CN114085064A - 低导热系数憎水珍珠岩复合保温板及其生产工艺 - Google Patents

低导热系数憎水珍珠岩复合保温板及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及低导热系数憎水珍珠岩复合保温板及其生产工艺，属于保温材料技术领域，该保温板包括如下重量份原料：膨胀珍珠岩15‑25份、改性晶须硅5‑10份、固体添加物20‑60份、憎水剂4‑6份、苯丙乳液0.4‑1份，磷酸硅1‑2份和水玻璃40‑50份；生产工艺包括如下步骤：将膨胀珍珠岩、固体添加物、憎水剂、苯丙乳液，搅拌均匀，然后加入磷酸硅和水玻璃，继续搅拌，混合均匀后，压制成型、烘干、脱模，即得低导热系数憎水珍珠岩复合保温板。加入了改性晶须硅，晶须硅具有纤维状结构，且具有高强度、高模量，通过对晶须硅进行改性，使其能够在原料中均匀分散，起着骨架作用，提高保温板的力学性能。

Description

低导热系数憎水珍珠岩复合保温板及其生产工艺
技术领域
本发明属于保温材料技术领域，具体地，涉及低导热系数憎水珍珠岩复合保温板及其生产工艺。
背景技术
目前技术下的保温板主要有无机/有机两大类，其中无机保温板如硅酸钙板、泡沫玻璃板等主要存在导热系数较高，导致板材整体保温性能较差，且保温板密度较高，不利于施工及运输；有机保温板如聚氨酯泡沫板等虽然密度小、保温效果好，但是由于其可燃性，在建筑等领域还属于限制应用的阶段。
无机保温材料以岩棉、膨胀珍珠岩为主，他们具有耐酸碱、耐腐蚀、稳定性高，施工简便，适用范围广，适用于各种墙体基层材质和各种形状复杂墙体的保温，最重要的是其防火阻燃安全性好，可广泛用于密集型住宅、公共建筑、大型公共场所、易燃易爆场所等其他对防火等级要求严格场所。然而，现有无机保温材料的保温和憎水性能相对较差，抗压、抗折强度不高，制约了其发展。
发明内容
为了解决背景技术中提到的技术问题，本发明提供低导热系数憎水珍珠岩复合保温板及其生产工艺。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
低导热系数憎水珍珠岩复合保温板，包括如下重量份原料：
膨胀珍珠岩15-25份、改性晶须硅5-10份、固体添加物20-60份、憎水剂4-6份、苯丙乳液0.4-1份，搅拌均匀，然后加入磷酸硅1-2份和水玻璃40-50份；
所述改性晶须硅通过如下步骤制备：
步骤A11、将γ-氨丙基三甲氧基硅烷加入乙醇和去离子水的混合溶剂中，用醋酸调节pH值为5，加入晶须硅，搅拌1h，搅拌结束后，过滤、干燥得到预改性晶须硅，晶须硅经过硅烷偶联剂γ-氨丙基三甲氧基硅烷处理后，在晶须硅表面引入氨基，制得预改性晶须硅；
步骤A12、将预改性晶须硅和丙酮混合，然后加入三乙胺，加入辛烯基琥珀酸酐溶液，加热回流，搅拌反应6h，反应结束后，过滤、用去离子水洗涤、干燥，得到改性晶须硅。预改性晶须硅通过和辛烯基琥珀酸酐反应，引入长链烷基和羧基，提高改性晶须硅和原料之间的混合效果，均匀分散，起着骨架作用，提高成品的力学性能。
进一步地，步骤A11中Y-氨丙基三甲氧基硅烷的添加量为混合溶剂质量的8％，乙醇和去离子水的用量体积比为9：1；
步骤A12中辛烯基琥珀酸酐溶液为辛烯基琥珀酸酐和丙酮按照用量比2g：10mL混合而成，预改性晶须硅、三乙胺、辛烯基琥珀酸酐溶液和丙酮的用量比为5g：2g：20-25mL：10mL。
进一步地，憎水剂通过如下步骤制备：
将去离子水、十二烷基硫酸钠、混合单体和过硫酸铵混合，在氮气保护条件下，升温至80℃，恒温反应6h，然后降温至35℃，用氨水调节pH值为7-8，过滤，得到憎水剂。制得的憎水剂属于有机硅类憎水剂，该憎水剂是含有不饱和键的丙烯酸类单体在水中通过自由基加成共聚反应合成的一种乳液，其侧链中含有极性羧酯基，具有良好的成膜性，原料中的混合单体中含有C-F键，赋予憎水剂优异的耐化学腐蚀性和防污性，另外混合单体中的辅助单体是以三聚氰酸为原料，形成树状结构，提高憎水剂的稳定性，该憎水剂作为保温板的一部分，提高保温板中的含氮量，提高保温板的阻燃效果，受热分解时，能带走体系能量，减低表面温度，起到阻燃效果。
