CN107033554B - 高强度环保建筑材料的制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了高强度环保建筑材料的制备方法及其应用，该方法通过将粉煤灰、硅藻土、膨胀蛭石球磨成粉、煅烧，再加入经改性的羧基聚酯树脂以及经搅拌处理的聚乙烯树脂、聚氨酯和二丁酸二辛酯磺酸钠的混合物共同进行加热反应，随后经混炼、硫化、热压等一系列特定工艺制成成品建筑材料。制备而成的建筑材料，其防火性能高，甲醛释放量标准可达E0级，且抗压强度高，具有较好的应用前景。同时还公开了由该制备方法制得的建筑材料在建筑墙体材料中的应用。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料这一技术领域，特别涉及到高强度环保建筑材料的制备方法及其应用。
背景技术
随着世界范围内的能源紧缺以及能源利用所带来的环境问题，资源、能源和环保是制约当今人类社会和经济可持续发展的三大考验，节能降耗减排是实现社会和经济可持续发展的有效途径。除了能源的高效转化及可再生能源的合理开发外，充分提高能源的利用效率也是节能的关键。目前普遍认为，建筑节能是各种节能途径中潜力最大、最为直接有效的方式。建筑耗能一般包括建筑采暖、降温、电气、照明等所用的能源，其中以采暖和降温能耗数量最多。建筑物保暖占据能源消耗的比重相当惊人，我国北方建筑能耗占全部能耗的20％以上，而墙体传热在建筑物总体传热中所占的比例又是最大的。所以，建筑节能的首要任务还是建筑墙体材料的保温隔热，开发和应用高效的保温隔热墙体材料是保证建筑节能的有效措施。隔热保温材料可有效减少热量在产生、输送、储存和使用等过程中伴随的热量损失，广泛应用于建筑、化工、电子、服装、航空天等领域，已成为提高能量利用效率和实现节能降耗减排的重要途径。
目前常用的墙体材料主要包括无机物和有机物两大类，绝大多数无机墙体材料具有腐蚀性，而且在相变过程中具有过冷和相分离的缺点，影响了其储能能力，而有机墙体材料不仅腐蚀性小、在相变过程中几乎没有相分离的缺点，且化学性能稳定、价格便宜，但有机墙体材料存在导热系数低、具有可燃性的缺点，致使其在储能系统的应用中传热性能差、储能利用率低，从而降低了系统的效能，还有这些有机墙体材料的不稳定性，随时释放含有甲醛等的有害气体，对人的健康产生很大的危害。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供高强度环保建筑材料的制备方法，该方法通过将粉煤灰、硅藻土、膨胀蛭石球磨成粉、煅烧，再加入经改性的羧基聚酯树脂以及经搅拌处理的聚乙烯树脂、聚氨酯和二丁酸二辛酯磺酸钠的混合物共同进行加热反应，随后经混炼、硫化、热压等一系列特定工艺制成成品建筑材料。制备而成的建筑材料，其防火性能高，甲醛释放量标准可达E0级，且抗压强度高，具有较好的应用前景。同时还公开了由该制备方法制得的高强度环保建筑材料在建筑墙体材料中的应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
高强度环保建筑材料的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将粉煤灰20-25份、硅藻土15-20份、膨胀蛭石8-12份加入球磨机中，加入不锈钢研磨球，调节球磨机转速80-100r/min，球磨4-6h，收集粉体过120目筛，得混合粉末；
(2)将羧基聚酯树脂22-28份置于反应釜中，升温至150℃，在真空条件下处理2-3h，随后升温至175℃，加入四丁酚醛6-10份、聚己二酸乙二醇酯3-5份、甲氧基聚乙二醇2-4份，在常压下反应1h，将反应产物用3mol/L的稀盐酸洗涤2-3次，然后用去离子水洗涤至中性，得改性羧基聚酯树脂；
(3)将聚乙烯树脂6-15份、聚氨酯3-9份、二丁酸二辛酯磺酸钠1-3份加入搅拌机中，调整搅拌机的转速为180-220rpm，搅拌25min，得搅拌混合物；
