CN108585630B - 一种高强度吸湿矿棉板的制备方法 - Google Patents

一种高强度吸湿矿棉板的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高强度吸湿矿棉板的制备方法，属于建筑材料制备技术领域。本发明制得的矿棉板首先用油脂涂抹木板，并在高温高湿的条件下使得油脂酸败，利用酸败微生物对木板进行微腐，接着将微腐木板炭化，利用多巴胺在水中溶解氧的作用下发生自聚形成一层致密的聚多巴胺保护膜附着在多孔炭化木板表面，制得具有胶黏作用的糊化淀粉浆，而改性后的糊化淀粉中由于发酵滤液中羧基和氨基以及其他活性基团的引入，一方面羧基和氨基作为亲水基团，他们的引入显著提高了矿棉板的亲水吸湿性能，当干燥固化后可以形成物理性的锚固结构，增强矿棉和金属骨架之间的结合力，经一步提高金属骨架的增强作用，避免矿棉板的翘曲变形，具有广阔的应用前景。

Description

一种高强度吸湿矿棉板的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高强度吸湿矿棉板的制备方法，属于建筑材料制备技术领域。
背景技术
矿棉板一般指矿棉装饰吸声板。矿棉板是以矿渣棉为主要原料，加适量的添加剂，经配料、成型、干燥、切割、压花、饰面等工序加工而成的。不含石棉，防火吸音性能好。表面一般有无规则孔（俗称：毛毛虫）或微孔（针眼孔）等多种，表面可涂刷各种色浆（出厂产品一般为白色)。矿棉吸声板具有吸声、不燃、隔热、装饰等优越性能，广泛用于各种建筑吊顶，贴壁的室内装修；如宾馆、饭店、剧场、商场、办公场所、播音室、演播厅，计算机房及工业建筑等。该产品能控制和调整混响时间，改善室内音质，降低噪音，改善生活环境和劳动条件，同时，该产品的不燃性能，均能满足建筑设计的防火要求。
矿棉板采用优质矿棉作为主原料，100%不含石棉，不会出现针状粉尘，不会经呼吸道进入体内，对人体无害。矿棉板内部结构呈立体交叉网状结构，内部空间充足，结构牢靠，大大提高了自身的吸音降噪能力，比普通矿棉板吸音效果提高1～2倍。内部添加防潮剂和辅助防潮剂，既增加了表面纤维抗力，有效稳定胶结剂，保持板材强度，并能调节室内湿度，改善居住环境。纳米抗菌剂充斥板体内部，能有效防霉、灭菌、抑菌再生，大大提高了适用范围，使其能够应用到具有要求抗菌、灭菌的无菌环境中。添加稀土无机复合材料，使矿棉板具有表面活性，能够强烈吸附、分解装修过程中产生的甲醛等有毒物质，并且具有离子交换机的化学性能，有效提高空气中的氧离子的浓度，大大改善了生活空间。随着人民生活水平的不断提高，人们不仅对材料性能的要求越来越高，而且对于材料的环保、节能的要求也越来越高。目前国内生产的矿棉板大都需要通过龙骨来固定，还具有强度低、易翘曲、变形且吸湿性差的的缺点，因此，发明一种强度高、吸湿效果好的矿棉板对建筑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，针对目前国内生产的矿棉板大都需要通过龙骨来固定，还具有强度低、易翘曲、变形且吸湿性差的缺陷，提供了一种高强度吸湿矿棉板的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种高强度吸湿矿棉板的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）取一块木板，用毛刷在木板两侧表面涂刷一层大豆油，涂刷完成后将模板悬空挂在温室中，静置酸败微腐15～20天，得到微腐多孔木板；
（2）将上述微腐多孔木板放入炭化炉中，在氮气保护下炭化，得到炭化多孔木板，将得到的炭化多孔木板浸入质量分数为30%的多巴胺溶液中浸泡1～2h，得到预处理炭化多孔木板；
（3）将硝酸镁和硝酸铝以及水混合得到浸渍液，将上述预处理炭化多孔木板浸入浸渍液中，摇床振荡反应3～5h，反应结束后得到改性炭化多孔木板；
