CN109135289A - 一种水基氧化石墨烯/铝硅橡胶可瓷化柔性饰面砖及其制备和应用 - Google Patents

一种水基氧化石墨烯/铝硅橡胶可瓷化柔性饰面砖及其制备和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种水基氧化石墨烯/铝硅橡胶可瓷化柔性饰面砖，包括如下原料：氧化石墨烯/铝硅橡胶、碳纤维、引发剂、季铵盐阳离子乳化剂、非离子乳化剂、低温瓷化粉、中温瓷化粉、高温瓷化粉、纳米SiO2、高温陶瓷微珠、抑烟剂；所述引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰；所述季铵盐阳离子乳化剂为十六烷基三甲基氯化铵；所述非离子乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚；所述低温瓷化粉为低温玻璃粉、氢氧化镁；所述中温瓷化粉为蒙脱土、云母粉；所述高温瓷化粉为氧化金属或高岭土；所述抑烟剂为二茂铁、富马酸。本发明材料的消防安全性能优于无机防火板、发泡无机板、阻燃高分子材料等传统防火材料，具有广泛的应用前景。

Description

一种水基氧化石墨烯/铝硅橡胶可瓷化柔性饰面砖及其制备 和应用
技术领域
本发明涉及建筑装饰材料技术领域，具体涉及一种水基氧化石墨烯/铝硅橡胶可瓷化柔性饰面砖。
背景技术
我国建筑规模庞大，每年新建房屋面积达20亿平米以上，而且这个数据在未来几年内还还将不断增长。房屋建筑面积的增加直接导致了人口居住密度的增加，房屋变得越来越高，这对建筑高空安全和消防也提出了越来越高的要求。近年来，高空瓷砖坠落和火灾造成的安全事故频繁发生，后果十分严重，造成了重大的人员伤亡和财产损失，给社会带来了不良影响。
柔性饰面砖是近年来出现的一种新型建筑装饰材料，具有轻、薄、柔、阻燃、抗老化等特点，能够弯曲自如，任意造型，逼真表现木、皮、石、砖、布、金属等装饰材料的纹理和色泽，特别适用于高层建筑内、外墙饰面工程，旧城改造，外墙保温体系的饰面层以及弧形墙、拱形柱等异形建筑的饰面工程，是未来装饰材料的主流产品；而目前的柔性饰面砖产品的阻燃方式大多采用传统添加阻燃剂的阻燃方式，在火灾中仅能保证自身不会自燃，对饰面层内部的材料如保温板、钢筋混凝土结构不具备保护能力；同时市售柔性饰面砖产品中有机相耐老化性能难以做到与建筑同寿命，褪色、开裂问题仍会在其身上体现，这些缺点限制了柔性饰面的应用范围。
申请号为201310430552.1的中国发明专利申请，公开了一种采用聚氨酯乳液作为粘结剂来改善柔性饰面砖耐水性和柔韧性的技术方案，由于聚氨酯乳液价格昂贵，采用聚氨酯乳液作为粘结剂，势必造成柔性饰面砖的成本大大增加，不利于柔性饰面砖的推广应用。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供一种水基氧化石墨烯/铝硅橡胶可瓷化柔性饰面砖及其制备和应用。通过将水基氧化石墨烯/铝硅橡胶可瓷化技术与柔性饰面成型工艺结合，制备了一种在高温时具备绝缘、隔热、隔火、隔水、抗震、热失重小等优点的特殊陶瓷材料，可用于外墙保温装饰材料，其消防安全性能优于无机防火板、发泡无机板、阻燃高分子材料等传统防火材料。
