CN112706476B - 以锂皂石修饰的玄武岩纤维阻燃保温材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种以锂皂石修饰的玄武岩纤维阻燃保温材料及其制备方法，包括锂皂石(Laponite)无机浸润剂、玄武岩纤维阻燃组分、树脂胶防水粘结组分、秸秆保温组分。该新型阻燃保温材料通过锂皂石修饰玄武岩纤维有效提高了普通玄武岩纤维的阻燃性能，同时使纤维表面更加粗糙化，提高施工相容性，可直接代替传统施工过程中的纤维网格布与后续砂浆层粘结；该发明又结合秸秆优良的保温隔热性能和来源丰富、造价低廉且可再生的资源优势，再配合环氧树脂的防水密封性能和增稠粘结性能，制备了一种阻燃性能更好、保温性能优良、施工相容性更好、造价更低的新型建筑材料。

Description

以锂皂石修饰的玄武岩纤维阻燃保温材料及其制备方法
技术领域
本发明公开一种以锂皂石修饰的玄武岩纤维阻燃保温材料及其制备方法，是一种用于建筑墙体结构外侧的保温体系，同时还提供了其制备方法，属于建筑材料技术领域。
背景技术
我国目前的建筑节能水平还远低于发达国家，单位面积能耗仍是气候相近的发达国家的3～5倍，而墙体保温是实现建筑节能的重要环节。目前常用的外墙保温材料有无机和有机两类。对于有机保温材料授权专利号为ZL200910071491.8的中国发明型专利,利用玉米秸秆和聚苯乙烯颗粒发明了一种新型有机保温材料，该材料保温性能优良，且节约资源，成本低廉，但是其阻燃性能达不到防火等级A级要求，易造成火灾；对于无机保温材料专利号为ZL201310528477.2和ZL201110152574.7的中国发明型专利公开发明了一种无机的发泡玄武岩保温材料和玄武岩棉夹芯保温板材，这些材料都具有优良的保温性和阻燃性能，但是发泡玄武岩生产过程很难控制，而玄武岩棉、玻璃岩棉等具有吸水率大，易粉化的缺点，除此之外各类无机保温砂浆相比又保温隔热性能差且自重较大。所以利用我国现有可再生资源优势，结合玄武岩纤维和秸秆的各自性能特点，发明新型的外墙保温材料仍然是建筑节能的重要任务。；
本发明所用锂皂石(Laponite)是一种人工合成的锂蒙脱石结构的黏土材料，是一种三八面体式结构的含水层状硅酸盐矿物，其化学式为Si8[(Mg5.5Li0.4)H4O2 4]0.7-Na0.7+，即八面体中心离子为Mg+2和Li+夹在四个四面体硅原子层之间，这些基团由20个氧原子和4个羟基平衡，是层间含有Na+的层状结构。而黏土矿物被认为是性能优异的阻燃剂，其阻燃机理为首先粘土的纳米片层对材料的分解燃烧起到了关键性气体阻隔作用[朱晓燕等,矿物在高分子材料中的阻燃机理及其研究进展,2007]；其次黏土矿物在燃烧过程中粘土矿物在材料表面形成一种高性能的炭化硅酸盐结构，阻隔了未燃烧部分受热分解产生的可挥发产物向外的扩散以及外部氧气向内部的扩散；同时粘土矿物中的结构铁对自由基的圈闭作用，降低材料的质量损失率等等而阻燃[王林江等,粘土矿物材料在阻燃技术中的应用前景与问题,2011]；又由于，Laponite是含水黏土，以层间水和结晶水形式存在，层间水是晶格中结构层之间的中性水分子，由于结构层本身的电价未达到平衡，可吸附其他金属阳离子后再吸附水分子，从而在相邻的结构层之间形成水分子层，常压下加热至110℃左右层间水即大量逸出，失水后矿物晶格并不被破坏，并可重新吸水；结晶水以(OH)-形式存在于晶格中的一定配位位置上，与其他离子联结得非常牢固，只有在高温一般约在600～1000℃下结构遭受破坏时才能逸出，所以用Laponite改性的玄武岩纤维耐火性可进一步得到提高。
本发明所用锂皂石可以修饰玄武岩纤维是因为当Laponite分散在水中时，会水化并膨胀为含有羟基的溶胶体，从而在拉丝过程中直接作为浸润剂，与纤维表面官能团相互作用成膜均匀涂敷于纤维表面，增加纤维粗糙度和耐碱性，使其与水泥基材界面粘结效果更好，提升了施工相容性，代替传统工业中要单独对玄武岩纤维改性的繁杂程序。
