CN108793903B - 一种超轻发泡混凝土复合保温材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超轻发泡混凝土复合保温材料的制备方法，具体包括以下步骤：S1、改性酚醛树脂的制备、S2、预混合、S3、泡体材料的制备，发泡成型采用双氧水发泡剂与激发剂的协同作用，解决了发泡不可控以及泡沫分散不均匀的问题；以及S4、挤压成型；制得的复合保温材料的密度为100‑130Kg/m3，抗压强度为0.12‑0.15MPa，导热系数为0.026‑0.041W/m·K，复合保温材料具有良好的防火、阻燃、耐高温性能，使用温度范围大，与XPS、EPS板材和玻璃棉、岩棉相比，具有优异的难燃、自熄、低毒、低烟雾、耐火焰贯穿等优点，本发明泡沫密度低、重量轻，易于施工，可用于各种建筑的防火保温。

Description

一种超轻发泡混凝土复合保温材料的制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种超轻发泡混凝土复合保温材料的制备方法。
背景技术
发泡混凝土是一种由水泥、原料土、水和气泡混合搅拌制备而成的具有微小细孔结构的轻质材料。发泡混凝土具有容重轻、保温隔热性好、强度可调等优点，在建筑保温、软土路基加固等方面具有重要的应用前景。
发泡混凝土在初凝过程中，气泡易破碎形成连通孔，使发泡混凝土开口孔隙率以及吸水率增大，同时破碎的气泡形成的水分使下部气泡上浮，导致发泡混凝土分层，上下层容重不一。显然，发泡混凝土初凝时间越长，气泡破碎现象越严重。当发泡混凝土作为保温材料使用时，吸水率高会导致其导热系数增大，材料的保温性能显著降低；当用作轻质填土材料时，高吸水率会导致发泡混凝土易出现冻融破坏，影响发泡混凝土的耐久性。发泡混凝土出现的上下分层现象也直接影响了其保温隔热性。
发泡剂就是使对象物质成孔的物质，它可分为化学发泡剂和物理发泡剂和表面活性剂三大类。化学发泡剂是那些经加热分解后能释放出二氧化碳和氮气等气体，并在聚合物组成中形成细孔的化合物；物理发泡剂就是泡沫细孔是通过某一种物质的物理形态的变化，即通过压缩气体的膨胀、液体的挥发或固体的溶解而形成的，物理发泡容易存在泡径大小不均一、泡沫不稳定以及泡沫在混合过程中容易破泡等问题；发泡剂均具有较高的表面活性，能有效降低液体的表面张力，并在液膜表面双电子层排列而包围空气，形成气泡，再由单个气泡组成泡沫，也可作为发泡稳定剂使用。
目前市场上出现的EPS、XPS聚苯乙烯泡沫塑料、玻璃棉、矿物棉和聚氨酯等保温板材中，只有酚醛树脂具有难燃、低毒和低烟等性能，酚醛泡沫塑料不仅防火性能优良，隔热效果也比普通的屋面材料高2-3倍，在外墙及屋顶安装酚醛泡沫保温板材后，房屋的隔热保温性能大大加强，比未加保温层的建筑可节能60％以上。但是，酚醛泡沫保温材料存在脆性大、易粉化的缺陷，而且已成为制约酚醛泡沫保温材料大规模推广应用的瓶颈。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超轻发泡混凝土复合保温材料的制备方法，制备的复合保温材料具有优异的难燃、自熄、低毒、低烟雾、耐火焰贯穿等优点，本发明泡沫密度低、重量轻，易于施工，可用于各种建筑的防火保温。
本发明需解决的技术问题为：
1、现有的酚醛树脂存在脆性大、易粉化的问题；
2、轻发泡混凝土发泡不可控以及泡沫分散不均匀的问题；
3、发泡混凝土施工困难。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种超轻发泡混凝土复合保温材料的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、改性酚醛树脂的制备：在反应釜中按比例加入苯酚、甲醛和甲醇钠和水，升温至65-70℃，搅拌反应60-70min，苯酚和甲醛在甲醇钠的催化作用下发生加成反应得到了羟甲基苯酚混合物，接着降温至10-15℃，加入正磷酸，反应30min，正磷酸与羟甲基苯酚混合物中的醇羟基反应脱水形成磷酸酯，即得到磷酸接枝单体混合物，接着升温至90℃，二次加入甲醛，磷酸接枝单体混合物与甲醛继续缩合，即得到改性酚醛树脂；