(4)将步骤(1)得到的混合粉末加入煅烧炉中，在1000-1200℃下，煅烧50min，然后迅速降温至室温，得煅烧产物；
(5)将步骤(4)的煅烧产物加入反应釜中，加热反应釜，待温度达到115℃时，再向反应釜中加入步骤(2)所得的改性羧基聚酯树脂和步骤(3)所得的搅拌混合物，混合均匀后保温反应30min，得初步反应产物；
(6)将步骤(5)所得的初步反应产物倒入混炼机中，调节混炼机温度至130-150℃，随后向混炼机中加入木质纤维3-5份，在120-150rpm的搅拌速率下混炼15-20min，得中间反应产物；
(7)将步骤(6)的中间反应产物在150℃的条件下硫化45min，冷却至室温后得硫化反应物；
(8)将步骤(7)得到的硫化反应物粉碎成颗粒状，与交联剂2-4份进行充分机械混匀并得到混合物料，随后将上述混合物料放置在预制的成型模具内进行热压，热压温度为100-120℃，热压时间为4-5h，热压完成后冷却至室温，得到成品材料。
优选地，所述步骤(1)中球磨机的球料比为15:1。
优选地，所述步骤(2)中的真空度优选为-0.08Mpa。
优选地，所述步骤(8)中的交联剂选自丙烯酸异辛酯、甘油二甲基丙烯酸酯、三乙醇胺中的任意一种。
本发明还提供了由上述制备方法得到的高强度环保建筑材料在建筑墙体材料中的应用。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
(1)本发明的高强度环保建筑材料制备方法通过将粉煤灰、硅藻土、膨胀蛭石球磨成粉、煅烧，再加入经改性的羧基聚酯树脂以及经搅拌处理的聚乙烯树脂、聚氨酯和二丁酸二辛酯磺酸钠的混合物共同进行加热反应，随后经混炼、硫化、热压等一系列特定工艺制成成品建筑材料。制备而成的建筑材料，其防火性能高，甲醛释放量标准可达E0级，且抗压强度高，具有较好的应用前景。
(2)本发明通过将羧基聚酯树脂经特定工艺进行改性，使得最后所制备得到的建筑材料在材料性能上有了显著提到，相比较于只添加未经改性的羧基聚酯树脂而言，取得了预料不到的技术效果。
(3)本发明的高强度环保建筑材料的制备方法所用原料廉价、方法简单，适于大规模工业化运用，实用性强。
具体实施方式
下面结合具体实施例对发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
(1)将粉煤灰20份、硅藻土15份、膨胀蛭石8份加入球磨机中，加入不锈钢研磨球，球磨机的球料比为15:1，调节球磨机转速80r/min，球磨4h，收集粉体过120目筛，得混合粉末；
(2)将羧基聚酯树脂22份置于反应釜中，升温至150℃，在真空度为-0.08Mpa的条件下处理2h，随后升温至175℃，加入四丁酚醛6份、聚己二酸乙二醇酯3份、甲氧基聚乙二醇2份，在常压下反应1h，将反应产物用3mol/L的稀盐酸洗涤2-3次，然后用去离子水洗涤至中性，得改性羧基聚酯树脂；
(3)将聚乙烯树脂6份、聚氨酯3份、二丁酸二辛酯磺酸钠1份加入搅拌机中，调整搅拌机的转速为180rpm，搅拌25min，得搅拌混合物；
(4)将步骤(1)得到的混合粉末加入煅烧炉中，在1000℃下，煅烧50min，然后迅速降温至室温，得煅烧产物；
(5)将步骤(4)的煅烧产物加入反应釜中，加热反应釜，待温度达到115℃时，再向反应釜中加入步骤(2)所得的改性羧基聚酯树脂和步骤(3)所得的搅拌混合物，混合均匀后保温反应30min，得初步反应产物；
(6)将步骤(5)所得的初步反应产物倒入混炼机中，调节混炼机温度至130℃，随后向混炼机中加入木质纤维3份，在120rpm的搅拌速率下混炼15min，得中间反应产物；
(7)将步骤(6)的中间反应产物在150℃的条件下硫化45min，冷却至室温后得硫化反应物；
(8)将步骤(7)得到的硫化反应物粉碎成颗粒状，与丙烯酸异辛酯2份进行充分机械混匀并得到混合物料，随后将上述混合物料放置在预制的成型模具内进行热压，热压温度为100℃，热压时间为4h，热压完成后冷却至室温，得到成品材料。
