CN114656238B - 一种超疏水薄涂型a1级阻燃无机保温膏料及其制备方法 - Google Patents

一种超疏水薄涂型a1级阻燃无机保温膏料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超疏水薄涂型A1级阻燃无机保温膏料及其制备方法，一种超疏水薄涂型A1级阻燃无机保温膏料，由以下组分按照以下质量份数比制备而成：水、硅烷改性剂、抗裂纤维、甲基硅酸钾、改性硅溶胶、硅灰、白炭黑、增稠剂、中空玻璃微珠、玻化微珠、保水剂、稳定剂、气凝胶。本发明成功填补了A1级阻燃无机保温膏料的空白，提高了建筑内保温的安全性能。本发明引入无机硅酸盐，使得体系导热系数低，且保持高强度，通过对膏料进行超疏水改性，有效阻隔了水进入膏料内部，避免了水分子对硅酸钾和硅溶胶无机胶凝体系的强度破坏。

Description

一种超疏水薄涂型A1级阻燃无机保温膏料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种超疏水薄涂型A1级阻燃无机保温膏料及其制备方法。
背景技术
近年来，随着建筑外保温材料起火和脱落事故频发，建筑内保温材料无机保温膏料越来越受到青睐，但是目前市场上常见的无机保温膏料一味的追求价格低廉，而忽视了其本质的功能性，比如保温性能，防火性能以及强度等等。
申请公布号CN 110194640 A(申请号201910338097.X)的中国专利文献公开了一种气凝胶无机保温膏料及使用方法，按以下重量百分比制备而成，无机类气凝胶30-50份、复合类气凝胶20-40份、二氧化硅骨料15-25份、水硬性胶凝材料35-60份、减水剂3-6份、增强剂2-8份、高分子聚合物乳液31-48份、聚乙烯纤维块23-36份、氢氧化钙溶液7-13份、岩棉块18-32份、云母粉13-20份、助剂9-16份、高珠4-7份、角粉2.5-6.5份，该方法制备的气凝胶无机保温膏料重在维持导热系数的稳定性，因为有机物含量较高无法达到A级不燃性能。申请公布号CN 108546077A(申请号201810569323.0)的中国专利文献公开了一种无机保温膏料的制备方法，按以下重量百分比制备而成，聚丙烯纤维丝10-20份、助剂3-5份、改性助剂20-45份、云母粉20-40份、玻化微珠50-80份、漂珠50-80 份、高珠20-40份、角粉10-30份、余量为水，该方法制备的无机保温膏料导热系数在0.05W(m.k)以上，且拉伸粘结强度很低，小于0.1MPa。申请公布号CN 112707713 A(申请号202011591448.7)的中国专利文献公开了一种建筑内保温用无机膏料及其制备方法，按重量百分比计，所述保温膏的各组分的含量为：水50-70份、无机胶凝材料6-15份，聚合物乳液3-6份、轻质隔热填料20-25份、纤维素0.1-0.5份、可分散胶粉0.5-1份、纤维0.1-0.3份、引气剂0.05-0.1份、成膜助剂0.04-0.06份、缓凝剂0.1-0.5份、疏水剂0.2-0.5份、减水剂0.1-0.5 份、增稠剂0.1-0.5份，该配方采用聚合物有机乳液和胶粉作为胶凝材料，燃烧等级只能达到为A2级。