本发明所用玉米秸秆在我国资源丰富，秸秆内部结构具有丰富的孔隙，导热系数较低，是保温性能优良的材料，因此将其作为建筑材料不仅节约能源，且保护环境。但秸秆具有易燃、易吸水等缺点，所以利用改性玄武岩纤维得阻燃性能形成的防火组分，相互取长补短，不仅耐温可高达600℃，而且强度是EPS保温板的5-10倍，同时在潮湿、蒸气、碱性、烟雾、含化学气体的环境下同样可以起到防护作用。同时本发明中的玄武岩纤维织布可代替施工中单独粘贴纤维网格布工序，节省工期，节约造价。
综上，以锂皂石修饰的玄武岩纤维阻燃保温材料是一种阻燃性能优良、保温性能较好、强度稳定且减少施工工序的新型多功能材料。
发明内容
拟解决的技术问题：
1.本发明提供了一种以锂皂石修饰的玄武岩纤维阻燃保温材料，在于进一步提高保温材料的耐火性。
2.本发明提供了一种以锂皂石修饰的玄武岩纤维阻燃保温材料，在于解决玄武岩纤维表面光滑致使施工相容性差的问题。
3.本发明提供了一种以锂皂石修饰的玄武岩纤维阻燃保温材料，在于解决传统无机保温材料自重大、吸水率大或保温性能差的问题。
4.本发明提供了一种以锂皂石修饰的玄武岩纤维阻燃保温材料，在于解决外墙保温施工工序繁琐的技术问题。
5.本发明进一步提供了一种以锂皂石修饰的玄武岩纤维阻燃保温材料的制备方法，在于解决保温材料成本高昂，不利于工业化生产的问题。
技术方案：
为了实现以上技术要求，本发明提供了一种以锂皂石修饰的玄武岩纤维阻燃保温材料及其制备方法，可以代替EPS板、聚氨酯泡沫板、保温砂浆等外墙保温材料，具有优良的阻燃性、防水性、强度、耐碱性以及表面粘结性能。是通过以下技术方案实现的：
一种以锂皂石修饰的玄武岩纤维阻燃保温材料是由以下组分组成：Laponite无机浸润剂、玄武岩纤维织布阻燃组分、树脂胶防水粘结组分、秸秆保温组分。
1.优选的，所述的锂皂石无机浸润剂是将1％-5％粒径小于500nm的Laponite纳米粒子均匀分散于去离子水中形成溶胶型浸润剂。
2.优选的，所述的玄武岩纤维阻燃组分是玄武岩经1400-1550℃高温熔融并经锂皂石无机浸润剂浸润拉丝后纺织形成，厚度为1-3mm。
3.优选的，所述的树脂胶防水粘结组分是双酚A型双组分环氧树脂和5-10份硅藻土混合而成，树脂胶环氧值在0.48～0.54eq/100g，厚度1-3mm。
4.优选的，所述的秸秆保温组分是由破碎后的40-70份玉米秸秆皮与30-60份秸秆瓤混合后与5-15份植物胶拌合均匀后成型板材，厚度为5-10cm。
5.优选的，所述的植物胶是由以下重量份数比的原料制成的：阿拉伯胶8-12份、虫胶7-9份、羟甲基纤维素钠10-13份、水65-75份。
制备方法：
以锂皂石修饰的玄武岩纤维阻燃保温材料的制备方法，具体实施步骤为：
(1)将称取的Laponite颗粒均匀分散于去离子水中，用磁力搅拌器搅拌3-5h制备锂皂石无机浸润剂待用；
(2)玄武岩经1400-1600℃高温熔融通过铂铑合金拉丝，该过程中以步骤(1)所得浸润剂浸润成丝，直径为12-18μm，线密度180-220g/m2待用；
(3)将步骤(2)的玄武岩纤维丝通过合股机合股后再纺织形成玄武岩纤维布，织布厚度为2-5mm，待用；
(4)玉米秸秆皮与秸秆瓤干燥后混合切段，再经球磨机碎至宽度为1-3mm，长度1-5cm待用；
(5)按比例称取阿拉伯胶、虫胶、羟甲基纤维素钠和水，混合均匀配制成植物胶待用；
(6)将步骤(4)和步骤(5)得到的秸秆与植物胶按比例混合搅拌均匀装入模具中待用；
(7)将步骤(6)得到的样品放置于热压机上，经90-150℃，0.5-5MPa压力热压20-60min成型待用；
(8)将双酚A型双组分环氧树脂胶中的A组分环氧树脂、B组分固化剂与硅藻土按比例混合均匀待用；
(9)将步骤(8)得环氧树脂胶均匀涂抹于步骤(7)的秸秆板表面待用；
