CN104016653A - 一种轻质防火保温材料及其制备方法 - Google Patents

一种轻质防火保温材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轻质防火保温材料及其制备方法，该轻质防火保温材料由矿物原料、增韧纤维、碱性激发剂、发泡剂、稳泡剂、缓释剂、减水剂等组成。矿物原料中粉煤灰占80～100wt.％；增韧纤维是矿物原料质量的0.1～1wt.％；碱性激发剂是矿物原料质量的40～55wt.％；发泡剂是矿物原料质量的0.64～18wt.％，稳泡剂是矿物原料质量的0.14～0.32wt.％。所得保温板的容重为150～350kg/m3，抗压强度为0.3-2.0MPa，抗折强度为0.2-1.0MPa，导热系数为0.04-0.08W/(m·K)。可用作防火材料、保温材料、隔音材料、绝热材料等。

Description

一种轻质防火保温材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种轻质防火保温材料及其制备方法。
技术背景
随着世界能源的不断消耗，各国日益重视节约能源，建筑节能也日趋成为各国政府关注的焦点之一。建筑行业消耗大量资源、能源，也会产生固体废弃物、污水、噪音等。建筑节能是减轻环境污染、解决能源危机的重要途径之一，建筑能耗占社会总能耗30％左右。据估计2020年全国建筑面积将达到2000年的2倍。国内现有住宅面积约400亿m2，其中达到建筑节能设计标准的不足2亿m2，约占0.5％，新建住宅也只有15％达到节能标准，城镇符合建筑节能标准的建筑不足总数的3％。2012年5月住房和城乡建设部提出的《“十二五”建筑节能专项规划》要求，到“十二五”期末，建筑节能形成1.16亿吨标准煤节能能力。到2015年，城镇新建建筑能源利用效率与“十一五”期末相比，提高30％以上。到2020年，全社会的建筑节能达到65％，特大城市北京则需要执行更高水平的节能标准，达到75％，新建建筑节能水平达到或接近同等气候条件发达国家水平。大力推进新型墙体材料革新，开发推广新型节能墙体和屋面体系势在必行。
目前国内外主要使用的墙体保温材料有空心砖、玻璃棉、蛭石、聚苯乙烯、聚氨酯、酚醛树脂、泡沫混凝土、矿物聚合物等，聚苯乙烯的相对密度最轻，使用广泛，但是使用温度最低，只有100℃。近年来，使用聚苯乙烯和聚氨酯的建筑，火灾层出不穷，从中央电视台文化中心到中国科技馆，从济南奥体中心到上海静安大厦，无不让人触目惊心。为深刻吸取火灾事故教训，遏制当前建筑易燃可燃外保温材料火灾高发的势头，把好火灾防控源头关，2011年3月14日公安部颁布公消[2011]65号文《关于进一步明确民用建筑外保温材料消防监督管理有关要求的通知》。根据规定，在新标准发布前，从严执行《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》(公通字[2009]46号)第二条规定，民用建筑外保温材料采用燃烧性能为A级的材料。
目前，A级不燃的墙体保温材料有泡沫玻璃、岩棉、珍珠岩、泡沫混凝土、泡沫矿物聚合物等，为了能够更好的实现国家建筑节能、环保、利废、低成本的宗旨，研究者们进行了大量研究和实践，泡沫玻璃、岩棉、珍珠岩普遍成本较高，不够节能环保。泡沫混凝土和矿物聚合物正日益受到研究者和社会的青睐。泡沫混凝土一直存在强度较低的问题，改性较难。矿物聚合物采用粉煤灰作为主体材料，利废、成本低、环保节能，是一种具有广阔前景的墙体保温材料，开发粉煤灰基矿物聚合物墙体保温材料和认识发泡机理，对建筑节能、环保、利废、降低建筑成本具有具有广泛深刻的意义。
发明内容
为了提高粉煤灰在轻质防火保温材料生产中的掺量，本发明提供了一种制备工艺简单，性能稳定，低温蒸养的轻质防火保温材料及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明的轻质防火保温材料，包括矿物原料、碱性激发剂、发泡剂、稳泡剂、缓释剂、减水剂。