实施例2
(1)将粉煤灰22份、硅藻土17份、膨胀蛭石10份加入球磨机中，加入不锈钢研磨球，球磨机的球料比为15:1，调节球磨机转速90r/min，球磨5h，收集粉体过120目筛，得混合粉末；
(2)将羧基聚酯树脂25份置于反应釜中，升温至150℃，在真空度为-0.08Mpa的条件下处理2.5h，随后升温至175℃，加入四丁酚醛8份、聚己二酸乙二醇酯4份、甲氧基聚乙二醇3份，在常压下反应1h，将反应产物用3mol/L的稀盐酸洗涤2-3次，然后用去离子水洗涤至中性，得改性羧基聚酯树脂；
(3)将聚乙烯树脂11份、聚氨酯6份、二丁酸二辛酯磺酸钠2份加入搅拌机中，调整搅拌机的转速为200rpm，搅拌25min，得搅拌混合物；
(4)将步骤(1)得到的混合粉末加入煅烧炉中，在1100℃下，煅烧50min，然后迅速降温至室温，得煅烧产物；
(5)将步骤(4)的煅烧产物加入反应釜中，加热反应釜，待温度达到115℃时，再向反应釜中加入步骤(2)所得的改性羧基聚酯树脂和步骤(3)所得的搅拌混合物，混合均匀后保温反应30min，得初步反应产物；
(6)将步骤(5)所得的初步反应产物倒入混炼机中，调节混炼机温度至140℃，随后向混炼机中加入木质纤维4份，在135rpm的搅拌速率下混炼17min，得中间反应产物；
(7)将步骤(6)的中间反应产物在150℃的条件下硫化45min，冷却至室温后得硫化反应物；
(8)将步骤(7)得到的硫化反应物粉碎成颗粒状，与甘油二甲基丙烯酸酯3份进行充分机械混匀并得到混合物料，随后将上述混合物料放置在预制的成型模具内进行热压，热压温度为110℃，热压时间为4.5h，热压完成后冷却至室温，得到成品材料。
实施例3
(1)将粉煤灰25份、硅藻土20份、膨胀蛭石12份加入球磨机中，加入不锈钢研磨球，球磨机的球料比为15:1，调节球磨机转速100r/min，球磨6h，收集粉体过120目筛，得混合粉末；
(2)将羧基聚酯树脂28份置于反应釜中，升温至150℃，在真空度为-0.08Mpa的条件下处理3h，随后升温至175℃，加入四丁酚醛10份、聚己二酸乙二醇酯5份、甲氧基聚乙二醇4份，在常压下反应1h，将反应产物用3mol/L的稀盐酸洗涤2-3次，然后用去离子水洗涤至中性，得改性羧基聚酯树脂；
(3)将聚乙烯树脂15份、聚氨酯9份、二丁酸二辛酯磺酸钠3份加入搅拌机中，调整搅拌机的转速为220rpm，搅拌25min，得搅拌混合物；
(4)将步骤(1)得到的混合粉末加入煅烧炉中，在1200℃下，煅烧50min，然后迅速降温至室温，得煅烧产物；
(5)将步骤(4)的煅烧产物加入反应釜中，加热反应釜，待温度达到115℃时，再向反应釜中加入步骤(2)所得的改性羧基聚酯树脂和步骤(3)所得的搅拌混合物，混合均匀后保温反应30min，得初步反应产物；
(6)将步骤(5)所得的初步反应产物倒入混炼机中，调节混炼机温度至150℃，随后向混炼机中加入木质纤维5份，在150rpm的搅拌速率下混炼20min，得中间反应产物；
(7)将步骤(6)的中间反应产物在150℃的条件下硫化45min，冷却至室温后得硫化反应物；
(8)将步骤(7)得到的硫化反应物粉碎成颗粒状，与三乙醇胺4份进行充分机械混匀并得到混合物料，随后将上述混合物料放置在预制的成型模具内进行热压，热压温度为120℃，热压时间为5h，热压完成后冷却至室温，得到成品材料。
对比例1
(1)将粉煤灰15份、硅藻土25份、膨胀蛭石10份加入球磨机中，加入不锈钢研磨球，球磨机的球料比为15:1，调节球磨机转速80r/min，球磨4h，收集粉体过120目筛，得混合粉末；
(2)将羧基聚酯树脂22份置于反应釜中，升温至150℃，在真空度为-0.08Mpa的条件下处理2h，随后升温至175℃，加入四丁酚醛6份、聚己二酸乙二醇酯3份、甲氧基聚乙二醇2份，在常压下反应1h，将反应产物用3mol/L的稀盐酸洗涤2-3次，然后用去离子水洗涤至中性，得改性羧基聚酯树脂；
