CN114605106A - 一种复合建筑材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合建筑材料及其制备方法，以重量份计，包括如下组分的制备原料：硅酸钙粉10‑20份、硅酸铝粉15‑25份、氧化镁5‑10份、低密度聚乙烯树脂10‑15份、改性玄武岩‑蒙脱土复合材料8‑12份、碳黑0.5‑1份，本发明通过将聚氨酯接枝在玄武岩纤维上，有效的降低了玄武岩纤维的孔径尺寸，使热传导受到限制，同时聚氨酯本身具有较低的导热系数，两者协同作用，共同抑制各种热传递的方式，从而提高了复合建筑材料的保温隔热性能；此外，通过对玄武岩纤维进行改性，提高了玄武岩纤维的分散性能，使复合建筑材料的结构更加密实，进而提高了复合建筑材料的力学性能。

Description

一种复合建筑材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种复合建筑材料及其制备方法。
背景技术
在建筑物中使用的材料统称为建筑材料，新型的建筑材料包括的范围很广，有保温材料、隔热材料、高强度材料、会呼吸的材料等都属于新型材料，建筑材料是土木工程和建筑工程中使用的材料的统称。建筑材料可分为结构材料、装饰材料和某些专用材料，结构材料包括木材、竹材、石材、水泥、混凝土、金属、砖瓦、陶瓷、玻璃、工程塑料、复合材料等；装饰材料包括各种涂料、油漆、镀层、贴面、各色瓷砖、具有特殊效果的玻璃等；专用材料指用于防水、防潮、防腐、防火、阻燃、隔音、隔热、保温、密封等。
研制开发和推广应用良好的保温隔热材料，不仅有利于提高建筑面的保温隔热性，改善室内居住环境，同时可以节约能源，降低建筑的使用成本，具有十分重要的意义。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种复合建筑材料及其制备方法，解决现有的建筑材料保温性能不佳的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种复合建筑材料，以重量份计，包括如下组分的制备原料：硅酸钙粉10-20份、硅酸铝粉15-25份、氧化镁5-10份、低密度聚乙烯树脂10-15份、改性玄武岩-蒙脱土复合材料8-12份、碳黑0.5-1份。
优选的，所述改性玄武岩-蒙脱土复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)玄武岩纤维的预处理：将玄武岩纤维置于研钵中进行研磨，再将研磨的玄武岩纤维置于碱液中浸渍处理，然后经洗涤、干燥后，在250-350℃下热处理1-2h，即得到预处理玄武岩纤维；
(2)改性玄武岩纤维的制备：将步骤(1)得到的预处理玄武岩纤维分散在甲醇溶剂中，然后向其中加入聚氨酯树脂和硅烷偶联剂，加热搅拌回流反应，待反应结束后，将反应产物进行洗涤、干燥，即得到改性玄武岩纤维；
(3)复合材料的制备：将蒙脱土添加到醋酸溶液中，搅拌均匀，然后向其中加入改性玄武岩纤维、钛酸酯偶联剂和过氧化二异丙苯，进行反应，待反应完成后，将反应产物进行过滤、洗涤和真空干燥，即得到复合材料。
优选的，步骤(1)中，所述碱液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，碱液的浓度为2-4mol/L。
优选的，步骤(2)中，所述预处理玄武岩纤维、聚氨酯树脂和硅烷偶联剂的质量比为10-20:16-25:6-12。
优选的，步骤(2)中，所述硅烷偶联剂选自硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560或硅烷偶联剂KH570中的一种。
优选的，步骤(2)中，反应温度为60-80℃，反应时间为2-4h。
优选的，步骤(3)中，所述蒙脱土、改性玄武岩纤维、钛酸酯偶联剂和过氧化二异丙苯的质量比为20-30:10-15:5-8:0.3-0.6。
优选的，步骤(3)中，所述醋酸溶液的质量分数为20-40％。
优选的，步骤(3)中，反应温度为70-90℃，反应时间为1-3h。
