CN118307977A - 一种超轻防火吸音功能一体化材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超轻防火吸音功能一体化材料及其制备方法和应用，其原料按照质量份数包括：改性无机硅酸盐30‑80份，中空玻璃微珠1.0‑50份，漂珠0‑30份，膨润土0.1‑5.0份，多孔硅藻土1.0‑6.0份，海泡石0.1‑4.0份，开孔珍珠岩颗粒1.0‑10份，锌或锌盐0.1‑4.0份，磷酸盐1.0‑6.0份，碳酸盐1.0‑6.0份，氟硅酸盐0.1‑6.0份，纳米二氧化硅1.0‑5.0份，多壁碳纳米管0.05‑0.1份，沸石粉1.0‑8.0份，碳纤维0.1‑0.2份。原料中完全不含有机材料，耐高温、完全不燃，可作为防火涂料使用，其吸音效果显著，可同时满足吸音及防火要求，在所有需要降噪、防火的隧道、地铁、建筑物、构筑物等方面有着广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及防火、吸音材料技术领域，特别是涉及一种超轻防火吸音功能一体化材料及其制备方法和应用。
背景技术
目前使用的隔音、吸音降噪材料品种较多，主要有石膏、矿棉、聚酯纤维、玻璃纤维、泡沫塑料、吸音棉、海绵等。其中聚酯纤维、泡沫塑料、吸音棉、海绵等都是易燃材料，不允许在隧道、地铁等环境中使用。
其它几种材料虽然可以达到A2级以上防火等级，但是目前市场上几乎都是工厂浇铸成型的板材，对于隧道、地铁等圆拱型结构，明显并不适用，只能用于两侧立墙，拱顶无法解决。另外，板型材料需要使用钉子、粘合剂才能固定在施工面上，石膏、矿棉等很容易吸水，在隧道、地铁这种环境中，遇水后膨胀、脱落，造成较大隐患。而玻璃纤维制品，具有非常明显的缺陷，不但沉重，而且非常脆，比石膏、矿棉类产品更容易遭到外力破坏，一旦脱落，因其重量因素造成的伤害更大。
发明内容
本发明的目的是针对现有吸音降噪材料易燃，且无法适应拱顶等异型结构的缺陷，而提供一种超轻防火吸音功能一体化材料。该材料兼具吸音降噪和防火涂料功效，同时可喷涂或刮涂于拱顶等异型结构。固化后干密度低，抗压强度大，可同时替代防火涂料使用，达到环保节能的功效。
本发明的另一个目的，是提供上述超轻防火吸音功能一体化材料的制备方法。
本发明的另一个目的，是提供上述超轻防火吸音功能一体化材料在隧道、地铁、构筑物、建筑施工中的应用，可以通过现场喷涂或刮涂实现异型结构吸音降噪的使用需求。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种超轻防火吸音功能一体化材料，其原料按照质量份数包括：
改性无机硅酸盐30-80份，中空玻璃微珠1.0-50份，漂珠0-30份，膨润土0.1-5.0份，多孔硅藻土1.0-6.0份，海泡石0.1-4.0份，开孔珍珠岩颗粒1.0-10份，锌或锌盐0.1-4.0份，磷酸盐1.0-6.0份，碳酸盐1.0-6.0份，氟硅酸盐0.1-6.0份，纳米二氧化硅1.0-5.0份，多壁碳纳米管0.05-0.1份，沸石粉1.0-8.0份，碳纤维0.1-0.2份；
所述改性无机硅酸盐，其原料按照质量份数包括：无机硅酸盐溶液50-100份，基材润湿剂0.1-0.2份，稳定剂0.1-0.5份，硅酸镁铝0.1-1.0份，膨润土0.5-1.0份，无机纤维12-28份。
在上述技术方案中，所述无机硅酸盐溶液为硅酸钠溶液、硅酸钾溶液和硅酸锂溶液中的一种或任意比例的混合；
所述基材润湿剂为Silok4640、Silok4662、Silok8066和Silok8241中的一种或任意比例的混合；
所述稳定剂为偏硅酸钠、硅酸盐硅烷和GSyWDJ-5中的一种或任意比例的混合。
在上述技术方案中，所述无机纤维为矿物纤维或矿物纤维与短碳纤维的混合。