(10)立即将步骤(3)玄武岩纤维织布粘贴于步骤(9)所得板材表面，并再次至于热压机经40-80℃，0.2-1MPa压力热压3-15min成型，即得本发明。
本发明的积极效果：
与现有技术相比，本发明提供了一种以锂皂石修饰的玄武岩纤维阻燃保温材料及其制备方法，积极效果在于：
1.经过Laponite纳米粒子改性后的玄武岩纤维耐火性以及粘结性得到提高。
2.利用了秸秆优良的保温隔热性能和来源丰富、造价低廉且可再生的资源优势，对废弃资源进行了有效利用，节能环保。
3.纤维织布可以直接替代传统外墙保温施工外挂的纤维网格布，直接与抹面砂浆层粘结，减少施工工序，节省工期，降低造价。
4.该新型材料制备工艺简单，利废环保，具有显著的社会效益。
附图说明
图1未经锂皂石修饰的玄武岩纤维表面SEM图，表面光滑，与后期施工的水泥砂浆粘结不紧密，阻燃依靠纤维本身。
图2 1份锂皂石无机浸润剂处理后玄武岩纤维SEM图，表面略微粗糙，后期与水泥粘结效果变好，阻燃性能稍有提升。
图3 4份锂皂石无机浸润剂处理后玄武岩纤维SEM图，表面非常粗糙，后期施工相容性会显著提升，阻燃性明显变好。
具体实施方式
通过以下实施例进一步举例描述本发明，并不以任何方式限制本发明，在不背离本发明的技术解决方案的前提下，对本发明所作的本领域普通技术人员容易实现的任何改动或改变都将落入本发明的权利要求范围之内。
实施例1：
称取1.5份的Laponite纳米粒子均匀分散于去离子水中，用磁力搅拌器搅拌3h，玄武岩经过1520℃高温熔融通过铂铑合金拉丝过程中用上述浸润剂浸润成丝，再纺织形成1±0.2mm厚玄武岩纤维布。取90份玉米秸秆与10份植物胶混合后经90℃，2MPa压力热压成型20min，在其表面均匀涂抹树脂胶1±0.2mm厚并将玄武岩纤维布粘贴，随后在50℃，0.5MPa压力热压6min。
实施例2：
称取2份的Laponite纳米粒子均匀分散于去离子水中，用磁力搅拌器搅拌5h，玄武岩经过1520℃高温熔融通过铂铑合金拉丝过程中用上述浸润剂浸润成丝，再纺织形成1±0.2mm厚玄武岩纤维布。取85份玉米秸秆与15份植物胶混合后经100℃，3MPa压力热压成型40min，在其表面均匀涂抹树脂胶2±0.2mm厚并将玄武岩纤维布粘贴，随后在50℃，0.5MPa压力热压10min。
实施例3：
称取2份的Laponite纳米粒子均匀分散于去离子水中，用磁力搅拌器搅拌5h，玄武岩经过1520℃高温熔融通过铂铑合金拉丝过程中用上述浸润剂浸润成丝，再纺织形成2±0.2mm厚玄武岩纤维布。取92份玉米秸秆与8份植物胶混合后经110℃，3MPa压力热压成型40min，在其表面均匀涂抹树脂胶2±0.2mm厚并将玄武岩纤维布粘贴，随后在50℃，0.8MPa压力热压10min。
实施例4：
称取4份的Laponite纳米粒子均匀分散于去离子水中，用磁力搅拌器搅拌5h，玄武岩经过1520℃高温熔融通过铂铑合金拉丝过程中用上述浸润剂浸润成丝，再纺织形成1±0.2mm厚玄武岩纤维布。取88份玉米秸秆与12份植物胶混合后经100℃，3MPa压力热压成型40min，在其表面均匀涂抹树脂胶1±0.2mm厚并将玄武岩纤维布粘贴，随后在50℃，0.6MPa压力热压10min。
实施例5：
称取4份的Laponite纳米粒子均匀分散于去离子水中，用磁力搅拌器搅拌5h，玄武岩经过1520℃高温熔融通过铂铑合金拉丝过程中用上述浸润剂浸润成丝，再纺织形成1±0.2mm厚玄武岩纤维布。取90份玉米秸秆与10份植物胶混合后经100℃，2.5MPa压力热压成型40min，在其表面均匀涂抹树脂胶2±0.2mm厚并将玄武岩纤维布粘贴，随后在40℃，0.6MPa压力热压10min。
试验例：
