CN110002833A - 一种高抗压耐水保温建材的制备方法 - Google Patents

一种高抗压耐水保温建材的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于保温建材技术领域，具体涉及一种高抗压耐水保温建材的制备方法。本发明首先将木屑与玉米粒混合干燥研磨，投入氢氧化钠溶液中浸泡，将改性纤维产物与煤灰、石膏粉等助剂搅拌、研磨，出料即得高抗压耐水保温建材，经过碱液水煮和微生物发酵分离提取出其中的糖分、纤维成分以及其它有机化合物，以提高保温建材的抗压强度，再结合从木屑中提取的木质素成分本身具有的良好的隔热性能，进一步提高保温建材的保温效果；本发明将镁离子引入木质素分子和植物纤维中，使保温性能进一步提高，本发明还利用微生物发酵腐蚀植物纤维，提高防水性能，同时镁离子可以使保温建材在受热过程中生成氧化镁，起到良好的阻燃性能，具有广阔的应用前景。

Description

一种高抗压耐水保温建材的制备方法
技术领域
本发明属于保温建材技术领域，具体涉及一种高抗压耐水保温建材的制备方法。背景技术
我国现有440亿平方米建筑的能耗与发达国家相比高出2倍以上，尤其北方冬天供暖和南方夏天空调，更是高出3到4倍以上的耗能。这种建筑耗能的问题主要体现为建筑现有结构的保温性能较差，导致建筑室内的冷气或暖气所携带的能量由墙壁散失到环境中，要维持室内舒适的温度环境就需要持续高负载运行相应的供冷或供暖设备，增大了能源消耗。因此现有技术中提出了为建筑增加保温层的方案来减少能量散失，起到降低建筑能耗的目的，同时保温层的设置不要过多地增加建筑整体负载，故目前保温层大都是选用普通聚合物泡沫板，以满足这样的需求。但是实践中发现这样的材料存在防火性能差的问题，大部分高层建筑起火，这种普通聚合物泡沫板保温层使得火势蔓延较快，增大了消防救援的难度，并且火灾发生后也因这种材料高温熔化产生许多有害气体，对人体产生极大危害以造成巨大的损失。
对于这些情况，在建筑设计的各种规范标准中都逐步作出了各种明确的要求。为了节能减排，避免建筑物火灾被毁和确保人们的身体健康，我国已制定了一系列新政策，如所有建筑外墙必须进行保温处理；保温材料要达到国家A级防火要求；高层建筑必须使用轻质砖以避免地震时带来的巨大破坏，而且要禁止使用粘土红砖以减少土壤资源的破坏等。
保温材料一般是指导热系数小于或等于0.12的材料。保温材料发展很快，在工业和建筑中采用良好的保温技术与材料，往往可以起到事半功倍的效果。
传统的保温隔热材料是以提高气相空隙率，降低导热系数和传导系数为主。纤维类保温材料在使用环境中要使对流传热和辐射传热升高，必须要有较厚的覆层；而型材类无机保温材料要进行拼装施工，存在接缝多、有损美观、防水性差、使用寿命短等缺陷。为此，人们一直在寻求与研究一种能大大提高保温材料隔热反射性能的新型材料。按材料成份分类：1、有机隔热保温材料，2、无机隔热保温材料，3、金属类隔热保温材料；按材料形状分类：1、松散隔热保温材料，2、板状隔热保温材料，3、整体保温隔热材料；无机保温材料中膨胀珍珠岩以其优良防火性能，对环境无污染等优势正逐步成为无机外墙保温材料的首选。
膨胀珍珠岩作为一种非金属矿物材料，广泛应用于建筑、冶金、石油、化工、轻工、电力、运输及农业等领域。膨胀珍珠岩便被广泛应用于外墙保温板的轻骨材料。但是由于各种原因，膨胀珍珠岩保温板的应用还是受到一些限制。
随着城镇化水平的不断提高及人们对节能环保的认识不断加深，对于建筑物也具有不同的功能，尤其是在建筑物内表面或外表面涂膜保温涂料，能够使建筑物具有保温的作用。目前保温建材存在着：保温性能差，防火性能不佳、防水效果和抗压强度低等问题。
