CN113171961A - 一种岩棉毡及其生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及岩棉保温材料领域，更具体地说，它涉及一种岩棉毡及其生产工艺。所述岩棉毡表面涂覆有耐侵蚀涂料，所述耐侵蚀涂料包含有粘合剂与纳米水滑石，所述纳米水滑石的插层阴离子为NO3 ‑或NO2 ‑。本申请制备得到的岩棉毡在混凝土等碱性环境下具有较好的耐久性，不易因碱液侵蚀而导致其使用能的下降。

Description

一种岩棉毡及其生产工艺
技术领域
本申请涉及岩棉保温材料领域，更具体地说，它涉及一种岩棉毡及其生产工艺。
背景技术
岩棉纤维是采用优质玄武岩、白云石等为主要原材料，经高温熔融、高速离心后制备得到的具有玻璃体结构的无机纤维。岩棉毡是采用岩棉纤维制成的保温隔热材料，其广泛应用于高温管道、高温化学反应设备以及建筑施工等需要进行保温防护的场景中。
如申请号为CN202011157816.7的中国发明专利申请中公开了一种岩棉毡及其制备方法，岩棉毡包括如下重量份数的原料：矿棉100-150份、复合胶粘剂5-15份。
在混凝土施工等碱性环境下，由于岩棉纤维的玻璃体中含有较多的晶格缺陷，因此岩棉纤维容易被氢氧根离子侵蚀，导致岩棉纤维的玻璃体结构解体，溶出的硅、铝等元素与侵蚀溶液的钙、镁结合并形成沉积物，最终使得岩棉纤维结构劣化。
申请内容
为了解决岩棉毡在碱性环境下易受到侵蚀，造成岩棉纤维结构劣化的现象，本申请提供一种岩棉毡及其生产工艺。
第一方面，本申请提供一种岩棉毡，采用如下的技术方案：
一种岩棉毡，所述岩棉毡表面涂覆有耐侵蚀涂料，所述耐侵蚀涂料包含有粘合剂与纳米水滑石，所述纳米水滑石的插层阴离子为NO3 -或NO2 -。
纳米水滑石具有层状结构，各层之间堆叠形成三维网状结构，其层板上带有Ca2+、Mg2+、Al3+、Zn2+等金属阳离子，各层层间可插入用于中和电价的CO3 2-、SO4 2-、OH-、Cl-、NO3 -、NO2 -等阴离子；且上述阴离子能够与外界的阴离子进行交换，因此纳米水滑石具有吸附、离子交换的作用。本申请中的纳米水滑石，其插层阴离子为NO3 -、NO2 -，由于其吸附优先顺序低于OH-，因此本申请中纳米水滑石的插层阴离子为NO3 -、NO2 -能够与外界环境中的OH-发生交换，从而减少OH-对岩棉纤维的侵蚀，保障岩棉毡的使用质量。
优选的，所述纳米水滑石按照如下步骤制备得到：
制备混合液A:将四水硝酸钙与九水硝酸铝溶解在乙醇水溶液中；
制备混合液B:将氢氧化钠溶解在乙醇水溶液中；
中间沉淀物合成：将混合液A与混合液B充分混合，在70～90℃下静置1～2d；
制备纳米水滑石：将中间沉淀物经多道水洗与醇洗后，烘干即得。
通过采用上述技术方案，能够制备得到粒径适应的纳米水滑石，且由于采用的原料总仅含有阴离子NO3 -，因此制备得到的纳米水滑石的插层阴离子绝大部分为NO3 -，使得纳米水滑石具有吸附氢氧根离子的作用，以减少岩棉毡所受的侵蚀作用，保障岩棉毡的使用性能。
优选的，制备混合液A时，所述四水硝酸钙与九水硝酸铝的摩尔比为1:(1～2.5)。
通过采用上述技术方案，当层板上的阳离子电荷越高时，为中和水滑石的电性，水滑石层间所能插入的阴离子随之增加，其对氢氧根离子的吸附性能也随之提高，使用寿命较长；有效地增强了岩棉毡在碱性换机下的耐侵蚀性能。
优选的，制备纳米水滑石步骤中，所述烘干温度为105～120℃。
通过采用上述技术方案，焙烧温度升高，有利于提高纳米水滑石的比表面积，增强其吸附作用；但温度太高，也容易导致层间结构的破坏，导致其吸附作用下降。本申请中所采用的温度有利于提高纳米水滑石对氢氧根离子的吸附作用，最终，提高岩棉毡的耐侵蚀性能。
优选的，所述粘合剂采用聚丙烯酸酯乳液与聚乙烯醇的组合物。
通过采用上述粘合剂，制备形成的涂膜具有较高的耐酸碱侵蚀性能，且交联密度适中，涂膜在岩棉毡上的附着力高，柔韧性好。
优选的，所述粘合剂与纳米水滑石的重量比为(5～13):(3～8)。
