CN115651390B - 一种防火抗菌建筑材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防火抗菌建筑材料及其制备方法，属于建筑材料技术领域，所包含组分及各组分的重量份数为：胶黏剂300～400份、可发性聚苯乙烯60～80份、溴代烷0.1～0.5份、膨胀土0.5～1.0份、阻燃剂10～20份、纳米填料5～8份、抗菌剂0.1～0.5份；制备方法，包括以下步骤：S1、将可发性聚苯乙烯、溴代烷、膨胀土按照比例混合，然后加水搅拌均匀，浸渍后取出；S2、将S1制得的混合物投入至预发泡机内进行预发泡，熟化后取出，然后与胶黏剂、阻燃剂、纳米填料、抗菌剂按照比例混合均匀；S3、将S2制得的材料放入模具中成型，得到防火抗菌建筑材料。本发明提供的防火抗菌建筑材料兼具优异的防火性能、抗菌性能、保温性能以及优良的力学强度。

Description

一种防火抗菌建筑材料及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，特别涉及一种防火抗菌建筑材料及其制备方法。

背景技术

建筑材料是保证基建工程的基础，对我国经济建设和人民生活有着重要的作用。随着我国经济的发展，对建筑材料功能的要求越来越综合化，不再局限于对单一的基本要求的满足。建筑保温材料是通过对建筑外围护结构采取措施，减少建筑物室内热量向室外散发，从而保持建筑室内温度，对于保温材料的需求，也不再局限于单一的保温功能。

目前，传统的建筑保温材料虽然具有良好的隔热性能，但主要存在以下不足：第一、耐火性较差，阻燃效果不佳；第二、主体材料机械强度偏低；第三、不具备抗菌性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种防火抗菌建筑材料及其制备方法，以解决上述背景技术中现有保温材料耐火性较差、强度偏低以及不具备抗菌性的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种防火抗菌建筑材料，所包含组分及各组分的重量份数为：胶黏剂300～400份、可发性聚苯乙烯60～80份、溴代烷0.1～0.5份、膨胀土0.5～1.0份、阻燃剂10～20份、纳米填料5～8份、抗菌剂0.1～0.5份。

进一步地，所述胶黏剂包含重量比为1：1的组分A和组分B；所述组分A所包含组分及各组分的重量份数为：聚天门冬氨酸酯40～50份、三乙氧基甲烷1～2份；所述组分B所包含组分及各组分的重量份数为：固化剂50～60份、增稠剂3～5份。

进一步地，所述固化剂为脂肪族异氰酸酯预聚体；所述增稠剂为羧甲基纤维素。

进一步地，所述聚天门冬氨酸酯的粘度为900～1300mPa.s，NH当量为250～300g/mol。

进一步地，所述阻燃剂所包含组分及各组分的重量份数为：磷酸氢二胺3～5份、十溴二苯乙烷2～3份、氢氧化镁1份。

进一步地，所述纳米填料为白炭黑，所述白炭黑为三甲基乙氧基硅烷改性的白炭黑。

进一步地，所述纳米填料所包含组分及各组分的重量份数为：改性白炭黑5～10份、纳米远红外陶瓷粉1份。

进一步地，所述抗菌剂为纳米二氧化钛，所述纳米二氧化钛的平均粒径为40～60nm，比表面积大于60m²/g。

进一步地，所述可发性聚苯乙烯为阻燃级可发性聚苯乙烯。

一种防火抗菌建筑材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将可发性聚苯乙烯、溴代烷、膨胀土按照比例混合，然后加水搅拌均匀，浸渍后取出；

S2、将S1制得的混合物投入至预发泡机内进行预发泡，熟化后取出，然后与胶黏剂、阻燃剂、纳米填料、抗菌剂按照比例混合均匀；

S3、将S2制得的材料放入模具中成型，得到防火抗菌建筑材料。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的一种防火抗菌建筑材料，以胶黏剂、可发性聚苯乙烯、溴代烷、膨胀土、阻燃剂、纳米填料和抗菌剂为原料，并控制其配比，使保温材料兼具优异的防火性能、抗菌性能以及优良的力学强度。

