CN107602051A - 一种复合玻璃棉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合玻璃棉，属于保温材料领域。本发明将60～80份玻璃棉和岩棉混合物，20～30份酸化天然橡胶，6～8份偶联剂，10～20份火山灰，6～8份表面活性剂和10～20份水玻璃，搅拌混合，注模成型，固化，脱模，即得复合玻璃棉，所述复合玻璃棉中还可以添加水玻璃质量0.03～0.04倍的硅藻土和水玻璃质量0.03～0.04倍的改性聚苯乙烯泡沫颗。本发明技术方案所得复合玻璃棉具有优良的防水性能，机械性能及保温效果。
Description
技术领域
本发明公开了一种复合玻璃棉，属于保温材料领域。
背景技术
玻璃棉是用离心玻璃棉毡是用欧文斯科宁（简称OC）独有专利离心法技术，将熔融玻璃纤维化并加以热固性树脂为主的环保型配方粘结剂加工而成的制品，是一种由直径只有几微米的玻璃纤维制作而成的有弹性的毡状体，并可根据使用要求选择不同的防潮贴面在线复合。其具有的大量微小的空气孔隙，使其起到保温隔热、吸声降噪及安全防护等作用，是钢结构建筑保温隔热、吸声降噪的最佳材料。
玻璃棉属于玻璃纤维中的一个类别，是一种人造无机纤维。采用石英砂、石灰石、白云石等天然矿石为主要原料，配合一些纯碱、硼砂等化工原料熔成玻璃。在融化状态下，借助外力吹制式甩成絮状细纤维，纤维和纤维之间为立体交叉，互相缠绕在一起，呈现出许多细小的间隙。这种间隙可看作孔隙。因此玻璃棉可视为多孔材料，具有良好的吸声性能。
目前，玻璃棉以优异的性能受到研究人员的青睐，许多单位对玻璃棉材料开展了技术研究与应用，但是在适用过程中出现了许多问题，如防水性较差、机械性能及保温性能不能达到理想的峰值，制约着玻璃棉材料的推广与应用。因此，改善其防水性同时，对于保持无机纤维的保温性，提高机械性能显得尤为重要。目前改善无机纤维棉板防水性能的方法主要是在纤维层和界面层之间设置防水膜、设置防水层（布或者纸材料）、喷涂防水层。尽管这些方法取得了一定的效果，但是成本很高，或者防水性能有限。因此，如何在成本增加不多的前提下大幅度提高无机纤维的防水性成为一个非常重要的课题。
因此，随着市场对玻璃棉质量要求的不断提高，开发一种具有较好的防水性，同时兼具优良的机械性能及保温性能的产品，已成为保温保温材料行业亟待解决的问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是：针对传统玻璃棉保温材料防水性差，机械性能差及保温效果不理想的缺点，提供了一种复合玻璃棉。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种复合玻璃棉，是由以下重量份数的原料组成：60～80份玻璃棉和岩棉混合物、20～30份酸化天然橡胶、6～8份偶联剂、10～20份火山灰、6～8份表面活性剂、10～20份水玻璃；
所述玻璃棉和岩棉混合物是由玻璃棉和岩棉按质量比3：1～5：1混合而成；
所述复合玻璃棉的制备过程为：按原料组成称量各原料，先将改性玻璃棉和岩棉混合物，酸化天然橡胶，偶联剂，火山灰，表面活性剂和水玻璃，搅拌混合，注模成型，固化，脱模，即得复合玻璃棉。
所述玻璃棉和岩棉混合物还可以为改性玻璃棉和岩棉混合物；所述改性玻璃棉和岩棉混合物的改性过程为：按重量份数计，将10～20份纳米二氧化硅、20～40份硅烷偶联剂KH-560和80～100份乙醇溶液混合反应，再经过滤、洗涤和干燥，得改性纳米二氧化硅，再将所得改性纳米二氧化硅与无水乙醇按质量比为1：90～1：100超声分散，得改性纳米二氧化硅分散液；将玻璃棉和岩棉混合物与改性纳米二氧化硅分散液按质量比为1：6～1：10混合浸渍，再将浸渍后的玻璃棉和岩棉混合物干燥至恒重，得改性玻璃棉和岩棉混合物。