通过采用上述技术方案，在保障涂层附着性的前提下，能够防止因粘合剂用量过多而导致涂层柔韧性下降，进而影响岩棉毡的柔韧性。
优选的，所述耐侵蚀涂料还包括有多孔颗粒，所述多孔颗粒与纳米水滑石的重量比为1:(2～3)。
通过采用上述技术方案，由于多孔颗粒具有较高的比表面积，其表面能较高，分子间作用力较高，对氢氧根离子具有一定的吸附作用。另外，多孔结构能够增加氢氧根离子渗透路径的长度，延缓氢氧根离子的渗透作用，从而提高岩棉毡的耐侵蚀性。
优选的，所述多孔颗粒采用沸石粉与硅藻土中的一种或其组合物。
通过采用上述技术方案，沸石粉、硅藻土在碱性环境中，对氢氧根离子具有较为优异的吸附性能。
第二方面，本申请提供一种岩棉毡的生产工艺，采用如下的技术方案：
一种岩棉毡的生产工艺，包括如下步骤：
S1:将耐侵蚀涂料喷涂于岩棉毡浸渍，喷涂厚度为0.7～1.5mm，得到预处理岩棉毡；
S2:将预处理岩棉毡置于55～75℃下烘干2～3h,取出冷却即可。
通过采用上述技术方案，将耐侵蚀涂料直接喷涂于岩棉毡表面，既能够快速的提高岩棉毡的耐碱性，又能够有效节省涂料。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请通过在岩棉毡表面涂覆耐侵蚀涂料，并采用了插层阴离子为NO3 -或NO2 -的纳米水滑石以吸附OH-，从而显著地提高了岩棉毡的耐侵蚀性能。
2、本申请中优选采用聚丙烯酸酯乳液与聚乙烯醇作为粘合剂，在保持岩棉毡柔韧性与延展性的同时，提高了岩棉毡耐表面涂层侵蚀性能。
3、本申请中通过将多孔颗粒附着于岩棉毡表面，进一步地提高了岩棉毡的耐侵蚀性能。
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1，一种纳米水滑石，按照如下步骤制备得到：
制备混合液A:按照1:2的摩尔比，将1mol的四水硝酸钙与2mol的九水硝酸铝溶解在1mol/L的乙醇水溶液中，乙醇水溶液的体积为2L；
制备混合液B:将1.5mol的氢氧化钠溶解在1mol/L的乙醇水溶液中，乙醇水溶液的体积为1L；中间沉淀物合成：将混合液A与混合液等体积充分混合，在80℃下静置1d，得到白色的中间沉淀物；
制备纳米水滑石：将中间沉淀物经3次水洗与2次醇洗洗净后，再置于115℃的真空干燥箱内干燥1d，即可制得纳米水滑石。
上述反应物均采用分析纯试剂。
制备例2，一种纳米水滑石，与制备例1的区别在于，制备混合液A的步骤中，采用2mol的四水硝酸钙与1mol的九水硝酸铝，即四水硝酸钙与九水硝酸铝的摩尔比为2:1。
制备例3，一种纳米水滑石，与制备例1的区别在于，制备混合液A的步骤中，采用1mol的四水硝酸钙与3mol的九水硝酸铝，即四水硝酸钙与九水硝酸铝的摩尔比为1:3。
制备例4，一种纳米水滑石，与制备例1的区别在于，制备混合液A的步骤中，采用亚硝酸钙替代四水硝酸钙。
制备例5，一种纳米水滑石，与制备例1的区别在于，制备混合液A的步骤中，采用亚硝酸铝替代九水硝酸铝。
制备例6，一种纳米水滑石，与制备例1的区别在于，制备混合液A的步骤中，采用亚硝酸钙替代四水硝酸钙，采用亚硝酸铝替代九水硝酸铝。
制备例7，一种纳米水滑石，与制备例1的区别在于，制备纳米水滑石的步骤中，烘干温度为100℃。
制备例8，一种纳米水滑石，与制备例1的区别在于，制备纳米水滑石的步骤中，烘干温度为130℃。
实施例
实施例1，一种岩棉毡，按照如下工艺制得：
S1:按照表1中的配比，将各原料组分混合制得耐侵蚀涂料，再将耐侵蚀涂料喷涂于岩棉毡各表面上，岩棉毡由玄武岩纤维制备得到，喷涂厚度为1.2mm，得到预处理岩棉毡；
S2:将预处理岩棉毡置于65℃下烘干3h,取出冷却至室温即可。
实施例2～6，一种岩棉毡，与实施例1的区别在于，耐侵蚀涂料的原料组分及其相应用量如表1所示。
表1实施例1～6中耐侵蚀涂料的原料组分及其相应用量(㎏)
Figure BDA0003037566460000041
其中，表1中的纳米水滑石为制备例1制备得到的纳米水滑石，其它个原料组分的厂家信息如表2所示。
