CN114316484A - 一种环保耐火板材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种环保耐火板材及其制备方法，包括如下组分：合成胶乳、聚四氟乙烯、高岭土、膨胀珍珠岩、复配硅烷偶联剂改性贝壳粉，所述环保耐火板材中不含有萤石矿尾矿。在现有技术的基础上，本发明通过偶联剂的复配筛选以及贝壳粉种类的优化，成功解决了现有技术中的如下技术问题：(1)将贝壳粉应用于环保耐火板材体系中虽具有净化空气的效果但其强度较差；(2)萤石矿尾矿在某些地方不易获得，价格较高，且萤石矿尾矿预处理过程复杂，需要旋流器、浓密机等专业设备，成本较高，不利于大规模生产。
Description
技术领域
本发明属于环保耐火板材技术领域。
背景技术
钢材作为装配式建筑中常用的建筑材料，既存在诸多优越性也存在不可忽视的缺点，其作为建筑材料存在的最大缺点为耐火性能比较差，所以为了提高钢结构的抗火能力，一般采取防火保护措施，使钢构件达到规定的耐火极限要求。
建筑防火板材因易加工、轻质、装饰功能好、施工时为干作业等特性，常作为钢结构的防火保护材料。常用的建筑防火板材有：石膏板、硅酸钙板、玻镁板、CCA板等，这些板材相比于传统建筑材料，具有如下几种主要特点：
(1)轻质：相对于传统建筑材料质量较轻，比如隔墙以纸面石膏板覆面，重量相对于同厚砖墙或者砌块墙体要大幅减轻；
(2)良好隔音与隔热性能：由于板材内部存在很多细小气孔，而且空气导热系数相对于材质自身导热系数要小，故拥有优质的保温性能；
(3)易加工，施工简单方便：建筑防火板材具有可钉、可锯、可粘的性能，方便加工，施工简单；
(4)装饰功效优越：由于建筑板材多为固体板材，故其拥有表面平整度高的特点，可实现表面无缝连接，进行表面装饰。
利用贝壳粉作为耐火板材的基料，可以“吸收”甲醛、甲苯等有机气体，可以有效地净化空气。虽然，贝壳粉具有净化空气的效果，但其粘结强度较差仍是急需解决的技术问题。
专利文献201910283759.8公开了一种含有萤石矿尾矿的耐火板材及其制备方法，其利用将萤石矿尾矿进行预处理后与其他原料混合热压制成耐火板材，来提高强度和防火性能。但其主要存在如下问题：萤石矿尾矿在某些地方不易获得，价格较高，且萤石矿尾矿预处理过程复杂，需要旋流器、浓密机等专业设备，成本较高，不利于大规模生产。因此，如果能开发出不添加经预处理的萤石矿尾矿的耐火板材成为研究重点，在不添加经预处理的萤石矿尾矿的基础上，如果还能保持强度和防火性能甚至能一定程度提高强度和防火性能是最佳的替代方案。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种环保耐火板材，由如下重量份组分构成：
合成胶乳28～32份；
聚四氟乙烯48～52份；
高岭土50～54份；
膨胀珍珠岩10～12份；
复配硅烷偶联剂改性贝壳粉98～102份；
所述环保耐火板材中不含有萤石矿尾矿；
优选地，所述复配硅烷偶联剂改性贝壳粉由如下方法制备得到：
(1)将贝壳粉碎至0.5-1.5mm，获得产物A；
(2)将产物A在1200℃保温煅烧60min后冷却，获得产物B；
(3)将产物B进行纳米粉碎处理，获得产物C；
(4)将复配硅烷偶联剂、无水乙醇混合，水浴超声分散均匀，获得产物D；
(5)在产物D中加入产物C，在110℃油浴锅中搅拌60min，经过滤、洗涤、干燥，获得复配硅烷偶联剂改性贝壳粉；
所述复合硅烷偶联剂的用量占产物C的5～10wt％；
优选地，所述贝壳粉为海蚌壳；所述复配硅烷偶联剂为β-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷与具有式(1)的硅烷偶联剂按质量比1:1进行复配得到；