(3)将聚乙烯树脂6份、聚氨酯3份、二丁酸二辛酯磺酸钠1份加入搅拌机中，调整搅拌机的转速为180rpm，搅拌25min，得搅拌混合物；
(4)将步骤(1)得到的混合粉末加入煅烧炉中，在800℃下，煅烧50min，然后迅速降温至室温，得煅烧产物；
(5)将步骤(4)的煅烧产物加入反应釜中，加热反应釜，待温度达到115℃时，再向反应釜中加入步骤(2)所得的改性羧基聚酯树脂和步骤(3)所得的搅拌混合物，混合均匀后保温反应30min，得初步反应产物；
(6)将步骤(5)所得的初步反应产物倒入混炼机中，调节混炼机温度至180℃，随后向混炼机中加入木质纤维8份，在120rpm的搅拌速率下混炼15min，得中间反应产物；
(7)将步骤(6)的中间反应产物在150℃的条件下硫化45min，冷却至室温后得硫化反应物；
(8)将步骤(7)得到的硫化反应物粉碎成颗粒状，与丙烯酸异辛酯2份进行充分机械混匀并得到混合物料，随后将上述混合物料放置在预制的成型模具内进行热压，热压温度为100℃，热压时间为4h，热压完成后冷却至室温，得到成品材料。
对比例2
(1)将粉煤灰22份、硅藻土17份、膨胀蛭石10份加入球磨机中，加入不锈钢研磨球，球磨机的球料比为15:1，调节球磨机转速90r/min，球磨5h，收集粉体过120目筛，得混合粉末；
(2)将聚乙烯树脂11份、聚氨酯6份、二丁酸二辛酯磺酸钠2份加入搅拌机中，调整搅拌机的转速为200rpm，搅拌25min，得搅拌混合物；
(3)将步骤(1)得到的混合粉末加入煅烧炉中，在1100℃下，煅烧50min，然后迅速降温至室温，得煅烧产物；
(4)将步骤(3)的煅烧产物加入反应釜中，加热反应釜，待温度达到115℃时，再向反应釜中加入羧基聚酯树脂25份和步骤(2)所得的搅拌混合物，混合均匀后保温反应30min，得初步反应产物；
(5)将步骤(4)所得的初步反应产物倒入混炼机中，调节混炼机温度至140℃，随后向混炼机中加入木质纤维4份，在135rpm的搅拌速率下混炼17min，得中间反应产物；
(6)将步骤(5)的中间反应产物在150℃的条件下硫化45min，冷却至室温后得硫化反应物；
(7)将步骤(6)得到的硫化反应物粉碎成颗粒状，与甘油二甲基丙烯酸酯3份进行充分机械混匀并得到混合物料，随后将上述混合物料放置在预制的成型模具内进行热压，热压温度为110℃，热压时间为4.5h，热压完成后冷却至室温，得到成品材料。
对比例3
(1)将粉煤灰25份、硅藻土20份、膨胀蛭石12份加入球磨机中，加入不锈钢研磨球，球磨机的球料比为15:1，调节球磨机转速100r/min，球磨6h，收集粉体过120目筛，得混合粉末；
(2)将羧基聚酯树脂28份置于反应釜中，升温至150℃，在真空度为-0.08Mpa的条件下处理3h，随后升温至175℃，加入四丁酚醛10份、聚己二酸乙二醇酯5份、甲氧基聚乙二醇4份，在常压下反应1h，将反应产物用3mol/L的稀盐酸洗涤2-3次，然后用去离子水洗涤至中性，得改性羧基聚酯树脂；
(3)将聚乙烯树脂15份、聚氨酯9份、二丁酸二辛酯磺酸钠3份加入搅拌机中，调整搅拌机的转速为220rpm，搅拌25min，得搅拌混合物；
(4)将步骤(1)的混合粉末加入反应釜中，加热反应釜，待温度达到115℃时，再向反应釜中加入步骤(2)所得的改性羧基聚酯树脂和步骤(3)所得的搅拌混合物，混合均匀后保温反应30min，得初步反应产物；
(5)将步骤(4)所得的初步反应产物倒入混炼机中，调节混炼机温度至150℃，随后向混炼机中加入木质纤维5份，在150rpm的搅拌速率下混炼20min，得中间反应产物；
(6)将步骤(5)的中间反应产物在150℃的条件下硫化45min，冷却至室温后得硫化反应物；
(7)将步骤(6)得到的硫化反应物粉碎成颗粒状，与三乙醇胺4份进行充分机械混匀并得到混合物料，随后将上述混合物料放置在预制的成型模具内进行热压，热压温度为120℃，热压时间为5h，热压完成后冷却至室温，得到成品材料。
