CN103803942A - 复合纳米羟基氧化铝阻燃保温板、制备方法及其用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合纳米羟基氧化铝阻燃保温板、制备方法及其用途，包含重量百分比为12%~18%的纳米羟基氧化铝阻燃剂、50%~55%珍珠岩，15%~18%氧化镁粘结剂，16%~18%氯化镁粘结剂和30%~45%的水。本发明的复合阻燃保温板是一种含水率低的无机纳米羟基氧化铝阻燃保温板，可用于制作防火门芯板等，该防火门芯板具有防火性能好，耐火时间长，抗压强度高，性能稳定，隔音隔热，导热系数低，无毒，无公害，无污染，环保性能优，可加工性强等特点。

Description

复合纳米羟基氧化铝阻燃保温板、制备方法及其用途

技术领域

本发明涉及一种防火阻燃材料，特别涉及一种复合纳米羟基氧化铝阻燃保温板、制备方法及其用途。

背景技术

防火门是用防火阻燃材料制成的具有耐火稳定性、完整性和隔热性的门，主要用于建筑防火分区的防火墙开口、楼梯间出入口、疏散走到、管道井口等处，平常用于人员通行，在发生火灾时可起到阻止火焰蔓延和防止燃烧延期流动，并在正送风系统工作时起密封的作用。在消防技术日益成熟的今天，基本上有防火要求的建筑都有防火门的身影。目前国内的绝大多数防火设计规范均对建筑采用防火门有明确要求。

2009年，我国对防火门订制了新标准。对防火门的分类由原来仅按隔热防火门分类，改为完全隔热防火门(A类)、部分隔热防火门(B类)和非隔热防火门(C类)进行分类；同时，将原来的甲、乙、丙级防火门的耐火极限调整为1.5h、1.0h和0.5h，丰富了我国防火门产品的种类，增加了实际应用的选择余地，对于仅需要防火门具有部分隔热性或耐火完整性要求的应用场合，可以选用部分隔热或非隔热的防火门。新版标准还规定门扇内若填充材料，应采用对人体无毒无害的防火隔热材料，减少对人身健康的影响。这些规定，不仅使防火门的设置更加合理，而且降低了防火门的生产成本和原材料消耗，符合环保以及建设节约型社会的要求。同时，新版标准还增加了钢木质防火门和其他材质防火门的内容和要求，为新材料、新技术应用和新型防火门的生产、检验提供了技术依据，拓展了防火门生产企业的发展空间。

传统的防火保温板主要有聚苯乙烯泡沫板、聚氨酯泡沫板等。这些传统保温板的保温隔热性能优良，但易燃，防火性能差。为改善传统保温板的防火性能，常用的方法是在保温板上单独设置防火结构。这种防火保温板的防火性能仍无法达到国家标准，而且其结构复杂，产品重量增加，生产工艺复杂，且有机的材料燃烧易放出有害物质，造成环境污染。

另外，一些木质防火门的芯板材质普遍采用硅酸铝纤维或岩棉制作，这类材质的芯板都具备较好的阻燃性，但是在制造过程中，不可避免地产生严重粉尘污染。中国专利申请CN102464482A公开了一种珍珠岩质防火门芯板，它含有按重量百分比计量的组分，其中颗粒膨胀珍珠岩占65%~75%，粉状氧化镁占15%~25%和10%的氯化镁溶液，每一立方米另添加10~20g的磷酸，搅拌均匀后压制形成芯板。因主体成分膨胀珍珠岩为基础填料，氧化镁和氯化镁为粘结剂，没有加入任何阻燃剂，导致该防火门芯板阻燃性能不佳，还有很大的提升空间。现有技术这些显而易见的缺点制约了防火门的性能等级提升，从而构成安全隐患。

因此仍需研制并开发新一代防火门芯板材料这一关键技术，使保温板或防火门芯板满足防火性能好，耐火时间长，抗压强度高，性能稳定，隔音隔热，导热系数低，无毒，无公害，无污染，环保性能优，可加工性强等性能要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合纳米羟基氧化铝阻燃保温板，满足前述性能指标要求。

本发明的另一目的是提供这种复合纳米羟基氧化铝阻燃保温板的制备方法。

本发明的再一目的是提供这种复合纳米羟基氧化铝阻燃保温板的用途。

为实现以上本发明的目的，本发明采用如下的技术方案：

一种复合纳米羟基氧化铝阻燃保温板，其特征在于所述保温板的组份包含重量百分比为2%~25%的纳米羟基氧化铝阻燃剂、45%~65%珍珠岩、5%~25%氧化镁粘结剂、8%~25%氯化镁粘结剂和30%~45%的水。

