CN116496104B - 一种镁质材料板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种镁质材料板，镁质材料板的料浆主要组成为氧化镁、硫酸镁水溶液、填料、隔热添加剂、固化改性剂和发泡剂；隔热添加剂包括酚醛泡沫粉末、空心玻璃微珠和聚苯颗粒，隔热添加剂的添加量占料浆总质量的8.5％～21％；固化改性剂包括磷酸盐、有机酸和无机酸。通过酚醛泡沫粉末、空心玻璃微珠和聚苯颗粒组合的隔热添加剂，调节板材的密度和导热系数，制得保温性和阻燃性均良好的轻质镁质材料板；通过磷酸盐、有机酸和无机酸组成的固化改性剂，即调节了镁质材料板制备过程中固化的速率，有助于隔热添加剂均匀分散于镁质材料板中，也保证了板材的抗压强度和结构平整性；还公开了一种镁质材料板的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种镁质材料板及其制备方法。
背景技术
镁质材料板即具有木质类有机板的轻质和再加工性能，又具有无机板材的防火性和耐水性，还具有无毒、使用寿命长和强度高等特点，在建筑领域有防火要求部位的装修中得到广泛地应用。然而，在管道领域应用中，镁质材料板的密度为700kg/m3以上，不仅增加了结构荷载负担，且提高了安装难度性。镁质材料板的导热系数为0.5W/(m.K)以上，保温效果不佳。
因此，有必要对现有技术中镁质材料板进行改进。
发明内容
本发明的目的之一在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种具有抗压强度、保温性和阻燃性均良好的轻质镁质材料板。
为了实现上述工艺效果，本发明的技术方案为：一种镁质材料板，所述镁质材料板的料浆主要组成为氧化镁、硫酸镁水溶液、填料、隔热添加剂、固化改性剂和发泡剂；
所述隔热添加剂包括酚醛泡沫粉末、空心玻璃微珠和聚苯颗粒，所述隔热添加剂的添加量占所述料浆总质量的8.5％～21％；
进一步的，隔热添加剂的添加量占料浆总质量的10％～19％。
所述固化改性剂包括磷酸盐、有机酸和无机酸。
优选的技术方案为：按质量份数计，所述镁质材料板的料浆主要组成为氧化镁100份、硫酸镁水溶液100～150份、填料10～20份、隔热添加剂26.5～55份、固化改性剂2～6份和发泡剂0.5～2份。
进一步的，按质量份数计，镁质材料板的料浆主要组成为氧化镁100份、硫酸镁水溶液110～130份、填料12～18份、隔热添加剂30～50份、固化改性剂2～6份和发泡剂0.5～2份
优选的技术方案为：所述聚苯颗粒为包覆型阻燃聚苯颗粒。
优选的技术方案为：所述酚醛泡沫粉末、空心玻璃微珠和聚苯颗粒的质量比为(2～13)：(3～20)：1。
进一步的，酚醛泡沫粉末、空心玻璃微珠和聚苯颗粒的质量比为(2～7)：(3～12)：1。
优选的技术方案为：所述固化改性剂为磷酸盐、有机酸、无机酸和水的混合溶液，所述磷酸盐、有机酸、无机酸和水的质量比为(5～20)：(40～60)：(3～10)：100。
进一步的，磷酸盐、有机酸、无机酸和水的质量比为(10～20)：(45～55)：(3～9)：100。
优选的技术方案为：所述聚苯颗粒的粒径为1mm以下，所述酚醛泡沫粉末的粒径为100～200目；所述空心玻璃微珠的粒径为50～150μm。
优选的技术方案为：所述硫酸镁水溶液的波美度为25～30度。
优选的技术方案为：所述发泡剂为植物蛋白发泡剂和/或动物蛋白发泡剂。
本发明的目的之二在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种镁质材料板的制备方法，包括以下步骤：
S1：准备模具，所述模具上设置有基材；
S2：将氧化镁、硫酸镁水溶液、填料、隔热添加剂、助剂和固化改性剂按比例混合均匀，再加入发泡剂搅拌均匀，制得镁质材料板的料浆；
S3：混合均匀的料浆涂覆于基材表面初步成型，得镁质材料坯体；
S4：胚体分块并分配至成型框，进行第一次固化得镁质材料基体；
S5：镁质材料基体脱模，并进行第二次固化得镁质材料板；