将实施例1-3和对比例1-3的制得的高强度环保建筑材料分别进行防火性能等级、甲醛释放量标准、抗压强度这三项性能测试，测试结果如表1所示。
表1
| 防火性能等级(级) | 甲醛释放量标准(级) | 抗压强度(MPa) | |
| 实施例1 | A | E0 | 1.72 |
| 实施例2 | A | E0 | 1.77 |
| 实施例3 | A | E0 | 1.68 |
| 对比例1 | B1 | E0 | 1.25 |
| 对比例2 | B1 | E0 | 1.03 |
| 对比例3 | B1 | E0 | 1.19 |
本发明的高强度环保建筑材料制备方法通过将粉煤灰、硅藻土、膨胀蛭石球磨成粉、煅烧，再加入经改性的羧基聚酯树脂以及经搅拌处理的聚乙烯树脂、聚氨酯和二丁酸二辛酯磺酸钠的混合物共同进行加热反应，随后经混炼、硫化、热压等一系列特定工艺制成成品建筑材料。制备而成的建筑材料，其防火性能高，甲醛释放量标准可达E0级，且抗压强度高，具有较好的应用前景。本发明的高强度环保建筑材料的制备方法所用原料廉价、方法简单，适于大规模工业化运用，实用性强。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.高强度环保建筑材料的制备方法，其特征在于，由以下步骤组成：
(1)将粉煤灰20-25份、硅藻土15-20份、膨胀蛭石8-12份加入球磨机中，加入不锈钢研磨球，调节球磨机转速80-100r/min，球磨4-6h，收集粉体过120目筛，得混合粉末；
(2)将羧基聚酯树脂22-28份置于反应釜中，升温至150℃，在真空条件下处理2-3h，随后升温至175℃，加入四丁酚醛6-10份、聚己二酸乙二醇酯3-5份、甲氧基聚乙二醇2-4份，在常压下反应1h，将反应产物用3mol/L的稀盐酸洗涤2-3次，然后用去离子水洗涤至中性，得改性羧基聚酯树脂；
(3)将聚乙烯树脂6-15份、聚氨酯3-9份、二丁酸二辛酯磺酸钠1-3份加入搅拌机中，调整搅拌机的转速为180-220rpm，搅拌25min，得搅拌混合物；
(4)将步骤(1)得到的混合粉末加入煅烧炉中，在1000-1200℃下，煅烧50min，然后迅速降温至室温，得煅烧产物；
(5)将步骤(4)的煅烧产物加入反应釜中，加热反应釜，待温度达到115℃时，再向反应釜中加入步骤(2)所得的改性羧基聚酯树脂和步骤(3)所得的搅拌混合物，混合均匀后保温反应30min，得初步反应产物；
(6)将步骤(5)所得的初步反应产物倒入混炼机中，调节混炼机温度至130-150℃，随后向混炼机中加入木质纤维3-5份，在120-150rpm的搅拌速率下混炼15-20min，得中间反应产物；
(7)将步骤(6)的中间反应产物在150℃的条件下硫化45min，冷却至室温后得硫化反应物；
(8)将步骤(7)得到的硫化反应物粉碎成颗粒状，与交联剂2-4份进行充分机械混匀并得到混合物料，随后将上述混合物料放置在预制的成型模具内进行热压，热压温度为100-120℃，热压时间为4-5h，热压完成后冷却至室温，得到成品材料。
2.根据权利要求1所述的高强度环保建筑材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中球磨机的球料比为15:1。
3.根据权利要求1所述的高强度环保建筑材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的真空度优选为-0.08Mpa。
4.根据权利要求1所述的高强度环保建筑材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(8)中的交联剂选自丙烯酸异辛酯、甘油二甲基丙烯酸酯、三乙醇胺中的任意一种。
5.根据权利要求1-4任一项所述制备方法得到的高强度环保建筑材料在建筑墙体材料中的应用。
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