在一个优选的实施方案中，所述保温板的组份包含重量百分比为12%~18%的纳米羟基氧化铝阻燃剂、50%~55%珍珠岩、15%~18%氧化镁粘结剂、16%~18%氯化镁粘结剂和30%~45%的水。

本发明的另一方面，前述复合纳米羟基氧化铝阻燃保温板的制备方法，包括以下步骤：

a）原材料称量：按配方量称取一定量的各组份；

b）材料配比混合：将所述步骤a）称好的纳米羟基氧化铝和水在常温条件下进行混合，用机器进行5分钟的搅拌，让水和纳米羟基氧化铝完全融合在一起；再把纳米羟基氧化铝的水溶剂和珍珠岩、氧化镁以及氯化镁在常温条件下放入搅拌机内进行搅拌5分钟，让纳米羟基氧化铝和珍珠岩、氧化铝以及氯化镁充分均匀的混合；

c）热烘并压制：把所述步骤b）中搅拌混合好的混合材料放入模板中进行压制，把压制好的模板放入烘房内热烘，把水分烘干；

d）所述步骤c）烘制时间到后，把模板取出进行冷却，然后把模板取下，得到一种含水率低的无机纳米羟基氧化铝阻燃保温板。

在一个具体的实施方案中，所述步骤c）中所述压制压力要达20吨~60吨，放在模板上混合材料厚度是1：1.6；所述烘房的热烘温度达到140℃~160℃，烘制时间60~120分钟。

在一个优选的实施方案中，所述制备方法还包括步骤e）成型芯材：将步骤d）制得的所述无机纳米羟基氧化铝阻燃保温板加工成型为不同规格的芯材。

本发明的再一方面，前述复合纳米羟基氧化铝阻燃保温板，可用于建筑物内、外墙、建筑隔墙、彩钢夹心板、防火门芯板，但不限于此。

本发明的复合纳米羟基氧化铝阻燃保温板是以珍珠岩、氧化镁、氯化镁以及无机纳米结构羟基氧化铝等一般的阻燃材料，通过选择适当的配比复合而制成，并进行配比优化得到最佳的阻燃性能的复合纳米阻燃材料，达到协同增效的阻燃功能，大大提高了阻燃时间，为火灾现场生命和财产的营救，争取了宝贵的时间。该纳米复合材料通过预埋骨架、经过热压机压力作用而制成的新型防火门芯填充材料。该防火门芯板一旦遇到火灾，其在高温下能形成玻璃状或稳定泡沫覆盖层，通过隔热、隔绝氧气，组织可燃气体的作用，达到阻燃的目的。

本发明的复合材料中添加了无机纳米羟基氧化铝，并以适当配比优化组份。由于纳米级颗粒小、比表面积大，受热时纳米级颗粒能吸收比微米级或者宏观级颗粒更多的热量，从而抑制燃烧材料温度较大地上升，同时纳米级颗粒产生的水蒸气比微米级或者微观级颗粒更多，这样就可以大大稀释可燃性气体和黑烟，提高了材料的阻燃性并明显降低发烟量，在一定程度上提高了阻燃效果。

本发明选用的阻燃剂纳米羟基氧化铝的阻燃作用在固相与气相同时进行，纳米羟基氧化铝首先吸收大量热量分解生成三氧化二铝和水蒸汽，不仅使燃烧面温度降低，而且稀释了氧气与可燃性气体的浓度，得到的金属氧化物构成隔热层，对复合材料起到进一步地保护作用。

本发明选择珍珠岩作为基础填料，选择氧化镁、氯化镁作为粘结剂，使得防火门芯板加工性能强；虽然氧化镁和氯化镁材料作为防火门芯板材料有这其自身的缺点，但由于加入了纳米级羟基氧化铝，在一定程度上降低了氧化镁和氯化镁材料对防火门芯板材料的负面影响，并且达到了协同增效作用；也合理地配以珍珠岩，共同提高了阻燃性能。

本发明的复合纳米羟基氧化铝阻燃保温板制备出的防火门芯板强度高，性能稳定、隔音隔热、导热系数低，不燃、无毒、无公害，达到ZA2级（复合GB/T20285-2006标准），耐火达到A1级，耐火时间长达3个小时，远高于GB12955-2008《防火门》新版标准。