表2各原料组分的厂家信息
Figure BDA0003037566460000042
实施例7，一种岩棉毡，与实施例1的区别在于，耐侵蚀涂料的原料中，采用制备例2制得的纳米水滑石替代制备例1制得的纳米水滑石。
实施例8，一种岩棉毡，与实施例1的区别在于，耐侵蚀涂料的原料中，采用制备例3制得的纳米水滑石替代制备例1制得的纳米水滑石。
实施例9，一种岩棉毡，与实施例1的区别在于，耐侵蚀涂料的原料中，采用制备例4制得的纳米水滑石替代制备例1制得的纳米水滑石。
实施例10，一种岩棉毡，与实施例1的区别在于，耐侵蚀涂料的原料中，采用制备例5制得的纳米水滑石替代制备例1制得的纳米水滑石。
实施例11，一种岩棉毡，与实施例1的区别在于，耐侵蚀涂料的原料中，采用制备例6制得的纳米水滑石替代制备例1制得的纳米水滑石。
实施例12，一种岩棉毡，与实施例1的区别在于，耐侵蚀涂料的原料中，采用制备例7制得的纳米水滑石替代制备例1制得的纳米水滑石。
实施例13，一种岩棉毡，与实施例1的区别在于，耐侵蚀涂料的原料中，采用制备例8制得的纳米水滑石替代制备例1制得的纳米水滑石。
对比例
对比例1，一种岩棉毡，与实施例1的区别在于，耐侵蚀涂料的原料中，不添加纳米水滑石。
对比例2，一种岩棉毡，与实施例1的区别在于，耐侵蚀涂料的原料中，采用购买自江苏豪隆化工的钙铝水滑石替代制备例1制得的纳米水滑石。
对比例3，一种岩棉毡，按照如下步骤制备得到：
复合胶粘剂制备：
步骤1：改性环氧树脂的制备：按照重量份数，取γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷5㎏、苄基缩水甘油醚20㎏、双酚A型环氧树脂100㎏，于110℃下加热搅拌，加入2㎏磷酸三苯酯，反应3h，冷却，制成。
步骤2：将硅酸钠和改性环氧树脂按照质量比1：1混合即得。
岩棉毡的制备：
(1)取岩棉130㎏，水600㎏，并用硫酸调节水的pH值到3.8，投入碎浆机，混合料疏解成浓浆；碎浆机疏解时的转速为800转/分，疏解时间为8min；
(2)将步骤(1)制得的浓浆送入配浆池中，加入pH值为3.8的水，配成重量浓度为2％的浆料，并将浆料送入除渣设备中进行除渣；除渣时的流量为8m3/min；
(3)将经除渣后的浆料送入网前箱，使浆料从网前箱溢流到成型机上形成均匀的湿毡；将湿毡输送到施胶网上，喷洒复合胶粘剂12㎏；
(4)将施胶后的湿毡送入烘干设备进行烘干，即制得成品。
性能检测试验
试验1：岩棉毡耐碱侵蚀性能测试试样制备：取尺寸为10cm*10cm*3cm的岩棉毡，按照实施例1～13和对比例1～3中的步骤制备得到表面涂覆耐侵蚀涂料的岩棉毡作为试样。
试验方法：在各个试样上取5根岩棉纤维单丝，并采用YG005E型电子式单纤维强力机测量5根纤维单丝的抗拉强度，取其平均值记为初始抗拉强度(f0)。再将试样浸泡于水泥侵蚀溶液中，浸泡14d后，再次取5根岩棉纤维单丝，测得其平均抗拉强度(f0)，按照公式：耐侵蚀强度c＝(f0-f1)/f0计算得到测试结果，测试结果如表3所示。
试验设备参数：YG005E型电子式单纤维强力机的量程为50CcN,分度值为0.01CcN。上下夹头间距设定为50mm，拉伸速度为5mm/min。
水泥侵蚀溶液制备：取10㎏红狮控股集团的P.O42.5水泥与50公斤蒸馏水混合，在80℃下养护24h后，过滤得到水泥侵蚀溶液，测得其pH值为13。
表3岩棉毡耐碱侵蚀性能测试结果
Figure BDA0003037566460000061
试验结果分析：
(1)结合实施例1、实施例9～11和对比例1～3并结合表3可以看出，在岩棉毡表面涂覆耐侵蚀涂料，且涂料中采用插层阴离子为NO3 -或NO2的纳米水滑石，能够显著地提高岩棉毡的耐碱侵蚀性能。其原因可能在于，纳米水滑石层间的NO3 -或NO2能够与外界环境中的OH-进行离子交换，从而减少碱液对岩棉毡的侵蚀作用，提高岩棉纤维在水泥等碱性环境下强度的耐久性。