进一步地，去离子水、十二烷基硫酸钠、混合单体和过硫酸铵的用量比为52mL：2g：30g：0.6g；混合单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、三异丙基硅烷基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸六氟丁酯和辅助单体按照质量比24：6：3：0.3：3：6-10混合而成。
进一步地，辅助单体通过如下步骤制备：
步骤S11、在温度为130℃条件下，将乙醇胺和三聚氰酸混合搅拌10min，然后加热回流16h，反应结束后，将温度降为25℃，将得到的反应液和去离子水混合，然后降温至0℃，过滤，将得到的滤液减压浓缩除去溶剂，得到中间体1；
步骤S12、将中间体1、三乙胺和四氢呋喃混合，加入适量对羟基苯甲醚，作为阻聚剂，在冰水浴条件下，滴加丙烯酰氯，加完后，升温至40℃，反应5h，反应结束后减压浓缩除去溶剂，然后用去离子水和二氯甲烷萃取，过柱纯化，得到辅助单体。
进一步地，步骤S11中乙醇胺和三聚氰酸的用量摩尔比为6：1；步骤S12中中间体1、丙烯酰氯、三乙胺和四氢呋喃的用量比为2.6g：3g：0.7g：5mL。
进一步地，固体添加物为沸石、硅藻土按照质量比1：1.2混合而成。
进一步地，低导热系数憎水珍珠岩复合保温板的生产工艺，包括如下步骤：
按重量份计，将膨胀珍珠岩15-25份、改性晶须硅5-10份、固体添加物20-60份、憎水剂4-6份、苯丙乳液0.4-1份，搅拌均匀，然后加入磷酸硅1-2份和水玻璃40-50份，继续搅拌，混合均匀后，倒入模具中，压制成型、烘干、脱模，即得低导热系数憎水珍珠岩复合保温板。
本发明的有益效果：
本发明低导热系数憎水珍珠岩复合保温板中加入了改性晶须硅，晶须硅具有纤维状结构，且具有高强度、高模量，通过对晶须硅进行改性，使其能够在原料中均匀分散，起着骨架作用，提高保温板的力学性能，同时，分散效果越好，减少原料团聚，提高原料粘附效果，进而提高保温板的保温效果。
制得的憎水剂属于有机硅类憎水剂，该憎水剂是含有不饱和键的丙烯酸类单体在水中通过自由基加成共聚反应合成的一种乳液，其侧链中含有极性羧酯基，具有良好的成膜性，原料中的混合单体中含有C-F键，赋予憎水剂优异的耐化学腐蚀性和防污性，另外混合单体中的辅助单体是以三聚氰酸为原料，形成树状结构，提高憎水剂的稳定性，该憎水剂作为保温板的一部分，提高保温板中的含氮量，提高保温板的阻燃效果，受热分解时，能带走体系能量，减低表面温度，起到一定的阻燃效果。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
制备憎水剂：
步骤S11、在温度为130℃条件下，将乙醇胺和三聚氰酸混合搅拌10min，然后加热回流16h，反应结束后，将温度降为25℃，将得到的反应液和去离子水混合，然后降温至0℃，过滤，将得到的滤液减压浓缩除去溶剂，得到中间体1；控制乙醇胺和三聚氰酸的用量摩尔比为6：1；
步骤S12、将中间体1、三乙胺和四氢呋喃混合，加入适量对羟基苯甲醚，作为阻聚剂，在冰水浴条件下，滴加丙烯酰氯，加完后，升温至40℃，反应5h，反应结束后减压浓缩除去溶剂，然后用去离子水和二氯甲烷萃取，过柱纯化，得到辅助单体。控制中间体1、丙烯酰氯、三乙胺和四氢呋喃的用量比为2.6g：3g：0.7g：5mL。然后将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、三异丙基硅烷基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸六氟丁酯和辅助单体按照质量比24：6：3：0.3：3：6混合制得混合单体。
步骤S13、将去离子水、十二烷基硫酸钠、混合单体和过硫酸铵混合，在氮气保护条件下，升温至80℃，恒温反应6h，然后降温至35℃，用氨水调节pH值为7，过滤，得到憎水剂。控制去离子水、十二烷基硫酸钠、混合单体和过硫酸铵的用量质量比为52mL：2g：30g：0.6g。
实施例2
制备憎水剂：
步骤S11、在温度为130℃条件下，将乙醇胺和三聚氰酸混合搅拌10min，然后加热回流16h，反应结束后，将温度降为25℃，将得到的反应液和去离子水混合，然后降温至0℃，过滤，将得到的滤液减压浓缩除去溶剂，得到中间体1；控制乙醇胺和三聚氰酸的用量摩尔比为6：1；