在上述技术方案中，所述中空玻璃微珠的粒径为15μm-40μm，所述漂珠的粒径为150μm-500μm。
在上述技术方案中，所述锌为锌粉；所述锌盐为磷酸锌。
在上述技术方案中，所述碳酸盐为碳酸镁、碳酸铝和碳酸氢钠中的一种或任意比例的混合；所述磷酸盐为磷酸铝、磷酸钙和三聚磷酸铝中的一种或任意比例的混合。
在上述技术方案中，所述氟硅酸盐为氟硅酸钠、氟硅酸镁中的一种或任意比例的混合物。
在上述技术方案中，所述超轻防火吸音功能一体化材料固化后，干密度为180-420kg/m³；导热系数为0.030～0.045W/m.k；防火等级为A1级；吸声系数NRC为0.6～0.8。
本发明的另一方面，上述超轻防火吸音功能一体化材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：在400~600转/分搅拌下，向无机硅酸盐溶液中依次加入硅酸镁铝、膨润土，持续搅拌至完全溶解；
步骤2：在1000~1500转/分转速下，依次加入基材润湿剂、稳定剂和无机纤维，持续搅拌至混合均匀，得改性无机硅酸盐；
步骤3：在真空条件下，在转速30~50转/分搅拌速度下，向所得改性无机硅酸盐中加入中空玻璃微珠、漂珠、膨润土、多孔硅藻土、海泡石、开孔珍珠岩颗粒、锌或锌盐、磷酸盐、碳酸盐、氟硅酸盐、纳米二氧化硅、多壁碳纳米管、沸石粉、碳纤维持续搅拌至全部混合均匀得一种超轻防火吸音功能一体化材料。
本发明的另一方面，上述超轻防火吸音功能一体化材料在隧道、地铁、建筑物、构筑物中的应用，采用刮涂或喷涂方式进行施工；单次刮涂或喷涂厚度为1-5cm；
或者，倒入模具后干燥做成预制件；所述预制件厚度为2-10cm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明提供的超轻防火吸音功能一体化材料，采用中空玻璃微珠、漂珠、多孔硅藻土、海泡石、多壁碳纳米管、沸石粉，通过纳米二氧化硅改善微孔结构，并提高耐火极限及隔热性能共同作为吸音材料，吸音效果良好；
2.本发明提供的超轻防火吸音功能一体化材料，原料中完全不含有机材料，其耐高温性能良好，防火等级达到A1级；
3.本发明提供的超轻防火吸音功能一体化材料，可现场施工，一次刮涂或喷涂厚度可达1.0-5.0cm，施工过程中不流挂，固化速度可满足施工要求。可适用于隧道、地铁等圆拱型结构处施工，也可做成预制件，贴附在平面结构上，在隧道、地铁、建筑物、构筑物等方面有着广泛的应用前景。
附图说明
图1所示为实施例2中配方1所得超轻防火吸音功能一体化材料的性状图。
图2所示为施工过程图。
图3所示为超轻防火吸音功能一体化材料做成的预制件。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种改性无机硅酸盐的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将无机硅酸盐溶液加到高速分散设备中，开动电动搅拌机，在转速400～600转/分下依次加入硅酸镁铝和膨润土，继续搅拌30分钟；
步骤2：依次加入基材润湿剂、稳定剂、无机纤维，搅拌速度调至1000～1500转/分，搅拌至呈浆状物，即得改性无机硅酸盐。
按照上述制备方法以及表1中的配方，制备改性无机硅酸盐；
；
本实施例中所使用的硅酸盐溶液初始粘度为4-5mPa·s（22℃），改性后的配方a-配方d均获得了粘稠且稳定均匀的改性无机硅酸盐。其中配方a形成的改性无机硅酸盐粘度达到12600mPa·s（22℃）。
而配方a′中，使用玻璃纤维替代配方a中的矿物纤维，其形成的改性无机硅酸盐粘稠度较小，粘度仅为6.8mPa·s（22℃），而且玻璃纤维与其他组分不相溶，改性效果不理想。
实施例2
一种超轻防火吸音功能一体化材料的制备方法，将实施例1中配方a所得改性无机硅酸盐加入到混合釜中，开启真空泵抽真空，至760mmHg时，开动搅拌机，在转速30~50转/分搅拌速度下，逐渐加入配方中各种功能性固体材料，搅拌至均匀得超轻防火吸音功能一体化材料。