所述酸化天然橡胶制备过程为：按质量比为1:10将天然橡胶和高锰酸钾溶液加入烧杯中，用盐酸调节pH值至3～4，搅拌反应，即得酸化天然橡胶。
所述偶联剂为硅烷偶联剂，铝酸酯偶联剂或钛酸酯偶联剂中的任意一种。
所述表面活性剂为吐温-60，吐温-80或OP-10中的任意一种。
所述复合玻璃棉中还可以添加水玻璃质量0.03～0.04倍的硅藻土。
所述复合玻璃棉中还可以添加水玻璃质量0.03～0.04倍的改性聚苯乙烯泡沫颗粒；所述改性基苯乙烯泡沫颗粒的制备过程为：按质量比为1:10将原生聚苯乙烯泡沫颗粒和多巴胺溶液加入烧杯中浸泡，即得改性聚苯乙烯泡沫颗粒。
本发明的有益效果是：
（1）本发明技术方案以玻璃棉和岩棉作为产品基体，并在体系中添加酸化天然橡胶，天然橡胶在酸化过程中，不稳定双键断裂，一端被氧化形成羧基，另一端为疏水的长碳链，羧基能够与玻璃棉和岩棉发生吸附，另一端疏水长碳链可与添加到体系中的聚苯乙烯泡沫颗粒良好相容，增强聚苯乙烯泡沫颗粒与玻璃棉和岩棉的界面相容性，聚苯乙烯泡沫的存在，可与疏水的橡胶分子链协同起到提高体系防水性能的作用；
（2）本发明通过利用改性纳米二氧化硅分散液对玻璃棉和岩棉混合物进行改性，在改性过程中，改性纳米二氧化硅可吸附于玻璃棉纤维和岩棉纤维表面，在纤维表面形成纳米二氧化硅颗粒凸起，从而提高纤维基体表面的粗糙度，一方面可使纤维相互间的机械咬合力得到有效提高，在受到外力作用情况下，可避免纤维间发生位移，从而提高体系机械强度，另一方面纳米凸起结构的形成，有利于线性的橡胶分子链和聚苯乙烯分子链稳定挂靠并缠绕于玻璃棉纤维和岩棉纤维表面，疏水性分子链的稳定缠绕，在进一步提高纤维机械强度的同时，有利于进一步提升体系的整体防水性能；
（3）本发明通过在体系中添加火山灰和硅藻土等多孔无机矿物质，两者孔隙率丰富，热传导率很低，两者可在线性的橡胶和聚苯乙烯分子链的串联下，牢固固定吸附于玻璃棉纤维和岩棉纤维表面，在提高体系保温性能的同时，使玻璃棉纤维和岩棉纤维表面粗糙度进一步提高，从而使体系的机械性能得到进一步提升。
具体实施方式
按质量比为1:10将天然橡胶和质量分数为8～10%高锰酸钾溶液加入三口烧瓶中，并用质量分数为8～10%盐酸调节三口烧瓶中物料pH至3～4，再将三口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为55～65℃，转速为300～500r/min条件下，恒温搅拌反应40～50min，即得酸化天然橡胶；按质量比为1:10将原生聚苯乙烯泡沫颗粒和质量浓度为2g/L多巴胺溶液加入烧杯中，于温度为40～45℃条件下，恒温浸泡30～40min，过滤，得滤渣，并用去离子水洗涤所得滤渣3～5次，得改性聚苯乙烯泡沫颗粒；按重量份数计，将10～20份纳米二氧化硅、20～40份硅烷偶联剂KH-560和80～100份质量分数为50～70%乙醇溶液混合反应，然后将得到产品过滤，取滤饼，并用无水乙醇进行洗涤所得滤饼3～5次，再将洗涤后的滤饼，放入真空干燥箱进行干燥，得改性纳米二氧化硅，再将所得改性纳米二氧化硅与无水乙醇按质量比为1：90～1：100移至超声分散仪，于超声频率为70～85kHz条件下，超声分散20～30min，得改性纳米二氧化硅分散液；将玻璃棉和岩棉按质量比3：1～5：1混合，并将玻璃棉和岩棉混合物与改性纳米二氧化硅分散液按质量比为1：6～1：10混合浸渍2～3h，再将浸渍后的玻璃棉和岩棉混合物移至恒温干燥箱，恒温干燥至恒重，得改性玻璃棉和岩棉混合物；按重量份数计依次取