本发明还提供上述复合建筑材料的制备方法，具体制备步骤如下：按配方量将硅酸钙粉、硅酸铝粉、氧化镁、低密度聚乙烯树脂、改性玄武岩-蒙脱土复合材料和碳黑置于搅拌机中，搅拌30-50min，得到混合均匀的浆料，再将制得的浆料置于模具成型机中成型，在60-80℃下干燥2-4h，脱模后即可得到复合建筑材料。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明为了提高复合建筑材料的保温性能，先对玄武岩纤维进行预处理，提高玄武岩纤维的表面粗糙度，使得更多的羟基暴露在表面，为接枝聚氨酯提供更多的活性位点，提高了接枝率，通过将聚氨酯接枝在玄武岩纤维上，有效的降低了玄武岩纤维的孔径尺寸，使热传导受到限制，同时聚氨酯本身具有较低的导热系数，两者协同作用，共同抑制各种热传递的方式，从而提高了复合建筑材料的保温隔热性能；此外，通过对玄武岩纤维进行改性，提高了玄武岩纤维的分散性能，使复合建筑材料的结构更加密实，进而提高了复合建筑材料的力学性能。
(2)本发明通过化学结合的方式将改性玄武岩纤维插入蒙脱土的片层结构中间，使得蒙脱土各个层面之间的层间距逐渐增大，延长了热传导的路径，进一步提高了复合建筑材料的保温隔热性能，同时蒙脱土具有良好的吸附性能，可以提高复合建筑材料的内聚力，有助于提高复合建筑材料的密实度，从而进一步提高复合建筑材料的力学性能。
具体实施方式
以下通过具体较佳实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明并不仅限于以下的实施例。
需要说明的是，无特殊说明外，本发明中涉及到的化学试剂均通过商业渠道购买。
本发明中所使用的硅酸钙粉购自江西奥特科技有限公司；
硅酸铝粉购自上海谐康新材料科技有限公司；
氧化镁购自山东奥创化工有限公司；
低密度聚乙烯树脂购自东莞市胜浩塑胶原料有限公司；
玄武岩纤维购自山东森泓工程材料有限公司；
蒙脱土购自河北泽旭建材科技发展有限公司，规格为325目；
碳黑购自济南泉星新材料有限公司；
聚氨酯树脂购自江苏普乐司生物科技有限公司，CAS型号：9009-54-5。
实施例1
一种复合建筑材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)改性玄武岩-蒙脱土复合材料的制备
将20g玄武岩纤维置于研钵中进行研磨，再将研磨的玄武岩纤维置于500mL，2mol/L的氢氧化钠溶液中浸渍处理，然后经洗涤、干燥后，在250℃下热处理1h，即得到预处理玄武岩纤维；
将10g预处理玄武岩纤维分散在200mL甲醇溶剂中，然后向其中加入16g聚氨酯树脂和8g硅烷偶联剂KH560，在60℃下搅拌回流反应2h，待反应结束后，将反应产物进行洗涤、干燥，即得到改性玄武岩纤维；
将20g蒙脱土添加到300mL，20wt％醋酸溶液中，搅拌均匀，然后向其中加入10g改性玄武岩纤维、6g钛酸酯偶联剂HY-207和0.4g过氧化二异丙苯，在80℃下反应2h，待反应完成后，将反应产物进行过滤、洗涤和真空干燥，即得到改性玄武岩-蒙脱土复合材料；
(2)复合建筑材料的制备：将10g硅酸钙粉、15g硅酸铝粉、5g氧化镁、10g低密度聚乙烯树脂、8g改性玄武岩-蒙脱土复合材料和0.6g碳黑置于搅拌机中，搅拌30min，得到混合均匀的浆料，再将制得的浆料置于模具成型机中成型，在60℃下干燥2h，脱模后即可得到复合建筑材料。
实施例2
一种复合建筑材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)改性玄武岩-蒙脱土复合材料的制备
将20g玄武岩纤维置于研钵中进行研磨，再将研磨的玄武岩纤维置于500mL，3mol/L的氢氧化钠溶液中浸渍处理，然后经洗涤、干燥后，在300℃下热处理2h，即得到预处理玄武岩纤维；
将10g预处理玄武岩纤维分散在200mL甲醇溶剂中，然后向其中加入20g聚氨酯树脂和10g硅烷偶联剂KH550，在70℃下搅拌回流反应3h，待反应结束后，将反应产物进行洗涤、干燥，即得到改性玄武岩纤维；
将30g蒙脱土添加到300mL，25wt％醋酸溶液中，搅拌均匀，然后向其中加入15g改性玄武岩纤维、8g钛酸酯偶联剂HY-207和0.5g过氧化二异丙苯，在90℃下反应1h，待反应完成后，将反应产物进行过滤、洗涤和真空干燥，即得到改性玄武岩-蒙脱土复合材料；