本发明还提供了一种环保耐火板材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将膨胀珍珠岩粉碎，之后加入复配硅烷偶联剂改性贝壳粉混合干磨，之后加入高岭土继续干磨，最后加入聚四氟乙烯和合成胶乳，搅拌混合后，将混合物料在模具中叠放经热压成型，自然冷却得到环保耐火板材。
本发明具有如下有益效果：
相比于现有技术201910283759.8，本申请从一个完全不同的技术路线提出了改进强度和防火性能的方法，相比于未改性的贝壳粉，改性后的贝壳粉可以有效提高耐火板材体系的强度；在总用量相同的情况下，相比使用单一的硅烷偶联剂，本发明使用的复配偶联剂产生了协同增效(1+1>2)的技术效果，协同增效技术效果并非发生于任意两种不同的硅烷偶联剂复配，这表明仅使用本发明中限定的复配硅烷偶联剂才能发挥出最大的协同效果；这种改性效果非常依赖于贝壳粉的种类，即海蚌壳，当将海蚌壳替换为其它本领域常用的贝壳粉时，无法获得理想的强度效果。
本申请成功解决了在不添加经预处理的萤石矿尾矿的基础上还能保持强度和防火性能甚至能一定程度提高强度和防火性能，规避了萤石矿尾矿在某些地方不易获得，价格较高，且萤石矿尾矿预处理过程复杂，需要旋流器、浓密机等专业设备，成本较高，不利于大规模生产等问题。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
实施例1
复配硅烷偶联剂改性贝壳粉由如下方法制备得到：
(1)将贝壳粉碎至0.5-1.5mm，获得产物A；
(2)将产物A在1200℃保温煅烧60min后冷却，获得产物B；
(3)将产物B进行纳米粉碎处理，获得产物C；
(4)将复配硅烷偶联剂、无水乙醇混合，水浴超声分散均匀，获得产物D；
(5)在产物D中加入产物C，在110℃油浴锅中搅拌60min，经过滤、洗涤、干燥，获得复配硅烷偶联剂改性贝壳粉；
所述复合硅烷偶联剂的用量占产物C的7.5wt％；
所述贝壳粉为海蚌壳；所述复配硅烷偶联剂为β-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷与具有式(1)的硅烷偶联剂按质量比1:1进行复配得到；
实施例2
一种环保耐火板材，由如下重量份组分构成：
合成胶乳28份；
聚四氟乙烯48份；
高岭土50份；
膨胀珍珠岩10份；
实施例1制备得到的复配硅烷偶联剂改性贝壳粉98～102份；
所述环保耐火板材中不含有萤石矿尾矿。
制备方法如下：
将膨胀珍珠岩粉碎，之后加入复配硅烷偶联剂改性贝壳粉混合干磨，之后加入高岭土继续干磨，最后加入聚四氟乙烯和合成胶乳，搅拌混合后，将混合物料在模具中叠放经热压成型，自然冷却得到环保耐火板材。
经检测，防火性能为A级。
实施例3
一种环保耐火板材，由如下重量份组分构成：
合成胶乳30份；
聚四氟乙烯50份；
高岭土52份；
膨胀珍珠岩11份；
实施例1制备得到的复配硅烷偶联剂改性贝壳粉100份；
所述环保耐火板材中不含有萤石矿尾矿。
制备方法如下：
将膨胀珍珠岩粉碎，之后加入复配硅烷偶联剂改性贝壳粉混合干磨，之后加入高岭土继续干磨，最后加入聚四氟乙烯和合成胶乳，搅拌混合后，将混合物料在模具中叠放经热压成型，自然冷却得到环保耐火板材。
经检测，防火性能为A级。
实施例4
一种环保耐火板材，由如下重量份组分构成：
合成胶乳32份；
聚四氟乙烯52份；
高岭土54份；
膨胀珍珠岩12份；
实施例1制备得到的复配硅烷偶联剂改性贝壳粉102份；
所述环保耐火板材中不含有萤石矿尾矿。
制备方法如下：
将膨胀珍珠岩粉碎，之后加入复配硅烷偶联剂改性贝壳粉混合干磨，之后加入高岭土继续干磨，最后加入聚四氟乙烯和合成胶乳，搅拌混合后，将混合物料在模具中叠放经热压成型，自然冷却得到环保耐火板材。
经检测，防火性能为A级。
对比例1