对比实施例1与对比例2可知，采用普通市售的钙铝水滑石无法达到有效提高岩棉毡耐侵蚀性能的作用。其原因可能在于普通钙铝水滑石等插层阴离子含有较多的CO3 2-、SO4 2-等高价阴离子，其离子交换优选度高于OH-，因此对岩棉毡耐侵蚀性能的提高作用较小。
(2)结合实施例1和实施例4～5并结合表3可以看出，采用聚丙烯酸酯乳液与聚乙烯醇复配得到的耐侵蚀涂料，有利于提高岩棉毡的耐碱侵蚀性能。其原因可能在于，聚丙烯酸酯乳液能够交联形成具有网络结构的涂膜，并具有一定的耐碱抗渗作用；而加入聚乙烯醇，能够提高涂膜的交联密度，使得涂膜更为致密，增强其耐碱抗渗效果，从而提高岩棉毡在碱性环境下的耐久性。
(3)结合实施例1～3和实施例6并结合表3可以看出，耐侵蚀涂料中添加多孔填料，有利于提高岩棉毡的耐碱侵蚀性能；且采用沸石粉的效果更为优异。其原因可能在于，一方面，多孔颗粒具有较高的比表面积，其表面能较高，分子间作用力较高，对氢氧根离子具有一定的吸附作用。另一方面，多孔结构能够增加氢氧根离子渗透路径的长度，延缓氢氧根离子的渗透作用，从而提高岩棉毡的耐侵蚀性。
(4)结合实施例1和实施例7～8并结合表3可以看出，制备纳米水化石过程中，四水硝酸钙与九水硝酸铝采用(1～2.5)的摩尔比，最终有利于提高岩棉毡的耐碱侵蚀性能。其原因可能在于，适当提高九水硝酸铝的用量，适当水滑石层板上的Al3+含量增加，Ca2+含量相应下降，从而使得层板上的正电荷总量上升；为中和水滑石的电性，其层间插入的阴离子数量随之增长，从而使得纳米水滑石的离子交换性能提高，最终，使得岩棉毡对碱液的耐侵蚀性能增强。另外，铝离子的含量过高则会导致纳米水滑石产物的比表面积下降，不利于提高其吸附作用。
(5)结合实施例1和实施例7～8并结合表3可以看出，制备纳米水化石过程中，采用105～120℃的烘干温度，最终有利于提高岩棉毡的耐碱侵蚀性能。其原因可能在于，适当提高烘干温度，有利于增加纳米水滑石产物的比表面积，提高其吸附作用；但温度过高，反而会破坏其有序的层间结构，导致离子交换作用的下降。
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 (9)

1.一种岩棉毡，其特征在于，所述岩棉毡表面涂覆有耐侵蚀涂料，所述耐侵蚀涂料包含有粘合剂与纳米水滑石，所述纳米水滑石的插层阴离子为NO3 -或NO2 -。
2.根据权利要求1所述的一种岩棉毡，其特征在于，所述纳米水滑石按照如下步骤制备得到：
制备混合液A:将四水硝酸钙与九水硝酸铝溶解在乙醇水溶液中；
制备混合液B:将氢氧化钠溶解在乙醇水溶液中；
中间沉淀物合成：将混合液A与混合液B充分混合，在70～90℃下静置1～2d；
制备纳米水滑石：将中间沉淀物经多道水洗与醇洗后，烘干即得。
3.根据权利要求2所述的一种岩棉毡，其特征在于，制备混合液A时，所述四水硝酸钙与九水硝酸铝的摩尔比为1:（1～2.5）。
4.根据权利要求2所述的一种岩棉毡，其特征在于，制备纳米水滑石步骤中，所述烘干温度为105～120℃。
5.根据权利要求1所述的一种岩棉毡，其特征在于，所述粘合剂采用聚丙烯酸酯乳液与聚乙烯醇的组合物。
6.根据权利要求5所述的一种岩棉毡，其特征在于，所述粘合剂与纳米水滑石的重量比为（5～13）:（3～8）。
7.根据权利要求1所述的一种岩棉毡，其特征在于，所述耐侵蚀涂料还包括有多孔颗粒，所述多孔颗粒与纳米水滑石的重量比为1:（2～3）。
8.根据权利要求1所述的一种岩棉毡，其特征在于，所述多孔颗粒采用沸石粉与硅藻土中的一种或其组合物。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的一种岩棉毡的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1:将耐侵蚀涂料喷涂于岩棉毡浸渍，喷涂厚度为0.7～1.5mm，得到预处理岩棉毡；
S2:将预处理岩棉毡置于55～75℃下烘干2～3h,取出冷却即可。
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