(2)复合建筑材料的制备：将15g硅酸钙粉、20g硅酸铝粉、8g氧化镁、12g低密度聚乙烯树脂、10g改性玄武岩-蒙脱土复合材料和0.8g碳黑置于搅拌机中，搅拌40min，得到混合均匀的浆料，再将制得的浆料置于模具成型机中成型，在80℃下干燥3h，脱模后即可得到复合建筑材料。
实施例3
一种复合建筑材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)改性玄武岩-蒙脱土复合材料的制备
将20g玄武岩纤维置于研钵中进行研磨，再将研磨的玄武岩纤维置于500mL，4mol/L的氢氧化钠溶液中浸渍处理，然后经洗涤、干燥后，在350℃下热处理2h，即得到预处理玄武岩纤维；
将15g预处理玄武岩纤维分散在200mL甲醇溶剂中，然后向其中加入25g聚氨酯树脂和12g硅烷偶联剂KH550，在80℃下搅拌回流反应2h，待反应结束后，将反应产物进行洗涤、干燥，即得到改性玄武岩纤维；
将25g蒙脱土添加到300mL，25wt％醋酸溶液中，搅拌均匀，然后向其中加入12g改性玄武岩纤维、6g钛酸酯偶联剂HY-207和0.4g过氧化二异丙苯，在80℃下反应2h，待反应完成后，将反应产物进行过滤、洗涤和真空干燥，即得到改性玄武岩-蒙脱土复合材料；
(2)复合建筑材料的制备：将20g硅酸钙粉、18g硅酸铝粉、10g氧化镁、10g低密度聚乙烯树脂、12g改性玄武岩-蒙脱土复合材料和1g碳黑置于搅拌机中，搅拌40min，得到混合均匀的浆料，再将制得的浆料置于模具成型机中成型，在80℃下干燥3h，脱模后即可得到复合建筑材料。
实施例4
一种复合建筑材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)改性玄武岩-蒙脱土复合材料的制备
将20g玄武岩纤维置于研钵中进行研磨，再将研磨的玄武岩纤维置于500mL，3mol/L的氢氧化钠溶液中浸渍处理，然后经洗涤、干燥后，在320℃下热处理2h，即得到预处理玄武岩纤维；
将18g预处理玄武岩纤维分散在200mL甲醇溶剂中，然后向其中加入24g聚氨酯树脂和10g硅烷偶联剂KH560，在70℃下搅拌回流反应4h，待反应结束后，将反应产物进行洗涤、干燥，即得到改性玄武岩纤维；
将24g蒙脱土添加到300mL，25wt％醋酸溶液中，搅拌均匀，然后向其中加入15g改性玄武岩纤维、8g钛酸酯偶联剂HY-207和0.6g过氧化二异丙苯，在70℃下反应3h，待反应完成后，将反应产物进行过滤、洗涤和真空干燥，即得到改性玄武岩-蒙脱土复合材料；
(2)复合建筑材料的制备：将18g硅酸钙粉、20g硅酸铝粉、8g氧化镁、12g低密度聚乙烯树脂、10g改性玄武岩-蒙脱土复合材料和0.8g碳黑置于搅拌机中，搅拌50min，得到混合均匀的浆料，再将制得的浆料置于模具成型机中成型，在70℃下干燥3h，脱模后即可得到复合建筑材料。
对比例1
一种复合建筑材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)玄武岩纤维预处理：将10g玄武岩纤维置于研钵中进行研磨、粉碎，得到预处理玄武岩纤维；
(2)复合建筑材料的制备：将20g硅酸钙粉、18g硅酸铝粉、10g氧化镁、10g低密度聚乙烯树脂、6g预处理玄武岩纤维、6g蒙脱土和1g碳黑置于搅拌机中，搅拌40min，得到混合均匀的浆料，再将制得的浆料置于模具成型机中成型，在80℃下干燥3h，脱模后即可得到复合建筑材料。
对比例2
一种复合建筑材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)改性玄武岩纤维的制备
将20g玄武岩纤维置于研钵中进行研磨，再将研磨的玄武岩纤维置于500mL，4mol/L的氢氧化钠溶液中浸渍处理，然后经洗涤、干燥后，在350℃下热处理2h，即得到预处理玄武岩纤维；
将15g预处理玄武岩纤维分散在200mL甲醇溶剂中，然后向其中加入25g聚氨酯树脂和12g硅烷偶联剂KH550，在80℃下搅拌回流反应2h，待反应结束后，将反应产物进行洗涤、干燥，即得到改性玄武岩纤维；