所述的矿物原料包括粉煤灰，所述粉煤灰占矿物原料的80～100wt.％，其他矿物原料包括矿渣、偏高岭土、硅灰、钢渣或循环硫化床底灰中的一种；所述的发泡剂是双氧水或铝粉；所述的碱性激发剂包括水玻璃和NaOH或KOH，所述的稳泡剂可以是阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、或双离子表面活性剂；所述的缓释剂是脱硫石膏；所述的减水剂是萘系减水剂或聚羧酸减水剂。
所述轻质防火保温材料还包括增韧纤维，其中，
所述增韧纤维：相当于矿物原料质量的0.1～1.0wt.％；
所述碱性激发剂：相当于矿物原料质量的40～55wt.％，包括钠/钾水玻璃、NaOH/KOH、水；模数为1.0～2.0，质量浓度为15～40wt.％；
所述双氧水：相当于矿物原料质量的8～18wt.％，质量浓度为30wt.％；
所述脱硫石膏：相当于矿物原料质量的2～3.5wt.％；
所述稳泡剂：相当于矿物原料质量的0.12～0.32wt.％；
所述减水剂：相当于矿物原料质量的0.6～0.8wt.％。
所述轻质防火保温材料还包括增韧纤维，其中，
所述碱性激发剂：相当于矿物原料质量的40～55wt.％，包括钠/钾水玻璃、NaOH/KOH、水；模数为1.0～2.0，质量浓度为15～40wt.％；
所述增韧纤维：相当于矿物原料质量的0.1～1.0wt.％；
所述铝粉：相当于矿物原料质量的0.53～1.43wt.％；
所述脱硫石膏：相当于矿物原料质量的2～3.5wt.％；
所述稳泡剂：相当于矿物原料质量的0.12～0.32wt.％；
所述减水剂：相当于矿物原料质量的0.6～0.8wt.％。
所述轻质防火保温材料还包括增韧纤维；其中，在反应原料混合时，需外加一定量的水，使H2O/Na2O的摩尔比为10～20；
所述粉煤灰达到国标II级粉煤灰要求，Al2O3质量含量≥20wt.％；
其他矿物原料的粒径为10μm≤D50≤100μm，颗粒细度为0.080mm筛筛余≤12～25％，含碳量≤5％，烧失量≤10％；
所述碱性激发剂包括钠/钾水玻璃、NaOH/KOH、水；模数为1.0～2.0，质量浓度为15～40wt.％；
所述增韧纤维的直径在5～20μm，长度在6～20mm，抗拉强度大于300MPa；
所述脱硫石膏的硫酸钙含量≥85％，含水率≤35％；
所述铝粉中的活性铝≥85％；颗粒细度0.075mm筛筛余≤2％，发气率为4min50～60％、15min≥90％，30min≥99％，水分散性好，无团聚颗粒；
蒸养温度为60-120℃，养护湿度为70～99％，养护时间为1～24h；
制得的轻质防火保温材料中，SiO2与Al2O3的摩尔比为：2.5≤SiO2/Al2O3≤4.5，Na2O与Al2O3的摩尔比为：0.5≤Na2O/Al2O3≤2。
本发明的上述轻质防火保温材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)混合搅拌
将矿物原料、碱性激发剂、稳泡剂、减水剂与水混合，再与增韧纤维、发泡剂、脱硫石膏混合搅拌获得料浆，搅拌时间为1-10min；
(2)浇注
将所述料浆浇注到模具中，调节浇注扩散度，使其为15％；
(3)静养
浇注完成后，将模具放入静养室，在40～60℃环境下，所述模具中的料浆发泡、稠化、硬化形成强度≥0.1MPa的坯体，坯体硬度达到0.1～0.2MPa后结束静养，静养时间为30～90min；
(4)脱模切割
将所述坯体翻转脱模，使用切割机进行切割，去除多余底料和顶料；
(5)蒸汽养护
将切割好的半成品放入蒸养釜，在温度60-120℃，湿度为70～99％的环境下养护，养护时间为1～24h，蒸养结束后得到所述轻质防火保温材料成品。
