CN113135001A - 一种硅酸铝棉毡及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及硅酸铝纤维棉领域，更具体地说，它涉及一种硅酸铝棉毡及其制造方法。所述硅酸铝棉毡包括至少2层纤维层和设置于纤维层之间的粘合层，所述粘合层由包含如下重量份的原料制备得到：水玻璃：3～6份；水性酚醛树脂：6～13份；纳米保温填料：5～10份；稳定剂：0.5～1.3份；水:90～120份。本申请制备得到的硅酸铝棉毡，能够在保持其隔热性、延展性的前提下，显著地提高硅酸铝棉毡的抗渗水性能。减少管道或设备腐蚀现象。

Description

一种硅酸铝棉毡及其制造方法
技术领域
本申请涉及硅酸铝纤维棉领域，更具体地说，它涉及一种硅酸铝棉毡及其制造方法。
背景技术
硅酸铝棉毡是集耐火、隔热、保温于一体的保温卷材，其纤维结构具有较高的抗拉强度、韧性，常用做工业建材窑炉、加热装置、高化工工业高温反应设备的壁衬以及高层建筑防火、隔热建材。
相关技术中的硅酸铝纤维保温制品，如申请号为CN200710191745.0的中国发明专利申请中公开了一种憎水防腐硅酸铝纤维制品及其加工方法，其在硅酸铝纤维表面涂覆憎水防腐结合剂；憎水防腐结合剂由固化剂、防水剂和蒸馏水调配而成，其重量配比为：固化剂∶防水剂∶蒸馏水＝5～20∶2～10∶100；所述固化剂，其原料重量配比为：苯酚20～60％、甲醛30～70％、尿素5～20％；防水剂的原料重量配比为：有机硅油乳化液45～70％、亲水剂30～55％。
针对上述中的相关技术，发明人认为得到的硅酸铝纤维保温制品仅具有较弱的表面疏水作用，在潮湿环境下无法起到隔绝水汽渗透的作用，可能造成管道或设备的锈蚀。
申请内容
为了提高硅酸铝纤维保温制品的防水性能，本申请提供一种硅酸铝棉毡及其制造方法
第一方面，本申请提供一种硅酸铝棉毡，采用如下的技术方案：
一种硅酸铝棉毡，所述硅酸铝棉毡包括至少2层纤维层和设置于纤维层之间的粘合层，所述粘合层由包含如下重量份的原料制备得到：
水玻璃：3～6份；
水性酚醛树脂：6～13份；
纳米保温填料：5～10份；
水:90～120份。
通过采用上述技术方案，采用水玻璃与水性酚醛树脂可形成致密且柔韧性高的粘合膜层，利用粘合膜层阻隔水汽的渗透，有效提高硅酸铝棉毡的防水抗渗性能。
水溶性酚醛树脂在加热环境下，分子链中的羟基发生脱水缩合，形成树脂本体交联网络结构；而水玻璃可形成硅酸凝胶，并与树脂交联网络形成互穿网络凝胶体系，具有较高的致密性，能够阻隔水汽的渗透。
以硅酸铝纤维制备得到的纤维层结构为基体，采用上述粘合层为中间层为连接层，制备得到的硅酸铝棉毡不仅具有优异的隔热保温作用，还具有较高的防水抗渗性能，减少管道或设备腐蚀现象。
优选的，所述粘合层的原料还包括0.5～1.3重量份的稳定剂，所述稳定剂采用重量比为1:(1.5～3)的山梨糖醇与柠檬酸的组合物。
通过采用上述技术方案，水玻璃与水性酚醛树脂在形成互穿网络结构后会产生析水现象，影响凝胶体系的成膜性与抗渗性。本申请通过加入山梨糖醇与柠檬酸，能够抑制水性酚醛树脂预聚体与水玻璃中的硅羟基发生脱水缩合反应，以减少析水现象，提高凝胶体系的稳定性与抗渗性。
优选的，所述水玻璃与水性酚醛树脂的重量比为4:9。
通过采用上述技术方案，在形成致密的防水抗渗粘合层的前提下，使得粘合层具有较好的柔韧性与弯折强度，保障硅酸铝纤维卷的延展性能与使用性能。
优选的，所述水性酚醛树脂为硅烷改性水性酚醛树脂，所述硅烷改性水性酚醛树脂按照如下方法制备得到：
预混液A制备：向苯基三甲氧基硅烷溶液中滴加醋酸，调节溶液pH值为3～4即得；
预混液B制备：按照(1～3):(0.15～0.25):10的重量比将异丙醇、醋酸与水混合；
苯基三甲氧基硅烷水解液制备：在搅拌条件下，按照1:(4～5)的比例将预混液A滴加至预混液B中，滴加时间为1～2h,滴加完毕后继续搅拌0.5～1h；
硅烷改性水性酚醛树脂制备：将水性酚醛树脂与苯基三甲氧基硅烷水解液充分混合即得。