对实施例1-5制备的以锂皂石修饰的玄武岩纤维新型阻燃保温材料进行性能实验。燃烧性能检测的方法按照GB/T 8626-2007《建筑材料可燃性试验方法》，保温性能是按照GB50411-2007《建筑节能工程施工质量验收规范》进行导热系数的测定，强度检测方法按照GB/T 8813-2008《硬质泡沫塑料压缩性能的测定》进行，吸水率测定按照GB/T 8810-2005《硬质泡沫塑料吸水率的测定》执行，实验结果如表1及图1。
表1各实施例性能测定值
实施例 氧指数(％) 导热系数(W/(m·K)) 压缩强度(KPa) 吸水率(％)
实施例1 66 0.0523 350 0.9
实施例2 69 0.0519 340 0.8
实施例3 77 0.0492 360 0.8
实施例4 76 0.0516 350 0.9
实施例5 77 0.0512 350 0.8

Claims (6)

1.一种以锂皂石修饰的玄武岩纤维阻燃保温材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将称取的一定量的Laponite纳米粒子均匀分散于去离子水中，用磁力搅拌器搅拌3-5h制备锂皂石无机浸润剂，待用；所述的锂皂石无机浸润剂是将1%-5%粒径小于500nm的Laponite纳米粒子均匀分散于去离子水中而形成的溶胶型浸润剂；
（2）玄武岩经高温熔融通过铂铑合金拉丝，该过程中以步骤（1）所得浸润剂浸润成丝，直径为12-18μm，线密度180-220g/m2，制得玄武岩纤维丝待用；
（3）将步骤（2）的玄武岩纤维丝通过合股机合股后再纺织形成玄武岩纤维布，织布厚度为2-5mm，待用；
（4）按比例称取玉米秸秆皮与秸秆瓤干燥后混合切段，再经球磨机碎至宽度为1-3mm，长度1-5cm，待用；
（5）按比例称取阿拉伯胶、虫胶、羟甲基纤维素钠和水，混合均匀配制成植物胶，待用；
（6）将步骤（4）和步骤（5）得到的秸秆与植物胶按比例混合搅拌均匀装入模具中，待用；
（7）将步骤（6）得到的样品放置于热压机上，经90-150℃，0.5-5MPa压力热压20-60min成型，制得秸秆板待用；
（8）将双酚A 型双组分环氧树脂胶中的A组分环氧树脂、B组分固化剂与硅藻土按比例混合均匀，制得环氧树脂胶待用；
（9）将步骤（8）所得环氧树脂胶均匀涂抹于步骤（7）的秸秆板表面，待用；
（10）立即将步骤（3）玄武岩纤维织布粘贴于步骤（9）所得板材表面，并再次至于热压机经40-80℃，0.2-1MPa压力热压3-15min成型。
2.根据权利要求1所述的一种以锂皂石修饰的玄武岩纤维阻燃保温材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的玄武岩纤维丝是玄武岩经1400-1550℃高温熔融通过铂铑合金并经Laponite无机浸润剂浸润拉丝后纺织形成，厚度为1-3mm。
3.根据权利要求1所述的一种以锂皂石修饰的玄武岩纤维阻燃保温材料的制备方法，其特征在于，步骤（8）中所述的环氧树脂胶是双酚A型双组分环氧树脂胶掺入5-10份硅藻土构成，双酚A型双组分环氧树脂胶由A组分环氧树脂与B组分固化剂构成，环氧值在0.48~0.54eq/100g，厚度1-3mm。
4.根据权利要求1所述的一种以锂皂石修饰的玄武岩纤维阻燃保温材料的制备方法，其特征在于，步骤（7）中所述的秸秆板是由破碎后的40-70份玉米秸秆皮与30-60份秸秆瓤混合后与5-15份植物胶拌合均匀后成型板材，厚度为5-10cm。
5.根据权利要求1所述的一种以锂皂石修饰的玄武岩纤维阻燃保温材料的制备方法，其特征在于，步骤（5）中所述的植物胶是由以下重量份数比的原料制成的：阿拉伯胶8-12份、虫胶7-9份、羟甲基纤维素钠10-13份、水65-75份。
6.一种以锂皂石修饰的玄武岩纤维阻燃保温材料，其特征在于，根据权利要求1-5所述的任意一种以锂皂石修饰的玄武岩纤维阻燃保温材料的制备方法制得。
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