现有的无机保温膏料为保证其强度和导热性能，多采用空心膨化玻珠作为隔热填料，配合有机胶凝材料乳液或无机胶凝材料水泥、石膏等作为主要粘结材料复合而成的，添加有机乳液难以实现A1级不燃，具备极大的建筑安全隐患，添加水泥、石膏对导热系数影响较大，保温效果一般，施工厚度需达到3cm，且由于膏料耗量大，极大的占用了室内可使用面积，特别是在上海这类一线城市造成了极大的空间浪费，因此实现低导热和A1级不燃兼备的膏料具备极大的难度；此外隔热填料表现为多孔结构，如出现墙体渗水，或在湿度大的环境中极易吸收周围的水分造成导热系数升高，保温性能下降，不利于长效保温。因此制备一种超疏水薄涂型A1级阻燃无机保温膏料，并保持其性能的稳定性具备较高的市场价值和应用前景。
硅酸钾、硅溶胶作为无机胶凝材料，具备优异的强度，且对产品的导热系数影响较水泥、石膏小，是一种极佳的A1级防火胶凝材料，但存在耐水性能差，在潮湿环境中无机胶凝材料的分子结构会发生破坏，影响其强度，因此将硅酸钾和硅溶胶用于A1级阻燃无机保温膏料的制备，并在高湿度环境下维持其强度成为一道难题。
发明内容
本发明提供一种超疏水薄涂型A1级阻燃无机保温膏料及其制备方法，本发明采用硅酸钾与硅溶胶混合的无机胶凝体系，然后利用硅烷改性剂、改性纳米二氧化硅和中空玻璃微珠在无机保温膏料表面构成微-纳米尺寸粗糙度形成超疏水表面，最后引入低导热系数的二氧化硅气凝胶，制成的无机保温膏料属于薄涂型，它不仅超疏水，而且能达到A1级阻燃。
本发明通过以下技术方案实现：
一种超疏水薄涂型A1级阻燃无机保温膏料，由以下组分按照以下质量份数比制备而成：
Figure BDA0003582427070000031
优选的，所述抗裂纤维为长度为4-6mm的玻璃纤维；所述抗裂纤维的，该长度的纤维满足抗开裂的同时还具备在体系中良好的分散性能。
优选的，所述硅烷改性剂为道康宁DC51。
优选的，所述甲基硅酸钾为澳润化工K100甲基硅酸钾。
优选的，所述改性硅溶胶为澳润化工S308改性硅溶胶。它的直径为70-80nm。
优选的，所述硅灰为粒度为300-600目的微硅粉。
优选的，所述白炭黑为粒度为20-37万目的二氧化硅纳米颗粒。
优选的，所述增稠剂为膨润土。
优选的，所述中空玻璃微珠为粒度为180-250目的空心中空玻璃微珠粉末。
优选的，所述玻化微珠为粒度为20-25目的膨胀玻化微珠。
优选的，所述保水剂为羟丙基甲基纤维素。
优选的，所述稳定剂为季铵盐稳定剂。
优选的，所述气凝胶为二氧化硅气凝胶粉末。
一种超疏水薄涂型A1级阻燃无机保温膏料的制备方法，包括以下步骤：S1. 先将增稠剂、中空玻璃微珠、玻化微珠、保水剂、硅灰和气凝胶投入到卧式干粉搅拌机设备中，进行预混，转速为300r/min，混合时间15分钟；
S2.将纳米二氧化硅、硅烷改性剂和部分水加入到拉缸中搅拌10分钟，对二氧化硅纳米颗粒进行超疏水改性，依次加入纤维、甲基硅酸钾、改性硅溶胶以及稳定剂，搅拌15分钟，至均匀状态；
S3.取S1中预混好的粉体3/4的量投入到混好的S2中，搅拌至干团消失，然后加入余下的全部粉体，并用剩余水量冲边，充分搅拌至干团消失。
S4.将拉缸拉至升降机下，倒料至包装袋中，经称重，密封，缝包，待检后入库。
本发明采用硅酸钾与硅溶胶混合的无机胶凝体系，然后利用硅烷改性纳米二氧化硅和中空中空玻璃微珠在无机保温膏料表面构成微-纳米尺寸粗糙度形成超疏水表面，最后引入低导热系数的二氧化硅气凝胶，制备了一种超疏水薄涂型A1级阻燃无机保温膏料。
本发明中将无机硅酸钾与硅溶胶进行复配产生协同作用，替换有机乳液，使膏料的强度增加，有机物含量降低，进一步提升了膏料的阻燃性能，达到A1 级阻燃效果。