，60～80份改性玻璃棉和岩棉混合物、20～30份酸化天然橡胶、6～8份偶联剂、10～20份火山灰、6～8份表面活性剂，10～20份水玻璃，先将改性玻璃棉和岩棉混合物，酸化天然橡胶，偶联剂，火山灰，表面活性剂和水玻璃加入混料机中，于转速为1100～1200r/min条件下高速搅拌20～30min，再向混料机中加入水玻璃质量0.03～0.04倍的硅藻土和水玻璃质量0.03～0.04倍的改性聚苯乙烯泡沫颗粒，于转速为1100～1200r/min条件下继续高速搅拌20～30min，在即得混合浆料，再将混合浆料注入模具中，于压力为20～30MPa条件下压制成型，即得复合玻璃棉。所述偶联剂为硅烷偶联剂，铝酸酯偶联剂或钛酸酯偶联剂中的任意一种。所述表面活性剂为吐温-60，吐温-80或OP-10中的任意一种。
实例1
按质量比为1:10将天然橡胶和质量分数为10%高锰酸钾溶液加入三口烧瓶中，并用质量分数为10%盐酸调节三口烧瓶中物料pH至4，再将三口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为65℃，转速为500r/min条件下，恒温搅拌反应50min，即得酸化天然橡胶；按质量比为1:10将原生聚苯乙烯泡沫颗粒和质量浓度为2g/L多巴胺溶液加入烧杯中，于温度为45℃条件下，恒温浸泡40min，过滤，得滤渣，并用去离子水洗涤所得滤渣5次，得改性聚苯乙烯泡沫颗粒；按重量份数计，将20份纳米二氧化硅、40份硅烷偶联剂KH-560和100份质量分数为70%乙醇溶液混合反应，然后将得到产品过滤，取滤饼，并用无水乙醇进行洗涤所得滤饼5次，再将洗涤后的滤饼，放入真空干燥箱进行干燥，得改性纳米二氧化硅，再将所得改性纳米二氧化硅与无水乙醇按质量比为1：100移至超声分散仪，于超声频率为85kHz条件下，超声分散30min，得改性纳米二氧化硅分散液；将玻璃棉和岩棉按质量比5：1混合，并将玻璃棉和岩棉混合物与改性纳米二氧化硅分散液按质量比为1：10混合浸渍3h，再将浸渍后的玻璃棉和岩棉混合物移至恒温干燥箱，恒温干燥至恒重，得改性玻璃棉和岩棉混合物；按重量份数计依次取，80份改性玻璃棉和岩棉混合物、30份酸化天然橡胶、8份偶联剂、20份火山灰、8份表面活性剂，20份水玻璃，先将改性玻璃棉和岩棉混合物，酸化天然橡胶，偶联剂，火山灰，表面活性剂和水玻璃加入混料机中，于转速为1200r/min条件下高速搅拌30min，再向混料机中加入水玻璃质量0.04倍的硅藻土和水玻璃质量0.04倍的改性聚苯乙烯泡沫颗粒，于转速为1200r/min条件下继续高速搅拌30min，在即得混合浆料，再将混合浆料注入模具中，于压力为30MPa条件下压制成型，即得复合玻璃棉。所述偶联剂为硅烷偶联剂。所述表面活性剂为吐温-60。
实例2
按质量比为1:10将原生聚苯乙烯泡沫颗粒和质量浓度为2g/L多巴胺溶液加入烧杯中，于温度为45℃条件下，恒温浸泡40min，过滤，得滤渣，并用去离子水洗涤所得滤渣5次，得改性聚苯乙烯泡沫颗粒；按重量份数计，将20份纳米二氧化硅、40份硅烷偶联剂KH-560和100份质量分数为70%乙醇溶液混合反应，然后将得到产品过滤，取滤饼，并用无水乙醇进行洗涤所得滤饼5次，再将洗涤后的滤饼，放入真空干燥箱进行干燥，得改性纳米二氧化硅，再将所得改性纳米二氧化硅与无水乙醇按质量比为1：100移至超声分散仪，于超声频率为85kHz条件下，超声分散30min，得改性纳米二氧化硅分散液；将玻璃棉和岩棉按质量比5：1混合，并将玻璃棉和岩棉混合物与改性纳米二氧化硅分散液按质量比为1：10混合浸渍3h，再将浸渍后的玻璃棉和岩棉混合物移至恒温干燥箱，恒