所述第一次固化的温度小于所述第二次固化的温度，所述第一次固化的温度与第二次固化的温度之间的温度差为5～15℃。
优选的技术方案为：所述第一次固化的温度为30～40℃，所述第二次固化的温度为40～50℃。
本发明的优点和有益效果在于：
通过酚醛泡沫粉末、空心玻璃微珠和聚苯颗粒组合的隔热添加剂，调节板材的密度和导热系数，制得保温性和阻燃性均良好的轻质镁质材料板；
通过磷酸盐、有机酸和无机酸组成的固化改性剂，即调节了镁质材料板制备过程中固化的速率，有助于隔热添加剂均匀分散于镁质材料板中，也保证了板材的抗压强度和结构平整性；
提高酚醛泡沫材料的利用率，将瑕疵或报废的酚醛泡沫材料循环利用制成粉末，用于隔热添加剂。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
型号
氧化镁采购自辽宁仁祥耐火材料有限公司；
硫酸镁采购自连云港丰田生物科技有限公司；
轻质碳酸钙采购自江西恒盛泰新材料有限公司；
空心玻璃微珠采购自中科华星新材料有限公司；
聚苯颗粒采购自杭州伟鸿塑料制品有限公司公司；
助剂采购自济南夜青生物科技有限公司；
发泡剂采购自河南永立建材有限公司；
磷酸采购自盐城淮海磷制品有限公司；
柠檬酸采购自宜兴协联生物化学有限公司；
磷酸盐采购自济南夜青生物科技公司。
氧化镁
指轻烧氧化镁，是硫氧镁水泥胶凝材料的组分之一，其活性氧化镁的含量为85％～92％，粒径为75～90μm。氧化镁是碱性氧化物，也是一种离子化合物。氧化镁为镁质材料提供强度，氧化镁在水溶液中反应成胶体氢氧化镁，与硫酸镁形成水泥胶凝体系，继而为镁质材料固化后提供优良的强度和耐磨性能。
硫酸镁水溶液
也是硫氧镁水泥胶凝材料的组分之一，硫酸镁水溶液作为镁质材料的调和液，不含卤素，有效避免返卤和腐蚀金属材质等问题。波美度是表示溶液浓度的一种方法，硫酸镁溶液的波美度为25～30度，硫酸镁水溶液的波美度过大，水溶剂减少，反应物氧化镁会过多，且浆料流动性变差，由湿度浆料到硬化浆料的凝固时间过快，易导致集中放热，产生镁质材料板胀裂、变形或起翘；硫酸镁水溶液的波美度过小，水溶剂增多，多余的水分降低镁离子、硫酸根离子的浓度，氧化镁水化层与镁离子和硫酸根离子的接触机率减少，晶体的生成量和结晶度降低，镁质材料板的强度降低，固化过程中，多余的水分以水蒸气的形式向外扩散，体系内部形成大量的孔道，空隙率可控性不佳。
填料
为轻质碳酸钙，细度为1100～1250目，主要提高镁质材料的强度。
隔热添加剂
包括酚醛泡沫粉末、空心玻璃微珠和聚苯颗粒。聚苯颗粒的粒径常规为3mm以上，通过控制聚苯颗粒的粒径为1mm以下，防止镁质材料在固化过程中将聚苯颗粒体积压缩变形，进而对镁质材料保温性和防火效果均有消极影响。酚醛泡沫粉末的粒径为100～200目，空心玻璃微珠的粒径为50～150μm。酚醛泡沫粉末的添加量过多会对镁质材料板的强度有消极影响，添加量过少镁质材料板的保温效果不佳；空心玻璃微珠的添加量过多对镁质材料板的强度有消极影响，添加量过少镁质材料板的密度大，结构荷载质量大，不便于管道的安装；聚苯颗粒的添加量过多易降低防火性能，添加量过少镁质材料板的密度降低少，结构荷载质量大不利于管道的安装。
酚醛泡沫粉末制备：将生产中存在瑕疵或者报废的酚醛泡沫板进行再利用，酚醛泡沫板爆碎后过筛，筛分出粒径为100～200目的酚醛泡沫粉末。
聚苯颗粒为包覆型阻燃聚苯颗粒，包覆物质为含有阻燃基团的纯丙乳液，纯丙乳液包括丙烯酸单体、阻燃单体、乳化剂和引发剂。
其中，丙烯酸单体为甲酸丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸，甲酸丙烯酸甲酯赋予聚合物的硬度和内聚力，无气味，环保；丙烯酸丁酯赋予聚合物柔韧性和粘度，提高聚苯颗粒表面的粘度，防止表面光滑及轻质的聚苯颗粒在镁质材料料浆中上浮，导致料浆混合不均，所得镁质材料板的强度不均衡，未能达到减轻镁质材料密度的作用；丙烯酸赋予聚合物耐水性和附着强度，提高包覆物质与聚苯颗粒的附着性，也提供接枝的官能团。
