CN108439858A

CN108439858A - 一种膨胀隔热型防火材料的制备方法

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Publication number: CN108439858A
Application number: CN201810262517.6A
Authority: CN
Inventors: 许水仙; 何伟仁; 陈可
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-03-28
Filing date: 2018-03-28
Publication date: 2018-08-24

Abstract

本发明公开了一种膨胀隔热型防火材料的制备方法，属于防火材料制备技术领域。本发明添加的膨润土经过高温煅烧后，其内部会形成微气孔并抑制颗粒之间的过烧，其中可膨胀性石墨会侵入微气孔中，防火材料表面的改性硅酸铝纤维熔点在1500℃以上，对防火材料也起到增强保护作用，耐火石料和石墨烯通过聚碳硅烷紧密结合，再经高温烧成后通过碳化硅结合，由于碳化硅具有极高的结合强度，并且碳化硅在高温氧化后可在防火材料表面形成一层致密的、牢固的二氧化硅薄膜，另外，碳化硅还可与硼化锆在高温下反应形成二氧化锆‑二氧化硅薄膜，从而减小高温过程中因膨胀产生的向外应力，从而提高防火材料在高温环境下的抗压强度，应用前景广阔。

Description

一种膨胀隔热型防火材料的制备方法

技术领域

本发明公开了一种膨胀隔热型防火材料的制备方法，属于防火材料制备技术领域。

背景技术

防火材料，添加了某种具有防火特性基质的合成材料或本身就具有耐高温、耐热、阻燃特性的材料。多数企业的生产规模都不大，工艺流程自动化水平不高，不少产品的配方工艺大同小异，缺乏固有特性，对专用于防火涂料的原料研究不够，缺乏专用于膨胀型防火涂料的树脂，防火涂料生产与施工的设备还不配套，防火涂料在工程中应用，对类型品种的选择、保护层厚度的确定、施工质量的监管、使用过程中的维护修复等都存在着问题。防火板是目前市场上最为常用的材质，在建筑物出口通道、楼梯井和走廊等处装设防火吊顶天花板，能确保火灾时人们安全疏散，并保护人们免受蔓延火势的侵袭。

根据国外发达国家的同类技术经验和我国广大用户不断提出的更高要求，防火涂料的开发与应用中还存在一些差距和问题。

现在的防火门基本上都在使用珍珠岩系列产品作为防火门的填芯材料，珍珠岩是一种无毒、无味、不燃、不腐的材料，该产品主要用于建筑物屋面及墙体的保温、隔热；建筑材料的轻质骨料；各种工业设备、管道绝热层；农业及园艺的无土栽培，保水保肥等，被广泛应用于石油、化工、电力、建筑、冶金等行业。珍珠岩使用温度为-256～800℃，耐火温度低，使之生产的防火门与欧美的差距很大。防火门作为防火这一意义重大，因此防火门的耐火温度和时间非常重要，在现实生活中当有火灾发生时，火焰的温度完全有可能大于1200℃，当温度大于1200℃时，现有的防火门很难在这一温度下长时间内不被大火烧穿，烧穿后防火门就失去了保护千千万万人民的生命财产这一神圣使命。目前防火材料耐火隔热性能差，容易蹿火，并且在高温条件下膨胀倍率低，不易形成隔热层，而防火材料膨胀后又会使其抗压强度降低。

因此，发明一种膨胀隔热型防火材料对防火材料制备技术领域具有积极意义。

发明内容

本发明主要解决的技术问题，针对目前防火材料耐火隔热性能差，容易蹿火，并且在高温条件下膨胀倍率低，不易形成隔热层，而防火材料膨胀后又会使其抗压强度降低的缺陷，提供了一种膨胀隔热型防火材料的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种膨胀隔热型防火材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）按重量份数计，向400～500份水中加入70～80份高岭土、20～30份氧化铝、10～15份钛白粉、20～22份磷酸铝，搅拌分散制成悬浮浆液，向悬浮浆液中加入磷酸溶液调节悬浮浆液的 pH，加热升温，保温，得到混合浆液；