温干燥至恒重，得改性玻璃棉和岩棉混合物；按重量份数计依次取，80份改性玻璃棉和岩棉混合物、8份偶联剂、20份火山灰、8份表面活性剂，20份水玻璃，先将改性玻璃棉和岩棉混合物，偶联剂，火山灰，表面活性剂和水玻璃加入混料机中，于转速为1200r/min条件下高速搅拌30min，再向混料机中加入水玻璃质量0.04倍的硅藻土和水玻璃质量0.04倍的改性聚苯乙烯泡沫颗粒，于转速为1200r/min条件下继续高速搅拌30min，在即得混合浆料，再将混合浆料注入模具中，于压力为30MPa条件下压制成型，即得复合玻璃棉。所述偶联剂为硅烷偶联剂。所述表面活性剂为吐温-60。
实例3
按质量比为1:10将天然橡胶和质量分数为10%高锰酸钾溶液加入三口烧瓶中，并用质量分数为10%盐酸调节三口烧瓶中物料pH至4，再将三口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为65℃，转速为500r/min条件下，恒温搅拌反应50min，即得酸化天然橡胶；按重量份数计，将20份纳米二氧化硅、40份硅烷偶联剂KH-560和100份质量分数为70%乙醇溶液混合反应，然后将得到产品过滤，取滤饼，并用无水乙醇进行洗涤所得滤饼5次，再将洗涤后的滤饼，放入真空干燥箱进行干燥，得改性纳米二氧化硅，再将所得改性纳米二氧化硅与无水乙醇按质量比为1：100移至超声分散仪，于超声频率为85kHz条件下，超声分散30min，得改性纳米二氧化硅分散液；将玻璃棉和岩棉按质量比5：1混合，并将玻璃棉和岩棉混合物与改性纳米二氧化硅分散液按质量比为1：10混合浸渍3h，再将浸渍后的玻璃棉和岩棉混合物移至恒温干燥箱，恒温干燥至恒重，得改性玻璃棉和岩棉混合物；按重量份数计依次取，80份改性玻璃棉和岩棉混合物、30份酸化天然橡胶、8份偶联剂、20份火山灰、8份表面活性剂，20份水玻璃，先将改性玻璃棉和岩棉混合物，酸化天然橡胶，偶联剂，火山灰，表面活性剂和水玻璃加入混料机中，于转速为1200r/min条件下高速搅拌30min，再向混料机中加入水玻璃质量0.04倍的硅藻土，于转速为1200r/min条件下继续高速搅拌30min，在即得混合浆料，再将混合浆料注入模具中，于压力为30MPa条件下压制成型，即得复合玻璃棉。所述偶联剂为硅烷偶联剂。所述表面活性剂为吐温-60。
实例4
按质量比为1:10将天然橡胶和质量分数为10%高锰酸钾溶液加入三口烧瓶中，并用质量分数为10%盐酸调节三口烧瓶中物料pH至4，再将三口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为65℃，转速为500r/min条件下，恒温搅拌反应50min，即得酸化天然橡胶；按质量比为1:10将原生聚苯乙烯泡沫颗粒和质量浓度为2g/L多巴胺溶液加入烧杯中，于温度为45℃条件下，恒温浸泡40min，过滤，得滤渣，并用去离子水洗涤所得滤渣5次，得改性聚苯乙烯泡沫颗粒；将玻璃棉和岩棉按质量比5：1混合，得玻璃棉和岩棉混合物；按重量份数计依次取，80份玻璃棉和岩棉混合物、30份酸化天然橡胶、8份偶联剂、20份火山灰、8份表面活性剂，20份水玻璃，先将改性玻璃棉和岩棉混合物，酸化天然橡胶，偶联剂，火山灰，表面活性剂和水玻璃加入混料机中，于转速为1200r/min条件下高速搅拌30min，再向混料机中加入水玻璃质量0.04倍的硅藻土和水玻璃质量0.04倍的改性聚苯乙烯泡沫颗粒，于转速为1200r/min条件下继续高速搅拌30min，在即得混合浆料，再将混合浆料注入模具中，于压力为30MPa条件下压制成型，即得复合玻璃棉。所述偶联剂为硅烷偶联剂。所述表面活性剂为吐温-60。