通过采用上述技术方案，苯基三甲氧基硅烷水解后分子链中含有较多的硅醇基团，能够与水性酚醛树脂分子链中的羟基发生醚化反应，从而减少水性酚醛树脂表面的羟基基团，从而提高粘合层的疏水抗渗性。另外，苯基三甲氧基硅烷的中苯基具有较大的空间位阻作用，可起到降低水性酚醛树脂交联密度的作用，从而提高粘合层的柔韧性，保障硅酸铝纤维棉毡的弯曲性能。
优选的，所述硅烷改性水性酚醛树脂的制备过程中，所述水性酚醛树脂与苯基三甲氧基水解液的重量比为1:(3～5)。
苯基三甲氧基水解液用量过多，会消耗大量水性酚醛树脂分子链中的羟基，大大降低交联密度，导致粘合层密实性下降；苯基三甲氧基水解液用量过少，则交联密度过大，粘合层硬度高，柔韧性差，最终，影响硅酸铝棉毡的弯折性与延展性。
优选的，所述水玻璃的模数为1.5～2.5。
通过采用上述技术方案，水玻璃模数越大，其黏度与粘接力越大，有利于形成更为致密的粘合膜层；但其固化后的硬度也随之增大，不利于保持粘合层的柔韧性。采用适宜模数的水玻璃，在保障涂层致密性的前提下，能够保持硅酸铝棉毡的弯折性能。
优选的，所述纳米保温填料采用纳米空心玻璃微珠与纳米硅藻土中的一种或其组合物。
通过采用上述技术方案，纳米保温填料的空心结构或多孔结构使得其具有较高的隔热保温作用，能够提高粘合层的隔热保温性能，降低因设置粘合层对硅酸铝棉毡保温性能的影响。
第二方面，本申请提供一种硅酸铝棉毡的制造方法，采用如下的技术方案：
一种硅酸铝棉毡的制造方法，包括如下步骤：
S1:将粘合层的原料混合制得粘合剂，使纤维层平铺于水平面上，取粘合剂涂覆至纤维层表面，得到粘合层，再将另一纤维层平铺至粘合层上，压平后得到半成品棉毡；
S2:将半成品棉毡置于170～220℃的温度下恒温烘干2～3h，定型固化后得到硅酸铝棉毡。
通过采用上述技术方案，利用粘合层作为中间连接层，将多层硅酸铝纤维层粘合成型，制备得到硅酸铝棉毡，在保持硅酸铝棉毡隔热保温作用与弯折性能的前提下，能够有效地提高其防水抗渗性。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用水玻璃与水性酚醛树脂一同配合，制备得到致密性高的粘合层，有效提高了硅酸铝棉毡的防水抗渗性能。
2、本申请中采用山梨糖醇与柠檬酸为稳定剂，减少了凝胶体系的析水现象，促进了粘合层稳定性、抗渗效果地提高。
3、本申请中优选采用硅烷改性水性酚醛树脂，通过苯基三甲氧基硅烷对水性酚醛树脂进行改性，有效减少了凝胶体系的交联密度，提高了粘合层的柔韧性与疏水性，最终，提高了硅酸铝棉毡的弯折性能与防水抗渗性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
制备例
制备例1，一种硅烷改性水性酚醛树脂，按照如下步骤制备得到：
步骤1：预混液A制备：向10㎏苯基三甲氧基硅烷溶液中滴加醋酸，调节溶液pH值为3～4即得；
步骤2：预混液B制备：按照3.6㎏:0.4㎏:20㎏的重量比将异丙醇、醋酸与水搅拌混合均匀即可；
步骤3：苯基三甲氧基硅烷水解液制备：在搅拌条件下，按照1:5的重量比将预混液A滴加至预混液B中，滴加时间为1.5h,滴加完毕后，继续搅拌0.5h即可；
步骤4：硅烷改性水性酚醛树脂制备：将水性酚醛树脂与苯基三甲氧基硅烷水解液按照1:4的重量比混合，搅拌2h,制得硅烷改性水性酚醛树脂。
制备例2，一种硅烷改性水性酚醛树脂，与制备例1的区别在于，步骤4中，水性酚醛树脂与苯基三甲氧基硅烷水解液按照1:2的重量比混合。
制备例3，一种硅烷改性水性酚醛树脂，与制备例1的区别在于，步骤4中，水性酚醛树脂与苯基三甲氧基硅烷水解液按照1:6的重量比混合。
实施例
实施例1，一种硅酸铝棉毡，按照如下方法制得：
S1:按照表1中的原料配比，将粘合层的原料混合制得粘合剂，使纤维层平铺于水平面上，采用高压(0.5MPa)喷涂工艺将粘合剂均匀地喷涂至纤维层表面，得到厚度为0.8mm的粘合层，再将另一纤维层平铺至粘合层上，压平后得到半成品棉毡；
S2:将半成品棉毡置于180℃的温度下恒温烘干3h，定型固化后得到硅酸铝棉毡。