因此，发明一种优良的保温建材对建筑制备技术领域具有积极意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前保温建材保温性能差，防火性能不佳、防水效果和抗压强度低的缺陷，提供了一种高抗压耐水保温建材的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种高抗压耐水保温建材的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
将改性纤维产物、煤灰、石膏粉、十二烷基苯磺酸钠、有机硅树脂、氢氧化钠投入搅拌釜中，在转速为1200～1400r/min的条件下40～50min，搅拌后将物料投入研磨罐中，在转速为500～600r/min的条件下研磨80～100min即得高抗压耐水保温建材；
所述的改性纤维产物的具体制备步骤为：
（1）将反应混合物与氯化镁投入烧杯中，用搅拌器以500～600r/min的转速搅拌30～40min制得反应悬浊液，向烧杯中加入石棉，将烧杯置于超声振荡仪中，在频率为35～40kHz的条件下振荡5～6h，振荡后过滤得到滤饼，用蒸馏水清洗滤饼3～5次即得共混产物；
（2）将共混产物、柠檬酸钠、氯化钾、沼气液和水投入发酵罐中，将发酵罐敞口置于温度为32～36℃的温室中，恒温静置5～7天，静置后将罐内物料投入反应釜中，将反应釜内温度升高至95～100℃，恒温水煮60～80min制得改性纤维产物；
所述的反应混合物的具体制备步骤为：
（1）将木屑与玉米粒按质量比为10:1投入烘箱中，在温度为70～80℃的条件下干燥2～3h，干燥后投入行星球磨机中，在转速为300～350r/min和球料比为10:1的条件下研磨混合30～40min，研磨后过50目筛得到过筛物，将过筛物与质量分数为6～8%的氢氧化钠溶液按质量比为1:10投入烧杯中；
（2）将烧杯置于水浴温度为60～80℃的水浴锅中，用搅拌器以300～400r/min的转速搅拌30～40min，搅拌后将烧杯中物料投入反应釜中，将反应釜内温度升高至90～100℃，恒温水煮60～80min制得反应浆液，将反应浆液与质量分数为6～10%的柠檬酸溶液投入三口烧瓶中混合均匀制得分散液；
（3）向三口烧瓶中加入次氯酸钠粉末，将三口烧瓶置于超声振荡仪中，在频率为32～36kHz的条件下振荡2～3h，振荡后将三口烧瓶置于电阻加热套中，升高加热套内温度至70～80℃，恒温静置50～60min制得反应混合物。
优选的按重量份数计，所述的改性纤维产物为12～14份、煤灰为26～28份、石膏粉为1.2～1.6份、十二烷基苯磺酸钠为2～3份、有机硅树脂为7～9份、氢氧化钠为0.3～0.5份。
改性纤维产物的具体制备步骤（1）中所述的反应混合物与氯化镁的质量比为15:1。
改性纤维产物的具体制备步骤（1）中所述的向烧杯中加入的石棉的质量为反应悬浊液质量的15～20%。
改性纤维产物的具体制备步骤（1）中优选的按重量份数计，所述的共混产物为8～10份、柠檬酸钠为1～2份、氯化钾为0.6～1.0份、沼气液为3～5份和水为12～14份。
反应混合物的具体制备步骤（1）中所述的木屑与玉米粒按质量比为10:1。
反应混合物的具体制备步骤（1）中所述的木屑为桦木、杨木、松木其中的一种或多种按任意比例混合和。
反应混合物的具体制备步骤（2）中所述的反应浆液与质量分数为6～10%的柠檬酸溶液的质量比为10:1。
反应混合物的具体制备步骤（3）中所述的向三口烧瓶中加入的次氯酸钠粉末的质量为分散液质量的10～15%。
本发明的有益技术效果是：