(2)复合建筑材料的制备：将20g硅酸钙粉、18g硅酸铝粉、10g氧化镁、10g低密度聚乙烯树脂、12g改性玄武岩纤维和1g碳黑置于搅拌机中，搅拌40min，得到混合均匀的浆料，再将制得的浆料置于模具成型机中成型，在80℃下干燥3h，脱模后即可得到复合建筑材料。
将实施例1-4和对比例1-2所制备的复合建筑材料在20℃、相对湿度为90％的条件下养护28天，然后测试其导热系数和力学性能，其中导热系数的测定参照GB/T10294-2008标准进行，力学性能的测试参照JC/T 1062-2007标准进行，测试结果如下表所示：
Figure BDA0003551740770000071
Figure BDA0003551740770000081
从表中可以看出，本实施例所制备的复合建筑材料具有良好的保温性能以及优异的力学性能。
最后需要说明的是：以上实施例不以任何形式限制本发明。对本领域技术人员来说，在本发明基础上，可以对其作一些修改和改进。因此，凡在不偏离本发明精神的基础上所做的任何修改或改进，均属于本发明要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种复合建筑材料，其特征在于，以重量份计，包括如下组分的制备原料：硅酸钙粉10-20份、硅酸铝粉15-25份、氧化镁5-10份、低密度聚乙烯树脂10-15份、改性玄武岩-蒙脱土复合材料8-12份、碳黑0.5-1份。
2.根据权利要求1所述的复合建筑材料，其特征在于，所述改性玄武岩-蒙脱土复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)玄武岩纤维的预处理：将玄武岩纤维置于研钵中进行研磨，再将研磨的玄武岩纤维置于碱液中浸渍处理，然后经洗涤、干燥后，在250-350℃下热处理1-2h，即得到预处理玄武岩纤维；
(2)改性玄武岩纤维的制备：将步骤(1)得到的预处理玄武岩纤维分散在甲醇溶剂中，然后向其中加入聚氨酯树脂和硅烷偶联剂，加热搅拌回流反应，待反应结束后，将反应产物进行洗涤、干燥，即得到改性玄武岩纤维；
(3)复合材料的制备：将蒙脱土添加到醋酸溶液中，搅拌均匀，然后向其中加入改性玄武岩纤维、钛酸酯偶联剂和过氧化二异丙苯，进行反应，待反应完成后，将反应产物进行过滤、洗涤和真空干燥，即得到复合材料。
3.根据权利要求2所述的复合建筑材料，其特征在于，步骤(1)中，所述碱液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，碱液的浓度为2-4mol/L。
4.根据权利要求2所述的复合建筑材料，其特征在于，步骤(2)中，所述预处理玄武岩纤维、聚氨酯树脂和硅烷偶联剂的质量比为10-20:16-25:6-12。
5.根据权利要求2所述的复合建筑材料，其特征在于，步骤(2)中，所述硅烷偶联剂选自硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560或硅烷偶联剂KH570中的一种。
6.根据权利要求2所述的复合建筑材料，其特征在于，步骤(2)中，反应温度为60-80℃，反应时间为2-4h。
7.根据权利要求2所述的复合建筑材料，其特征在于，步骤(3)中，所述蒙脱土、改性玄武岩纤维、钛酸酯偶联剂和过氧化二异丙苯的质量比为20-30:10-15:5-8:0.3-0.6。
8.根据权利要求2所述的复合建筑材料，其特征在于，步骤(3)中，所述醋酸溶液的质量分数为20-40％。
9.根据权利要求2所述的复合建筑材料，其特征在于，步骤(3)中，反应温度为70-90℃，反应时间为1-3h。
10.一种如权利要求1-9任一项所述复合建筑材料的制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下：按配方量将硅酸钙粉、硅酸铝粉、氧化镁、低密度聚乙烯树脂、改性玄武岩-蒙脱土复合材料和碳黑置于搅拌机中，搅拌30-50min，得到混合均匀的浆料，再将制得的浆料置于模具成型机中成型，在60-80℃下干燥2-4h，脱模后即可得到复合建筑材料。
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