本发明通过硅烷改性剂对纳米二氧化硅进行低表面能改性，并与微米尺度的中空玻璃微珠共同作用于无机保温膏料表面，通过硅烷改性剂和微-纳米尺度的修饰使其具备优异的超疏水性能，该方法制备的疏水剂相较于一般疏水剂疏水效果更佳，且更加长效持久。当有水接触到膏料表面时，会在膏料和水之间捕获一层超疏水表面特有空气层，阻碍水分子与无机胶凝材料的接触，维持其强度的稳定性，并防止由于膏料吸水造成的导热系数升高，使其具备持久的保温效果。
本发明中将气凝胶引入到配方中，气凝胶是世界上已知最轻的固体，导热系数远低于中空玻璃微珠和玻化微珠，是一种优良的热绝缘体，在不破坏气凝胶骨架结构的前提下，通过少量的添加，可使该体系制备的无机保温膏料导热系数达到0.042，通过热阻计算公式得出，该无机保温膏料仅需涂敷常规无机保温膏厚度(导热系数0.055)的76％，即可达到同等的保温效果，在较薄的厚度下即可实现良好的保温隔热效果。
本发明将玻化微珠和中空玻璃微珠作为主要填料用于一种超疏水薄涂型A1 级阻燃无机保温膏料，中空玻璃微珠是近年来发展起来的一种新型材料，具备一种轻质、低导热和高强度等特点。将中空玻璃微珠和玻化微珠进行级配，使得颗粒之间的填充达到满足力学性能的最优值，极大的提高了保温膏料的抗压强度和拉升粘结强度，使得膏料施工后不易出现空鼓脱落现象。
较之前的现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明成功填补了A1级阻燃无机保温膏料的空白，提高了建筑内保温的安全性能。
本发明引入无机硅酸盐，使得体系导热系数低，且保持高强度，通过对膏料进行超疏水改性，有效阻隔了水进入膏料内部，避免了水分子对硅酸钾和硅溶胶无机胶凝体系的强度破坏。
本发明通过对膏料进行超疏水改性避免了膏料内部玻珠由于吸水造成的导热系数升高，使得膏料保持长效保温。
通过粉体的级配，不同颗粒之间的堆积更加密实，极大的提高了产品的抗压强度和粘结强度，且施工后无空鼓无脱落。
该无机保温膏料，导热系数更低，仅需涂敷常规方法制备的无机保温膏厚度的76％，即可实现与其他方法制备的无机保温膏料同等的保温效果。
附图说明
图1是实施例1的膏料的水接触角的实验结果。
图2是对比例1的膏料的水接触角的实验结果。
具体实施方案
下面结合具体实施方式对本发明进一步阐述。
实施例1
S1.先将0.05份的增稠剂，26份的中空玻璃微珠，2.6份的玻化微珠，0.05 份的保水剂、1份的硅灰和0.5份的气凝胶投入到卧式干粉搅拌机设备中，进行预混，转速为300r/min，混合时间15分钟；
S2.将52份的水，0.2份的纳米二氧化硅和0.05份的硅烷改性剂加入到拉缸中搅拌10分钟，对二氧化硅纳米颗粒进行超疏水改性，依次加入0.1份的抗裂纤维，1.5份的甲基硅酸钾，5.9份的改性硅溶胶，0.05份的稳定剂，搅拌 15分钟，至均匀状态；
S3.取S1中预混好的粉体3/4的量投入到混好的S2中，搅拌至干团消失，然后加入余下的全部粉体，并用剩余10份的水量冲边，充分搅拌至干团消失。
S4.将拉缸拉至升降机下，倒料至包装袋中，经称重，密封，缝包，待检后入库。
对比例1
与实施例1不同的是，本对比例未添加纳米二氧化硅和硅烷改性剂。
图1中所示液滴为亚甲基蓝染色水溶液，为实施例1的(添加0.2份的纳米二氧化硅和0.05份的硅烷改性剂制备)的膏料，水的接触角为152°；图2 的膏料与实施例1不同的是(未添加纳米二氧化硅和硅烷改性剂)，水的接触角为96°。
