CN111170675A - 一种楼地面防火保温材料及其制作工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种楼地面防火保温材料及其制作工艺，楼地面防火保温材料的原料组合物按照重量份数包括无机原料90‑100份、聚苯乙烯颗粒4.25‑8.94份和水30‑94份，将所述原料组合物的拌合物在模具内加压加温，脱模即可。本发明的楼地面防火保温材料制品抗压强度高，防火，同时兼具良好的保温性能。

Description

一种楼地面防火保温材料及其制作工艺
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，特别涉及一种楼地面防火保温材料及其制作工艺。
背景技术
保温材料一般指导热系数小于或等于0.2W/(m·K)的材料。近年来保温材料发展迅速。在工业和建筑中采用性能良好的保温技术与保温材料，往往能起到很好的节能减排的作用。随着科技的发展和人民生活水平的提高，对保温材料的要求也越来越高。除了满足建筑外墙保温的需求，对于楼地面的保温也提出了需求。
而楼地面这个施工环境，对保温材料的抗压性能、保温性能与防火性能(因在室内，防火性能需要达到更高的要求)提出了更高的要求，即密度在230kg/m3以下就能达到抗压强度大于0.55MPa。而目前的保温材料，往往不能兼顾物理性能、保温性能与防火性能，即三者不能兼顾。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中楼地面材料不能兼顾物理性能、保温性能与防火性能的缺陷，提供一种楼地面防火保温材料及其制作工艺。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种楼地面防火保温材料的制作工艺，所述楼地面防火保温材料的原料组合物按照重量份数包括无机原料90-100份、聚苯乙烯颗粒4.25-8.94份和水30-94份，其中所述无机原料包括硅质物47-85份和钙质物9-47份，将所述原料组合物的拌合物在模具内加压加温，其中模具内的温度为50-150℃，施加在模具上的压力为0.55MPa以上，使得模具内物料的密度为230kg/m3以下，保持加压加温，脱模即可。
优选地，物料的密度为210-230kg/m3，更优选220-228kg/m3。
其中，物料的密度可为214.7kg/m3、218.4kg/m3、219kg/m3、220kg/m3、221.6kg/m3、222kg/m3、222.5kg/m3、223kg/m3、224.5kg/m3、224.8kg/m3、225kg/m3、226kg/m3、228.5kg/m3或230.4kg/m3。
在本发明中，在加压加温的过程中，聚苯乙烯颗粒的二次发泡的反应和硅质物与钙质物的化学反应同时发生，模具的有效模腔体积不变，聚苯乙烯颗粒与硅质物骨料的结合更加紧密，从而在230kg/m3以下的较低密度下就能达到0.55MPa以上的抗压强度和0.13MPa以上的抗拉强度。
优选地，所述硅质物包括微硅粉、高岭土、膨润土和硅藻土中的一种或多种。
优选地，所述钙质物为含氧化钙和/或氢氧化钙的物质。
优选地，所述钙质物为氧化钙和/或氢氧化钙。
优选地，所述硅质物与钙质物的重量比为1-9；例如9、5.66、4、3、2.33、1.5、1.22或1。
优选地，所述硅质物与钙质物的重量比为1.22-3；
进一步优选地，所述硅质物与钙质物的重量比为1.5-2.33。
优选地，所述无机原料与所述聚苯乙烯颗粒的重量比为10.5-22.1；例如10.5、11.1、11.6、11.9、12.1、13.3、14、16.1、16.5、18.5、19.7或22.1。
优选地，所述无机原料与所述聚苯乙烯颗粒的重量比为10.5-18.5；
进一步优选地，所述无机原料与所述聚苯乙烯颗粒的重量比为10.5-14。
优选地，所述原料组合物还包括任何不影响硅质物和钙质物反应的添加剂。
优选地，所述原料组合物还包括减水剂；此处减水剂包括但不限于木质素磺酸盐减水剂、萘磺酸盐减水剂、密胺系减水剂、聚羧酸系高性能减水剂或氨基磺酸盐系高效减水剂。
进一步优选地，所述减水剂的用量为0.33-4.82份，例如0.33、0.75、1.5、2.63、3.94或4.82。
优选地，所述原料组合物还包括无机短切纤维。
进一步优选地，所述无机短切纤维的用量为物料总重量的1-11％；例如1％、3％、6％、9％或11％。
优选地，所述压力为0.55MPa-30MPa。其中压力可为0.55MPa、0.6MPa、0.8MPa、1MPa、5MPa、10MPa或30MPa。