（1）本发明首先将木屑与玉米粒混合干燥研磨，投入氢氧化钠溶液中浸泡，高温水煮搅拌制得反应浆液，随后将反应浆液中加入柠檬酸混合反应制得分散液，再将分散液中加入次氯酸钠振荡反应，反应后再加入氯化镁搅拌反应，搅拌后再加入石棉超声振荡，震荡后过滤得到共混产物，随后将共混产物与柠檬酸钠、沼气液等投入发酵罐中发酵处理，发酵后水煮制得改性纤维产物，最后将改性纤维产物与煤灰、石膏粉等助剂搅拌、研磨，出料即得高抗压耐水保温建材，本发明将木屑与玉米粒混合研磨，经过碱液水煮和微生物发酵分离提取出其中的糖分、纤维成分以及其它有机化合物，并利用次氯酸钠对有机成分进行氧化，使纤维表面的羟基基团生成羧基基团，利用各有机物中具有的大量的羟基、羧基官能团对保温建材中各成分之间形成氢键、分子间作用力吸附，使保温建材中各成分之间的粘结程度加强，从而使保温建材的结构强度增强，以提高保温建材的抗压强度，再结合从木屑中提取的木质素成分本身具有的良好的隔热性能，进一步提高保温建材的保温效果；
（2）本发明将镁离子引入木质素分子和植物纤维中，利用同极电荷互相排斥使各木质素成分与植物纤维成分互相产生静电排斥作用，从而使各有机成分之间形成孔隙，孔隙中能够充入空气，气体的增加能使保温建材的保温性能进一步提高，本发明还利用微生物发酵腐蚀植物纤维，提高纤维的粗糙程度，增加孔隙率，提高保温效果，还分解糖类、木质素等有机成分，增加各有机成分的比表面积，提高对其它物质的接触面积，从而加强保温建材的致密性，抑制水分子渗透，提高防水性能，同时镁离子可以使保温建材在受热过程中生成氧化镁，抑制保温建材中其它成分与空气接触，起到良好的阻燃性能，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
将木屑与玉米粒按质量比为10:1投入烘箱中，在温度为70～80℃的条件下干燥2～3h，干燥后投入行星球磨机中，在转速为300～350r/min和球料比为10:1的条件下研磨混合30～40min，研磨后过50目筛得到过筛物，将过筛物与质量分数为6～8%的氢氧化钠溶液按质量比为1:10投入烧杯中；将上述烧杯置于水浴温度为60～80℃的水浴锅中，用搅拌器以300～400r/min的转速搅拌30～40min，搅拌后将烧杯中物料投入反应釜中，将反应釜内温度升高至90～100℃，恒温水煮60～80min制得反应浆液，将上述反应浆液与质量分数为6～10%的柠檬酸溶液按质量比为10:3投入三口烧瓶中混合均匀制得分散液；向上述三口烧瓶中加入分散液质量10～15%的次氯酸钠粉末，将三口烧瓶置于超声振荡仪中，在频率为32～36kHz的条件下振荡2～3h，振荡后将三口烧瓶置于电阻加热套中，升高加热套内温度至70～80℃，恒温静置50～60min制得反应混合物；将上述反应混合物与氯化镁按质量比为15:1投入烧杯中，用搅拌器以500～600r/min的转速搅拌30～40min制得反应悬浊液，向烧杯中加入反应悬浊液质量15～20%的石棉，将烧杯置于超声振荡仪中，在频率为35～40kHz的条件下振荡5～6h，振荡后过滤得到滤饼，用蒸馏水清洗滤饼3～5次即得共混产物；按重量份数计，将8～10份上述共混产物、1～2份柠檬酸钠、0.6～1.0份氯化钾、3～5份沼气液和12～14份水投入发酵罐中，将发酵罐敞口置于温度为32～36℃的温室中，恒温静置5～7天，静置后将罐内物料投入反应釜中，将反应釜内温度升高至95～100℃，恒温水煮60～80min制得改性纤维产物；按重量份数计，将12～14份上述改性纤维产物、26～28份煤灰、1.2～1.6份石膏粉、2～3份十二烷基苯磺酸钠、7～9份有机硅树脂、0.3～0.5份氢氧化钠投入搅拌釜中，在转速为1200～1400r/min的条件下40～50min，搅拌后将物料投入研磨罐中，在转速为500～600r/min的条件下研磨80～100min即得高抗压耐水保温建材。
木屑为：桦木分散液的制备：将木屑与玉米粒按质量比为10:1投入烘箱中，在温度为70℃的条件下干燥2h，干燥后投入行星球磨机中，在转速为300r/min和球料比为10:1的条件下研磨混合30min，研磨后过50目筛得到过筛物，将过筛物与质量分数为6%的氢氧化钠溶液按质量比为1:10投入烧杯中；