本发明制备工艺简单，性能优良、稳定，低温蒸养，成本较低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例给出的轻质防火保温材料的微观形貌图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种轻质防火保温材料，包括粉煤灰基轻质防火保温材料，所述的轻质防火保温材料由以下原料制成：粉煤灰为主的硅铝质矿物原料、碱性激发剂、发泡剂、稳泡剂、缓释剂、减水剂等，其中矿物原料主要是粉煤灰，其他矿物原料有如矿渣、偏高岭土、硅灰、钢渣、循环硫化床底灰等。碱性激发剂由钠(钾)水玻璃和NaOH/KOH组成。发泡剂可以是双氧水或铝粉。稳泡剂可以是阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、或双离子表面活性剂等。各种原料的配比分别为：
硅铝质矿物原料：80～100wt.％粉煤灰，0～20％的矿渣、偏高岭土、硅灰、钢渣、循环硫化床底灰等富含硅铝的原料的一种；
碱性激发剂：相当于矿物原料质量的40～55wt.％。激发剂中包括钠(钾)水玻璃、NaOH/KOH、水。激发剂的模数在1.0～2.0，质量浓度在15～40wt.％；
发泡剂：
选用双氧水——相当于矿物原料质量的8～18wt.％，双氧水质量浓度为30wt.％；
或选用铝粉——相当于矿物原料质量的0.53～1.43wt.％；
脱硫石膏：相当于矿物原料质量的2～3.5wt.％；
稳泡剂：相当于矿物原料质量的0.12～0.32wt.％。
上述的各种原料的含量根据需要也可以是其他的配比。
粉煤灰达到国标II级粉煤灰要求，Al2O3质量含量不小于20wt.％；
其他矿物原料的粒径为10μm≤D50≤100μm，颗粒细度0.080mm筛筛余≤12～25％，含碳量≤5％，烧失量≤10％；
碱性激发剂包括钠(钾)水玻璃和NaOH/KOH，水玻璃的模数为2.0～3.5，水玻璃与NaOH/KOH复合后的模数为1.0～2.0，或者其他模数。
增韧纤维的直径在5～20μm，长度在6～20mm，抗拉强度大于300MPa。
如图1所示，为本实施例的轻质防火保温材料的微观形貌图。
本发明另一实施例给出了上述轻质防火保温材料的制备方法，包括步骤：
(1)碱性激发剂制备
选择钠(钾)水玻璃和NaOH/KOH为原料，将NaOH/KOH溶解在水中，控制摩尔浓度在5～15mol/L；选择钠(钾)水玻璃，控制模数为2～3.5；将二者混合，控制混合物的总体模数在1.0～2.0；搅拌1～10min，置于塑料容器，静置12～48h。
(2)混合搅拌
将矿物原料、碱性激发剂、稳泡剂、减水剂与水混合，再与增韧纤维、发泡剂、脱硫石膏混合搅拌，搅拌时间为1-10min，可以搅拌1、3、5、7、10min等，直至搅拌均匀；
(3)浇注
将料浆浇注到模具中，调节浇注扩散度在15％左右；
(4)静养
模具放入静养室后，在40～60℃环境下，可以是40、50、60℃，料浆发泡、稠化、硬化形成强度≥0.1MPa的坯体，坯体硬度达到0.1～0.2MPa后结束静养，静养时间在30～90min，可以是30、60、90min等；
(5)脱模切割
坯体翻转脱模，使用切割机进行切割，去除多余底料和顶料；
(6)蒸汽养护
将切割好的半成品放入蒸养釜，在温度60-120℃，可以是60、80、100、120℃等；养护湿度为70～99％，可以是70、80、90、99％等；养护时间为1～24h，蒸压结束后得到成品。
本发明的轻质防火保温材料的性能参数是：
实施例一：
量取钠水玻璃350g，模数为3.25，密度为1.38g/ml；称取40g NaOH和40g水混合均匀，再与水玻璃、0.61g稳泡剂、1.8g减水剂混合均匀，放置24小时，作为液体碱性激发剂。
称取Ⅰ级粉煤灰300g作为矿物原料，1.5g增韧纤维，称取34g H2O2发泡剂，6g脱硫石膏，加入矿物原料中，均匀混合。
将液体碱性激发剂与固体原料混合，搅拌均匀后加入发泡剂，搅拌3min。
将混合后的物料浇注到钢制模具或塑料模具中，密封，60℃下静养60min。
坯体翻转脱模，使用切割机进行切割，去除多余底料和顶料。
将切割好的半成品放入蒸养釜，在温度90℃，养护湿度90％条件下，养护8h，蒸养结束后得到成品。
所得样品在7天后测得的容重为250kg/m3，抗压强度为0.6MPa(28d)，抗折强度为0.4MPa，导热系数为0.050W/(m·K)。
实施例二：