按照上述制备方法以及表2中的配方，得到一种超轻防火吸音功能一体化材料；
；
按照表2中配方1-配方4制备的超轻防火吸音功能一体化材料，粘度均大于60000mPa·s（22℃），如图1所示。涂抹上墙时，一次刮涂或喷涂厚度可达1.0-5.0cm，施工过程中不流挂，如图2所示。
所得超轻防火吸音功能一体化材料也可以做成预制件使用。在厚度高达70mm的情况下，可以完全干燥且不开裂，如图3所示。
对比例1
一种超轻防火吸音功能一体化材料，其原料配方包括：
无机硅酸盐60份，中空玻璃微珠20份（粒径15μm），漂珠1.0份，膨润土0.5份，多孔硅藻土1.0份，海泡石4.0份，开孔珍珠岩颗粒1.0份，锌或锌盐1.0份，磷酸盐1.0份，碳酸盐6.0份，氟硅酸钠0.1份，纳米二氧化硅2份，多壁碳纳米管0.05份，沸石粉8.0份，碳纤维0.1份。
本对比例配方中，相比于实施例2的配方1，使用未改性的无机硅酸盐。
按照实施例2中所述的制备方法，制备得到的浆料粘度为6820mPa·s（22℃），流动性较强，在上墙过程中发生流挂，无法实现涂覆。在用模具制作试样过程中，也发生流淌。
对比例2
一种超轻防火吸音功能一体化材料，其原料配方包括：
改性无机硅酸盐60份，中空玻璃微珠20份（粒径15μm），漂珠1.0份，膨润土0.5份，多孔硅藻土1.0份，海泡石4.0份，开孔珍珠岩颗粒1.0份，锌或锌盐1.0份，碳酸盐6.0份，纳米二氧化硅2份，多壁碳纳米管0.05份；沸石粉8.0份；碳纤维0.1份。
本对比例配方中，相比于实施例2配方1，区别在于不添加磷酸盐和氟硅酸盐。材料性状与实施例2中基本一致，能够实现上墙涂抹。
对比例3
一种超轻防火吸音功能一体化材料，其原料配方包括：
改性无机硅酸盐60份，中空玻璃微珠20份（粒径5μm），漂珠1.0份，膨润土0.5份，多孔硅藻土1.0份，海泡石4.0份，开孔珍珠岩颗粒1.0份，锌或锌盐1.0份，磷酸盐1.0份，碳酸盐6.0份，氟硅酸钠0.1份，纳米二氧化硅2份，多壁碳纳米管0.05份；沸石粉8.0份；碳纤维0.1份。
本对比例配方中，相比于实施例2配方1，区别在于中空玻璃微珠的粒径。
将实施例2以及对比例2和对比例3制备的超轻防火吸音功能一体化材料在试样墙体上涂覆2cm，待其完全干燥后进行性能测试，测试结果如表3所示：
；
从表3可以看出，实施例2制备得的超轻防火吸音功能一体化材料，干密度较小且与混凝土粘结强度较高，便于上墙且稳定附着在墙体上。同时，抗压强度较高，不易开裂。耐燃烧符合防火涂料标准要求，吸音效果好。此外，耐高温、完全不燃，具备防火材料性能。
对比例2制备的超轻防火吸音功能一体化材料，表干时间和实干时间均较长，这主要是由于对比例2中不含磷酸盐和氟硅酸盐，而磷酸盐和氟硅酸盐能加速无机防火保温材料的固化。硅酸盐与磷酸盐的反应比较复杂，在接触的初期它们的离子会相互渗透，形成一个复杂混合物。随着反应的进行，硅酸根离子与磷酸根离子交换，互相作用，产生硅酸和磷酸两种新的混合物，反应后期硅酸和磷酸聚合反应形成一种高分子化合物，这种化合物具有很高的热稳定性和化学稳定性。氟硅酸（钠、镁）盐与硅酸（钠、钾、锂）盐会发生复杂的化学反应。硅酸盐是一种碱式盐，而氟硅酸盐则是一种酸式盐，因此氟硅酸盐的氢离子和钠或镁离子会与硅酸盐中的硅酸根反应，导致产生凝胶反应。硅酸盐会导致氟硅酸盐分解，产生氟化钾（或钠、锂）和硅醇，硅酸之间又可以进一步反应聚合成高分子化合物。
环境温度、湿度以及产品成分的变化均会影响超轻防火吸音功能一体化材料的固化速度。在环境温度较低，湿度比较大等情况时，在施工现场可以再添磷酸盐和氟硅酸盐等材料，以调节超轻防火吸音功能一体化材料的固化速度。