（4）将上述改性炭化多孔木板放入煅烧炉中，并向煅烧炉中通入氩气直至置换出炉内所有空气，密封煅烧炉，并通入氧气，控制煅烧炉中氧气含量为5～8%，低氧煅烧，得到有机多孔金属骨架，备用；
（5）将大豆、鸡蛋清和水混合后放入打浆机中打浆30～40min得到混合浆液，将混合浆液和河底淤泥混合后装入发酵罐中，密封发酵，发酵结束后，过滤分离得到发酵滤液；
（6）将上述发酵滤液和玉米淀粉混合后得到淀粉浆，用质量分数为5%的碳酸钠溶液调节淀粉浆pH至6.2～6.3，并加热升温至90～95℃，保温糊化2～3h，得到改性淀粉糊；
（7）按重量份数计，称取50～70份矿棉纤维、5～10份凹凸棒土、20～30份上述改性淀粉糊、1～2份聚丙烯酰胺和100～120份水混合后放入打浆机中打浆混合2～3h，得到矿棉板浆料；
（8）将备用的有机多孔金属骨架平铺在模具中，再将上述矿棉板浆料注入模具中，并将模具移入干燥窑中，干燥固化后出料，拆模即得高强度吸湿矿棉板。
步骤（1）中所述的木板的尺寸为1×1m，厚度为2～3mm，温室的温度为30～35℃，空气相对湿度为60～70%。
步骤（2）中所述的炭化的温度为200～300℃，炭化的时间为1～2h。
步骤（3）中所述的硝酸镁和硝酸铝以及水的质量比为1:2:10。
步骤（4）中所述的低氧煅烧的温度为300～400℃，低氧煅烧的时间为10～12h。
步骤（5）中所述的大豆、鸡蛋清和水的质量比为5:3:10，混合浆液和河底淤泥的质量比为10:1，密封发酵的温度为25～35℃，密封发酵的时间为7～9天。
步骤（6）中所述的发酵滤液和玉米淀粉的质量比为1:2。
步骤（8）中所述的干燥固化的温度为300～350℃，干燥固化的时间为3～5h。
本发明的有益效果是：
本发明以木板为原料，经生物油脂涂抹后酸败改性，炭化后再分别用多巴胺溶液和混合浸渍液分别浸泡，最后低氧煅烧得到有机多孔金属骨架，接着再用富含氨基酸的生物质发酵，将发酵滤液和淀粉共混糊化，制得粘结料，将粘结料和其他辅料共混后注入装有有机金属骨架的模具中，高温干燥固化后即得高强度吸湿矿棉板，本发明制得的矿棉板首先用油脂涂抹木板，并在高温高湿的条件下使得油脂酸败，利用酸败微生物对木板进行微腐，产生大量微腐孔洞结构，并且酸败的过程中产生的羧酸类物质会向微腐木板表面引入亲水性羧基以及其他活性基团，接着将微腐木板炭化，利用多巴胺在水中溶解氧的作用下发生自聚形成一层致密的聚多巴胺保护膜附着在多孔炭化木板表面，并利用聚多巴胺的金属螯合性将浸渍液中的镁铝离子螯合固着，最后在低氧的条件下煅烧，使得聚多巴胺螯合物被破坏，重新暴露出螯合金属离子，并经低氧环境下碳化木板煅烧产生的一氧化碳还原成合金金属单质，从而得到有机多孔金属骨架，接着利用富含氨基酸的生物质发酵，通过微生物将生物质降解产生大量游离性羧基和氨基以及其他活性基团，再将富含羧基和氨基以及其他活性基团的发酵滤液和淀粉共混糊化，制得具有胶黏作用的糊化淀粉浆，以有机多孔金属骨架作为支撑体，改性糊化淀粉浆作为粘结剂，矿棉纤维为基料，高温干燥固化制得高强度吸湿矿棉板，其中有机多孔金属骨架本身作为金属材料，其力学强度较高，用其作为矿棉板的芯层，可以提高矿棉板的强度，避免矿棉板的翘曲变形，而改性后的糊化淀粉中由于发酵滤液中羧基和氨基以及其他活性基团的引入，一方面羧基和氨基作为亲水基团，他们的引入显著提高了矿棉板的亲水吸湿性能，另一方面其他活性基团的引入可以作为架桥作用，和矿棉板浆料中的其他活性基团发生氢键吸附或化学键合力，这些化学键合力的产生提高了矿棉板内部的内聚力，使得其本身力学强度得到提高，并且本发明的有机多孔金属骨架表面带有大量孔隙结构，矿棉板浆料可以入渗到骨架孔隙结构中去，当干燥固化后可以形成物理性的锚固结构，增强矿棉和金属骨架之间的结合力，经一步提高金属骨架的增强作用，避免矿棉板的翘曲变形，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
