方法制备得到纤维材料，其直径为0.09～0.14微米；
静电纺丝的工艺参数为：电压1～50千伏，接收距离1～50厘米，溶液流量为0.01～20mL／h。
合成例3磷酸酯的合成
向三口瓶中加入12mL溴代正戊烷、8ml二乙醇胺以及30ml无水乙醇和4g硅醇钾，回流搅拌反应3小时，冷却，过滤得到液体；在向液体中加入85％磷酸1.5ml、50ml丙酮以及2g五氧化二磷，加热至60℃，搅拌反应2小时，蒸馏去除丙酮，得到淡黄色液体，即为磷酸酯。
合成例4端羟基聚硅氧烷的合成
氮气保护下，将20g3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、2g四甲基四乙烯基环四硅氧烷加入到40g蒸馏水中，混合均匀后，加入0.001g四甲基氢氧化钠，升温至60℃，搅拌反应30分钟，再加入6g羟基硅油，加热到80℃，反应20分钟，自然降温，静置分层，取下层溶液，水洗、干燥即得到端羟基聚硅氧烷，分子量450～580。
合成例5复合填料的制备
将150g生贝壳粉与50g磷酸铝混合均匀后，加入1800g的乙醇以及2.3g的端羟基聚硅氧烷，搅拌45min，最后干燥即得到所述的复合填料。
实施例1轻质墙体砖的制备
(1)混料：常温下，将10Kg抗压强度为52.5MPa的早强型硅酸盐水泥、2Kg复合填料加入到5Kg水中，搅拌30分钟后，再加入0.1Kg可膨胀中空聚合物微球、0.8Kg增强纤维以及0.3Kg磷酸酯，搅拌1小时得到混合物A；
(2)成型：将混合物A倒入模具中，在105℃干燥10分钟，然后加压成型；
(3)固化：将成型后的坯体置于真空烘箱中，抽真空至0.5MPa，然后按照120℃／30分钟+150℃／40分钟+180℃／30分钟的工艺固化即得到所述的轻质墙体砖。
实施例2轻质墙体砖的制备
(1)混料：常温下，将10Kg抗压强度为52.5MPa的早强型硅酸盐水泥、2.5Kg复合填料加入到5.5Kg水中，搅拌30分钟后，再加入0.08Kg可膨胀中空聚合物微球、1Kg增强纤维以及0.5Kg磷酸酯，搅拌1小时得到混合物A；
(2)成型：将混合物A倒入模具中，在105℃干燥10分钟，然后加压成型；
(3)固化：将成型后的坯体置于真空烘箱中，抽真空至0.5MPa，然后按照120℃／30分钟+150℃／40分钟+180℃／30分钟的工艺固化即得到所述的轻质墙体砖。
实施例3轻质墙体砖的制备
(1)混料：常温下，将10Kg抗压强度为52.5MPa的早强型硅酸盐水泥、2Kg复合填料加入到5.5Kg水中，搅拌30分钟后，再加入0.09Kg可膨胀中空聚合物微球、0.9Kg增强纤维以及0.4Kg磷酸酯，搅拌1小时得到混合物A；
(2)成型：将混合物A倒入模具中，在105℃干燥10分钟，然后加压成型；
(3)固化：将成型后的坯体置于真空烘箱中，抽真空至0.5MPa，然后按照120℃／30分钟+150℃／40分钟+180℃／30分钟的工艺固化即得到所述的轻质墙体砖。
性能测试
上述制备的轻质墙体砖根据GB／T 1964-1996测试抗压强度、GB／T15231-2008测试了各墙体砖的冲击强度(28天后)、GB13544-2000测试了石灰爆裂和抗风化性能，如表1所示。
表1轻质墙体砖的表征
Claims (4)
1.一种轻质墙体砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)混料：常温下，将水泥、复合填料加入到水中，搅拌30分钟后，再加入可膨胀中空聚合物微球、增强纤维以及磷酸酯，搅拌1小时得到混合物A；其中水泥、复合填料、水的质量比为100∶20～25∶50～55；水泥、可膨胀中空聚合物微球、增强纤维、磷酸酯的质量比为100∶0.8～1∶8～10∶3～5；
(2)成型：将混合物A倒入模具中，在105℃干燥10分钟，然后加压成型；
(3)固化：将成型后的坯体置于真空烘箱中，按照120℃／30分钟+150℃／40分钟+180℃／30分钟的工艺固化即得到所述的轻质墙体砖；
所述水泥为抗压强度为52.5MPa的早强型硅酸盐水泥；
所述可膨胀中空聚合物微球膨胀前的粒径为0.02～0.06微米；
所述可膨胀中空聚合物微球为中空甲基丙烯酸甲酯聚合物微球；
所述可膨胀中空聚合物微球使用前经过表面处理，具体步骤如下：
将可膨胀中空聚合物微球、去离子水、甲基丙烯酸按质量比1∶100∶25的比例混合，混合后的溶液置于磁力搅拌器上搅拌并于45℃加热30分钟，再进行超声波震荡处理15分钟，处理后置于真空烘箱内以温度105℃，烘烤0.5小时即可；
所述磷酸酯的结构式如下：
所述复合填料由以下方式制备得到：将生贝壳粉与磷酸铝混合均匀后，加入粉末总重量8～10倍的乙醇以及粉末总重量1.1～1.5％的端羟基聚硅氧烷，搅拌40～50分钟，最后干燥即得到所述的复合填料；其中生贝壳粉与磷酸铝的重量比为3～5∶1；端羟基聚硅氧烷的分子量为400～600；
所述增强纤维为分子量4200～5500的氰酸酯树脂环氧树脂共聚物纤维；其中环氧树脂的质量为氰酸酯树脂的5％；所述共聚物纤维的直径为0.08～0.15微米，长度为2～3毫米。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述可膨胀中空聚合物微球膨胀开始的温度为120℃。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述水泥、复合填料、水的质量比为100∶20∶50。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述水泥、可膨胀中空聚合物微球、增强纤维、磷酸酯的质量比为100∶1∶8∶3。
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