实施例2～9，一种硅酸铝棉毡，与实施例1的区别在于，各组分的选择及其相应含量如表1所示。
表1实施例1～9中粘合层的原料选用及其相应含量(㎏)
Figure BDA0003038043220000041
其中，表1中采用的水性酚醛树脂均为制备例1中制备得到的硅烷改性水性酚醛树脂。
实施例10，一种硅酸铝棉毡，与实施例1的区别在于，粘合层的原料中采用制备2制得的硅烷改性水性酚醛树脂。
实施例11，一种硅酸铝棉毡，与实施例1的区别在于，粘合层的原料中采用制备3制得的硅烷改性水性酚醛树脂。
实施例12，一种硅酸铝棉毡，与实施例1的区别在于，实施例10，一种硅酸铝棉毡，粘合层的原料中采用未经苯基三甲氧基硅烷改性的水性酚醛树脂。
表2实施例中各原料组分的厂家型号信息
Figure BDA0003038043220000051
对比例
对比例1，一种硅酸铝棉毡，与实施例1的区别在于，粘合层的原料中采用等量的丙烯酸树脂替代水玻璃。
对比例2，一种硅酸铝棉毡，与实施例1的区别在于，粘合层的原料中未添加水性酚醛树脂。
对比例3，一种硅酸铝棉毡，与实施例1的区别在于，粘合层的原料中采用等量的丙烯酸树脂替代水玻璃与水性酚醛树脂。
对比例4，一种憎水防腐硅酸铝纤维制品，按照如下方法制备得到：
步骤A：将苯酚34㎏、甲醛48㎏、尿素18㎏，将苯酚加热至32℃掺入甲醛，升温至70℃:
并不断搅拌3小时，加入尿素即制得固化剂；
步骤B：将甲基有机硅油乳化液62㎏、稀磷酸38㎏，在甲基有机硅油乳化液中加入稀磷酸，充分搅拌即制得防水剂；
步骤C：用1OO份在蒸馏水中加入固化剂5份、防水剂2份，充分搅拌直到无沉淀,经过200目过滤后即制得憎水防腐结合剂；
步骤D：在硅酸铝纤维成纤后，将憎水防腐结合剂经0.8MPa的压缩空气雾化后喷涂到纤维表面；
步骤E：称取80g表面涂覆有结合剂的纤维模压得到200mm*200mm*20mm的制品，然后放入烘干箱内升温到130℃，加热30分钟后取出制品冷却。
性能检测试验
试验1：硅酸铝棉毡防水抗渗性能测试试验样品：在实施例1～12与对比例1～4制得的硅酸铝棉毡上裁取5块尺寸为100mm*100mm的布样作为试样。
试验方法：按照GB/T 4744-1997《纺织织物抗渗水性测定静水压试验》规定了的静水压试验方法。采用Textest-Fx3000静水压测试仪，在标准大气下，在试样的一面施加一个持续上升的水压，直到有三处渗水为止，并记录此时的压力，压力值越大则抗渗性越好，测试结果如表3所示。
试验条件：水压上升速率：10土0.5mbar/min；仪器压力范围：0～999mbar。
试验2：粘合层柔韧性测试试验样品：按照GB/T 11185-89《漆膜弯曲试验(锥形轴)》中的标准，将实施例1～12与对比例1～4制得的粘合剂涂覆在100mm*180mm的马口铁试板板上，涂层厚度为0.8mm，然后于23℃和50％RH的环境下放置16h,得到试样。
试验方法：按照GB/T 11185-89《漆膜弯曲试验(锥形轴)》中的检测标准，采用BEVS1605圆柱弯曲测试仪，在距试板短边20mm处，平行地将试板切透，将试板涂膜面朝拉杆插入，使其一个短边与轴的小端相接触。将试板夹住后，用拉杆均匀平稳地弯曲试板，使其在(2～3)s内绕轴180°。记录与轴小端相距最远的试板开裂处，然后取出试板，用10倍放大镜观察涂膜从试板上开裂或脱落的情况，沿着试板量出从轴小端处到开裂处的长度。测定三次，取其平均值，测试结果如表3所示。
表3硅酸铝棉毡防水抗渗性能与粘接层柔韧性测试结果
Figure BDA0003038043220000061
试验结果分析：
(1)结合实施例1～12与对比例1～4并结合表3可以看出，采用水玻璃与水性酚醛树脂制备得到粘合层，能够有效提高硅酸铝棉的抗渗水性能。其原因可能在于，水性酚醛树脂与水玻璃能够形成互穿三维网络结构，促使粘合层成膜后更为致密、交联密度上升，从而使得水难以渗透粘合层，提高其抗渗水性能。