2、本发明提供的一种防火抗菌建筑材料，以羧甲基纤维素为增稠剂，调整胶粘剂组分A和组分B混合时的流动性，降低混合时间，提高效率，而且在羧甲基纤维素钠的作用下，大分子链有一定数量的相互作用，倾向于形成三维结构，三维结构更有利于A和B固化后的稳定性，从而提高了防火保温材料的力学强度。

3、本发明提供的一种防火抗菌建筑材料，以磷酸氢二胺、十溴二苯乙烷、氢氧化镁混合作为阻燃剂，能够提高材料隔热阻氧的能力，且能够降低氧浓度和可燃气浓度，这三者与其他组分协同作用，还能降低防火抗菌建筑材料的静曲强度，减缓火焰的传播速度，进一步提高阻燃防火性能。

4、本发明提供的一种防火抗菌建筑材料，以改性白炭黑、纳米远红外陶瓷粉混合作为纳米填料，与其他组分的分子间形成共价键，使固化后的防火抗菌建筑材料的强度得到提升，而且能够提高防火抗菌建筑材料的保温性能。

具体实施方式

下面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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的一种防火抗菌建筑材料，所包含组分及各组分的重量份数为：胶黏剂300～400份、可发性聚苯乙烯60～80份、溴代烷0.1～0.5份、膨胀土0.5～1.0份、阻燃剂10～20份、纳米填料5～8份、抗菌剂0.1～0.5份。

胶黏剂包括重量比为1：1的组分A和组分B，组分A所包含组分及各组分的重量份数为：聚天门冬氨酸酯40～50份、三乙氧基甲烷1～2份；组分B所包含组分及各组分的重量份数为：固化剂50～60份、增稠剂3～5份。

作为一种优选方式，聚天门冬氨酸酯的粘度为900～1300mPa.s(在25℃条件下检测得到的粘度)，NH当量为250～300g/mol。如果聚天门冬氨酸酯的粘度过低，则会降低材料的力学性能；如果粘度过高，将增加各组分混合时的阻力，不利于各组分的均匀分散性，导致材料的各部分性能不一致，影响产品质量。如果NH当量过低，组分A和组分B固化后的结合键过少，材料的强度则降低，同时也增加固化时间，降低了制备效率；如果NH当量过高，组分A和组分B固化反应会比较剧烈，容易造成材料应力集中现象，从而影响力学性能。聚天门冬氨酸酯优选购自深圳飞扬骏研新材料股份有限公司，牌号F520，粘度900-1300mPa.s，NH当量291g/mol。

组分A和组分B混合固化时，异氰酸酯官能团与环境中的水分反应生产气泡，影响固化效果，三乙氧基甲烷能够消耗体系中的水分，从而最大限度避免对固化过程的影响。

固化剂为脂肪族异氰酸酯预聚体，脂肪族异氰酸酯预聚体由4,4-二环己基甲烷二异氰酸酯与聚己内酯二元醇制备得到。聚己内酯二元醇的分子量为900～1200，羟值为105～120mgKOH/g，优选购自巴斯夫，牌号为PD1-10，分子量1003.5±35.5，羟值112±4。脂肪族异氰酸酯预聚体的制备方法如下：向反应釜中按重量份依次加入1.5份4,4-二环己基甲烷二异氰酸酯、1份聚己内酯二元醇，将反应釜温度控制在65℃，反应3小时后测NCO值；当NCO值达到30％时，停止反应出料，制得脂肪族异氰酸酯预聚体。

增稠剂为羧甲基纤维素，羧甲基纤维素能够调整组分A和组分B混合时的流动性，降低二者的混合时间，提高效率，而且在羧甲基纤维素钠的作用下，大分子链有一定数量的相互作用，倾向于形成三维结构，形成三维结构后，更有利于组分A和组分B固化后的稳定性，从而提高材料的力学强度。