一种楼地面防火保温材料，所述楼地面防火保温材料采用上述任意一项的制作工艺制得。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：本发明的楼地面防火保温材料制品在密度较低(230kg/m3以下)的情况下，抗压强度高(抗压强度达到0.55MPa以上，抗拉强度0.13MPa以上)，防火(燃烧性能达到A2级)，同时兼具良好的保温性能(导热系数0.068W/(m·K)以下)。该制备方法工艺简单，制备过程环保无污染，效率高，对楼地面保温技术的进一步提升提供材料技术基础。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
本发明各个实施例和对比例可以使用的材料具体说明如下：
微硅粉：1250目(又称硅灰)，购自上海维特锐实业发展有限公司
减水剂：HF缓凝高效减水剂，购自上海东大化工有限公司
氧化钙：又称生石灰，购自太仓市东方冶金石灰制品厂
氢氧化钙：又称熟石灰，购自太仓市东方冶金石灰制品厂
聚苯乙烯颗粒：购自无锡兴达泡塑新材料股份有限公司
无机短切纤维：购自北京新时基业绝热纤维喷涂技术有限公司，型号F-16G
术语解释：
硅质物：指能够与氧化钙/氢氧化钙的物质反应生成硅酸钙的物质。
钙质物：指含氧化钙和/或氢氧化钙的物质。
减水剂：指能够减少单位用水量，改善拌合物流动性，改善工作性的物质。包括但不限于木质素磺酸盐减水剂、萘磺酸盐减水剂、密胺系减水剂、氨基磺酸盐系高效减水剂、聚羧酸系高性能减水剂。
无机短切纤维：短切长度为1mm至25mm的无机纤维。
加温加压：使模具内的温度达到50-150℃，使施加在模具上的压力为0.55MPa及以上。
保持加温加压：使模具内的温度达到50-150℃，使施加在模具上的压力为0.55MPa及以上后，保持温度和压力稳定，持续一段时间。
实施例1-90的楼地面防火保温材料的原料组合物及试样检测数据见下表1-16，对比例1-4的楼地面防火保温材料的原料组合物及试样检测数据见下表17。检测标准如下：根据GB/T 5486—2008《无机硬质绝热制品试验方法》测试抗压强度，根据GB/T 29906-2013《模塑聚苯板薄抹灰外墙外保温系统材料》测试垂直于板面的抗拉强度，根据GB 8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》测试燃烧性能级别，根据GB/T 10801.1《绝热用模塑聚苯乙烯泡沫塑料》测试弯曲变形，根据GB/T 1034-2008《塑料吸水性的测定》测试体积吸水率。
表1涉及不同硅钙比的实施例1-4
Figure BDA0002381787430000041
Figure BDA0002381787430000051
表2涉及不同硅钙比的实施例5-9
Figure BDA0002381787430000052
表3涉及不同无机有机比的实施例10-14
Figure BDA0002381787430000061
表4涉及不同无机有机比的实施例15-21
Figure BDA0002381787430000062
Figure BDA0002381787430000071
表5涉及不同硅钙比下添加减水剂的实施例22-26
Figure BDA0002381787430000072
表6涉及不同硅钙比下添加减水剂的实施例27-30
Figure BDA0002381787430000073
Figure BDA0002381787430000081
表7涉及不同无机有机比下添加减水剂的实施例31-35
Figure BDA0002381787430000082
Figure BDA0002381787430000091
表8涉及不同无机有机比下添加减水剂的实施例36-39
Figure BDA0002381787430000092
表9涉及不同减水剂添加比例的实施例40-46
Figure BDA0002381787430000093
Figure BDA0002381787430000101
表10涉及添加无机短切纤维的实施例47-53
Figure BDA0002381787430000102
表11涉及添加无机短切纤维的实施例54-60
Figure BDA0002381787430000111
表12涉及添加无机短切纤维的实施例61-67
Figure BDA0002381787430000112
Figure BDA0002381787430000121
表13涉及添加无机短切纤维的实施例68-72
Figure BDA0002381787430000122
Figure BDA0002381787430000131