将上述烧杯置于水浴温度为60℃的水浴锅中，用搅拌器以300r/min的转速搅拌30min，搅拌后将烧杯中物料投入反应釜中，将反应釜内温度升高至90℃，恒温水煮60min制得反应浆液，将上述反应浆液与质量分数为6%的柠檬酸溶液按质量比为10:3投入三口烧瓶中混合均匀制得分散液；
反应混合物的制备：
向上述三口烧瓶中加入分散液质量10%的次氯酸钠粉末，将三口烧瓶置于超声振荡仪中，在频率为32kHz的条件下振荡2h，振荡后将三口烧瓶置于电阻加热套中，升高加热套内温度至70℃，恒温静置50min制得反应混合物；
共混产物的制备：
将上述反应混合物与氯化镁按质量比为15:1投入烧杯中，用搅拌器以500r/min的转速搅拌30min制得反应悬浊液，向烧杯中加入反应悬浊液质量15%的石棉，将烧杯置于超声振荡仪中，在频率为35kHz的条件下振荡5h，振荡后过滤得到滤饼，用蒸馏水清洗滤饼3次即得共混产物；
改性纤维产物的制备：
按重量份数计，将8份上述共混产物、1份柠檬酸钠、0.6份氯化钾、3份沼气液和12份水投入发酵罐中，将发酵罐敞口置于温度为32℃的温室中，恒温静置5天，静置后将罐内物料投入反应釜中，将反应釜内温度升高至95℃，恒温水煮60min制得改性纤维产物；
高抗压耐水保温建材的制备：
按重量份数计，将12份上述改性纤维产物、26份煤灰、1.2份石膏粉、2份十二烷基苯磺酸钠、7份有机硅树脂、0.3份氢氧化钠投入搅拌釜中，在转速为1200r/min的条件下40min，搅拌后将物料投入研磨罐中，在转速为500r/min的条件下研磨80min即得高抗压耐水保温建材。
木屑为：杨木分散液的制备：将木屑与玉米粒按质量比为10:1投入烘箱中，在温度为75℃的条件下干燥2.5h，干燥后投入行星球磨机中，在转速为325r/min和球料比为10:1的条件下研磨混合35min，研磨后过50目筛得到过筛物，将过筛物与质量分数为7%的氢氧化钠溶液按质量比为1:10投入烧杯中；
将上述烧杯置于水浴温度为70℃的水浴锅中，用搅拌器以350r/min的转速搅拌35min，搅拌后将烧杯中物料投入反应釜中，将反应釜内温度升高至95℃，恒温水煮70min制得反应浆液，将上述反应浆液与质量分数为8%的柠檬酸溶液按质量比为10:3投入三口烧瓶中混合均匀制得分散液；
反应混合物的制备：
向上述三口烧瓶中加入分散液质量12.5%的次氯酸钠粉末，将三口烧瓶置于超声振荡仪中，在频率为34kHz的条件下振荡2.5h，振荡后将三口烧瓶置于电阻加热套中，升高加热套内温度至75℃，恒温静置55min制得反应混合物；
共混产物的制备：
将上述反应混合物与氯化镁按质量比为15:1投入烧杯中，用搅拌器以550r/min的转速搅拌35min制得反应悬浊液，向烧杯中加入反应悬浊液质量17.5%的石棉，将烧杯置于超声振荡仪中，在频率为37.5kHz的条件下振荡5.5h，振荡后过滤得到滤饼，用蒸馏水清洗滤饼4次即得共混产物；
改性纤维产物的制备：
按重量份数计，将9份上述共混产物、1.5份柠檬酸钠、0.8份氯化钾、4份沼气液和13份水投入发酵罐中，将发酵罐敞口置于温度为34℃的温室中，恒温静置6天，静置后将罐内物料投入反应釜中，将反应釜内温度升高至97.5℃，恒温水煮70min制得改性纤维产物；
高抗压耐水保温建材的制备：
按重量份数计，将13份上述改性纤维产物、27份煤灰、1.4份石膏粉、2.5份十二烷基苯磺酸钠、8份有机硅树脂、0.4份氢氧化钠投入搅拌釜中，在转速为1300r/min的条件下45min，搅拌后将物料投入研磨罐中，在转速为550r/min的条件下研磨90min即得高抗压耐水保温建材。
木屑为：松木分散液的制备：将木屑与玉米粒按质量比为10:1投入烘箱中，在温度为80℃的条件下干燥3h，干燥后投入行星球磨机中，在转速为350r/min和球料比为10:1的条件下研磨混合40min，研磨后过50目筛得到过筛物，将过筛物与质量分数为8%的氢氧化钠溶液按质量比为1:10投入烧杯中；
