CN103664119B - 一种阻燃节能保温材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种以火山灰、硅藻土及废纸等为原料制备阻燃节能保温材料的方法，涉及建筑保温材料生产技术和植物纤维资源、工业无机废弃物等综合利用领域。一种阻燃节能保温材料，所述材料由组分A和发泡剂B为原料制成，其中，所述A组分，按质量百分比，由下述组分组成：火山灰35%～65%，石膏8%～26%，硅藻土12%～24%，水泥5%～15%，纤维性阻裂剂1%～5%，阻燃剂0.2%～0.6%，硬脂酸钙0.2%～1.0%。本发明提供以火山灰、硅藻土及废纸等为原料制备阻燃节能保温材料，能够满足A级不燃保温材料市场需求，并能充分利用当地的廉价无机材料资源和生物质资源。
Description
技术领域
本发明涉及一种以火山灰、硅藻土及废纸等为原料制备阻燃节能保温材料的方法，涉及建筑保温材料生产技术和植物纤维资源、工业无机废弃物等综合利用领域。
背景技术
能源问题已成为世界各国经济发展、社会稳定的重大问题，也是人类为可持续发展必须予以解决的重大课题。节能是能源开发的一个重要方面，建筑能耗在各国总能耗中所占的比例已达30%～40%，而且有不断增加的趋势。因此必须大力发展绿色环保节能建筑，提高能源利用效率，利用废弃物开发实用新产品，满足各行业需要是“变废为宝”工业发展的一个主要方向。近年来，国内因保温材料发生的火灾事故，已让人们清楚地意识到了推广应用具有良好防火性能的节能保温材料的必要性和紧迫性。因此，保温材料的研发和保温***设计，应将安全与节能、防火与保温一起放在首要位置，建材节能必须推进，保温材料亟待升级换代。
虽然聚苯发泡材料在国内的一些大中城市中已得到比较普遍的应用，但由于其阻燃性能较差，燃烧时散发有毒气体，而无机泡沫保温材料燃烧性能达到A级（不燃）。随着科技的发展，人们对建筑材料的要求随之增高，并且目前使用的建筑材料在节能、防火、保温等方面不能满足有关部门的需要。因此，国内外已经越来越重视研究、开发、应用以无机物为主的保温材料。
自2009年起，国内造纸已赶超美国成为全球纸和纸板产量和消费量大国，而废纸纤维多次回用后不适宜于继续造纸。因此，国内有大量的廉价废纸资源。火山灰在我国开发利用程度不高，硅藻土中二级土、三级土绝大部分被废弃，既浪费资源还会造成环境污染。
发明内容
本发明的目的就是一种以火山灰、硅藻土及纤维性阻裂剂等为原料制备的阻燃节能保温材料，能够满足A级不燃保温材料市场需求，并能充分利用当地的廉价无机材料资源和生物质资源。
一种阻燃节能保温材料，所述材料由组分A和发泡剂B为原料制成，其中，
所述A组分，按质量百分比，由下述组分组成：火山灰35%～65%，石膏8%～26%，硅藻土12%～24%，水泥5%～15%，纤维性阻裂剂1%～5%，阻燃剂0.2%～0.6%，硬脂酸钙0.2%～1.0%，
所述纤维性阻裂剂选自废纸粉、废纸纤维或矿物纤维中的至少一种。
所述A组分中，各个组分质量百分比之和为100%。
本发明中采用廉价的自然资源火山灰为骨料，火山灰是一种火山喷发经剧烈冷却而形成的细小颗粒，本身无粘结力，其中所含活性的玻璃体与水泥、石膏等反应后可以形成稳定且具有水硬性的胶凝物质，如来自长白山的火山灰。
本发明优选使用二级土、三级硅藻土，以达到废物利用的目的。
本发明中使用纤维性阻裂剂选自废纸粉、废纸纤维或矿物纤维中的至少一种，其可防止保温材料固化成型后开裂，优选为废纸纤维。
本发明所述废纸粉指经废弃用纸破碎后制得的粉末，优选其粒度为过40目的粉末。
本发明所述废纸纤维指废纸疏解后得到的纤维，优选针叶材纤维。
本发明所述阻燃节能保温材料，优选所述A组分，按质量百分比，由下述组分组成：火山灰50%～60%，石膏15%～24%，硅藻土15%～20%，水泥9%～11%，纤维性阻裂剂2%～4%，阻燃剂0.3%～0.5%，硬脂酸钙0.7%～0.9%。
本发明所述阻燃节能保温材料优选所述发泡剂B，按质量百分比，由下述组分组成：十二烷基苯磺酸钠45%～55%和马铃薯淀粉55%～45%。
本发明所用水泥、石膏、硅藻土、阻燃剂、十二烷基苯磺酸钠、马铃薯淀粉、硬脂酸钙均可商业购得。
本发明所述阻燃节能保温材料优选所述阻燃剂，按质量百分比，由下述组分组成：硼酸锌75%～65%，氢氧化铝25%～35%。
本发明所述阻燃剂优选为硼酸锌和氢氧化铝的混合物。硼酸锌作为一种无机阻燃剂，属于硼系阻燃剂，具有优良的无毒、无污染、阻燃及抑烟等环保性能，硼酸锌阻燃剂是一种新型的、性能优异的阻燃剂，外观呈白色粉末，熔点为980℃，毒性LD50大于10g/kg，具有热稳定性高、粒度细、体积质量小、易分散、无毒等显著特点，可广泛应用于高层建筑中，不仅具有良好的阻燃效果，而且无毒无害，同时外加部分氢氧化铝，以降低阻燃剂成本。