本发明提供一种水基氧化石墨烯/铝硅橡胶可瓷化柔性饰面砖，包括如下重量份的原料：氧化石墨烯/铝硅橡胶60-90份、碳纤维10-20份、引发剂20-30份、季铵盐阳离子乳化剂0.1-1份、非离子乳化剂0.1-1份、低温瓷化粉5-10份、中温瓷化粉5-10份、高温瓷化粉5-10份、纳米SiO2 2-10份、高温陶瓷微珠1-5份、抑烟剂0.01-2份；所述引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化二叔丁基、过氧化二异丙苯、过氧化甲乙酮、过氧化环己酮、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二碳酸二环己酯中的一种或几种；所述季铵盐阳离子乳化剂为十六烷基三甲基氯化铵或十六烷基溴化吡啶蝻；所述非离子乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯、脂肪胺聚氧乙烯醚、烷基醇酰胺聚氧乙烷醚、嵌段聚氧乙烯-聚氧丙烯醚、乙二醇单硬脂酸酯、双硬脂酸酯、聚乙二醇双硬脂硬脂酸酯和蔗糖脂肪酸酯中的一种或几种；所述低温瓷化粉为低温玻璃粉、氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或几种；所述中温瓷化粉为蒙脱土、云母粉、硅藻土中的一种或几种；所述高温瓷化粉为氧化金属或高岭土；所述抑烟剂为二茂铁、富马酸、氧化钼、Sb2O3、OngardⅡ中的一种或几种。
作为本发明进一步的改进，包括如下重量份的原料：氧化石墨烯/铝硅橡胶65-85份、碳纤维12-18份、引发剂22-28份、季铵盐阳离子乳化剂0.5-1份、非离子乳化剂0.1-0.5份、低温瓷化粉6-8份、中温瓷化粉5-7份、高温瓷化粉6-9份、纳米SiO2 2-5份、高温陶瓷微珠1-3份、抑烟剂0.1-1.5份。
作为本发明进一步的改进，氧化石墨烯/铝硅橡胶按照以下步骤制备：
(1)采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯；
(2)将步骤(1)制备的氧化石墨烯、硫化剂、氧化铝、金催化剂加入高速搅拌器中搅拌预混合10-20min，混匀后将混合物倒人哈克流变仪中，依次加入白炭黑和经偶联剂预处理的乙烯基硅橡胶，在30-40℃下混炼2-3h，混炼结束后取出，在高速搅拌机上边搅拌边加入稀释剂，混合均匀，得混炼胶；混炼胶在通风放置12-24h后采用平板硫化机进行硫化，即得；
所述硫化条件为150℃×20min，所述稀释剂为含C＝C官能团的溶剂。
作为本发明进一步的改进，低温瓷化粉的瓷化温度为300-600℃。
作为本发明进一步的改进，中温瓷化粉的瓷化温度为600-1000℃。
作为本发明进一步的改进，高温瓷化粉的瓷化温度为1000℃以上。
作为本发明进一步的改进，按照以下方法制备：将氧化石墨烯/铝硅橡胶加入溶解有引发剂的硅油稀释，经季铵盐阳离子乳化剂与非离子乳化剂高速预乳化后，添加碳纤维、低、中、高温瓷化粉，纳米SiO2，高温陶瓷微珠，抑烟剂，经离心混合机充分混合，柔性面砖成型，进入远红外烘箱进行中温烘烤固化后得到水基氧化石墨烯/铝硅橡胶可瓷化柔性饰面砖。
作为本发明进一步的改进，中温烘烤温度为70-90℃。
作为本发明进一步的改进，柔性饰面砖原料还包括有增稠剂5-10份、紫外吸收剂0.1-1份；所述增稠剂为纤维素醚及其衍生物类增稠剂、天然高分子及其衍生物增稠剂、缔合型碱溶胀增稠剂、聚氨酯增稠剂中的一种或几种；所述紫外吸收剂为水杨酸酯类、二苯甲酮类、苯并三唑类、取代丙烯腈类、三嗪类中的一种或几种。
本发明进一步保护一种根据上述一种水基氧化石墨烯/铝硅橡胶可瓷化柔性饰面砖在建筑保温装饰材料中的应用。
本发明具有如下有益效果：
本发明材料具有常温下保持轻、薄、柔等所有特性，同时由于有机相中铝硅橡胶的主链含Si-O-Al键耐老化性优越、耐高低温、界面能很低同时力学性能优越，所以在耐老化性、抗冻融性、耐高温、韧性和硬度等方面性能优异，并且具有自清洁功能；当材料遇到300℃以上的无焰高温和500℃以上的火焰烧蚀时，能够转化为无机的中空陶瓷材料，这种形成的特殊陶瓷材料具备绝缘、隔热、隔火、隔水、抗震、热失重小等优点，能有效的保护内部材料免受大火与高温的破坏。在火灾环境中能够迅速的在饰面层形成一层中空绝热的陶瓷层，保护内部的钢筋混凝土结构，避免钢筋混凝土因火焰灼烧而造成内部炸裂、强度降低甚至失去支撑作用；而建筑内部保温材料也不会因火焰直接接触产生有毒有害气体造成火灾的二次伤害，有望实现在获得高装饰的同时，满足高空安全和消防要求。其消防安全性能优于无机防火板、发泡无机板、阻燃高分子材料等传统防火材料。