步骤S12、将中间体1、三乙胺和四氢呋喃混合，加入适量对羟基苯甲醚，作为阻聚剂，在冰水浴条件下，滴加丙烯酰氯，加完后，升温至40℃，反应5h，反应结束后减压浓缩除去溶剂，然后用去离子水和二氯甲烷萃取，过柱纯化，得到辅助单体。控制中间体1、丙烯酰氯、三乙胺和四氢呋喃的用量比为2.6g：3g：0.7g：5mL。然后将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、三异丙基硅烷基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸六氟丁酯和辅助单体按照质量比24：6：3：0.3：3：10混合制得混合单体。
步骤S13、将去离子水、十二烷基硫酸钠、混合单体和过硫酸铵混合，在氮气保护条件下，升温至80℃，恒温反应6h，然后降温至35℃，用氨水调节pH值为8，过滤，得到憎水剂。控制去离子水、十二烷基硫酸钠、混合单体和过硫酸铵的用量质量比为52mL：2g：30g：0.6g。
实施例3
制备改性晶须硅：
步骤A11、将γ-氨丙基三甲氧基硅烷加入乙醇和去离子水的混合溶剂中，用醋酸调节pH值为5，加入晶须硅，搅拌1h，搅拌结束后，过滤、干燥得到预改性晶须硅；控制Y-氨丙基三甲氧基硅烷的添加量为混合溶剂质量的8％，乙醇和去离子水的用量体积比为9：1；
步骤A12、将预改性晶须硅和丙酮混合，然后加入三乙胺，加入辛烯基琥珀酸酐溶液，加热回流，搅拌反应6h，反应结束后，过滤、用去离子水洗涤、干燥，得到改性晶须硅。控制辛烯基琥珀酸酐溶液为辛烯基琥珀酸酐和丙酮按照用量比2g：10mL混合而成，预改性晶须硅、三乙胺、辛烯基琥珀酸酐溶液和丙酮的用量比为5g：2g：20mL：10mL。
实施例4
制备改性晶须硅：
步骤A11、将γ-氨丙基三甲氧基硅烷加入乙醇和去离子水的混合溶剂中，用醋酸调节pH值为5，加入晶须硅，搅拌1h，搅拌结束后，过滤、干燥得到预改性晶须硅；控制Y-氨丙基三甲氧基硅烷的添加量为混合溶剂质量的8％，乙醇和去离子水的用量体积比为9：1；
步骤A12、将预改性晶须硅和丙酮混合，然后加入三乙胺，加入辛烯基琥珀酸酐溶液，加热回流，搅拌反应6h，反应结束后，过滤、用去离子水洗涤、干燥，得到改性晶须硅。控制辛烯基琥珀酸酐溶液为辛烯基琥珀酸酐和丙酮按照用量比2g：10mL混合而成，预改性晶须硅、三乙胺、辛烯基琥珀酸酐溶液和丙酮的用量比为5g：2g：25mL：10mL。
实施例5
低导热系数憎水珍珠岩复合保温板的生产工艺，包括如下步骤：
按重量份计，将膨胀珍珠岩15份、实施例4改性晶须硅5份、固体添加物20份、实施例2憎水剂4份、苯丙乳液0.4份，搅拌均匀，然后加入磷酸硅1份和水玻璃40份，继续搅拌，混合均匀后，倒入模具中，压制成型、在110℃下干燥至恒重，取出在空气中自然冷却以备后续性能测试、脱模，即得低导热系数憎水珍珠岩复合保温板。其中，固体添加物为沸石、硅藻土按照质量比1：1.2混合而成。
实施例6
低导热系数憎水珍珠岩复合保温板的生产工艺，包括如下步骤：
按重量份计，将膨胀珍珠岩20份、实施例4改性晶须硅8份、固体添加物40份、实施例2憎水剂5份、苯丙乳液0.7份，搅拌均匀，然后加入磷酸硅1.5份和水玻璃45份，继续搅拌，混合均匀后，倒入模具中，压制成型、在110℃下干燥至恒重，取出在空气中自然冷却以备后续性能测试、脱模，即得低导热系数憎水珍珠岩复合保温板。其中，固体添加物为沸石、硅藻土按照质量比1：1.2混合而成。
实施例7
低导热系数憎水珍珠岩复合保温板的生产工艺，包括如下步骤：
按重量份计，将膨胀珍珠岩25份、实施例4改性晶须硅10份、固体添加物60份、实施例2憎水剂6份、苯丙乳液1份，搅拌均匀，然后加入磷酸硅2份和水玻璃50份，继续搅拌，混合均匀后，倒入模具中，压制成型、在110℃下干燥至恒重，取出在空气中自然冷却以备后续性能测试、脱模，即得低导热系数憎水珍珠岩复合保温板。其中，固体添加物为沸石、硅藻土按照质量比1：1.2混合而成。
对比例1
将实施例6中的改性晶须硅换成未改性的晶须硅，其余原料及用量保持不变。
对比例2
将实施例6中的憎水剂，换成市售的有机硅憎水剂，其余原料及制备过程保持不变。
对实施例5-7和对比例1-2制得的样品进行测试，