本发明所述阻燃节能保温材料优选所述材料按下述方法制备：
①浆料C制备：按组分A与水的质量比为1.1～1.2将纤维性阻裂剂、阻燃剂和水混合，搅拌3～5min后依次加入火山灰、水泥、硅藻土、石膏、硬脂酸钙并混合均匀，得浆料C；
②泡沫D制备：按发泡剂与水的比为0.12～0.15g:10mL将发泡剂B溶于水，发泡，得泡沫D；
③保温材料制备：将步骤①所得浆料C和步骤②所得泡沫D按体积比1:2～3混合均匀，注入模型，护养，脱模，干燥，既得。
上述方法中，优选步骤①：按组分A与水的质量比为1.1～1.2将纤维性阻裂剂（废纸粉、废纸纤维或矿物纤维中的至少一种）加入水中进行疏解，后加入阻燃剂搅拌3～5min后依次加入火山灰、水泥、硅藻土、石膏、硬脂酸钙并搅拌8～10min，得浆料C。
所述废纸的疏解可于水力碎浆机、纤维疏解机中进行。
上述方法中，优选步骤②：所述发泡是以机械搅拌的方法制得泡沫，搅拌速度为1000～1200r/min，所得泡沫直径1～2mm。
所述机械搅拌发泡可于商业购得的发泡机中进行。
上述方法中，优选步骤③：将步骤②所得泡沫D按体积比1:2～3缓慢倒入步骤①所得浆料C中，搅拌混合3～5min，注入模型护养，脱模，干燥，既得，
所述养护条件为：常温下放置2～24h，或在湿度90%～95%，温度30～40℃条件下护养2～24h。
本发明所述阻燃节能保温材料具有下述性能参数：
干密度为440～550Kg/m3，导热系数为0.050～0.065W·(m·K)-1，抗压强度为500～1000KPa。
本发明的有益效果是：
1）无污染。保温材料制备过程中无任何污染物产生、排放。
2）投资省。用火山灰代替大量水泥，使用通用设备，施工方便，原料来源丰富，价格低廉。
3）节约能源。利用了火山灰、硅藻土等污染环境的工业废渣，提高废纸利用率，替代聚苯板等保温材料，从而节约石油资源。
4）建筑材料阻燃、保温隔热性能良好。保温材料的导热系数保持在0.050～0.065W·(m·K)-1。火山灰比重远小于水泥，而且是无机不燃物，石膏、水泥、硅藻土均属不燃物，并加入了阻燃剂。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1
①浆料C制备：将矿物纤维19g和555g水置于纤维疏解机中进行疏解，后向所得混合物加入硼酸锌1.33g，氢氧化铝0.57g搅拌3min后依次加入火山灰、水泥、硅藻土、石膏、硬脂酸钙并搅拌8min，得浆料C，其中，火山灰200g，硅藻土100g，水泥50g，石膏120g，硬脂酸钙3.9g；
②泡沫D制备：将发泡剂B4g和300g水置于发泡机进行发泡，搅拌速度为1100r/min，所得泡沫直径1±0.5mm，其中发泡剂B按质量百分比，由十二烷基苯磺酸钠50%和马铃薯淀粉50%组成；
③保温材料制备：将步骤②所得泡沫D缓慢倒入步骤①所得浆料C中，搅拌混合3min，注入模型，护养，脱模，干燥，既得，
所述养护条件为：在湿度90%，温度30℃条件下护养24h。
采用GB/T5464-1999标准对本发明的保温材料进行阻燃性能检测，结果表明为A级不燃物。使用YBF-3型导热系数测试仪对本发明的保温材料进行导热系数测定，其导热系数为0.061W·(m·K)-1。采用GB/T11969-2008标准对本发明的保温材料进行密度和强度测定，其干密度为449Kg/m3,抗压强度为570KPa。
实施例2
①浆料C制备：将废纸纤维20g和575g水置于纤维疏解机中进行疏解，后向所得混合物加入硼酸锌1.33g，氢氧化铝0.57g搅拌3min后依次加入火山灰、水泥、硅藻土、石膏、硬脂酸钙并搅拌8min，得浆料C，其中，火山灰255g，硅藻土100g，水泥50g，石膏75g，硬脂酸钙3.9g；
②泡沫D制备：将发泡剂B4g和300g水置于发泡机进行发泡，搅拌速度为1100r/min，所得泡沫直径1±0.5mm，其中发泡剂B按质量百分比，由十二烷基苯磺酸钠50%和马铃薯淀粉50%组成；
③保温材料制备：将步骤②所得泡沫D缓慢倒入步骤①所得浆料C中，搅拌混合3min，注入模型，护养，脱模，干燥，既得，
所述养护条件为：在湿度90%，温度30℃条件下护养24h。
采用GB/T5464-1999标准对本发明的保温材料进行阻燃性能检测，结果表明为A级不燃物。使用YBF-3型导热系数测试仪对本发明的保温材料进行导热系数测定，其导热系数为0.055W·(m·K)-1。采用GB/T11969-2008标准对本发明的保温材料进行密度和强度测定，其干密度为541Kg/m3,抗压强度为510KPa。