阻燃单体为9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)和4，4’-二羟基二苯甲酮(DHBP)合成。
乳化剂为磺基琥珀酸烷基醇醚酯钠盐(A102K)阴离子和非离子型乳化剂S90质量配比1：1.2配比复合。
引发剂选择过硫酸铵(APS)作为热分解引发剂。
聚苯颗粒和纯丙乳液均加入搅拌机中，充分混合后，在120℃的电热恒温鼓风干燥箱中干燥1h，并冷却得包覆型阻燃聚苯颗粒。
固化改性剂
为磷酸盐、有机酸、无机酸和水的混合溶液，混合溶液之间协同作用，具有缓凝作用，镁质材料板初凝到终凝的时间可控，不仅进一步提高镁质材料板在固化过程中的稳定性，也解决了镁质材料板易开裂、卷曲等问题。
磷酸盐为磷酸二氢钠、磷酸氢钙和磷酸二氢钾中的一种或多种。进一步的，磷酸盐为磷酸二氢钠。磷酸盐提高镁质材料板在固化过程中的稳定性，也提高镁质材料板的强度，还降低了镁质材料板的干缩率，改善镁质材料板卷曲等问题。磷酸盐的添加量过多镁质材料板的强度下降，干缩率上升；磷酸盐的添加量过少镁质材料板的表面易出现气孔。
有机酸包括但不限于草酸、柠檬酸和磺基水杨酸。
无机酸包括但不限于磷酸。
发泡剂
可用植物蛋白发泡剂、动物蛋白发泡剂和高分子复合发泡剂，进一步的，发泡剂为动物蛋白发泡剂，动物蛋白发泡剂产生的气泡稳定性更佳，泡沫量大且泡沫细密。
镁质材料板的制备方法包括以下步骤：
S1：准备模具，模具上铺设有由玻纤网格布和无纺布复合的基底；
S2：将氧化镁、硫酸镁水溶液、填料、隔热添加剂、助剂和固化改性剂按比例混合均匀，再加入发泡剂搅拌均匀，制得镁质材料板的料浆；
S3：混合均匀的料浆涂覆于基底上，再将玻纤网格布和无纺布复合的基底盖设于料浆上，初步成型得镁质材料坯体；
S4：胚体分块并分配至成型框，进行第一次固化得镁质材料基体，第一次固化中还需进行养护，第一次固化温度控制在35±3℃，相对湿度保持在45％～70％，固化时间为24～30h；
S5：镁质材料基体脱模，并进行第二次固化得镁质材料板，其中，脱膜后的镁质材料基体层层叠放，上下相邻的镁质材料基体之间设置有隔层板；第二次固化的温度为45±3℃，第二次固化中也需进行养护，第二次固化时间为3～4天。
第一次固化后的镁质材料基体仍具有较高的温度，通过隔层板将上下相邻的镁质材料板形成散热间隙，防止局部的温度过高；也有利于上下相邻镁质材料板之间水分的挥发，提高第二次固化的效率，同时提高镁质材料板的结构稳定性和强度。
玻纤网格布和无纺布复合的基底提高镁质材料板的抗折强度。
根据实际生产的规格要求，切割镁质材料板成单元镁质材料板，单元镁质材料板通过胶层与钢材面板复合，进一步提高镁质材料板的机械强度、防水性和防火性能。
按质量份数计，固化改性剂的组成如表1所示：
| 磷酸二氢钠 | 磷酸 | 柠檬酸 | 水 | |
| 组合一 | 15 | 5 | 50 | 100 |
| 组合二 | 15 | 50 | — | 100 |
| 组合三 | — | 5 | 50 | 100 |
按质量份数计，镁质材料板的料浆主要组成如表2所示：
镁质材料板的制备方法包括以下步骤：
S1：准备模具，模具上设置有基材；
S2：将氧化镁、硫酸镁水溶液、填料、隔热添加剂、助剂和固化改性剂按上表2混合均匀，再加入发泡剂搅拌均匀，制得镁质材料板的料浆；
S3：混合均匀的料浆涂覆于基材表面初步成型，得镁质材料坯体；
S4：胚体分块并分配至成型框，进行第一次固化得镁质材料基体，第一次固化前还需进行养护，第一次固化温度控制在35℃，相对湿度保持在50％，固化时间为24h；
S5：镁质材料基体脱模，并进行第二次固化得镁质材料板；
所述第一次固化的温度小于所述第二次固化的温度，其中，脱膜后的镁质材料基体层层叠放，上下相邻的镁质材料基体之间设置有隔层板；第二次固化的温度为45℃，第二次固化前也需进行养护，第二次固化时间为3天。
根据实际生产的规格要求，切割镁质材料板成单元镁质材料板，单元镁质材料板通过胶层与钢材面板复合。镁质材料板的长度3000mm*宽度1200mm*厚度14mm；钢材面板的厚度0.3mm。
实施例3