量取钠水玻璃240g，模数为3.25，密度为1.38g/ml；称取37g NaOH和60g水混合均匀，再与水玻璃、0.76g稳泡剂、1.8g减水剂混合均匀，放置24小时，作为液体碱性激发剂。
称取II级粉煤灰240g，矿渣60g作为矿物原料，2.1g增韧纤维，称取42g H2O2发泡剂，9g脱硫石膏，加入矿物原料中，均匀混合。
将液体碱性激发剂与固体原料混合，搅拌均匀后加入发泡剂，搅拌1min。
将混合后的物料浇注到钢制模具或塑料模具中，密封，60℃下静养30min。
坯体翻转脱模，使用切割机进行切割，去除多余底料和顶料。
将切割好的半成品放入蒸养釜，在温度100℃，养护湿度80％条件下，养护4h，蒸养结束后得到成品。
所得样品在7天后测得的容重为200kg/m3，抗压强度为0.5MPa(28d)，抗折强度为0.35MPa，导热系数为0.046W/(m·K)。
实施例三：
量取钾水玻璃240g，模数为3.25，密度为1.65g/ml；称取45g KOH和50g水混合均匀，再与水玻璃、0.49g稳泡剂、2.1g减水剂混合均匀，放置12小时，作为液体碱性激发剂。
称取II级粉煤灰240g，偏高岭土60g作为矿物原料，1.5g增韧纤维，称取2.14g铝粉，6g脱硫石膏，加入矿物原料中，均匀混合。
将液体碱性激发剂与固体原料混合，搅拌均匀后加入发泡剂，搅拌3min。
将混合后的物料浇注到钢制模具或塑料模具中，密封，40℃下静养90min。
坯体翻转脱模，使用切割机进行切割，去除多余底料和顶料。
将切割好的半成品放入蒸养釜，在温度70℃，养护湿度99％条件下，养护12h，蒸养结束后得到成品。
所得样品在7天后测得的容重为300kg/m3，抗压强度为1.1MPa(28d)，抗折强度为0.6MPa，导热系数为0.065W/(m·K)。
实施例四：
量取钠水玻璃220g，模数为3.25，密度为1.38g/ml；称取50g NaOH和80g水混合均匀，再与水玻璃、0.97g稳泡剂、2.1g减水剂混合均匀，放置12小时，作为液体碱性激发剂。
称取II级粉煤灰270g，硅灰30g作为矿物原料，3.0g增韧纤维，称取4.29g铝粉，9g脱硫石膏，加入矿物原料中，均匀混合。
将液体碱性激发剂与固体原料混合，搅拌均匀后加入发泡剂，搅拌1min。
将混合后的物料浇注到钢制模具或塑料模具中，密封，60℃下静养30min。
坯体翻转脱模，使用切割机进行切割，去除多余底料和顶料。
将切割好的半成品放入蒸养釜，在温度110℃，养护湿度99％条件下，养护12h，蒸养结束后得到成品。
所得样品在7天后测得的容重为150kg/m3，抗压强度为0.35MPa(28d)，抗折强度为0.28MPa，导热系数为0.043W/(m·K)。
实施例五：
量取钠水玻璃300g，模数为3.25，密度为1.38g/ml；称取40g NaOH和80g水混合均匀，再与水玻璃、0.36g稳泡剂混合均匀，放置36小时，作为液体碱性激发剂。
称取II级粉煤灰270g，钢渣30g作为矿物原料，0.9g增韧纤维，称取20g H2O2发泡剂，6g脱硫石膏，加入矿物原料中，均匀混合。
将液体碱性激发剂与固体原料混合，搅拌均匀后加入发泡剂，搅拌5min。
将混合后的物料浇注到钢制模具或塑料模具中，密封，60℃下静养60min。
坯体翻转脱模，使用切割机进行切割，去除多余底料和顶料。
将切割好的半成品放入蒸养釜，在温度120℃，养护湿度99％条件下，养护12h，蒸养结束后得到成品。
所得样品在7天后测得的容重为350kg/m3，抗压强度为2.0MPa(28d)，抗折强度为1MPa，导热系数为0.072W/(m·K)。
本发明给出的轻质防火保温材料以粉煤灰为主要原料，结合其他矿物原料与增韧纤维，应用先进的化学发泡技术制备而成，制作工艺简单、性能可靠，稳定性好。产品可用作防火材料、保温材料、隔音材料、绝热材料等。
以上所述，仅为本发明优化的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种轻质防火保温材料，其特征在于，所述材料包括矿物原料、碱性激发剂、发泡剂、稳泡剂、缓释剂、减水剂。