本发明的复合纳米羟基氧化铝阻燃保温板制备出的防火门芯板材还具有以下几个特点：1）防火性能好。防火门芯板一次成型，几何尺寸稳定，导热系数低，防火隔热效果好，高温下不变形、不松散。耐火极限可达3个小时。2）可加工性强。防火门芯板加工性能优异，可满足切、刨、锯、钉、铆等各种机械加工需要，可方便制成防火门等相关防火器材。3）机械性能高。防火门芯板抗压、抗折强度高，并且具有良好的握钉力。4）环保性能优。本发明的防火门芯板为无机材料构成，不含对人体有害的甲醛以及苯类有毒材料，应用过程也不会产生二次污染。

附图说明

图1为本发明的复合纳米羟基氧化铝阻燃保温板制备方法流程框图。

具体实施方式

下面结合更具体的实施方式对本发明做进一步展开说明，但需要指出的是，本发明的复合纳米羟基氧化铝阻燃保温板、制备方法及其用途并不限于这种特定的组份或配方及用途。对于本领域技术人员显然可以理解的是，以下的说明内容即使不做任何调整或修正，也可以直接适用于在此未指明的其他配方或用途。

如图1所示，本发明的复合纳米羟基氧化铝阻燃保温板制备方法包括原材料称量、材料配比混合、热烘并压制、取出冷却、成型芯材步骤，具体如下：

a）原材料称量：称量重量百分比为12%~18%的纳米羟基氧化铝阻燃剂，30%~45%的水、50%~55%珍珠岩，15%~18%氧化镁粘结剂，16%~18%氯化镁粘结剂。

b）材料配比混合：将步骤a）称好的纳米羟基氧化铝和水常温条件下进行混合，用机器进行5分钟的搅拌，让水和纳米羟基氧化铝完全融合在一起。在把纳米羟基氧化铝的水溶剂，和珍珠岩，氧化镁，氯化镁常温条件下放入搅拌机内进行搅拌5分钟，让纳米羟基氧化铝和珍珠岩，氧化铝和氯化镁充分均匀的混合。

c）热烘并压制：把步骤b）中搅拌好的混合材料放入模板中进行压制，压力要达20吨~60吨进行压制，放在模板上混合材料厚度是1：1.6。把压制好的模板放入温度达到140℃~160℃的烘房内，烘制60~120分钟，把水分烘干。

d）所述步骤c）烘制时间到后，把模板取出进行冷却，然后把模板取下，得到一种含水率低的无机纳米羟基氧化铝阻燃保温板。

e）成型芯材：将步骤d）制得的所述无机纳米羟基氧化铝阻燃保温板加工成型为不同规格的芯材。

按照上述制备方法，下面通过更为具体的实施例对本发明的技术方案和技术效果进一步阐述，但并不限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书确定。值得指出的是，本发明的复合纳米羟基氧化铝阻燃保温板的组份中水分含量没有特别地限制，只满足搅拌方便即可，水分含量的大小对防火门芯板的最终性能无大的影响，只不过会影响烘制的时间，因此一般选择水分的含量为30%~45%，但并不限于此。本领域技术人员所熟知的是，或多或少的水分，对本发明的技术效果实现影响不大或几乎没有影响，仅仅可能会增加烘制的成本，因此水分含量的其他变化也应在本发明的保护范围之内，例如低于30%或高于45%的情形。

阻燃剂纳米羟基氧化铝表示羟基氧化铝的颗粒尺寸为纳米级，可以为几纳米、几十纳米或几百纳米，但不限于此，当然颗粒尺寸越小性能会越好，但成本也会越高。本发明对纳米羟基氧化铝的颗粒尺寸没有严格的限制，只要求在纳米级别即可，因此在纳米级别的均在本发明的保护范围之内。

本发明中未述及的其他工序，例如压制、热烘、成型芯材、性能测试等均可参考现有技术，这是本领域技术人员所熟知的，在此不再赘述。

实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5的防火门芯板分别按表1不同的组份配方制作而成，门芯板的隔热性能反应到防火门焙烧实验上就是，减去环境温度后，背火面各点的平均温度不超过140℃的时间以及最高温度不超过180℃的时间，这个时间称为耐火极限时间，它的数值越长越好。

表1 纳米羟基氧化铝复合材料配比

对这5个实施例制备的防火门芯板进行隔热性能试验，试验结果如表2所示，从中可以看出，随着纳米级别颗粒的羟基氧化铝质量配比的增加，隔热性能也随之增加；当纳米级别颗粒的羟基氧化铝质量配比达到12%的时候，隔热性能最好；再次继续增加纳米级别颗粒的羟基氧化铝质量配比时，隔热性能开始降低。