附图说明
图1为水基氧化石墨烯/铝硅橡胶可瓷化柔性饰面砖的制备工艺图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例只是本发明的部分具有代表性的实施例，而不是全部实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施例都属于本发明的保护范围。
实施例1水基氧化石墨烯/铝硅橡胶可瓷化柔性饰面砖的制备
原料组成：氧化石墨烯/铝硅橡胶60份、碳纤维10份、过氧化苯甲酰20份、十六烷基三甲基氯化铵0.1份、脂肪醇聚氧乙烯醚0.1份、低温玻璃粉5份、蒙脱土5份、高岭土5份、纳米SiO2 2份、高温陶瓷微珠1份、二茂铁0.01份；
氧化石墨烯/铝硅橡胶按照以下步骤制备：
(1)采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯；
(2)将步骤(1)制备的氧化石墨烯、硫化剂、氧化铝、金催化剂加入高速搅拌器中搅拌预混合10min，混匀后将混合物倒人哈克流变仪中，依次加入白炭黑和经偶联剂预处理的乙烯基硅橡胶，在30℃下混炼2h，混炼结束后取出，在高速搅拌机上边搅拌边加入正辛烯，混合均匀，得混炼胶；混炼胶在通风放置12h后采用平板硫化机进行硫化，硫化条件为150℃×20min，即得氧化石墨烯/铝硅橡胶，得率为78％；
水基氧化石墨烯/铝硅橡胶可瓷化柔性饰面砖的制备：
将氧化石墨烯/铝硅橡胶加入溶解有过氧化苯甲酰的硅油稀释，经十六烷基三甲基氯化铵与脂肪醇聚氧乙烯醚高速预乳化后，添加碳纤维、低温玻璃粉、蒙脱土、高岭土、纳米SiO2、高温陶瓷微珠、二茂铁，经离心混合机充分混合，柔性面砖成型，进入远红外烘箱进行70℃中温烘烤固化后得到水基氧化石墨烯/铝硅橡胶可瓷化柔性饰面砖，得率为73％。
实施例2水基氧化石墨烯/铝硅橡胶可瓷化柔性饰面砖的制备
原料组成：氧化石墨烯/铝硅橡胶90份、碳纤维20份、过氧化月桂酰30份、十六烷基溴化吡啶蝻1份、脂肪酸聚氧乙烯1份、氢氧化铝10份、云母粉10份、氧化铝10份、纳米SiO210份、高温陶瓷微珠5份、Sb2O32份；
氧化石墨烯/铝硅橡胶按照以下步骤制备：
(1)采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯；
(2)将步骤(1)制备的氧化石墨烯、硫化剂、氧化铝、金催化剂加入高速搅拌器中搅拌预混合20min，混匀后将混合物倒人哈克流变仪中，依次加入白炭黑和经偶联剂预处理的乙烯基硅橡胶，在40℃下混炼3h，混炼结束后取出，在高速搅拌机上边搅拌边加入正壬烯，混合均匀，得混炼胶；混炼胶在通风放置24h后采用平板硫化机进行硫化，硫化条件为150℃×20min，即得氧化石墨烯/铝硅橡胶，得率为82％；
水基氧化石墨烯/铝硅橡胶可瓷化柔性饰面砖的制备：
将氧化石墨烯/铝硅橡胶加入溶解有过氧化月桂酰的硅油稀释，经十六烷基溴化吡啶蝻与脂肪酸聚氧乙烯高速预乳化后，添加碳纤维、氢氧化铝、云母粉、氧化铝，纳米SiO2，高温陶瓷微珠，Sb2O3，经离心混合机充分混合，柔性面砖成型，进入远红外烘箱进行90℃中温烘烤固化后得到水基氧化石墨烯/铝硅橡胶可瓷化柔性饰面砖，得率为84％。
实施例3水基氧化石墨烯/铝硅橡胶可瓷化柔性饰面砖的制备