2.根据权利要求1所述的轻质防火保温材料，其特征在于，所述的矿物原料包括粉煤灰，所述粉煤灰占矿物原料的80～100wt.％，其他矿物原料包括矿渣、偏高岭土、硅灰、钢渣或循环硫化床底灰中的一种；所述的发泡剂是双氧水或铝粉；所述的碱性激发剂包括水玻璃和NaOH或KOH，所述的稳泡剂可以是阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、或双离子表面活性剂；所述的缓释剂是脱硫石膏；所述的减水剂是萘系减水剂或聚羧酸减水剂。
3.根据权利要求2所述的轻质防火保温材料，其特征在于，所述轻质防火保温材料还包括增韧纤维，其中，
所述增韧纤维：相当于矿物原料质量的0.1～1.0wt.％；
所述碱性激发剂：相当于矿物原料质量的40～55wt.％，包括钠/钾水玻璃、NaOH/KOH、水；模数为1.0～2.0，质量浓度为15～40wt.％；
所述双氧水：相当于矿物原料质量的8～18wt.％，质量浓度为30wt.％；
所述脱硫石膏：相当于矿物原料质量的2～3.5wt.％；
所述稳泡剂：相当于矿物原料质量的0.12～0.32wt.％；
所述减水剂：相当于矿物原料质量的0.6～0.8wt.％。
4.根据权利要求2所述的轻质防火保温材料，其特征在于，所述轻质防火保温材料还包括增韧纤维，其中，
所述碱性激发剂：相当于矿物原料质量的40～55wt.％，包括钠/钾水玻璃、NaOH/KOH、水；模数为1.0～2.0，质量浓度为15～40wt.％；
所述增韧纤维：相当于矿物原料质量的0.1～1.0wt.％；
所述铝粉：相当于矿物原料质量的0.53～1.43wt.％；
所述脱硫石膏：相当于矿物原料质量的2～3.5wt.％；
所述稳泡剂：相当于矿物原料质量的0.12～0.32wt.％；
所述减水剂：相当于矿物原料质量的0.6～0.8wt.％。
5.根据权利要求2所述的轻质防火保温材料，其特征在于，所述轻质防火保温材料还包括增韧纤维；其中，在反应原料混合时，需外加一定量的水，使H2O/Na2O的摩尔比为10～20；
所述粉煤灰达到国标II级粉煤灰要求，Al2O3质量含量≥20wt.％；
其他矿物原料的粒径为10μm≤D50≤100μm，颗粒细度为0.080mm筛筛余≤12～25％，含碳量≤5％，烧失量≤10％；
所述碱性激发剂包括钠/钾水玻璃、NaOH/KOH、水；模数为1.0～2.0，质量浓度为15～40wt.％；
所述增韧纤维的直径在5～20μm，长度在6～20mm，抗拉强度大于300MPa；
所述脱硫石膏的硫酸钙含量≥85％，含水率≤35％；
所述铝粉中的活性铝≥85％；颗粒细度0.075mm筛筛余≤2％，发气率为4min50～60％、15min≥90％，30min≥99％，水分散性好，无团聚颗粒；
蒸养温度为60-120℃，养护湿度为70～99％，养护时间为1～24h；
制得的轻质防火保温材料中，SiO2与Al2O3的摩尔比为：2.5≤SiO2/Al2O3≤4.5，Na2O与Al2O3的摩尔比为：0.5≤Na2O/Al2O3≤2。
6.一种轻质防火保温材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备过程：
将矿物原料、碱性激发剂、稳泡剂、减水剂与水混合，再与增韧纤维、发泡剂、脱硫石膏混合搅拌获得料浆，搅拌时间为1-10min；
将所述料浆浇注到模具中，调节浇注扩散度，使其为15％；
浇注完成后，将模具放入静养室，在40～60℃环境下，所述模具中的料浆发泡、稠化、硬化形成强度≥0.1MPa的坯体，坯体硬度达到0.1～0.2MPa后结束静养，静养时间为30～90min；
将所述坯体翻转脱模，使用切割机进行切割，去除多余底料和顶料；
将切割好的半成品放入蒸养釜，在温度60-120℃，湿度为70～99％的环境下养护，养护时间为1～24h，蒸养结束后得到所述轻质防火保温材料成品。
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