可发性聚苯乙烯为阻燃级可发性聚苯乙烯。

膨润土具吸湿性和膨胀性，可吸附8～15倍的于自身体积的水量，体积膨胀数倍至30余倍，在水介质中能分散呈胶凝状和悬浮状，此混合液具有粘滞性、触变性和润滑性，能够与水、泥、沙等细碎屑物接合，具有良好的可塑性和较好的粘结性，此外，膨润土还具有较强的阳离子交换能力，对多种气体、液体有吸附能力。本发明中，膨胀土的加入，不仅能够提高各组分之间的粘结性，而且还能提高材料的保温性。

阻燃剂包括磷酸氢二胺、十溴二苯乙烷、氢氧化镁。优选的，磷酸氢二胺、十溴二苯乙烷、氢氧化镁的重量比为(3～5)：(2～3)：1，此配比阻燃剂阻燃效果更好。磷酸氢二胺、十溴二苯乙烷、氢氧化镁属于不同分子结构的具有阻燃性的物质，在本体系中，这三者以(3～5)：(2～3)：1的重量比混合时，制备的防火抗菌建筑材料隔热阻氧的能力进一步提高，且能够降低氧浓度和可燃气浓度，这三者与其他组分结合，能降低材料的静曲强度，从而减缓火焰的传播速度，进一步提高阻燃防火性能。

纳米填料包括白炭黑，优选的，白炭黑为改性白炭黑，具体改性方法如下：按重量份将5份白炭黑加入到100份甲苯中超声分散，然后加入1份三甲基乙氧基硅烷，超声10分钟，然后加热至80度混合5小时后离心分离，真空干燥研磨过筛，得到改性白炭黑。发明人发现，白炭黑经过改性，与胶黏剂、可发性聚苯乙烯、膨胀土、阻燃剂等组分的相容性增高，这是因为随着三甲基乙氧基硅烷的改性，改性后的白炭黑与其他组分的分子间形成了更强的共价键，从而提升了白炭黑与其他组分的相容性。本发明意外的发现，当白炭黑的比表面积大于150m²/g时，改性时三甲基乙氧基硅烷能够充分与白炭黑表面的形成更多的活性官能团，从而提高改性后的白炭黑与其他组分的交联能力，使固化后的材料强度得到提升。

优选的，纳米填料还包括纳米远红外陶瓷粉，更优选的，改性白炭黑与纳米远红外陶瓷粉的重量比为(5～10)：1，二者发挥协同作用，进一步提高各组分的粘结性，从而提高制备的防火抗菌建筑材料强度和保温性能。

抗菌剂包括纳米二氧化钛，纳米二氧化钛具有杀菌能力，纳米二氧化钛的加入，能够提高材料在光照条件下分解空气中的有害气的能力。优选的，纳米二氧化钛的平均粒径为40～60nm，有利于纳米二氧化钛在防火抗菌建筑材料的均匀分散性。优选的，纳米二氧化钛的比表面积大于60m²/g，有利于吸附分解有害气体。更有选的，所述纳米二氧化钛的平均粒径为50nm，比表面积大于75m²/g，比如购自合肥中航纳米技术发展有限公司，型号ZH-TiO250NR的纳米二氧化钛。

本发明提供的一种防火抗菌建筑材料的制备方法，具体步骤如下：

S1、将可发性聚苯乙烯、溴代烷、膨胀土按照比例混合，然后加入1.2倍可发性聚苯乙烯重量的水，搅拌均匀，在温度为70℃、压力为1MPa、转速为100r/min的条件下，浸渍12h后取出；

S2、将S1制得的混合物投入至预发泡机内进行预发泡，经过10h熟化后取出，然后与胶黏剂组分A、胶黏剂组分B、阻燃剂、纳米填料、抗菌剂按照比例混合均匀；

S3、将S2制得的材料放入模具中成型，得到防火抗菌建筑材料。

以下通过实施例对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1

一种防火抗菌建筑材料，所包含组分及各组分的重量份数为：胶黏剂300份、阻燃级可发性聚苯乙烯60份、溴代烷0.1份、膨胀土0.5份、阻燃剂10份、纳米填料5份、纳米二氧化钛0.1份。