对比例3制备的超轻防火吸音功能一体化材料上墙干燥后发生开裂。主要是由于所用的中空玻璃微珠的颗粒粒径太小。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，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 (10)
1.一种超轻防火吸音功能一体化材料，其特征在于：其原料按照质量份数包括：
改性无机硅酸盐30-80份，中空玻璃微珠1.0-50份，漂珠0-30份，膨润土0.1-5.0份，多孔硅藻土1.0-6.0份，海泡石0.1-4.0份，开孔珍珠岩颗粒1.0-10份，锌或锌盐0.1-4.0份，磷酸盐1.0-6.0份，碳酸盐1.0-6.0份，氟硅酸盐0.1-6.0份，纳米二氧化硅1.0-5.0份，多壁碳纳米管0.05-0.1份，沸石粉1.0-8.0份，碳纤维0.1-0.2份；
所述改性无机硅酸盐，其原料按照质量份数包括：无机硅酸盐溶液50-100份，基材润湿剂0.1-0.2份，稳定剂0.1-0.5份，硅酸镁铝0.1-1.0份，膨润土0.5-1.0份，无机纤维12-28份。
2.如权利要求1所述的一种超轻防火吸音功能一体化材料，其特征在于：所述无机硅酸盐溶液为硅酸钠溶液、硅酸钾溶液和硅酸锂溶液中的一种或任意比例的混合；
所述基材润湿剂为Silok4640、Silok4662、Silok8066和Silok8241中的一种或任意比例的混合；
所述稳定剂为偏硅酸钠、硅酸盐硅烷和GSyWDJ-5中的一种或任意比例的混合。
3.如权利要求1所述的一种超轻防火吸音功能一体化材料，其特征在于：所述无机纤维为矿物纤维或矿物纤维与短碳纤维的混合物。
4.如权利要求1所述的一种超轻防火吸音功能一体化材料，其特征在于：所述中空玻璃微珠的粒径为15-40μm，所述漂珠的粒径为150-500μm。
5.如权利要求1所述的一种超轻防火吸音功能一体化材料，其特征在于：所述锌为锌粉；所述锌盐为磷酸锌。
6.如权利要求1所述的一种超轻防火吸音功能一体化材料，其特征在于：所述碳酸盐为碳酸镁、碳酸铝和碳酸氢钠中的一种或任意比例的混合；
所述磷酸盐为磷酸铝、磷酸钙和三聚磷酸铝中的一种或任意比例的混合。
7.如权利要求1所述的一种超轻防火吸音功能一体化材料，其特征在于：所述氟硅酸盐为氟硅酸钠、氟硅酸镁中的一种或任意比例的混合物。
8.如权利要求1所述的一种超轻防火吸音功能一体化材料，其特征在于：所述超轻防火吸音功能一体化材料固化后，干密度为180-420kg/m³；导热系数为0.030～0.045W/m.k；防火等级为A1级；吸声系数NRC为0.6～0.8。
9.如权利要求1-8任一项所述的一种超轻防火吸音功能一体化材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：在400~600转/分搅拌下，向无机硅酸盐溶液中依次加入硅酸镁铝、膨润土，持续搅拌至完全溶解；
步骤2：在1000~1500转/分转速下，依次加入基材润湿剂、稳定剂和无机纤维，持续搅拌至混合均匀，得改性无机硅酸盐；
步骤3：在真空条件下，在转速30~50转/分搅拌速度下，向所得改性无机硅酸盐中加入中空玻璃微珠、漂珠、膨润土、多孔硅藻土、海泡石、开孔珍珠岩颗粒、锌或锌盐、磷酸盐、碳酸盐、氟硅酸盐、纳米二氧化硅、多壁碳纳米管、沸石粉、碳纤维持续搅拌至全部混合均匀得一种超轻防火吸音功能一体化材料。
10.如权利要求1-8任一项所述的超轻防火吸音功能一体化材料在隧道、地铁、建筑物、构筑物中的应用，其特征在于：采用刮涂或喷涂方式进行施工；单次刮涂或喷涂厚度为1-5cm；
或者，倒入模具后干燥做成预制件；所述预制件厚度为2-10cm。
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