原料组成：氧化石墨烯/铝硅橡胶75份、碳纤维15份、过氧化二异丙苯25份、十六烷基三甲基氯化铵0.5份、嵌段聚氧乙烯-聚氧丙烯醚0.1份、氢氧化铝3份、氢氧化镁3份、硅藻土5份、高岭土6份、纳米SiO2 2份、高温陶瓷微珠2份、氧化钼1.5份、缔合型碱溶胀增稠剂5份、取代丙烯腈类紫外吸收剂0.1份；
氧化石墨烯/铝硅橡胶按照以下步骤制备：
(1)采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯；
(2)将步骤(1)制备的氧化石墨烯、硫化剂、氧化铝、金催化剂加入高速搅拌器中搅拌预混合15min，混匀后将混合物倒人哈克流变仪中，依次加入白炭黑和经偶联剂预处理的乙烯基硅橡胶，在35℃下混炼2.5h，混炼结束后取出，在高速搅拌机上边搅拌边加入稀释剂，硫化条件为150℃×20min，混合均匀，得混炼胶；混炼胶在通风放置18h后采用平板硫化机进行硫化，即得氧化石墨烯/铝硅橡胶，得率为93％。
水基氧化石墨烯/铝硅橡胶可瓷化柔性饰面砖的制备：
将氧化石墨烯/铝硅橡胶加入溶解有过氧化二异丙苯的硅油稀释，经十六烷基三甲基氯化铵与嵌段聚氧乙烯-聚氧丙烯醚高速预乳化后，添加氢氧化铝、氢氧化镁、硅藻土、高岭土、纳米SiO2、高温陶瓷微珠、氧化钼、缔合型碱溶胀增稠剂、取代丙烯腈类紫外吸收剂，经离心混合机充分混合，柔性面砖成型，进入远红外烘箱进行80℃中温烘烤固化后得到水基氧化石墨烯/铝硅橡胶可瓷化柔性饰面砖，得率90％。
对照例1按照专利ZL 201410639871.8“一种内外墙装饰用的彩色柔性饰面砖”
1、配方
纯丙乳液12％、硅烷乳液憎水剂0.5％、固化剂1％(万华化学集团的WANNATE MDI-50)、三氧化铝5％、柠檬酸三丁酯1.8％、2，4-二羟基二苯甲酮1.2％、羟乙基纤维素0.25％、细度120-40目的彩色石英砂65.25％、聚二甲基硅氧烷分散液1％、水12％
2、制备
按上述配比称取原材料，在搅拌机中搅拌15min至均匀，将料平铺于成型机上，经切割后在85℃烘箱中烘干4h。
测试例1性能测试
结果见表1和表2。
表1可瓷化柔性面砖与常见建筑装饰材料的性能对比分析
表2可瓷化柔性面砖与传统防火材料的性能对比分析
可知，水基硅橡胶可瓷化柔性饰面砖相较于瓷砖、涂料、石材、铝塑板，有着更好的使用性能，同时相较与传统的防火材料，其耐老化性能、绝热能力、耐用性、烟气毒性等方面性能优越。本发明实施例制备的水基硅橡胶可瓷化柔性饰面砖相较于对照例1制备的柔性饰面砖，具备更好的性能。
本领域的技术人员在不脱离权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下，还可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本发明的范围并不仅限于以上的说明，而是由权利要求书的范围来确定的。

Claims (10)

1.一种水基氧化石墨烯/铝硅橡胶可瓷化柔性饰面砖，其特征在于，包括如下重量份的原料：氧化石墨烯/铝硅橡胶60-90份、碳纤维10-20份、引发剂20-30份、季铵盐阳离子乳化剂0.1-1份、非离子乳化剂0.1-1份、低温瓷化粉5-10份、中温瓷化粉5-10份、高温瓷化粉5-10份、纳米SiO2 