胶黏剂的组分A所包含组分及各组分的重量份数为：聚天门冬氨酸酯40份、三乙氧基甲烷1份，其中，聚天门冬氨酸酯购自深圳飞扬骏研新材料股份有限公司，牌号F520，粘度900-1300mPa.s，NH当量291g/mol；组分B所包含组分及各组分的重量份数为：脂肪族异氰酸酯预聚体50份、羧甲基纤维素3份，羧甲基纤维素购自森轩化工有限公司。

其中，脂肪族异氰酸酯预聚体由4,4-二环己基甲烷二异氰酸酯与聚己内酯二元醇制备得到，聚己内酯二元醇购自巴斯夫，牌号为PD1-10，分子量1003.5±35.5，羟值112±4。制备方法为：向反应釜中按重量份依次加入1.5份4,4-二环己基甲烷二异氰酸酯、1份聚己内酯二元醇，将反应釜温度控制在65℃，反应3小时后测NCO值；当NCO值达到30％时，停止反应出料，制得脂肪族异氰酸酯预聚体。

阻燃级可发性聚苯乙烯购自东莞市嘉嘉塑胶原料有限公司，牌号F301。

膨润土购自建平县万兴膨润土有限责任公司。

阻燃剂中磷酸氢二胺、十溴二苯乙烷、氢氧化镁的重量比为4：2：1。

纳米填料中改性白炭黑和纳米远红外陶瓷粉的重量比为8：1。纳米远红外陶瓷粉购自石家庄艾伦矿产品有限公司。改性白炭黑改性方法为：按重量份，将5份白炭黑(购自广州市新稀冶金化工有限公司，牌号SH-107，比表面积210-240m²/g)加入到100份甲苯中超声分散，然后加入1份三甲基乙氧基硅烷，超声10分钟，然后加热至80度混合5小时后离心分离，真空干燥研磨过筛，得到改性白炭黑。

纳米二氧化钛的平均粒径为50nm，比表面积大于75m²/g，购自合肥中航纳米技术发展有限公司，型号ZH-TiO250NR。

具体制备方法，如下：

S1、将可发性聚苯乙烯、溴代烷、膨胀土按照比例混合，然后加入1.2倍可发性聚苯乙烯重量的水，搅拌均匀，在温度为70℃、压力为1MPa、转速为100r/min的条件下，浸渍12h后取出；

S2、将S1制得的混合物投入至预发泡机内进行预发泡，经过10h熟化后取出，然后与胶黏剂组分A、胶黏剂组分B、阻燃剂、纳米填料、抗菌剂按照比例混合均匀；

S3、将S2制得的材料放入模具中成型，得到防火抗菌建筑材料。

实施例2

与实施例1相比，本实施例中一种防火抗菌建筑材料，所包含组分及各组分的重量份数为：胶黏剂400份、阻燃级可发性聚苯乙烯80份、溴代烷0.5份、膨胀土1.0份、阻燃剂20份、纳米填料8份、纳米二氧化钛0.5份。

胶黏剂的组分A所包含组分及各组分的重量份数为：聚天门冬氨酸酯50份、三乙氧基甲烷2份；所述组分B所包含组分及各组分的重量份数为：脂肪族异氰酸酯预聚体60份、羧甲基纤维素5份。其余条件不变。

实施例3

与实施例1相比，本实施例中一种防火抗菌建筑材料，所包含组分及各组分的重量份数为：胶黏剂350份、阻燃级可发性聚苯乙烯70份、溴代烷0.3份、膨胀土0.8份、阻燃剂15份、纳米填料7份、纳米二氧化钛0.3份。

胶黏剂的组分A所包含组分及各组分的重量份数为：聚天门冬氨酸酯45份、三乙氧基甲烷1.5份；组分B所包含组分及各组分的重量份数为：脂肪族异氰酸酯预聚体55份、羧甲基纤维素4份。其余条件不变。