复配硅烷偶联剂改性贝壳粉替换为未改性处理的贝壳粉，其它与实施例3和实施例1相同。
对比例2
β-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷替换为硅烷偶联剂KH560，其它与实施例3和实施例1相同。
对比例3
具有式(1)的硅烷偶联剂替换为KH550，其它与实施例3和实施例1相同。
对比例4
复配硅烷偶联剂替换为仅选用β-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷，其它与实施例3和实施例1相同。
对比例5
复配硅烷偶联剂替换为仅选用具有式(1)的硅烷偶联剂，其它与实施例3和实施例1相同。
对比例6
海蚌壳替换为贻贝壳，其它与实施例3和实施例1相同。
对比例7
海蚌壳替换为花甲壳，其它与实施例3和实施例1相同。
效果表征
在统一的实验标准和实验条件下，对实施例3和对比例1-7进行抗折强度检测，结果如下：
| 抗折强度(MPa) | |
| 实施例3 | 7.2 |
| 对比例1 | 5.5 |
| 对比例2 | 6.4 |
| 对比例3 | 6.2 |
| 对比例4 | 5.8 |
| 对比例5 | 6.0 |
| 对比例6 | 6.8 |
| 对比例7 | 6.7 |
分析上述结果，可以得出如下结论：(1)从实施例2和对比例1的效果数据对比来看，相比于未改性的贝壳粉，改性后的贝壳粉可以有效提高耐火板材体系的抗折强度；(2)从实施例2和对比例4-5的效果数据对比来看，在总用量相同的情况下，相比使用单一的硅烷偶联剂，本发明使用的复配偶联剂产生了协同增效(1+1>2)的技术效果；(3)从实施例2和对比例2-3的效果数据对比来看，这种特有的协同增效技术效果并非发生于任意两种不同的硅烷偶联剂复配，这表明仅使用本发明中限定的复配硅烷偶联剂才能发挥出最大的协同效果；(4)从实施例2和对比例6-7的效果数据对比来看，这种改性效果非常依赖于贝壳粉的种类，即海蚌壳，当将海蚌壳替换为其它本领域常用的贝壳粉时，无法获得理想的抗折强度。
Claims (4)
1.一种环保耐火板材，其特征在于，所述环保耐火板材由如下重量份组分构成：
合成胶乳28～32份；
聚四氟乙烯48～52份；
高岭土50～54份；
膨胀珍珠岩10～12份；
复配硅烷偶联剂改性贝壳粉98～102份；
所述环保耐火板材中不含有萤石矿尾矿。
2.根据权利要求1所述的环保耐火板材，其特征在于，所述复配硅烷偶联剂改性贝壳粉由如下方法制备得到：
(1)将贝壳粉碎至0.5-1.5mm，获得产物A；
(2)将产物A在1200℃保温煅烧60min后冷却，获得产物B；
(3)将产物B进行纳米粉碎处理，获得产物C；
(4)将复配硅烷偶联剂、无水乙醇混合，水浴超声分散均匀，获得产物D；
(5)在产物D中加入产物C，在110℃油浴锅中搅拌60min，经过滤、洗涤、干燥，获得复配硅烷偶联剂改性贝壳粉；
所述复合硅烷偶联剂的用量占产物C的5～10wt％。
3.根据权利要求2所述的环保耐火板材，其特征在于，所述贝壳粉为海蚌壳；所述复配硅烷偶联剂为β-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷与具有式(1)的硅烷偶联剂按质量比1:1进行复配得到；
4.一种根据权利要求1所述的环保耐火板材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将膨胀珍珠岩粉碎，之后加入复配硅烷偶联剂改性贝壳粉混合干磨，之后加入高岭土继续干磨，最后加入聚四氟乙烯和合成胶乳，搅拌混合后，将混合物料在模具中叠放经热压成型，自然冷却得到环保耐火板材。
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