(2)结合实施例1与实施例4～6并结合表3可以看出，粘合层的原料中采用山梨糖醇与柠檬酸复配制得的稳定剂，能够有效提高硅酸铝棉的抗渗水性能，且缺少任一组分均无法达到最佳效果。其原因可能在于，山梨糖醇具有增塑作用，能够改善粘合层的柔韧性，而柠檬酸能够与水性酚醛树脂发生交联并形成牢固的交联点，提高粘合层的稳定性与完整性；因此两者复配得到的稳定剂能够在提高硅酸铝棉毡康渗水性能的前提，改善粘合层的柔韧性，避免因粘合层硬度太大，导致硅酸铝棉的延展性、弯折性受到影响。
(3)结合实施例1与实施例7～8并结合表3可以看出，当水玻璃与水性酚醛树脂的重量比为4:9时，硅酸铝棉的抗渗水性能与柔韧性较为均衡。其原因可能在于，由于水性酚醛树脂分子链中含有大量的羟基，当水性酚醛树脂用量过高时，容易导致粘合层交联密度过高，涂膜硬度高，柔韧性下降，最终使得硅酸铝棉毡延展性、弯折性能下降。当水性酚醛树脂用量过低时，则交联密度不足，致密性下降，抗渗水性能下降。
(4)结合实施例1与实施例10～12并结合表3可以看出，采用苯基三甲氧基水解液改性得到的硅烷改性水性酚醛树脂，可在保持硅酸铝棉毡抗渗水性能的前提下，提高硅酸铝棉毡的柔韧性、延展性。
结合实施例1与实施例10～11并结合表3可以看出，当水性酚醛树脂与苯基三甲氧基水解液的重量比为1:(3～5)时，制得的改性水性酚醛树脂，有利于平衡硅酸铝棉毡的抗渗水性能与柔韧性。其原因可能在于，苯甲三甲氧基水解液能够与水性酚醛树脂表面的羟基发生醚化反应，一方面，可调粘合层的亲水性；另一方面，可降低水性酚醛树脂形成分子内或分子间氢键的概率，降低粘合层涂膜的硬度，提高其柔韧性；最终，提高硅酸铝棉毡的延展性。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种硅酸铝棉毡，其特征在于，所述硅酸铝棉毡包括至少2层纤维层和设置于纤维层之间的粘合层，所述粘合层由包含如下重量份的原料制备得到：
水玻璃：3～6份；
水性酚醛树脂：6～13份；
纳米保温填料：5～10份；
水:90～120份。
2.根据权利要求1所述的一种硅酸铝棉毡，其特征在于，所述粘合层的原料还包括0.5～1.3重量份的稳定剂，所述稳定剂采用重量比为1:（1.5～3）的山梨糖醇与柠檬酸的组合物。
3.根据权利要求1所述的一种硅酸铝棉毡，其特征在于，所述水玻璃与水性酚醛树脂的重量比为4:9。
4.根据权利要求1所述的一种硅酸铝棉毡，其特征在于，所述水性酚醛树脂为硅烷改性水性酚醛树脂，所述硅烷改性水性酚醛树脂按照如下方法制备得到：
预混液A制备：向苯基三甲氧基硅烷溶液中滴加醋酸，调节溶液pH值为3～4即得；
预混液B制备：按照（1～3）:（0.15～0.25）:10的重量比将异丙醇、醋酸与水混合；
苯基三甲氧基硅烷水解液制备：在搅拌条件下，按照1:（4～5）的比例将预混液A滴加至预混液B中，滴加时间为1～2h,滴加完毕后继续搅拌0.5～1h；
硅烷改性水性酚醛树脂制备：将水性酚醛树脂与苯基三甲氧基硅烷水解液充分混合即得。
5.根据权利要求4所述的一种硅酸铝棉毡，其特征在于，所述硅烷改性水性酚醛树脂的制备过程中，所述水性酚醛树脂与苯基三甲氧基水解液的重量比为1:（3～5）。
6.根据权利要求1所述的一种硅酸铝棉毡，其特征在于，所述水玻璃的模数为1.5～2.5。
7.根据权利要求1所述的一种硅酸铝棉毡，其特征在于，所述纳米保温填料采用纳米空心玻璃微珠与纳米硅藻土中的一种或其组合物。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的一种硅酸铝棉毡的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1:将粘合层的原料混合制得粘合剂，使纤维层平铺于水平面上，取粘合剂涂覆至纤维层表面，得到粘合层，再将另一纤维层平铺至粘合层上，压平后得到半成品棉毡；
S2:将半成品棉毡置于170～220℃的温度下恒温烘干2～3h，定型固化后得到硅酸铝棉毡。
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