表14涉及添加不同比例无机短切纤维的实施例73-77
Figure BDA0002381787430000132
表15涉及温度范围的实施例78-83
Figure BDA0002381787430000133
Figure BDA0002381787430000141
表16涉及压力范围的实施例84-90
Figure BDA0002381787430000142
Figure BDA0002381787430000151
表17对比例1-4
Figure BDA0002381787430000152
在上述实施例和对比例中，A代表硅质物的重量，B代表钙质物的重量，C代表无机物料的重量，D代表聚苯乙烯颗粒的重量。表格中的物质用量的数据都除以10即为每种物质对应的份数。
实施例1-90和对比例1-4的楼地面防火保温材料的制备方法如下：
首先，通过加热，使聚苯乙烯颗粒膨胀体积增加，得预发泡的聚苯乙烯颗粒。通过设定蒸汽压力，使其密度发生相应的变化，从而达到所需密度要求，使聚苯乙烯颗粒的密度达到6-12g/L之间。蒸汽压力设定为0.2MPa，温度设定100℃，时间设定为30秒，保压10秒，减压3秒。
然后，在10-30℃下将水、硅质物(二氧化硅)、钙质物(氧化钙或氢氧化钙)以及可能会用到的无机短切纤维、减水剂混合搅拌均匀(搅拌时间根据温度变化进行相应调整，搅拌机转速设定为300转/分钟)，使其全部搅拌均匀成为预拌胶凝材料。
接着，在搅拌缸中加入预发泡的聚苯乙烯颗粒，开动搅拌机后放入预拌凝胶材料进行混合搅拌，充分使其均匀混合。经过多次反复试验，搅拌转速需设定在不超过200转/分钟以防止聚苯乙烯颗粒收缩、变形。另可根据客户需求的容重调整所加入的聚苯乙烯材料容重。
再将搅拌后的混合物(含有一次发泡的聚苯乙烯颗粒)输入模具内(模具垂直高度可在施压状态下调节，直到达到设定的高度，由于材料加热加压后会产生一定比例收缩，经过多次试验后发现，按产品厚度5cm为例，料位计的高度需调整到6-9cm，收缩比例为10-45％。原料组合物内部压力维持在0.55MPa以上。使得原料组合物的密度达到230kg/m3以下。
当模具进入压平台前，将油温机温度设定为50-150℃之间进行压平台预热。当温度达到设定值后将模具推入，加压35分钟以上成型后让其自然冷却出模。在加温加压过程中，聚苯乙烯颗粒在模具中进行二次发泡，使得密实度进一步提高，抗拉强度也得到提高。
最后，对出模后的产品进行养护室养护，养护室需干燥、通风，养护时间一般在5-10天左右，根据温度、湿度而定。
从表1可以看出，保持无机原料与所述聚苯乙烯颗粒的重量比为16，当硅质物与钙质物的重量比为1-9时，抗压强度即可达到0.55MPa以上，抗拉强度可达0.174MPa以上，导热系数为0.066以下。在表2中，当硅质物与钙质物的重量比为1.22-3时，抗压强度即可达到0.567MPa以上，抗拉强度可达0.18MPa以上，导热系数为0.065以下。当硅质物与钙质物的重量比为1.5-2.33时，抗压强度即可达到0.58MPa以上，抗拉强度可达0.181MPa以上，导热系数为0.0648以下。
从表3和表4中可以看出，硅质物与钙质物的重量比为2.33，当无机原料与所述聚苯乙烯颗粒的重量比为10.5-22.1时，抗压强度可达0.551MPa以上，抗拉强度可达0.124MPa以上，导热系数可达0.0676以下。当无机原料与所述聚苯乙烯颗粒的重量比为10.5-18.5时，抗压强度可达0.56MPa以上，抗拉强度可达0.138MPa以上，导热系数可达0.0671以下。当无机原料与所述聚苯乙烯颗粒的重量比为10.5-14时，抗压强度可达0.6MPa以上，抗拉强度可达0.183MPa以上，导热系数可达0.0646以下。
从表5和表6中可以看出，保持无机原料与所述聚苯乙烯颗粒的重量比为16，当硅质物与钙质物的重量比为1-9的范围内，添加物料总重量的1％的减水剂，抗压强度可达0.6MPa以上，抗拉强度可达0.19MPa以上，导热系数可达0.0667以下。当硅质物与钙质物的重量比大于9时，抗压强度为0.54，不符合抗压要求。当硅质物与钙质物的重量比小于1时，也不符合抗压要求。
从表7和表8中可以看出，保持硅质物与钙质物的重量比为2.33，当无机原料与所述聚苯乙烯颗粒的重量比为10-16.3时，添加物料总重量的1％的减水剂，抗压强度可达0.6MPa以上，抗拉强度可达0.142MPa以上，导热系数可达0.068以下。即使无机原料与所述聚苯乙烯颗粒的重量比小于10.5，例如10.2或10时，添加减水剂仍然能够让终产品的防火性能保持在A2级别。但是当无机原料与所述聚苯乙烯颗粒的重量比为9.7时，终产品的防火性能为B1级别。当无机原料与所述聚苯乙烯颗粒的重量比为16.8时，导热系数为0.0686，不符合保温要求。