实施例2
S1.先将0.15份的增稠剂，28份的中空玻璃微珠，2.8份的玻化微珠，0.15 份的保水剂、2份的硅灰和1.5份的气凝胶投入到卧式干粉搅拌机设备中，进行预混，转速为300r/min，混合时间15分钟；
S2.将47份的水、0.2份的纳米二氧化硅和0.05份的硅烷改性剂加入到拉缸中搅拌10分钟，对二氧化硅纳米颗粒进行超疏水改性，依次加入0.1份的抗裂纤维，2.1份的甲基硅酸钾，5.9份的改性硅溶胶乳液，0.05份的稳定剂，搅拌15分钟，至均匀状态；
S3.取S1中预混好的粉体3/4的量投入到混好的S2中，搅拌至干团消失，然后加入余下的全部粉体，并用剩余10份的水量冲边，充分搅拌至干团消失。
S4.将拉缸拉至升降机下，倒料至包装袋中，经称重，密封，缝包，待检后入库。
实施例3
S1.先将0.05份的增稠剂，22份的中空玻璃微珠，2.2份的玻化微珠，0.15 份的保水剂、1份的硅灰和1.5份的气凝胶投入到卧式干粉搅拌机设备中，进行预混，转速为300r/min，混合时间15分钟；
S2.将54份的水、0.2份的纳米二氧化硅和0.15份的硅烷改性剂加入到拉缸中搅拌10分钟，对二氧化硅纳米颗粒进行超疏水改性，依次加入0.3份的抗裂纤维，2.5份的甲基硅酸钾，5.9份的改性硅溶胶，0.05份的稳定剂，搅拌 15分钟，至均匀状态；
S3.取S1中预混好的粉体3/4的量投入到混好的S2中，搅拌至干团消失，然后加入余下的全部粉体，并用剩余10份的水量冲边，充分搅拌至干团消失。
S4.将拉缸拉至升降机下，倒料至包装袋中，经称重，密封，缝包，待检后入库。
实施例4
S1.先将0.05份的增稠剂，26份的中空玻璃微珠，2.6份的玻化微珠，0.05 份的保水剂4份的硅灰和0.5份的气凝胶投入到卧式干粉搅拌机设备中，进行预混，转速为300r/min，混合时间15分钟；
S2.将50份的水、0.5份的纳米二氧化硅和0.05份的硅烷改性剂加入到拉缸中搅拌10分钟，对二氧化硅纳米颗粒进行超疏水改性，依次加入0.1份的抗裂纤维，1.8份的甲基硅酸钾，5.2份的改性硅溶胶，0.15份的稳定剂，搅拌 15分钟，至均匀状态；
S3.取S1中预混好的粉体3/4的量投入到混好的S2中，搅拌至干团消失，然后加入余下的全部粉体，并用剩余10份的水量冲边，充分搅拌至干团消失。
S4.将拉缸拉至升降机下，倒料至包装袋中，经称重，密封，缝包，待检后入库。
实施例5
S1.先将0.05份的增稠剂，25份的中空玻璃微珠，2.6份的玻化微珠，0.06 份的保水剂3份的硅灰和0.5份的气凝胶投入到卧式干粉搅拌机设备中，进行预混，转速为300r/min，混合时间15分钟；
S2.将50份的水、0.4份的纳米二氧化硅和0.05份的硅烷改性剂加入到拉缸中搅拌10分钟，对二氧化硅纳米颗粒进行超疏水改性，依次加入0.1份的抗裂纤维，1.8份的甲基硅酸钾，5.2份的改性硅溶胶，0.15份的稳定剂，搅拌 15分钟，至均匀状态；
S3.取S1中预混好的粉体3/4的量投入到混好的S2中，搅拌至干团消失，然后加入余下的全部粉体，并用剩余11份的水量冲边，充分搅拌至干团消失。
S4.将拉缸拉至升降机下，倒料至包装袋中，经称重，密封，缝包，待检后入库。
实施例6
S1.先将0.06份的增稠剂，25份的中空玻璃微珠，2.8份的玻化微珠，0.05 份的保水剂，3份的硅灰和0.6份的气凝胶投入到卧式干粉搅拌机设备中，进行预混，转速为300r/min，混合时间15分钟；