S2、预混合：将硫铝酸盐水泥、改性酚醛树脂、粉煤灰、玻璃纤维、棉秆纤维、激发剂、发泡稳定剂、促凝剂、减水剂、憎水剂和水加入到搅拌罐中，充分搅拌，混合均匀得到流动性良好的浆料；
S3、泡体材料的制备：边搅拌步骤S2制备的浆料边加入发泡剂，搅拌均匀后，装箱进入恒温室，恒温室的温度为60-65℃、时间为15-20h制成泡体材料；
S4、挤压成型：将泡体材料经挤压成型，置入温度为50-55℃的陈化室内，经2-3天，由软变硬制成超轻发泡混凝土复合保温材料。
进一步，步骤S1所述的苯酚、甲醛、甲醇钠、正磷酸的摩尔比为1:2-4:0.02-0.03：0.4-0.5。
进一步，步骤S1所述的二次加入甲醛的量为第一次加入甲醛量的2-3倍。
进一步，该复合保温材料各原料的质量百分比为：硫铝酸盐水泥15-40％、改性酚醛树脂12-20％、粉煤灰15-20％、棉秆纤维2-5％、发泡剂1-4％、激发剂5-8％、发泡稳定剂1-6％、促凝剂2-6％、减水剂1-3％、憎水剂2-5％，余量为水。
进一步，所述的激发剂的制备方法为：
(1)高岭土的活化：将高岭土加入到球磨机中研磨粉碎，加水调制成浓度为30％的高岭土溶液，边搅拌边加入45-50％的浓硝酸溶液，待高岭土溶液的pH为2.0-3.0时，停止浓硝酸的加入，继续搅拌10-15min，再次测量高岭土溶液的pH为2.0-3.0时，在35-40℃下静置2-3h，冷却至室温，过滤洗涤至中性，烘干滤渣，放入马弗炉中，在650-800℃下煅烧5h，粉碎过200目筛即得活化的高岭土；活化高岭土的粒径为12-60nm；
(2)激发剂的制备：将高锰酸钾和步骤(1)制备的活化高岭土加入到球磨机中进行机械研磨10-15h，接着微波辐射30-50min，即得到了激发剂。
进一步，所述的高锰酸钾的重量为高岭土重量的5-10％。
进一步，所述的发泡剂为双氧水，双氧水的浓度为20-28％；
所述的发泡稳定剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、羟丙基甲基纤维素醚、聚丙烯酰胺中的一种，优选为十二烷基苯磺酸钠；
所述的促凝剂为碳酸锂、硫酸钠、甲酸钙中的一种；
所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂；
所述的憎水剂为硬脂酸钙。
进一步，步骤S3中的发泡剂分2次加入，第一次加入发泡剂总量的60-70％，搅拌3-5min后，接着加入剩余的发泡剂，4-5min加完，继续搅拌10-15min。
进一步，该复合保温材料的密度为100-130Kg/m3，抗压强度为0.12-0.15MPa，导热系数为0.026-0.041W/m·K。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供的一种超轻发泡混凝土复合保温材料的制备方法，通过加入正磷酸对酚醛树脂进行改性，正磷酸与羟甲基苯酚混合物中的醇羟基反应脱水形成磷酸酯，形成的磷酸酯一方面引入了无机磷阻燃元素，进一步提高了酚醛树脂的防火阻燃性能，另一方面磷酸酯具有增塑增韧的效果，在后续的缩聚反应中，对形成的酚醛树脂具有提高其韧性的效果，无需额外加入增韧剂或者增塑剂，节约资源；解决了酚醛树脂脆性大、易粉化的缺陷；