（2）将膨润土研磨后过筛，高温煅烧，得到轻烧膨润土，将20～30份硅藻土、10～15份轻烧膨润土混合，过筛，得到混合粘土；

（3）将35～50份纳米二氧化硅气凝胶、30～40份上述混合粘土、200～300份水混合得到纳米二氧化硅气凝胶浆液，将混合浆液、纳米二氧化硅气凝胶浆液混合，加热得到熔融料液，经纺丝得到改性硅酸铝纤维；

（4）取150～200mL甲基硅油加入带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，在氮气保护下将三口烧瓶移入沙浴锅中，保温反应后，升温，继续保温反应，反应结束后自然冷却至室温，得到产物；

（5）向上述产物中加入200～300mL二甲苯，搅拌混合后过滤，得到滤液，将滤液转入旋转蒸发仪中，旋蒸浓缩，得到浓缩液，取30～40g硼化锆加入到粉碎机中粉碎，得到硼化锆粉末，将硼化锆粉末、浓缩液、100～200mL去离子水加入烧杯中，搅拌混合后，得到结合剂；

（6）按重量份数计，将40～50份白刚玉、30～40份黑曜岩、20～25份可膨胀石墨加入到粉碎机中粉碎后倒入混砂机中，再向混砂机中加入10～15份氧化铝粉、0.3～0.5份聚丙烯酸钠、3～5份二氧化锆、5～8份石墨烯，搅拌混合，再依次加入8～10份结合剂和20～25份改性硅酸铝纤维，继续搅拌混合，得到混合石料，将混合石料用改性硅酸铝纤维缠结包覆装入模具中，热压，得到膨胀隔热型防火材料。

步骤（1）所述的磷酸溶液的质量分数为20%，调节悬浮浆液的 pH值为5～6，加热升温后温度为50～60℃，保温时间为10～15h。

步骤（2）所述的膨润土研磨所过筛规格为400目，高温煅烧温度为600～800℃，煅烧时间为2～4h，所过筛规格为400～500目。

步骤（3）所述的混合浆液、纳米二氧化硅气凝胶浆液混合体积比为4:1，加热升温后温度为700～800℃。

步骤（4）所述的控制沙浴温度为420～430℃，保温反应时间为1～2h，升温后温度为460～480℃，继续保温反应时间为40～50min。

步骤（5）所述的搅拌混合时间为10～15min，旋蒸浓缩温度为80～90℃，旋蒸浓缩时间为40～50min，硼化锆加入到粉碎机中粉碎时间为30～40min，搅拌混合时间为15～20min。

步骤（6）所述的粉碎后颗粒粒径为1～3mm，搅拌混合时间为10～20min，继续搅拌混合时间为5～10min，热压时间为30～35min，控制热压压力为10～20MPa，热压温度为200～300℃。

本发明的有益效果是：

（1）本发明以高岭土粉体、氧化铝、钛白粉、磷酸铝为原料制成悬浮浆液，加入磷酸调节pH后得到混合浆液，用硅藻土和轻烧膨润土制备得到混合粘土，将混合粘土、纳米二氧化硅气凝胶混合制得纳米二氧化硅气凝胶浆液，将混合浆液、纳米二氧化硅气凝胶浆液混合加热熔融，得到熔融料液，经过纺丝得到改性硅酸铝纤维，将甲基硅油置于高温条件下裂解，得到裂解产物，将裂解产物与二甲苯混溶，经过滤、旋转蒸发得到浓缩液，以硼化锆粉末、浓缩液为原料制备得到结合剂，最后将白刚玉、黑曜岩粉碎后与氧化铝粉、聚丙烯酸钠、二氧化锆、石墨烯等原料混合，放入混砂机中混合搅拌，再掺入结合剂得到混合石料，将混合石料用改性硅酸铝纤维缠结包覆装模，热压得到膨胀隔热型防火材料，本发明添加的膨润土经过高温煅烧后，其内部会形成微气孔并抑制颗粒之间的过烧，其中可膨胀性石墨会侵入微气孔中，在经受高温作用后，由于可膨胀石墨导热系数大，在防火材料的传热过程中，防火材料的表面快速升温，膨胀石墨会微膨胀由卷曲状态变为舒张状态，提高防火材料的外表面散热面积，对防火材料内层起到降温作用，防火材料表面的改性硅酸铝纤维熔点在1500℃以上，对防火材料也起到增强保护作用，所用黑曜岩为高膨胀率火山岩，在1000℃以上高温条件下膨胀率高达5～10倍，形成高厚度的隔热层；