S2.将50份的水、0.5份的纳米二氧化硅和0.06份的硅烷改性剂加入到拉缸中搅拌10分钟，对二氧化硅纳米颗粒进行超疏水改性，依次加入0.2份的抗裂纤维，2.1份的甲基硅酸钾，5.7份的改性硅溶胶，0.14份的稳定剂，搅拌 15分钟，至均匀状态；
S3.取S1中预混好的粉体3/4的量投入到混好的S2中，搅拌至干团消失，然后加入余下的全部粉体，并用剩余10份的水量冲边，充分搅拌至干团消失。
S4.将拉缸拉至升降机下，倒料至包装袋中，经称重，密封，缝包，待检后入库。
表1.本发明的各个实施例的无机保温膏料的性能表现
Figure BDA0003582427070000101
说明通过硅氧烷对纳米二氧化硅和中空玻璃微珠在膏料表面构成的微-纳米粗糙度进行低表面能处理，使得膏料表面水的接触角可以达到150°以上，具备超疏水性能，可以有效避免硅酸钾和硅溶胶使用过程中由于微珠吸水造成的强度损失，使得无机胶凝材料顺利运用于无机保温膏料中，实现了一种超疏水薄涂型A1级阻燃无机保温膏料的制备。
通过引入超疏水性能，解决了无机保温膏料在使用过程中由于多孔材料吸水造成的导热系数降低的难题。
中空玻璃微珠和玻化微珠粉体的级配体系与硅酸钾和硅溶胶无机胶凝体系的结合。

Claims (4)

1.一种超疏水薄涂型A1级阻燃无机保温膏料，其特征在于：由以下组分按照以下质量份数比制备而成：
水 57-64
硅烷改性剂 0.05-0.15
抗裂纤维 0.1-0.3
甲基硅酸钾 1.5-2.5
改性硅溶胶 5.2-5.9
硅灰 1-4
白炭黑 0.2-0.5
增稠剂 0.05-0.15
中空玻璃微珠 22-28
玻化微珠 2.2-2.8
保水剂 0.05-0.15
稳定剂 0.05-0.15
气凝胶 0.5-1.5；
所述抗裂纤维为长度为4-6mm的玻璃纤维；
所述硅烷改性剂为道康宁DC51；
所述增稠剂为膨润土；
所述保水剂为羟丙基甲基纤维素；
所述稳定剂为季铵盐稳定剂；
所述气凝胶为二氧化硅气凝胶粉末。
2.根据权利要求1所述的一种超疏水薄涂型A1级阻燃无机保温膏料，其特征在于：所述改性硅溶胶为澳润化工S308改性硅溶胶。
3.根据权利要求1所述的一种超疏水薄涂型A1级阻燃无机保温膏料，其特征在于：所述硅灰为粒度为300-600目的微硅粉；所述白炭黑为粒度为20-37万目的二氧化硅纳米颗粒；所述中空玻璃微珠为粒度为180-250目的空心中空玻璃微珠粉末；所述玻化微珠为粒度为20-25目的膨胀玻化微珠。
4.一种权利要求1-3中任一项所述的超疏水薄涂型A1级阻燃无机保温膏料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1.先将增稠剂、中空玻璃微珠、玻化微珠、保水剂、硅灰和气凝胶投入搅拌机中搅拌混合，搅拌转速为300-350 r/min，混合时间15-20分钟；
S2.将硅烷改性剂、白炭黑和部分水加入到拉缸中搅拌10-15分钟，然后依次加入抗裂纤维、甲基硅酸钾、改性硅溶胶以及稳定剂，搅拌15-20分钟，至均匀状态；
S3.将部分步骤S1中预混好的粉体投入到步骤S2混合好的物料中，搅拌至干团消失，然后加入余下的步骤S1中预混好的粉体，并用剩余水冲边，充分搅拌至干团消失，即得所述的超疏水薄涂型A1级阻燃无机保温膏料。
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