(2)发泡成型采用双氧水发泡剂与激发剂的协同作用，将高锰酸钾通过插层作用进入到高岭土层间，高锰酸钾起到支撑的作用，增大了高岭土的层间距和高锰酸钾的比表面积，激发剂预先与复合保温材料的其他组分混合均匀，分散到浆料中，第一次加入的双氧水与激发剂中的高锰酸钾反应，放出氧气，同时生成了二氧化锰，二氧化锰此时又可作为催化剂，促使二次加入的双氧水进行分解，持续稳定的释放氧气，具有良好的可控性，由于高锰酸钾吸附在高岭土上，高岭土均匀的分散在浆料中，且高岭土的多孔性，使得发泡效率高，泡沫更加均匀，从而降低了发泡剂的使用量；发泡过程形成的气泡均匀性好，泡沫稳定，解决了发泡不可控以及泡沫分散不均匀的问题；
(3)本发明提供的一种超轻发泡混凝土复合保温材料的制备方法，制得的复合保温材料的密度为100-130Kg/m3，抗压强度为0.12-0.15MPa，导热系数为0.026-0.041W/m·K，复合保温材料具有良好的防火、阻燃、耐高温性能，使用温度范围大，与XPS、EPS板材和玻璃棉、岩棉相比，具有优异的难燃、自熄、低毒、低烟雾、耐火焰贯穿等优点，本发明泡沫密度低、重量轻，易于施工，可用于各种建筑的防火保温，超轻的发泡混凝土复合保温材料解决了施工困难的问题。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种超轻发泡混凝土复合保温材料，各原料的质量百分比为：硫铝酸盐水泥20％、改性酚醛树脂15％、粉煤灰20％、棉秆纤维2％、发泡剂2％、激发剂6％、发泡稳定剂2％、促凝剂3％、减水剂1％、憎水剂2％，余量为水；
所述的激发剂的制备方法为：
(1)高岭土的活化：将1kg高岭土加入到球磨机中研磨粉碎，加水调制成浓度为30％的高岭土溶液，边搅拌边加入45％的浓硝酸溶液，检测高岭土溶液的pH为2.4，停止浓硝酸的加入，继续搅拌10min，再次测量高岭土溶液的pH为2.5，在35℃下静置3h，冷却至室温，过滤洗涤至中性，烘干滤渣，放入马弗炉中，在700℃下煅烧5h，粉碎过200目筛即得活化的高岭土；活化高岭土的粒径为12-60nm；
(2)激发剂的制备：将50g高锰酸钾和步骤(1)制备的活化高岭土加入到球磨机中进行机械研磨10h，接着微波辐射40min，即得到了激发剂；高锰酸钾通过插层作用进入到高岭土层间，高锰酸钾起到支撑的作用，增大了高岭土的层间距和高锰酸钾的比表面积。
所述的发泡剂为双氧水，双氧水的浓度为25％；
所述的发泡稳定剂为十二烷基苯磺酸钠；
所述的促凝剂为碳酸锂；
所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂；
所述的憎水剂为硬脂酸钙；
一种超轻发泡混凝土复合保温材料的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、改性酚醛树脂的制备：在反应釜中加入10mol苯酚、20mol甲醛和0.2mol甲醇钠和100ml水，升温至65℃，搅拌反应60min，苯酚和甲醛在甲醇钠的催化作用下发生加成反应得到了羟甲基苯酚混合物，接着降温至15℃，加入4mol正磷酸，反应30min，正磷酸与羟甲基苯酚混合物中的醇羟基反应脱水形成磷酸酯，即得到磷酸接枝单体混合物，接着升温至90℃，加入40mol甲醛，磷酸接枝单体混合物与甲醛继续缩合，即得到改性酚醛树脂；
S2、预混合：将硫铝酸盐水泥、改性酚醛树脂、粉煤灰、玻璃纤维、棉秆纤维、激发剂、发泡稳定剂、促凝剂、减水剂、憎水剂和水加入到搅拌罐中，充分搅拌，混合均匀得到流动性良好的浆料；
S3、泡体材料的制备：边搅拌步骤S2制备的浆料边加入发泡剂，发泡剂分2次加入，第一次加入发泡剂总量的60％，搅拌3min后，接着加入剩余的发泡剂，5min加完，继续搅拌10min，装箱进入恒温室，恒温室的温度为65℃、时间为15h制成泡体材料；
S4、挤压成型：将泡体材料经挤压成型，置入温度为50℃的陈化室内，经2天，由软变硬制成超轻发泡混凝土复合保温材料；该复合保温材料的密度为111Kg/m3，抗压强度为0.13MPa，导热系数为0.035W/m·K。