镁质材料板的料浆主要组成按上表2中实施例1的配比配置，镁质材料板的制备过程中，第一次固化和第二次固化的温度均为45℃，其制备步骤和其他条件均不变。
实施例4
镁质材料板的料浆主要组成按上表2中实施例1的配比配置，镁质材料板的制备过程中，仅设置第一次固化，第一次固化的温度均为35℃，时间为2天，其制备步骤和其他条件均不变。
镁质材料板的性能测试：
1、镁质材料板的密度：检测指标GB/7019-2014；
2、导热系数：检测指标GB/10294-2008；
3、抗冲击强度：检测指标GB/7019-2014；
4、干缩率：检测指标GB/7019-2014；
5、返卤性：检测指标JC/688-2006；
6、阻燃性：检测指标GB/8624-2012。
实施例和对比例镁质材料板的性能测试结果如下表3所示：
实施例和对比例镁质材料板的抗卤性均优异。
实施例2相较于实施例1，未改性的聚苯颗粒加入镁质材料板中，板材的阻燃性下降。
实施例3和实施例4相较于实施例1，第一次固化温度提升，料浆固化速度过快，固化的稳定性不佳，对抗压强度、保温性和固化后的结构稳定性均有消极影响。镁质材料基体未进行第二次固化，对抗压强度和保温性也有消极影响，所得镁质材料板内还存在水分，干缩率增大。
对比例1和对比例4相较于实施例1，固化改性剂未包括磷酸盐，板面出现轻微起翘，导致板面不平整，且板面也出现气孔，对镁质材料板的力学性能有消极影响。固化改性剂未包括有机酸，料浆固化速度增大，粘稠度上升进而板面出现气孔等导致板面不平整，对镁质材料板的力学性能有消极影响。由此可见，固化改性剂由磷酸盐、有机酸和无机酸复配使用，力学性能和结构稳定性达到最佳值。
对比例2和对比例3相较于实施例1，隔热添加剂未包括酚醛泡沫粉末或聚苯颗粒，镁质材料板的力学性能提高，但板材的密度增大不利于便捷的安装使用，保温性能也有所下降。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种镁质材料板，其特征在于，按质量份数计，所述镁质材料板的料浆主要组成为氧化镁100份、硫酸镁水溶液100~150份、填料10~20份、隔热添加剂26.5~55份、固化改性剂2~6份和发泡剂0.5~2份；
所述隔热添加剂包括质量比为（2~13）：（3~20）：1的酚醛泡沫粉末、空心玻璃微珠和聚苯颗粒，所述隔热添加剂的添加量占所述料浆总质量的8.5%~21%；
所述固化改性剂为磷酸盐、有机酸、无机酸和水的混合溶液，所述磷酸盐、有机酸、无机酸和水的质量比为（5~20）：（40~60）：（3~10）：100；
所述聚苯颗粒为包覆型阻燃聚苯颗粒；
所述填料为轻质碳酸钙。
2.根据权利要求1所述的镁质材料板，其特征在于，所述聚苯颗粒的粒径为1mm以下，所述酚醛泡沫粉末的粒径为100~200目；所述空心玻璃微珠的粒径为50~150μm。
3.根据权利要求1所述的镁质材料板，其特征在于，所述硫酸镁水溶液的波美度为25~30度。
4.根据权利要求3所述的镁质材料板，其特征在于，所述发泡剂为植物蛋白发泡剂和/或动物蛋白发泡剂。
5.一种权利要求1~4任意一项所述镁质材料板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：准备模具，所述模具上设置有基材；
S2：将氧化镁、硫酸镁水溶液、填料、隔热添加剂、助剂和固化改性剂按比例混合均匀，再加入发泡剂搅拌均匀，制得镁质材料板的料浆；
S3：混合均匀的料浆涂覆于基材表面初步成型，得镁质材料坯体；
S4：胚体分块并分配至成型框，进行第一次固化得镁质材料基体；
S5：镁质材料基体脱模，并进行第二次固化得镁质材料板；
所述第一次固化的温度小于所述第二次固化的温度，所述第一次固化的温度与第二次固化的温度之间的温度差为5~15℃。
6.根据权利要求5所述的镁质材料板的制备方法，其特征在于，所述第一次固化的温度为30~40℃，所述第二次固化的温度为40~50℃。
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