（2）本发明用甲基硅油所制备的浓缩液为聚碳硅烷，以聚碳硅烷和硼化锆作为结合剂，防火材料中聚碳硅烷在高温下会裂解为碳化硅晶须，碳化硅晶须填充于防火材料中可减小气孔，提高防火材料的高温时的抗压强度，耐火石料和石墨烯通过聚碳硅烷紧密结合，再经高温烧成后通过碳化硅结合，由于碳化硅具有极高的结合强度，并且碳化硅在高温氧化后可在防火材料表面形成一层致密的、牢固的二氧化硅薄膜，另外，碳化硅还可与硼化锆在高温下反应形成二氧化锆-二氧化硅薄膜，从而进一步提高防火材料在高温时的耐压强度，加入的石墨烯和可膨胀石墨可使防火材料受高温膨胀后内部接触更加紧密，从而减小高温过程中因膨胀产生的向外应力，从而提高防火材料在高温环境下的抗压强度，应用前景广阔。

具体实施方式

按重量份数计，向400～500份水中加入70～80份高岭土、20～30份氧化铝、10～15份钛白粉、20～22份磷酸铝，搅拌分散制成悬浮浆液，向悬浮浆液中加入质量分数为20%的磷酸溶液调节悬浮浆液的 pH值至5～6，加热升温至50～60℃，保温10～15h，得到混合浆液；将膨润土研磨后经400目的筛网过筛，再经 600～800 ℃的高温煅烧2～4h，得到轻烧膨润土，将20～30份硅藻土、10～15份轻烧膨润土混合，过400～500目筛，得到混合粘土；将35～50份纳米二氧化硅气凝胶、30～40份上述混合粘土、200～300份水混合得到纳米二氧化硅气凝胶浆液，将混合浆液、纳米二氧化硅气凝胶浆液按体积比为4:1混合，加热至700～800℃，得到熔融料液，经纺丝得到改性硅酸铝纤维；取150～200mL甲基硅油加入带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，在氮气保护下将三口烧瓶移入沙浴锅中，控制沙浴温度为420～430℃，保温反应1～2h后，升温至460～480℃，继续保温反应40～50min，反应结束后自然冷却至室温，得到产物；向上述产物中加入200～300mL二甲苯，搅拌混合10～15min后过滤，得到滤液，将滤液转入旋转蒸发仪中，在80～90℃下旋蒸浓缩40～50min，得到浓缩液，取30～40g硼化锆加入到粉碎机中粉碎30～40min，得到硼化锆粉末，将硼化锆粉末、浓缩液、100～200mL去离子水加入烧杯中，搅拌混合15～20min后，得到结合剂；按重量份数计，将40～50份白刚玉、30～40份黑曜岩、20～25份可膨胀石墨加入到粉碎机中粉碎至颗粒直径为1～3mm后倒入混砂机中，再向混砂机中加入10～15份氧化铝粉、0.3～0.5份聚丙烯酸钠、3～5份二氧化锆、5～8份石墨烯，搅拌混合10～20min，再依次加入8～10份结合剂和20～25份改性硅酸铝纤维，继续搅拌混合5～10min，得到混合石料，将混合石料用改性硅酸铝纤维缠结包覆装入模具中，热压30～35min，控制热压压力为10～20MPa，热压温度为200～300℃，得到膨胀隔热型防火材料。