抗压强度测试参照《无机硬质绝热制品试验方法》(GB/T5486-2008)执行；保温板导热系数测试参照《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》(GB/T10294)；保温板憎水性测试参照《绝热材料憎水性试验方法》(GB/T10299)执行。保温板规格尺寸参照《建筑用膨胀珍珠岩保温板》(JT/T2298-2014)执行。
测试结果如下表1所示：
表1
项目 实施例5 实施例6 实施例7 对比例1 对比例2
导热系数(W/(m·K)) 0.051 0.051 0.051 0.059 0.068
抗压强度(MPa) 0.75 0.75 0.75 0.52 0.64
憎水率％ 98.54 98.54 98.56 95.14 92.41
从上表1可知本发明制得的复合保温板，具有低导热系数，且具有良好的抗压强度和憎水效果。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.低导热系数憎水珍珠岩复合保温板，其特征在于，包括如下重量份原料：膨胀珍珠岩15-25份、改性晶须硅5-10份、固体添加物20-60份、憎水剂4-6份、苯丙乳液0.4-1份，磷酸硅1-2份和水玻璃40-50份；
所述改性晶须硅通过如下步骤制备：
步骤A11、将γ-氨丙基三甲氧基硅烷加入乙醇和去离子水的混合溶剂中，调节pH值为5，加入晶须硅，搅拌1h，搅拌结束后，过滤、干燥得到预改性晶须硅；
步骤A12、将预改性晶须硅和丙酮混合，然后加入三乙胺，加入辛烯基琥珀酸酐溶液，加热回流，搅拌反应6h，反应结束后，过滤、用去离子水洗涤、干燥，得到改性晶须硅。
2.根据权利要求1所述的低导热系数憎水珍珠岩复合保温板，其特征在于，步骤A11中Y-氨丙基三甲氧基硅烷的添加量为混合溶剂质量的8％，乙醇和去离子水的用量体积比为9：1；
步骤A12中辛烯基琥珀酸酐溶液为辛烯基琥珀酸酐和丙酮按照用量比2g：10mL混合而成，预改性晶须硅、三乙胺、辛烯基琥珀酸酐溶液和丙酮的用量比为5g：2g：20-25mL：10mL。
3.根据权利要求1所述的低导热系数憎水珍珠岩复合保温板，其特征在于，憎水剂通过如下步骤制备：
将去离子水、十二烷基硫酸钠、混合单体和过硫酸铵混合，在氮气保护条件下，升温至80℃，恒温反应6h，然后降温至35℃，用氨水调节pH值为7-8，过滤，得到憎水剂。
4.根据权利要求3所述的低导热系数憎水珍珠岩复合保温板，其特征在于，去离子水、十二烷基硫酸钠、混合单体和过硫酸铵的用量比为52mL：2g：30g：0.6g；混合单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、三异丙基硅烷基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸六氟丁酯和辅助单体按照质量比24：6：3：0.3：3：6-10混合而成。
5.根据权利要求3所述的低导热系数憎水珍珠岩复合保温板，其特征在于，辅助单体通过如下步骤制备：
步骤S11、在温度为130℃条件下，将乙醇胺和三聚氰酸混合搅拌10min，然后加热回流16h，反应结束后，得到中间体1；
步骤S12、将中间体1、三乙胺和四氢呋喃混合，在冰水浴条件下，滴加丙烯酰氯，加完后，升温至40℃，反应5h，得到辅助单体。
6.根据权利要求5所述的低导热系数憎水珍珠岩复合保温板，其特征在于，步骤S11中乙醇胺和三聚氰酸的用量摩尔比为6：1；步骤S12中中间体1、丙烯酰氯、三乙胺和四氢呋喃的用量比为2.6g：3g：0.7g：5mL。
7.根据权利要求1所述的低导热系数憎水珍珠岩复合保温板，其特征在于，固体添加物为沸石、硅藻土按照质量比1：1.2混合而成。
8.根据权利要求1所述的低导热系数憎水珍珠岩复合保温板的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
按重量份计，将膨胀珍珠岩、固体添加物、憎水剂、苯丙乳液，搅拌均匀，然后加入磷酸硅和水玻璃，继续搅拌，混合均匀后，倒入模具中，压制成型、烘干、脱模，即得低导热系数憎水珍珠岩复合保温板。
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