将上述烧杯置于水浴温度为80℃的水浴锅中，用搅拌器以400r/min的转速搅拌40min，搅拌后将烧杯中物料投入反应釜中，将反应釜内温度升高至100℃，恒温水煮80min制得反应浆液，将上述反应浆液与质量分数为10%的柠檬酸溶液按质量比为10:3投入三口烧瓶中混合均匀制得分散液；
反应混合物的制备：
向上述三口烧瓶中加入分散液质量15%的次氯酸钠粉末，将三口烧瓶置于超声振荡仪中，在频率为36kHz的条件下振荡3h，振荡后将三口烧瓶置于电阻加热套中，升高加热套内温度至80℃，恒温静置60min制得反应混合物；
共混产物的制备：
将上述反应混合物与氯化镁按质量比为15:1投入烧杯中，用搅拌器以600r/min的转速搅拌40min制得反应悬浊液，向烧杯中加入反应悬浊液质量20%的石棉，将烧杯置于超声振荡仪中，在频率为40kHz的条件下振荡6h，振荡后过滤得到滤饼，用蒸馏水清洗滤饼5次即得共混产物；
改性纤维产物的制备：
按重量份数计，将10份上述共混产物、2份柠檬酸钠、1.0份氯化钾、5份沼气液和14份水投入发酵罐中，将发酵罐敞口置于温度为36℃的温室中，恒温静置7天，静置后将罐内物料投入反应釜中，将反应釜内温度升高至100℃，恒温水煮80min制得改性纤维产物；
高抗压耐水保温建材的制备：
按重量份数计，将14份上述改性纤维产物、28份煤灰、1.6份石膏粉、3份十二烷基苯磺酸钠、9份有机硅树脂、0.5份氢氧化钠投入搅拌釜中，在转速为1400r/min的条件下50min，搅拌后将物料投入研磨罐中，在转速为600r/min的条件下研磨100min即得高抗压耐水保温建材。
对比例1与实例1的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少共混产物。
对比例2与实例1的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少改性纤维产物。
对比例3芜湖市某公司生产的保温建材。
分别对本发明和对比例中的保温建材进行性能检测，检测结果如表1所示：
检测方法：
抗压强度和抗折强度参照GB/T8813进行检测。
含水率和体积吸水率参照JC688-2006进行检测。
导热系数参照GB/T10294进行检测。
防火性能参照GB8624-2012进行检测，GB8624-2012标准将材料划分为四个等级：A，B1，B2，B3。A级-不燃材料，B1-难燃材料，B2-可燃材料，B2-易燃材料。
表1保温建材性能测定结果
测试项目 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2 对比例3
抗压强度（MPa） 2.5 2.8 3.5 1.2 1.5 2.1
抗折强度（MPa） 0.59 0.63 0.75 0.15 0.19 0.25
含水率（%） 0.59 0.56 0.45 1.35 1.51 1.12
体积吸水率（%） 5.3 4.7 4.2 10.5 11.3 8.9
导热系数（W/m.K） 0.018 0.021 0.015 0.058 0.064 0.042
防火性能 A A A B1 B1 B1
通过表1能够看出，本发明制备的保温建材抗压强度和抗折强度性能都很优良，含水率与体积吸水率较低，具有良好的防水性能，导热系数较低具有良好的保温性能，防火性能达到A级，达到了很好的防火效果，因此本发明制备的保温建材具有抗压性能好、防水性能好、防火和保温效果好的优点，有广阔的应用前景。
以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高抗压耐水保温建材的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