取一块尺寸为1×1m，厚度为2～3mm的木板，用毛刷在木板两侧表面涂刷一层大豆油，涂刷完成后将模板悬空挂在温度为30～35℃，空气相对湿度为60～70%温室中，静置酸败微腐15～20天，得到微腐多孔木板；将上述微腐多孔木板放入炭化炉中，在氮气保护下以200～300℃的温度保温炭化1～2h，得到炭化多孔木板，将得到的炭化多孔木板浸入质量分数为30%的多巴胺溶液中浸泡1～2h，得到预处理炭化多孔木板；按质量比为1:2:10将硝酸镁和硝酸铝以及水混合得到浸渍液，将上述预处理炭化多孔木板浸入浸渍液中，摇床振荡反应3～5h，反应结束后得到改性炭化多孔木板；将上述改性炭化多孔木板放入煅烧炉中，并向煅烧炉中通入氩气直至置换出炉内所有空气，密封煅烧炉，并通入氧气，控制煅烧炉中氧气含量为5～8%，点火加热升温至300～400℃，低氧煅烧10～12h，得到有机多孔金属骨架，备用；按质量比为5:3:10将大豆、鸡蛋清和水混合后放入打浆机中打浆30～40min得到混合浆液，将混合浆液和河底淤泥按质量比为10:1混合后装入发酵罐中，密封罐口，在25～35℃下密封发酵7～9天，发酵结束后，过滤分离得到发酵滤液；将上述发酵滤液和玉米淀粉按质量比为1:2混合后得到淀粉浆，用质量分数为5%的碳酸钠溶液调节淀粉浆pH至6.2～6.3，并加热升温至90～95℃，保温糊化2～3h，得到改性淀粉糊；按重量份数计，称取50～70份矿棉纤维、5～10份凹凸棒土、20～30份上述改性淀粉糊、1～2份聚丙烯酰胺和100～120份水混合后放入打浆机中打浆混合2～3h，得到矿棉板浆料；将备用的有机多孔金属骨架平铺在模具中，再将上述矿棉板浆料注入模具中，并将模具移入干燥窑中，加热升温至300～350℃，保温干燥固化3～5h后出料，拆模即得高强度吸湿矿棉板。
取一块尺寸为1×1m，厚度为2mm的木板，用毛刷在木板两侧表面涂刷一层大豆油，涂刷完成后将模板悬空挂在温度为30℃，空气相对湿度为60%温室中，静置酸败微腐15天，得到微腐多孔木板；将上述微腐多孔木板放入炭化炉中，在氮气保护下以200℃的温度保温炭化1h，得到炭化多孔木板，将得到的炭化多孔木板浸入质量分数为30%的多巴胺溶液中浸泡1h，得到预处理炭化多孔木板；按质量比为1:2:10将硝酸镁和硝酸铝以及水混合得到浸渍液，将上述预处理炭化多孔木板浸入浸渍液中，摇床振荡反应3h，反应结束后得到改性炭化多孔木板；将上述改性炭化多孔木板放入煅烧炉中，并向煅烧炉中通入氩气直至置换出炉内所有空气，密封煅烧炉，并通入氧气，控制煅烧炉中氧气含量为5%，点火加热升温至300℃，低氧煅烧10h，得到有机多孔金属骨架，备用；按质量比为5:3:10将大豆、鸡蛋清和水混合后放入打浆机中打浆30min得到混合浆液，将混合浆液和河底淤泥按质量比为10:1混合后装入发酵罐中，密封罐口，在25℃下密封发酵7天，发酵结束后，过滤分离得到发酵滤液；将上述发酵滤液和玉米淀粉按质量比为1:2混合后得到淀粉浆，用质量分数为5%的碳酸钠溶液调节淀粉浆pH至6.2，并加热升温至90℃，保温糊化2h，得到改性淀粉糊；按重量份数计，称取50份矿棉纤维、5份凹凸棒土、20份上述改性淀粉糊、1份聚丙烯酰胺和100份水混合后放入打浆机中打浆混合2h，得到矿棉板浆料；将备用的有机多孔金属骨架平铺在模具中，再将上述矿棉板浆料注入模具中，并将模具移入干燥窑中，加热升温至300℃，保温干燥固化3h后出料，拆模即得高强度吸湿矿棉板。