从表7和表8中还可以看出，聚苯乙烯颗粒的添加能够显著提高保温材料产品的抗拉强度。尤其在表8中，抗拉强度达到了0.18MPa以上。
从表9中可以看出，添加4％以内的减水剂均能够有效地提高抗拉强度和抗压强度，当添加高于4％的减水剂时，物料难以成型。
从表10和表11中可以看出，保持无机原料与所述聚苯乙烯颗粒的重量比为16，当硅质物与钙质物的重量比为1-9的范围内，添加物料总重量的10％的无机短切纤维，抗压强度可达0.551MPa以上，抗拉强度可达0.145MPa以上，导热系数可达0.0673以下。当硅质物与钙质物的重量比大于9时，无法成型。
从表12和表13中可以看出，保持硅质物与钙质物的重量比为7:3，当无机原料与所述聚苯乙烯颗粒的重量比为10.5到22.1的范围内，添加物料总重量的10％的无机短切纤维，抗压强度可达0.606MPa以上，抗拉强度可达0.137MPa以上，导热系数可达0.0669以下。当无机原料与所述聚苯乙烯颗粒的重量比小于10时，最终产品的防火性能为B1。当无机原料与所述聚苯乙烯颗粒的重量比大于22.1时，无法成型。
从表14中可以看出，添加不同用量的无机短切纤维均有助于提高强度。
从表15中可以看出，温度在50-150℃均可。当温度小于50℃时，抗拉强度和抗压强度均剧烈下降。当温度大于150℃时，骨料烧焦。
从表16可以看出，压力在0.55MPa以上，直到钢模具的极限强度235MPa的范围内均可。当压力小于0.55MPa时，最终产品的抗压强度小于0.55MPa，当压力大于235MPa时，模具被压坏。
从表17中可以看出，在不添加减水剂和无机短切纤维的情况下，当硅质物与钙质物的重量比大于9或小于1时，抗压强度均小于0.5MPa，从而在抗压强度上不达标。当无机原料与所述聚苯乙烯颗粒的重量比大于22.1时，原料不能成型，无法制作。当无机原料与所述聚苯乙烯颗粒的重量比小于10.5时，防火性能为B1，从而在防火性能上不达标。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种楼地面防火保温材料的制作工艺，其特征在于，所述楼地面防火保温材料的原料组合物按照重量份数包括无机原料90-100份、聚苯乙烯颗粒4.25-8.94份和水30-94份，其中所述无机原料包括硅质物47-85份和钙质物9-47份，将所述原料组合物的拌合物在模具内加压加温，其中模具内的温度为50-150℃，施加在模具上的压力为0.55MPa以上，使得模具内物料的密度为230kg/m3及以下，保持加压加温，脱模即可。
2.如权利要求1所述的楼地面防火保温材料的制作工艺，其特征在于，所述硅质物包括微硅粉、高岭土、膨润土和硅藻土中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的楼地面防火保温材料的制作工艺，其特征在于，所述钙质物为包括氧化钙和/或氢氧化钙。
4.如权利要求1所述的楼地面防火保温材料的制作工艺，其特征在于，所述硅质物与钙质物的重量比为1-9；
优选地，所述硅质物与钙质物的重量比为1.22-3；
进一步优选地，所述硅质物与钙质物的重量比为1.5-2.33。
5.如权利要求1所述的楼地面防火保温材料的制作工艺，其特征在于，所述无机原料与所述聚苯乙烯颗粒的重量比为10.5-22.1；
优选地，所述无机原料与所述聚苯乙烯颗粒的重量比为10.5-18.5；
进一步优选地，所述无机原料与所述聚苯乙烯颗粒的重量比为10.5-14。
6.如权利要求1所述的楼地面防火保温材料的制作工艺，其特征在于，所述原料组合物还包括减水剂；
优选地，所述减水剂的用量为0.3-4.8份。
7.如权利要求1所述的楼地面防火保温材料的制作工艺，其特征在于，所述原料组合物还包括无机短切纤维；
优选地，所述无机短切纤维的用量为物料总重量的1-11％。
8.如权利要求1所述的楼地面防火保温材料的制作工艺，其特征在于，所述无机原料为硅质物和钙质物；
优选地，所述钙质物为含氧化钙和/或氢氧化钙的物质；
优选地，所述楼地面防火保温材料的密度为210-230kg/m3，更优选220-228kg/m3。
9.如权利要求1所述的楼地面防火保温材料的制作工艺，其特征在于，所述压力的上限为模具所能承受的上限压力，所述压力优选为0.55MPa-30MPa。
10.一种楼地面防火保温材料，其特征在于，所述楼地面防火保温材料采用如权利要求1至9中任意一项的制作工艺制得。
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