将改性纤维产物、煤灰、石膏粉、十二烷基苯磺酸钠、有机硅树脂、氢氧化钠投入搅拌釜中，在转速为1200～1400r/min的条件下40～50min，搅拌后将物料投入研磨罐中，在转速为500～600r/min的条件下研磨80～100min即得高抗压耐水保温建材；
所述的改性纤维产物的具体制备步骤为：
（1）将反应混合物与氯化镁投入烧杯中，用搅拌器以500～600r/min的转速搅拌30～40min制得反应悬浊液，向烧杯中加入石棉，将烧杯置于超声振荡仪中，在频率为35～40kHz的条件下振荡5～6h，振荡后过滤得到滤饼，用蒸馏水清洗滤饼3～5次即得共混产物；
（2）将共混产物、柠檬酸钠、氯化钾、沼气液和水投入发酵罐中，将发酵罐敞口置于温度为32～36℃的温室中，恒温静置5～7天，静置后将罐内物料投入反应釜中，将反应釜内温度升高至95～100℃，恒温水煮60～80min制得改性纤维产物；
所述的反应混合物的具体制备步骤为：
（1）将木屑与玉米粒按质量比为10:1投入烘箱中，在温度为70～80℃的条件下干燥2～3h，干燥后投入行星球磨机中，在转速为300～350r/min和球料比为10:1的条件下研磨混合30～40min，研磨后过50目筛得到过筛物，将过筛物与质量分数为6～8%的氢氧化钠溶液按质量比为1:10投入烧杯中；
（2）将烧杯置于水浴温度为60～80℃的水浴锅中，用搅拌器以300～400r/min的转速搅拌30～40min，搅拌后将烧杯中物料投入反应釜中，将反应釜内温度升高至90～100℃，恒温水煮60～80min制得反应浆液，将反应浆液与质量分数为6～10%的柠檬酸溶液投入三口烧瓶中混合均匀制得分散液；
（3）向三口烧瓶中加入次氯酸钠粉末，将三口烧瓶置于超声振荡仪中，在频率为32～36kHz的条件下振荡2～3h，振荡后将三口烧瓶置于电阻加热套中，升高加热套内温度至70～80℃，恒温静置50～60min制得反应混合物。
2.根据权利要求1所述的一种高抗压耐水保温建材的制备方法，其特征在于：优选的按重量份数计，所述的改性纤维产物为12～14份、煤灰为26～28份、石膏粉为1.2～1.6份、十二烷基苯磺酸钠为2～3份、有机硅树脂为7～9份、氢氧化钠为0.3～0.5份。
3.根据权利要求1所述的一种高抗压耐水保温建材的制备方法，其特征在于：改性纤维产物的具体制备步骤（1）中所述的反应混合物与氯化镁的质量比为15:1。
4.根据权利要求1所述的一种高抗压耐水保温建材的制备方法，其特征在于：改性纤维产物的具体制备步骤（1）中所述的向烧杯中加入的石棉的质量为反应悬浊液质量的15～20%。
5.根据权利要求1所述的一种高抗压耐水保温建材的制备方法，其特征在于：改性纤维产物的具体制备步骤（1）中优选的按重量份数计，所述的共混产物为8～10份、柠檬酸钠为1～2份、氯化钾为0.6～1.0份、沼气液为3～5份和水为12～14份。
6.根据权利要求1所述的一种高抗压耐水保温建材的制备方法，其特征在于：反应混合物的具体制备步骤（1）中所述的木屑与玉米粒按质量比为10:1。
7.根据权利要求1所述的一种高抗压耐水保温建材的制备方法，其特征在于：反应混合物的具体制备步骤（1）中所述的木屑为桦木、杨木、松木其中的一种或多种按任意比例混合和。
8.根据权利要求1所述的一种高抗压耐水保温建材的制备方法，其特征在于：反应混合物的具体制备步骤（2）中所述的反应浆液与质量分数为6～10%的柠檬酸溶液的质量比为10:1。
9.根据权利要求1所述的一种高抗压耐水保温建材的制备方法，其特征在于：反应混合物的具体制备步骤（3）中所述的向三口烧瓶中加入的次氯酸钠粉末的质量为分散液质量的10～15%。
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