取一块尺寸为1×1m，厚度为2mm的木板，用毛刷在木板两侧表面涂刷一层大豆油，涂刷完成后将模板悬空挂在温度为32℃，空气相对湿度为65%温室中，静置酸败微腐17天，得到微腐多孔木板；将上述微腐多孔木板放入炭化炉中，在氮气保护下以250℃的温度保温炭化1.5h，得到炭化多孔木板，将得到的炭化多孔木板浸入质量分数为30%的多巴胺溶液中浸泡1.5h，得到预处理炭化多孔木板；按质量比为1:2:10将硝酸镁和硝酸铝以及水混合得到浸渍液，将上述预处理炭化多孔木板浸入浸渍液中，摇床振荡反应4h，反应结束后得到改性炭化多孔木板；将上述改性炭化多孔木板放入煅烧炉中，并向煅烧炉中通入氩气直至置换出炉内所有空气，密封煅烧炉，并通入氧气，控制煅烧炉中氧气含量为7%，点火加热升温至350℃，低氧煅烧11h，得到有机多孔金属骨架，备用；按质量比为5:3:10将大豆、鸡蛋清和水混合后放入打浆机中打浆35min得到混合浆液，将混合浆液和河底淤泥按质量比为10:1混合后装入发酵罐中，密封罐口，在30℃下密封发酵8天，发酵结束后，过滤分离得到发酵滤液；将上述发酵滤液和玉米淀粉按质量比为1:2混合后得到淀粉浆，用质量分数为5%的碳酸钠溶液调节淀粉浆pH至6.2，并加热升温至92℃，保温糊化2.5h，得到改性淀粉糊；按重量份数计，称取60份矿棉纤维、7份凹凸棒土、25份上述改性淀粉糊、1份聚丙烯酰胺和110份水混合后放入打浆机中打浆混合2.5h，得到矿棉板浆料；将备用的有机多孔金属骨架平铺在模具中，再将上述矿棉板浆料注入模具中，并将模具移入干燥窑中，加热升温至320℃，保温干燥固化4h后出料，拆模即得高强度吸湿矿棉板。
取一块尺寸为1×1m，厚度为3mm的木板，用毛刷在木板两侧表面涂刷一层大豆油，涂刷完成后将模板悬空挂在温度为35℃，空气相对湿度为70%温室中，静置酸败微腐20天，得到微腐多孔木板；将上述微腐多孔木板放入炭化炉中，在氮气保护下以300℃的温度保温炭化2h，得到炭化多孔木板，将得到的炭化多孔木板浸入质量分数为30%的多巴胺溶液中浸泡2h，得到预处理炭化多孔木板；按质量比为1:2:10将硝酸镁和硝酸铝以及水混合得到浸渍液，将上述预处理炭化多孔木板浸入浸渍液中，摇床振荡反应5h，反应结束后得到改性炭化多孔木板；将上述改性炭化多孔木板放入煅烧炉中，并向煅烧炉中通入氩气直至置换出炉内所有空气，密封煅烧炉，并通入氧气，控制煅烧炉中氧气含量为8%，点火加热升温至400℃，低氧煅烧12h，得到有机多孔金属骨架，备用；按质量比为5:3:10将大豆、鸡蛋清和水混合后放入打浆机中打浆40min得到混合浆液，将混合浆液和河底淤泥按质量比为10:1混合后装入发酵罐中，密封罐口，在35℃下密封发酵9天，发酵结束后，过滤分离得到发酵滤液；将上述发酵滤液和玉米淀粉按质量比为1:2混合后得到淀粉浆，用质量分数为5%的碳酸钠溶液调节淀粉浆pH至6.3，并加热升温至95℃，保温糊化3h，得到改性淀粉糊；按重量份数计，称取70份矿棉纤维、10份凹凸棒土、30份上述改性淀粉糊、2份聚丙烯酰胺和120份水混合后放入打浆机中打浆混合3h，得到矿棉板浆料；将备用的有机多孔金属骨架平铺在模具中，再将上述矿棉板浆料注入模具中，并将模具移入干燥窑中，加热升温至350℃，保温干燥固化5h后出料，拆模即得高强度吸湿矿棉板。
对比例以常州某公司生产的高强度吸湿矿棉板作为对比例 对本发明制得的高强度吸湿矿棉板和对比例中的高强度吸湿矿棉板进行性能检测，检测结果如表1所示：
测试方法：
吸声系数测试采用吸声系数测试仪进行检测；
弯曲破坏载荷通过GB/T 25998-2010的测量方法进行测量；
抗折强度测试采用抗折强度测试机进行检测；
吸湿性测试：将实例1～3和对比例中的矿棉板安装在相同大小的房间内，测得安装矿棉板之前的室内湿度和安装矿棉板一天后室内湿度；
回潮率测试方法：将实例1～3和对比例中的矿棉板在105℃的电热鼓风干燥箱中干燥至恒重并称量其重量为W1（g），然后将实例1～3和对比例中的矿棉板放置在保持在20℃和65%RH条件的恒温恒湿箱中24小时，称量吸湿后的重量为W2（g），通过下面公式进行计算得到试样回潮率：
回潮率(%）＝[(W2-W1)/W1]×100%
表1矿棉板性能测定结果
测试项目 实例1 实例2 实例3 对比例
吸声系数 0.75 0.76 0.78 0.54
弯曲破坏载荷（N） 450 455 459 270