实例5
按质量比为1:10将天然橡胶和质量分数为10%高锰酸钾溶液加入三口烧瓶中，并用质量分数为10%盐酸调节三口烧瓶中物料pH至4，再将三口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为65℃，转速为500r/min条件下，恒温搅拌反应50min，即得酸化天然橡胶；按质量比为1:10将原生聚苯乙烯泡沫颗粒和质量浓度为2g/L多巴胺溶液加入烧杯中，于温度为45℃条件下，恒温浸泡40min，过滤，得滤渣，并用去离子水洗涤所得滤渣5次，得改性聚苯乙烯泡沫颗粒；按重量份数计，将20份纳米二氧化硅、40份硅烷偶联剂KH-560和100份质量分数为70%乙醇溶液混合反应，然后将得到产品过滤，取滤饼，并用无水乙醇进行洗涤所得滤饼5次，再将洗涤后的滤饼，放入真空干燥箱进行干燥，得改性纳米二氧化硅，再将所得改性纳米二氧化硅与无水乙醇按质量比为1：100移至超声分散仪，于超声频率为85kHz条件下，超声分散30min，得改性纳米二氧化硅分散液；将玻璃棉和岩棉按质量比5：1混合，并将玻璃棉和岩棉混合物与改性纳米二氧化硅分散液按质量比为1：10混合浸渍3h，再将浸渍后的玻璃棉和岩棉混合物移至恒温干燥箱，恒温干燥至恒重，得改性玻璃棉和岩棉混合物；按重量份数计依次取，80份改性玻璃棉和岩棉混合物、30份酸化天然橡胶、8份偶联剂、8份表面活性剂，20份水玻璃，先将改性玻璃棉和岩棉混合物，酸化天然橡胶，偶联剂，表面活性剂和水玻璃加入混料机中，于转速为1200r/min条件下高速搅拌30min，再向混料机中加入水玻璃质量0.04倍的硅藻土和水玻璃质量0.04倍的改性聚苯乙烯泡沫颗粒，于转速为1200r/min条件下继续高速搅拌30min，在即得混合浆料，再将混合浆料注入模具中，于压力为30MPa条件下压制成型，即得复合玻璃棉。所述偶联剂为硅烷偶联剂。所述表面活性剂为吐温-60。
实例6
按质量比为1:10将天然橡胶和质量分数为10%高锰酸钾溶液加入三口烧瓶中，并用质量分数为10%盐酸调节三口烧瓶中物料pH至4，再将三口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为65℃，转速为500r/min条件下，恒温搅拌反应50min，即得酸化天然橡胶；按质量比为1:10将原生聚苯乙烯泡沫颗粒和质量浓度为2g/L多巴胺溶液加入烧杯中，于温度为45℃条件下，恒温浸泡40min，过滤，得滤渣，并用去离子水洗涤所得滤渣5次，得改性聚苯乙烯泡沫颗粒；按重量份数计，将20份纳米二氧化硅、40份硅烷偶联剂KH-560和100份质量分数为70%乙醇溶液混合反应，然后将得到产品过滤，取滤饼，并用无水乙醇进行洗涤所得滤饼5次，再将洗涤后的滤饼，放入真空干燥箱进行干燥，得改性纳米二氧化硅，再将所得改性纳米二氧化硅与无水乙醇按质量比为1：100移至超声分散仪，于超声频率为85kHz条件下，超声分散30min，得改性纳米二氧化硅分散液；将玻璃棉和岩棉按质量比5：1混合，并将玻璃棉和岩棉混合物与改性纳米二氧化硅分散液按质量比为1：10混合浸渍3h，再将浸渍后的玻璃棉和岩棉混合物移至恒温干燥箱，恒温干燥至恒重，得改性玻璃棉和岩棉混合物；按重量份数计依次取，80份改性玻璃棉和岩棉混合物、30份酸化天然橡胶、8份偶联剂、20份火山灰、8份表面活性剂，20份水玻璃，先将改性玻璃棉和岩棉混合物，酸化天然橡胶，偶联剂，火山灰，表面活性剂和水玻璃加入混料机中，于转速为1200r/min条件下高速搅拌30min，再向混料机中加入水玻璃质量0.04倍的改性聚苯乙烯泡沫颗粒，于转速为1200r/min条件下继续高速搅拌30min，在即得混合浆料，再将混合浆料注入模具中，于压力为30MPa条件下压制成型，即得复合玻璃棉。所述偶联剂为硅烷偶联剂。所述表面活性剂为吐温-60。