实施例3
①浆料C制备：将矿物纤维10g，废纸纤维10g和600g水置于纤维疏解机中进行疏解，后向所得混合物加入硼酸锌1.4g，氢氧化铝0.6g搅拌3min后依次加入火山灰、水泥、硅藻土、石膏、硬脂酸钙并搅拌8min，得浆料C，其中，火山灰300g，硅藻土80g，水泥50g，石膏75g，硬脂酸钙4.2g；
②泡沫D制备：将发泡剂B4g和300g水置于发泡机进行发泡，搅拌速度为1100r/min，所得泡沫直径1±0.5mm，其中发泡剂B按质量百分比，由十二烷基苯磺酸钠50%和马铃薯淀粉50%组成；
③保温材料制备：将步骤②所得泡沫D缓慢倒入步骤①所得浆料C中，搅拌混合3min，注入模型，护养，脱模，干燥，既得，
所述养护条件为：在湿度90%，温度30℃条件下护养24h。
采用GB/T5464-1999标准对本发明的保温材料进行阻燃性能检测，结果表明为A级不燃物。使用YBF-3型导热系数测试仪对本发明的保温材料进行导热系数测定，其导热系数为0.053W·(m·K)-1。采用GB/T11969-2008标准对本发明的保温材料进行密度和强度测定，其干密度为489Kg/m3,抗压强度为680KPa。
实施例4
①浆料C制备：将废纸纤维22g和640g水置于纤维疏解机中进行疏解，后向所得混合物加入硼酸锌1.54g，氢氧化铝0.66g搅拌3min后依次加入火山灰、水泥、硅藻土、石膏、硬脂酸钙并搅拌8min，得浆料C，其中，火山灰300g，硅藻土100g，水泥50g，石膏100g，硬脂酸钙4.6g；
②泡沫D制备：将发泡剂B4g和300g水置于发泡机进行发泡，搅拌速度为1100r/min，所得泡沫直径1±0.5mm，其中发泡剂B按质量百分比，由十二烷基苯磺酸钠50%和马铃薯淀粉50%组成；
③保温材料制备：将步骤②所得泡沫D缓慢倒入步骤①所得浆料C中，搅拌混合3min，注入模型，护养，脱模，干燥，既得，
所述养护条件为：在湿度90%，温度30℃条件下护养24h。
采用GB/T5464-1999标准对本发明的保温材料进行阻燃性能检测，结果表明为A级不燃物。使用YBF-3型导热系数测试仪对本发明的保温材料进行导热系数测定，其导热系数为0.064W·(m·K)-1。采用GB/T11969-2008标准对本发明的保温材料进行密度和强度测定，其干密度为468Kg/m3,抗压强度为520KPa。
Claims (6)
1.一种阻燃节能保温材料，所述材料由组分A和发泡剂B为原料制成，其中，
所述A组分，按质量百分比，由下述组分组成：火山灰35％～65％，石膏8％～26％，硅藻土12％～24％，水泥5％～15％，纤维性阻裂剂1％～5％，阻燃剂0.2％～0.6％，硬脂酸钙0.2％～1.0％，
所述纤维性阻裂剂选自废纸粉、废纸纤维或矿物纤维中的至少一种，
所述材料按下述方法制备：
①浆料C制备：按组分A与水的质量比为1.1～1.2将纤维性阻裂剂、阻燃剂和水混合均匀后依次加入火山灰、水泥、硅藻土、石膏、硬脂酸钙并混合均匀，得浆料C；
②泡沫D制备：按发泡剂与水的比为0.12～0.15g:10mL将发泡剂B溶于水，发泡，得泡沫D；
③保温材料制备：将步骤①所得浆料C和步骤②所得泡沫D按体积比1:2～3混合均匀，注入模型，护养，脱模，干燥，即得。
2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：所述A组分，按质量百分比，由下述组分组成：火山灰50％～60％，石膏15％～24％，硅藻土15％～20％，水泥9％～11％，纤维性阻裂剂2％～4％，阻燃剂0.3％～0.5％，硬脂酸钙0.7％～0.9％。
3.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：所述发泡剂B，按质量百分比，由下述组分组成：十二烷基苯磺酸钠45％～55％和马铃薯淀粉55％～45％。
4.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：所述阻燃剂，按质量百分比，由下述组分组成：硼酸锌75％～65％，氢氧化铝25％～35％。
5.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：所述步骤②所得泡沫直径为1～2mm。
6.根据权利要求1～5任一项所述的材料，其特征在于：所述保温材料：干密度为440～550Kg/m3，导热系数为0.050～0.065W·(m·K)-1，抗压强度为500～1000KPa。
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