实例1

按重量份数计，向400份水中加入70份高岭土、20份氧化铝、10份钛白粉、20份磷酸铝，搅拌分散制成悬浮浆液，向悬浮浆液中加入质量分数为20%的磷酸溶液调节悬浮浆液的 pH值至5，加热升温至50℃，保温10h，得到混合浆液；将膨润土研磨后经400目的筛网过筛，再经 600℃的高温煅烧2h，得到轻烧膨润土，将20份硅藻土、10份轻烧膨润土混合，过400目筛，得到混合粘土；将35份纳米二氧化硅气凝胶、30份上述混合粘土、200份水混合得到纳米二氧化硅气凝胶浆液，将混合浆液、纳米二氧化硅气凝胶浆液按体积比为4:1混合，加热至700℃，得到熔融料液，经纺丝得到改性硅酸铝纤维；取150mL甲基硅油加入带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，在氮气保护下将三口烧瓶移入沙浴锅中，控制沙浴温度为420℃，保温反应1h后，升温至460℃，继续保温反应40min，反应结束后自然冷却至室温，得到产物；向上述产物中加入200mL二甲苯，搅拌混合10min后过滤，得到滤液，将滤液转入旋转蒸发仪中，在80℃下旋蒸浓缩40min，得到浓缩液，取30g硼化锆加入到粉碎机中粉碎30min，得到硼化锆粉末，将硼化锆粉末、浓缩液、100mL去离子水加入烧杯中，搅拌混合15min后，得到结合剂；按重量份数计，将40份白刚玉、30份黑曜岩、20份可膨胀石墨加入到粉碎机中粉碎至颗粒直径为1mm后倒入混砂机中，再向混砂机中加入10份氧化铝粉、0.3份聚丙烯酸钠、3份二氧化锆、5份石墨烯，搅拌混合10min，再依次加入8份结合剂和20份改性硅酸铝纤维，继续搅拌混合5min，得到混合石料，将混合石料用改性硅酸铝纤维缠结包覆装入模具中，热压30min，控制热压压力为10MPa，热压温度为200℃，得到膨胀隔热型防火材料。

实例2

按重量份数计，向450份水中加入75份高岭土、25份氧化铝、12份钛白粉、21份磷酸铝，搅拌分散制成悬浮浆液，向悬浮浆液中加入质量分数为20%的磷酸溶液调节悬浮浆液的 pH值至5，加热升温至55℃，保温12h，得到混合浆液；将膨润土研磨后经400目的筛网过筛，再经700℃的高温煅烧3h，得到轻烧膨润土，将25份硅藻土、12份轻烧膨润土混合，过450目筛，得到混合粘土；将40份纳米二氧化硅气凝胶、35份上述混合粘土、250份水混合得到纳米二氧化硅气凝胶浆液，将混合浆液、纳米二氧化硅气凝胶浆液按体积比为4:1混合，加热至750℃，得到熔融料液，经纺丝得到改性硅酸铝纤维；取175mL甲基硅油加入带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，在氮气保护下将三口烧瓶移入沙浴锅中，控制沙浴温度为425℃，保温反应1.5h后，升温至470℃，继续保温反应45min，反应结束后自然冷却至室温，得到产物；向上述产物中加入250mL二甲苯，搅拌混合12min后过滤，得到滤液，将滤液转入旋转蒸发仪中，在85℃下旋蒸浓缩45min，得到浓缩液，取30～40g硼化锆加入到粉碎机中粉碎35min，得到硼化锆粉末，将硼化锆粉末、浓缩液、100～200mL去离子水加入烧杯中，搅拌混合17min后，得到结合剂；按重量份数计，将45份白刚玉、35份黑曜岩、22份可膨胀石墨加入到粉碎机中粉碎至颗粒直径为2mm后倒入混砂机中，再向混砂机中加入12份氧化铝粉、0.4份聚丙烯酸钠、4份二氧化锆、7份石墨烯，搅拌混合15min，再依次加入9份结合剂和22份改性硅酸铝纤维，继续搅拌混合8min，得到混合石料，将混合石料用改性硅酸铝纤维缠结包覆装入模具中，热压32min，控制热压压力为15MPa，热压温度为250℃，得到膨胀隔热型防火材料。