对比例：河北某玻璃棉制品有限公司生产的玻璃棉保温材料。
将实例1和实例6所得的产品及对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：
1.防水性能：按GB/T5480-2008进行检测；
2.机械性能：按GB/T13350-2008进行检测；
3.隔热性能：按GB/T13350-2008进行检测。
具体检测结果由表1所示：
表1
由表1检测结果可知，本发明技术方案制备的复合玻璃棉，具有优良的防水性能，机械性能及保温效果，在保温材料行业发展中具有广阔的应用前景。
Claims (7)
1.一种复合玻璃棉，其特征在于：是由以下重量份数的原料组成：60～80份玻璃棉和岩棉混合物、20～30份酸化天然橡胶、6～8份偶联剂、10～20份火山灰、6～8份表面活性剂、10～20份水玻璃；
所述玻璃棉和岩棉混合物是由玻璃棉和岩棉按质量比3：1～5：1混合而成；
所述复合玻璃棉的制备过程为：按原料组成称量各原料，先将改性玻璃棉和岩棉混合物，酸化天然橡胶，偶联剂，火山灰，表面活性剂和水玻璃，搅拌混合，注模成型，固化，脱模，即得复合玻璃棉。
2.根据权利要求1所述的一种复合玻璃棉，其特征在于：所述玻璃棉和岩棉混合物还可以为改性玻璃棉和岩棉混合物；所述改性玻璃棉和岩棉混合物的改性过程为：按重量份数计，将10～20份纳米二氧化硅、20～40份硅烷偶联剂KH-560和80～100份乙醇溶液混合反应，再经过滤、洗涤和干燥，得改性纳米二氧化硅，再将所得改性纳米二氧化硅与无水乙醇按质量比为1：90～1：100超声分散，得改性纳米二氧化硅分散液；将玻璃棉和岩棉混合物与改性纳米二氧化硅分散液按质量比为1：6～1：10混合浸渍，再将浸渍后的玻璃棉和岩棉混合物干燥至恒重，得改性玻璃棉和岩棉混合物。
3.根据权利要求1所述的一种复合玻璃棉，其特征在于：所述酸化天然橡胶制备过程为：按质量比为1:10将天然橡胶和高锰酸钾溶液加入烧杯中，用盐酸调节pH值至3～4，搅拌反应，即得酸化天然橡胶。
4.根据权利要求1所述的一种复合玻璃棉，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂，铝酸酯偶联剂或钛酸酯偶联剂中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种复合玻璃棉，其特征在于：所述表面活性剂为吐温-60，吐温-80或OP-10中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种复合玻璃棉，其特征在于：所述复合玻璃棉中还可以添加水玻璃质量0.03～0.04倍的硅藻土。
7.根据权利要求1所述的一种复合玻璃棉，其特征在于：所述复合玻璃棉中还可以添加水玻璃质量0.03～0.04倍的改性聚苯乙烯泡沫颗粒；所述改性基苯乙烯泡沫颗粒的制备过程为：按质量比为1:10将原生聚苯乙烯泡沫颗粒和多巴胺溶液加入烧杯中浸泡，即得改性聚苯乙烯泡沫颗粒。
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2017
- 2017-08-30 CN CN201710766572.4A patent/CN107602051A/zh active Pending
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