对比例1

将实施例3中的胶黏剂重量份更换为200份，其余条件不变。

对比例2

将实施例3中胶粘剂B组分中的增稠剂重量份更换为0份，其余条件不变。

对比例3

将实施例3中的阻燃剂重量份更换为5份，其余条件不变。

对比例4

将实施例3中阻燃剂的氢氧化镁重量份更换为0份，其余条件不变。

对比例5

将实施例3中阻燃剂的磷酸氢二胺、十溴二苯乙烷、氢氧化镁重量比更换为1：1：1，其余条件不变。

对比例6

将实施例3中的改性白炭黑更换为未进行改性的白炭黑，其余条件不变。

对比例7

将实施例3中纳米填料的纳米远红外陶瓷粉重量份更换为0份，其余条件不变。

性能评价

按照GB/T5464-1999《建筑材料不燃性试验方法》对实施例1-3及对比例1-7制得的防火抗菌建筑材料的进行防火等级和抗拉强度检测，检测结果见表1。

表1

组别	防火等级	抗拉强度/KPa
			实施例1	A1	213
实施例2	A1	215
			实施例3	A1	220
对比例1	A1	117
			对比例2	A1	174
对比例3	A2	211
			对比例4	A2	214
对比例5	A2	212
			对比例6	A1	186
对比例7	A1	193

由此可见，本发明提供的一种防火抗菌建筑材料及其制备方法，制备得到的防火抗菌建筑材料兼具优良的力学强度和优异的防火性能，另外，因为抗菌剂的加入，还具有抗菌性能。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种防火抗菌建筑材料，其特征在于，所包含组分及各组分的重量份数为：胶黏剂300～400份、可发性聚苯乙烯60～80份、溴代烷0.1～0.5份、膨胀土0.5～1.0份、阻燃剂10～20份、纳米填料5～8份、抗菌剂0.1～0.5份；

所述胶黏剂包含重量比为1：1的组分A和组分B；所述组分A所包含组分及各组分的重量份数为：聚天门冬氨酸酯40～50份、三乙氧基甲烷1～2份；所述组分B所包含组分及各组分的重量份数为：固化剂50～60份、增稠剂3～5份；

所述固化剂为脂肪族异氰酸酯预聚体；所述增稠剂为羧甲基纤维素；

所述聚天门冬氨酸酯的粘度为900～1300mPa.s，NH当量为250～300g/mol；

所述脂肪族异氰酸酯预聚体由4,4-二环己基甲烷二异氰酸酯与聚己内酯二元醇制备得到；聚己内酯二元醇的分子量为900～1200，羟值为105～120mgKOH/g，脂肪族异氰酸酯预聚体的制备方法如下：向反应釜中按重量份依次加入1.5份4,4-二环己基甲烷二异氰酸酯、1份聚己内酯二元醇，将反应釜温度控制在65℃，反应3小时后测NCO值；当NCO值达到30％时，停止反应出料，制得脂肪族异氰酸酯预聚体。

2.根据权利要求1所述的一种防火抗菌建筑材料，其特征在于，所述阻燃剂所包含组分及各组分的重量份数为：磷酸氢二胺3～5份、十溴二苯乙烷2～3份、氢氧化镁1份。

3.根据权利要求1所述的一种防火抗菌建筑材料，其特征在于，所述纳米填料为白炭黑，所述白炭黑为三甲基乙氧基硅烷改性的白炭黑。

4.根据权利要求1所述的一种防火抗菌建筑材料，其特征在于，所述纳米填料所包含组分及各组分的重量份数为：改性白炭黑5～10份、纳米远红外陶瓷粉1份。

5.根据权利要求1所述的一种防火抗菌建筑材料，其特征在于，所述抗菌剂为纳米二氧化钛，所述纳米二氧化钛的平均粒径为40～60nm，比表面积大于60 m²/g。

6.根据权利要求1所述的一种防火抗菌建筑材料，其特征在于，所述可发性聚苯乙烯为阻燃级可发性聚苯乙烯。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种防火抗菌建筑材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将可发性聚苯乙烯、溴代烷、膨胀土按照比例混合，然后加水搅拌均匀，浸渍后取出；

S2、将S1制得的混合物投入至预发泡机内进行预发泡，熟化后取出，然后与胶黏剂、阻燃剂、纳米填料、抗菌剂按照比例混合均匀；

S3、将S2制得的材料放入模具中成型，得到防火抗菌建筑材料。