实施例2
一种超轻发泡混凝土复合保温材料，各原料的质量百分比为：硫铝酸盐水泥15％、改性酚醛树脂20％、粉煤灰15％、棉秆纤维5％、发泡剂4％、激发剂8％、发泡稳定剂1％、促凝剂3％、减水剂3％、憎水剂2％，余量为水；
所述的激发剂的制备方法同实施例1；
所述的发泡剂为双氧水，双氧水的浓度为28％；
所述的发泡稳定剂为十二烷基磺酸钠；
所述的促凝剂为硫酸钠；
所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂；
所述的憎水剂为硬脂酸钙；
一种超轻发泡混凝土复合保温材料的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、改性酚醛树脂的制备：在反应釜中加入10mol苯酚、30mol甲醛和0.3mol甲醇钠和100ml水，升温至70℃，搅拌反应70min，苯酚和甲醛在甲醇钠的催化作用下发生加成反应得到了羟甲基苯酚混合物，接着降温至10℃，加入5mol正磷酸，反应30min，正磷酸与羟甲基苯酚混合物中的醇羟基反应脱水形成磷酸酯，即得到磷酸接枝单体混合物，接着升温至90℃，加入65mol甲醛，磷酸接枝单体混合物与甲醛继续缩合，即得到改性酚醛树脂；
S2、预混合：将硫铝酸盐水泥、改性酚醛树脂、粉煤灰、玻璃纤维、棉秆纤维、激发剂、发泡稳定剂、促凝剂、减水剂、憎水剂和水加入到搅拌罐中，充分搅拌，混合均匀得到流动性良好的浆料；
S3、泡体材料的制备：边搅拌步骤S2制备的浆料边加入发泡剂，发泡剂分2次加入，第一次加入发泡剂总量的70％，搅拌5min后，接着加入剩余的发泡剂，4min加完，继续搅拌10min，装箱进入恒温室，恒温室的温度为65℃、时间为20h制成泡体材料；
S4、挤压成型：将泡体材料经挤压成型，置入温度为50℃的陈化室内，经2-3天，由软变硬制成超轻发泡混凝土复合保温材料；该复合保温材料的密度为123Kg/m3，抗压强度为0.15MPa，导热系数为0.026W/m·K。
实施例3
一种超轻发泡混凝土复合保温材料，各原料的质量百分比为：硫铝酸盐水泥30％、改性酚醛树脂12％、粉煤灰15％、棉秆纤维2％、发泡剂1％、激发剂6％、发泡稳定剂3％、促凝剂6％、减水剂2％、憎水剂5％，余量为水；
所述的激发剂的制备方法同实施例1；
所述的发泡剂为双氧水，双氧水的浓度为20％；
所述的发泡稳定剂为羟丙基甲基纤维素醚；
所述的促凝剂为甲酸钙；
所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂；
所述的憎水剂为硬脂酸钙；
一种超轻发泡混凝土复合保温材料的制备方法，具体包括以下步骤：
苯酚、甲醛、甲醇钠、正磷酸的摩尔比为1:2-4:0.02-0.03：0.4-0.5。
S1、改性酚醛树脂的制备：在反应釜中加入10mol苯酚、22mol甲醛和0.3mol甲醇钠和100ml水，升温至66℃，搅拌反应65min，苯酚和甲醛在甲醇钠的催化作用下发生加成反应得到了羟甲基苯酚混合物，接着降温至12℃，加入4mol正磷酸，反应30min，正磷酸与羟甲基苯酚混合物中的醇羟基反应脱水形成磷酸酯，即得到磷酸接枝单体混合物，接着升温至90℃，加入45mol甲醛，磷酸接枝单体混合物与甲醛继续缩合，即得到改性酚醛树脂；
S2、预混合：将硫铝酸盐水泥、改性酚醛树脂、粉煤灰、玻璃纤维、棉秆纤维、激发剂、发泡稳定剂、促凝剂、减水剂、憎水剂和水加入到搅拌罐中，充分搅拌，混合均匀得到流动性良好的浆料；
S3、泡体材料的制备：边搅拌步骤S2制备的浆料边加入发泡剂，发泡剂分2次加入，第一次加入发泡剂总量的66％，搅拌4min后，接着加入剩余的发泡剂，5min加完，继续搅拌10min，装箱进入恒温室，恒温室的温度为65℃、时间为18h制成泡体材料；