表2 纳米级别复合材料隔热性能实验数据与分析对比

与实施例不同的是，对比例选用常规级别的羟基氧化铝，各组份配比与实施例1~5相同，具体如表3所示。

表3 常规羟基氧化铝复合材料配比

    对这5个对比例制备的防火门芯板进行隔热性能试验，试验结果如表4所示，可以看出常规羟基氧化铝材料与珍珠岩、氧化镁和氯化镁按一定比例混合后，随着常规羟基氧化铝材料混合质量的增加，门芯板的隔热性能有所提高；当常规羟基氧化铝材料的质量配比达到12%时，此时所得到的防火门芯板具有最好的隔热性能；当继续增加防火门芯板中常规羟基氧化铝材料的时候，所得到的防火门芯板的隔热性能开始下降。这一趋势与纳米级羟基氧化铝复合材料隔热性能相同。同时，还可以看出当使用具有纳米级别颗粒的羟基氧化铝材料作为原料进行添加在防火门芯板中，所得到的防火门芯板的隔热性能有了很大的提高，纳米级别颗粒的羟基氧化铝大大提高了防火门芯板的防火性能，充分说明了具有纳米级别颗粒的羟基氧化铝有着极其明显的隔热性能优势。

表4 常规级别复合材料隔热性能实验数据与分析对比

除了上述隔热性能的研究，还特别研究了实施例3和对比例3的防火门芯板的抗压强度（试件φ85mm×40mm的圆柱体置于拉力机下压缩，压缩速度为1mm/min）、抗冲击性（将φ85mm×40mm的圆柱体试件，从1.5m的高处自由跌落于瓷砖地面上，统计跌落到试件裂开时的次数）以及导热系数（使用稳态法测试材料的导热系数，试件为φ85mm、厚度为1mm的圆片），具体结果如表5所示。

表5 实施例3与对比例3试件防火门芯板材料的性能

    从表5可以看出，由常规羟基氧化铝材料所制备的防火门芯板在抗压强度、抗冲击次数以及导热系数方面都比不上由纳米级别颗粒羟基氧化铝材料所制备的防火门芯板。这些性能差异的主要原因可归结为纳米羟基氧化铝材料自身具有纳米尺寸效应所引起。

    尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种复合纳米羟基氧化铝阻燃保温板，其特征在于所述保温板的组份包含重量百分比为2%~25%的纳米羟基氧化铝阻燃剂、45%~65%珍珠岩、5%~25%氧化镁粘结剂、8%~25%氯化镁粘结剂和30%~45%的水。

2.根据权利要求1所述的复合纳米羟基氧化铝阻燃保温板，其特征在于所述保温板的组份包含重量百分比为12%~18%的纳米羟基氧化铝阻燃剂、50%~55%珍珠岩、15%~18%氧化镁粘结剂、16%~18%氯化镁粘结剂和30%~45%的水。

3.权利要求1或2所述的复合纳米羟基氧化铝阻燃保温板的制备方法，包括以下步骤：

a）原材料称量：按配方量称取一定量的各组份；

b）材料配比混合：将所述步骤a）称好的纳米羟基氧化铝和水在常温条件下进行混合，用机器进行5分钟的搅拌，让水和纳米羟基氧化铝完全融合在一起；再把纳米羟基氧化铝的水溶剂和珍珠岩、氧化镁以及氯化镁在常温条件下放入搅拌机内进行搅拌5分钟，让纳米羟基氧化铝和珍珠岩、氧化铝以及氯化镁充分均匀的混合；

c）热烘并压制：把所述步骤b）中搅拌混合好的混合材料放入模板中进行压制，把压制好的模板放入烘房内热烘，把水分烘干；

d）所述步骤c）烘制时间到后，把模板取出进行冷却，然后把模板取下，得到一种含水率低的无机纳米羟基氧化铝阻燃保温板。

4.根据权利要求3所述的复合纳米羟基氧化铝阻燃保温板的制备方法，其特征在于所述步骤c）中所述压制压力要达20吨~60吨，放在模板上混合材料厚度是1：1.6；所述烘房的热烘温度达到140℃~160℃，烘制时间60~120分钟。

5.根据权利要求3所述的复合纳米羟基氧化铝阻燃保温板的制备方法，其特征在于还包括步骤e）成型芯材：将所述步骤d）制得的所述无机纳米羟基氧化铝阻燃保温板加工成型为不同规格的芯材。

6.权利要求1或2所述的复合纳米羟基氧化铝阻燃保温板，用于建筑物内、外墙、建筑隔墙、彩钢夹心板、防火门芯板。

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