实例3

按重量份数计，向500份水中加入80份高岭土、30份氧化铝、15份钛白粉、22份磷酸铝，搅拌分散制成悬浮浆液，向悬浮浆液中加入质量分数为20%的磷酸溶液调节悬浮浆液的 pH值至6，加热升温至60℃，保温15h，得到混合浆液；将膨润土研磨后经400目的筛网过筛，再经 800℃的高温煅烧4h，得到轻烧膨润土，将30份硅藻土、15份轻烧膨润土混合，过500目筛，得到混合粘土；将50份纳米二氧化硅气凝胶、40份上述混合粘土、300份水混合得到纳米二氧化硅气凝胶浆液，将混合浆液、纳米二氧化硅气凝胶浆液按体积比为4:1混合，加热至800℃，得到熔融料液，经纺丝得到改性硅酸铝纤维；取200mL甲基硅油加入带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，在氮气保护下将三口烧瓶移入沙浴锅中，控制沙浴温度为430℃，保温反应2h后，升温至480℃，继续保温反应50min，反应结束后自然冷却至室温，得到产物；向上述产物中加入300mL二甲苯，搅拌混合15min后过滤，得到滤液，将滤液转入旋转蒸发仪中，在90℃下旋蒸浓缩50min，得到浓缩液，取40g硼化锆加入到粉碎机中粉碎40min，得到硼化锆粉末，将硼化锆粉末、浓缩液、200mL去离子水加入烧杯中，搅拌混合20min后，得到结合剂；按重量份数计，将50份白刚玉、40份黑曜岩、25份可膨胀石墨加入到粉碎机中粉碎至颗粒直径为3mm后倒入混砂机中，再向混砂机中加入15份氧化铝粉、0.5份聚丙烯酸钠、5份二氧化锆、8份石墨烯，搅拌混合20min，再依次加入10份结合剂和25份改性硅酸铝纤维，继续搅拌混合10min，得到混合石料，将混合石料用改性硅酸铝纤维缠结包覆装入模具中，热压35min，控制热压压力为20MPa，热压温度为300℃，得到膨胀隔热型防火材料。

对比例

以河间市某公司生产的膨胀隔热型防火材料作为对比例对本发明制得的膨胀隔热型防火材料和对比例中的膨胀隔热型防火材料进行性能检测，检测结果如表1所示：

测试方法：

耐火极限时间测试：将实例1～3和对比例中的防火材料放置于明火处，记录各防火材料燃烧完后的时间；

膨胀倍率测试采用膨胀倍率测试仪进行检测；

抗压强度测试按GA 161标准进行检测；

阻燃等级测试按阻燃等级由HB，V-2，V-1向V-0逐级递增的标准进行检测。

表1 防火材料性能测定结果

根据上述中数据可知本发明制得的膨胀隔热型防火材料耐火隔热性能好，耐火极限达到78min，在高温条件下膨胀倍率高，在膨胀后抗压强度高，具有广阔的应用前景。

Claims

1.一种膨胀隔热型防火材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

2.根据权利要求1所述的一种膨胀隔热型防火材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的磷酸溶液的质量分数为20%，调节悬浮浆液的 pH值为5～6，加热升温后温度为50～60℃，保温时间为10～15h。

3.根据权利要求1所述的一种膨胀隔热型防火材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的膨润土研磨所过筛规格为400目，高温煅烧温度为600～800℃，煅烧时间为2～4h，所过筛规格为400～500目。

4.根据权利要求1所述的一种膨胀隔热型防火材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的混合浆液、纳米二氧化硅气凝胶浆液混合体积比为4:1，加热升温后温度为700～800℃。

5.根据权利要求1所述的一种膨胀隔热型防火材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述的控制沙浴温度为420～430℃，保温反应时间为1～2h，升温后温度为460～480℃，继续保温反应时间为40～50min。

6.根据权利要求1所述的一种膨胀隔热型防火材料的制备方法，其特征在于：步骤（5）所述的搅拌混合时间为10～15min，旋蒸浓缩温度为80～90℃，旋蒸浓缩时间为40～50min，硼化锆加入到粉碎机中粉碎时间为30～40min，搅拌混合时间为15～20min。

7.根据权利要求1所述的一种膨胀隔热型防火材料的制备方法，其特征在于：步骤（6）所述的粉碎后颗粒粒径为1～3mm，搅拌混合时间为10～20min，继续搅拌混合时间为5～10min，热压时间为30～35min，控制热压压力为10～20MPa，热压温度为200～300℃。