S4、挤压成型：将泡体材料经挤压成型，置入温度为52℃的陈化室内，经3天，由软变硬制成超轻发泡混凝土复合保温材料；该复合保温材料的密度为115Kg/m3，抗压强度为0.14MPa，导热系数为0.033W/m·K。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种超轻发泡混凝土复合保温材料的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1、改性酚醛树脂的制备：在反应釜中按比例加入苯酚、甲醛和甲醇钠和水，升温至65-70℃，搅拌反应60-70min，苯酚和甲醛在甲醇钠的催化作用下发生加成反应得到了羟甲基苯酚混合物，接着降温至10-15℃，加入正磷酸，反应30min，正磷酸与羟甲基苯酚混合物中的醇羟基反应脱水形成磷酸酯，即得到磷酸接枝单体混合物，接着升温至90℃，二次加入甲醛，磷酸接枝单体混合物与甲醛继续缩合，即得到改性酚醛树脂;
步骤S1所述的苯酚、甲醛、甲醇钠、正磷酸的摩尔比为1:2-4:0.02-0.03：0.4-0.5;
步骤S1所述的二次加入甲醛的量为第一次加入甲醛量的2-3倍;
S2、预混合：将硫铝酸盐水泥、改性酚醛树脂、粉煤灰、棉秆纤维、激发剂、发泡稳定剂、促凝剂、减水剂、憎水剂和水加入到搅拌罐中，充分搅拌，混合均匀得到流动性良好的浆料；
S3、泡体材料的制备：边搅拌步骤S2制备的浆料边加入发泡剂，搅拌均匀后，装箱进入恒温室，恒温室的温度为60-65℃、时间为15-20h制成泡体材料；
S4、挤压成型：将泡体材料经挤压成型，置入温度为50-55℃的陈化室内，经2-3天，由软变硬制成超轻发泡混凝土复合保温材料;
该复合保温材料各原料的质量百分比为：硫铝酸盐水泥15-40%、改性酚醛树脂12-20%、粉煤灰15-20%、棉秆纤维2-5%、发泡剂1-4%、激发剂5-8%、发泡稳定剂1-6%、促凝剂2-6%、减水剂1-3%、憎水剂2-5%，余量为水;
所述的激发剂的制备方法为：
（1）高岭土的活化：将高岭土加入到球磨机中研磨粉碎，加水调制成浓度为30%的高岭土溶液，边搅拌边加入45-50%的浓硝酸溶液，待高岭土溶液的pH为2.0-3.0时，停止浓硝酸的加入，继续搅拌10-15min，再次测量高岭土溶液的pH为2.0-3.0时，在35-40℃下静置2-3h，冷却至室温，过滤洗涤至中性，烘干滤渣，放入马弗炉中，在650-800℃下煅烧5h，粉碎过200目筛即得活化的高岭土；活化高岭土的粒径为12-60nm；
（2）激发剂的制备：将高锰酸钾和步骤（1）制备的活化高岭土加入到球磨机中进行机械研磨10-15h，接着微波辐射30-50min，即得到了激发剂；
所述的高锰酸钾的重量为高岭土重量的5-10%；
所述的发泡剂为双氧水，双氧水的浓度为20-28%；
所述的发泡稳定剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、羟丙基甲基纤维素醚、聚丙烯酰胺中的一种；
所述的促凝剂为碳酸锂、硫酸钠、甲酸钙中的一种；
所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂；
所述的憎水剂为硬脂酸钙；
步骤S3中的发泡剂分2次加入，第一次加入发泡剂总量的60-70%，搅拌3-5min后，接着加入剩余的发泡剂，4-5min加完，继续搅拌10-15min；
该复合保温材料的密度为100-130Kg/m3，抗压强度为0.12-0.15MPa，导热系数为0.026-0.041W/m·K。
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