2-10份、高温陶瓷微珠1-5份、抑烟剂0.01-2份；所述引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化二叔丁基、过氧化二异丙苯、过氧化甲乙酮、过氧化环己酮、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二碳酸二环己酯中的一种或几种；所述季铵盐阳离子乳化剂为十六烷基三甲基氯化铵或十六烷基溴化吡啶蝻；所述非离子乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯、脂肪胺聚氧乙烯醚、烷基醇酰胺聚氧乙烷醚、嵌段聚氧乙烯-聚氧丙烯醚、乙二醇单硬脂酸酯、双硬脂酸酯、聚乙二醇双硬脂硬脂酸酯和蔗糖脂肪酸酯中的一种或几种；所述低温瓷化粉为低温玻璃粉、氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或几种；所述中温瓷化粉为蒙脱土、云母粉、硅藻土中的一种或几种；所述高温瓷化粉为氧化金属或高岭土；所述抑烟剂为二茂铁、富马酸、氧化钼、Sb2O3、Ongard Ⅱ中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述一种水基氧化石墨烯/铝硅橡胶可瓷化柔性饰面砖，其特征在于，包括如下重量份的原料：氧化石墨烯/铝硅橡胶65-85份、碳纤维12-18份、引发剂22-28份、季铵盐阳离子乳化剂0.5-1份、非离子乳化剂0.1-0.5份、低温瓷化粉6-8份、中温瓷化粉5-7份、高温瓷化粉6-9份、纳米SiO2 2-5份、高温陶瓷微珠1-3份、抑烟剂0.1-1.5份。
3.根据权利要求1所述一种水基氧化石墨烯/铝硅橡胶可瓷化柔性饰面砖，其特征在于，所述氧化石墨烯/铝硅橡胶按照以下步骤制备：
(1)采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯；
(2)将步骤(1)制备的氧化石墨烯、硫化剂、氧化铝、金催化剂加入高速搅拌器中搅拌预混合10-20min，混匀后将混合物倒人哈克流变仪中，依次加入白炭黑和经偶联剂预处理的乙烯基硅橡胶，在30-40℃下混炼2-3h，混炼结束后取出，在高速搅拌机上边搅拌边加入稀释剂，混合均匀，得混炼胶；混炼胶在通风放置12-24h后采用平板硫化机进行硫化，即得；
所述硫化条件为150℃×20min，所述稀释剂为含C＝C官能团的溶剂。
4.根据权利要求1所述一种水基氧化石墨烯/铝硅橡胶可瓷化柔性饰面砖，其特征在于，所述低温瓷化粉的瓷化温度为300-600℃。
5.根据权利要求1所述一种水基氧化石墨烯/铝硅橡胶可瓷化柔性饰面砖，其特征在于，所述中温瓷化粉的瓷化温度为600-1000℃。
6.根据权利要求1所述一种水基氧化石墨烯/铝硅橡胶可瓷化柔性饰面砖，其特征在于，所述高温瓷化粉的瓷化温度为1000℃以上。
7.根据权利要求1所述一种水基氧化石墨烯/铝硅橡胶可瓷化柔性饰面砖，其特征在于，按照以下方法制备：将氧化石墨烯/铝硅橡胶加入溶解有引发剂的硅油稀释，经季铵盐阳离子乳化剂与非离子乳化剂高速预乳化后，添加碳纤维、低、中、高温瓷化粉，纳米SiO2，高温陶瓷微珠，抑烟剂，经离心混合机充分混合，柔性面砖成型，进入远红外烘箱进行中温烘烤固化后得到水基氧化石墨烯/铝硅橡胶可瓷化柔性饰面砖。
8.根据权利要求7所述一种水基氧化石墨烯/铝硅橡胶可瓷化柔性饰面砖，其特征在于，所述中温烘烤温度为70-90℃。
9.根据权利要求1所述一种水基氧化石墨烯/铝硅橡胶可瓷化柔性饰面砖，其特征在于，所述柔性饰面砖原料还包括有增稠剂5-10份、紫外吸收剂0.1-1份；所述增稠剂为纤维素醚及其衍生物类增稠剂、天然高分子及其衍生物增稠剂、缔合型碱溶胀增稠剂、聚氨酯增稠剂中的一种或几种；所述紫外吸收剂为水杨酸酯类、二苯甲酮类、苯并三唑类、取代丙烯腈类、三嗪类中的一种或几种。
10.一种根据权利要求1-9任一权利要求所述一种水基氧化石墨烯/铝硅橡胶可瓷化柔性饰面砖在建筑保温装饰材料中的应用。
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