抗折强度（MPa） 6.4 6.5 6.6 2.3
原本室内湿度（%） 68 66 65 70
安装矿棉板一天后室内湿度（%） 45 43 40 65
回潮率（%） 27 29 30 10
根据上述中数据可知本发明制得的高强度吸湿矿棉板吸声系数高，弯曲破坏载荷高，抗折强度高，不会翘曲、变形，安装本发明矿棉板一天后的室内湿度达到40%，且回潮率高，吸湿性能好，具有广阔的应用前景。

Claims (8)

1.一种高强度吸湿矿棉板的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）取一块木板，用毛刷在木板两侧表面涂刷一层大豆油，涂刷完成后将模板悬空挂在温室中，静置酸败微腐15～20天，得到微腐多孔木板；
（2）将上述微腐多孔木板放入炭化炉中，在氮气保护下炭化，得到炭化多孔木板，将得到的炭化多孔木板浸入质量分数为30%的多巴胺溶液中浸泡1～2h，得到预处理炭化多孔木板；
（3）将硝酸镁和硝酸铝以及水混合得到浸渍液，将上述预处理炭化多孔木板浸入浸渍液中，摇床振荡反应3～5h，反应结束后得到改性炭化多孔木板；
（4）将上述改性炭化多孔木板放入煅烧炉中，并向煅烧炉中通入氩气直至置换出炉内所有空气，密封煅烧炉，并通入氧气，控制煅烧炉中氧气含量为5～8%，低氧煅烧，得到有机多孔金属骨架，备用；
（5）将大豆、鸡蛋清和水混合后放入打浆机中打浆30～40min得到混合浆液，将混合浆液和河底淤泥混合后装入发酵罐中，密封发酵，发酵结束后，过滤分离得到发酵滤液；
（6）将上述发酵滤液和玉米淀粉混合后得到淀粉浆，用质量分数为5%的碳酸钠溶液调节淀粉浆pH至6.2～6.3，并加热升温至90～95℃，保温糊化2～3h，得到改性淀粉糊；
（7）按重量份数计，称取50～70份矿棉纤维、5～10份凹凸棒土、20～30份上述改性淀粉糊、1～2份聚丙烯酰胺和100～120份水混合后放入打浆机中打浆混合2～3h，得到矿棉板浆料；
（8）将备用的有机多孔金属骨架平铺在模具中，再将上述矿棉板浆料注入模具中，并将模具移入干燥窑中，干燥固化后出料，拆模即得高强度吸湿矿棉板。
2.根据权利要求1所述的一种高强度吸湿矿棉板的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的木板的尺寸为1×1m，厚度为2～3mm，温室的温度为30～35℃，空气相对湿度为60～70%。
3.根据权利要求1所述的一种高强度吸湿矿棉板的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的炭化的温度为200～300℃，炭化的时间为1～2h。
4.根据权利要求1所述的一种高强度吸湿矿棉板的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述的硝酸镁和硝酸铝以及水的质量比为1:2:10。
5.根据权利要求1所述的一种高强度吸湿矿棉板的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述的低氧煅烧的温度为300～400℃，低氧煅烧的时间为10～12h。
6.根据权利要求1所述的一种高强度吸湿矿棉板的制备方法，其特征在于：步骤（5）中所述的大豆、鸡蛋清和水的质量比为5:3:10，混合浆液和河底淤泥的质量比为10:1，密封发酵的温度为25～35℃，密封发酵的时间为7～9天。
7.根据权利要求1所述的一种高强度吸湿矿棉板的制备方法，其特征在于：步骤（6）中所述的发酵滤液和玉米淀粉的质量比为1:2。
8.根据权利要求1所述的一种高强度吸湿矿棉板的制备方法，其特征在于：步骤（8）中所述的干燥固化的温度为300～350℃，干燥固化的时间为3～5h。
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