CN107117925A - 一种高阻燃保温材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高阻燃保温材料，包括以下按重量份的原料：水玻璃10‑15份；三乙醇胺10‑15份；聚磷酸铵25‑35份；季戊四醇15‑20份；乙丙乳液15‑30份；乳化剂1‑2份；改性憎水剂1‑5份；改性低羟基酚醛树脂25‑40份；有机酸15‑30份；聚苯纤维5‑10份；碳酸铝铵纤维5‑10份；聚丙烯纤维2‑8份；玻璃棉5‑15份；岩棉3‑6份；陶瓷纤维2‑5份。本发明提供的保温材料，阻燃性能优异，提高了力学性能，能防止保温材料表面粉化和掉渣。
Description
技术领域
本发明涉及保温材料技术领域，具体涉及一种高阻燃保温材料。
背景技术
随着人们对建筑节能、环境保护意识的增强，保温防火板材在建筑领域的需求量与日俱增。建筑外墙外保温防火板材主要分为无机和有机两类，无机材料如岩棉、玻璃棉、泡沫玻璃、微孔硅酸钙、憎水珍珠岩等，防火性能好，但导热系数较大，保温效果不理想，难以满足国家建筑节能标准要求，用量小；有机材料如聚苯乙烯泡沫EPS、XPS和聚氨酯硬泡PU等，质量轻，保温、隔热效果好，大量应用于建筑外墙外保温，但其最大的缺陷是防火安全性差，易老化、易燃烧，燃烧时烟雾大、毒性大，使用年限、防火性均不如无机保温材料。近年来，由于这类有机可燃性保温材料的使用引起的大型建筑物火灾屡见不鲜，已经造成数以亿计的重大经济损失和多数人身伤亡。
现有技术中的酚醛泡沫板为新一代保温、防火、隔音材料，它兼备了有机和无机保温材料的优点：轻质、保温好、尺寸稳定性好、防火性能优异，与聚苯乙烯泡沫和聚氨酯硬泡等材料相比，最大特点是耐热性好，低温收缩性小，具有独特的阻燃和尺寸稳定性，在2000℃高温下不燃烧、不熔化、不收缩、无毒气、无浓烟、无滴落，只是表面形成炭化层。有较强的环保、节能功效。但是，我国现有的酚醛泡沫板还存在硬脆，易粉化和掉渣等技术缺陷，当酚醛泡沫板作为建筑外墙保温材料时，需要对原料酚醛树脂进行增韧改性，同时还要通过在其表面涂刷一道专用防火阻燃界面剂，增加酚醛泡沫板表面的强度，防止粉化和掉渣，提高其与抹面材料的粘结强度。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的问题，提供一种阻燃性能优异、提高力学性能、能防止材料表面粉化和掉渣的保温材料。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种高阻燃保温材料，包括以下按重量份的原料：
水玻璃 10-15份；
三乙醇胺 10-15份；
聚磷酸铵 25-35份；
季戊四醇 15-20份；
乙丙乳液 15-30份；
乳化剂 1-2份；
改性憎水剂 1-5份；
改性低羟基酚醛树脂 25-40份；
有机酸 15-30份；
聚苯纤维 5-10份；
碳酸铝铵纤维 5-10份；
聚丙烯纤维 2-8份；
玻璃棉 5-15份；
岩棉 3-6份；
陶瓷纤维 2-5份。
进一步地，所述改性低羟基酚醛树脂包括以下重量份原料：
苯酚 20-30份；
甲醛 32-75份；
聚乙烯醇 1-4份；
聚氨酯预聚体 3-10份；
有机硅树脂 5-15份。
进一步地，所述改性低羟基酚醛树脂的制备方法如下：
(1)将苯酚与全部的聚乙烯醇混合并搅拌均匀后，将混合溶液PH值调节到3-4，设置反应温度在95-105℃之间，反应40-55分钟后冷却至35-45℃；
(2)加入全部的聚氨酯预聚体后升温至80-90℃之间，反应50-65分钟后冷却至45-60℃；
(3)调节PH值到9-10，加入全部的甲醛，升温至85-95℃之间，反应3-4小时，停止加热；调节PH值到6-8，加入熔融的有机硅树脂搅拌均匀，然后真空脱水将粘度调节到25℃条件下5500-6000mPas，得到改性低羟基酚醛树脂。
进一步地，所述PH值通过向混合溶液中加稀盐酸或氢氧化钠溶液来进行调节。
进一步地，所述冷却方式为水冷或风冷。
进一步地，所述水玻璃的模数为3.2-3.5。
进一步地，所述有机酸包括以下重量份原料：
甲基磺酸 30-50份；
石油磺酸 20-40份；
苯磺酸 20-40份；
对甲苯磺酸 20-40份。
进一步地，所述聚苯纤维、碳酸铝铵纤维、聚丙烯纤维和玻璃棉的长度为2-10mm。
本发明与现有技术相比，具有如下的有益效果：
（1）采用水玻璃，使各原料间粘度增大，易于分解硬化。可增加保温材料表面的强度，防止粉化和掉渣，提高其与抹面材料的粘结强度。
（2）采用季戊四醇与聚磷酸铵配合可得膨胀型阻燃剂，利用三乙醇胺提高膨胀型阻燃剂的流动性和装填密度，其各项指标均达到了GBl2441-2005饰面型防火涂料标准要求。加入乙丙乳液，能增大生成的炭量，使配制的阻燃剂膨胀倍率更大，防火性能更强。聚苯纤维、碳酸铝铵纤维、聚丙烯纤维、玻璃棉、岩棉和陶瓷纤维的长度为2-10mm，这种纤维分子的长链缠绕在一起，彼此交联成网络结构，从而使得保温材料在凝固后，能够将这种交联网络结构凝固于其中，达到整体上的紧固，这种交联网状的纤维在发泡后能够起到增强、阻裂和增韧的作用，防止应力集中，降低保温材料的干缩和开裂的可能性，提高强度；玻璃棉、岩棉和陶瓷纤维具有质量轻、导热系数小、吸热、阻燃等特点，进一步提高本发明的保温效果以及阻燃性能。
（3）采用以苯酚和甲醛在先酸后碱的条件下加热通过共聚缩合，加入熔融的有机硅树脂，形成具有低羟基的改性酚醛树脂。有机硅树脂的加入，可提高粘接强度和耐高温性能。改性低羟基酚醛树脂与憎水剂以及有机酸催化体系在连续线上固化成型。酚醛树脂端羟基被封闭，降低了材料的吸水率。提高固化后的成型材料强度，延长保温材料的使用寿命。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种高阻燃保温材料，包括以下按重量份的原料：
水玻璃10克、三乙醇胺10克、聚磷酸铵25克、季戊四醇15克、乙丙乳液15克、乳化剂1克、改性低羟基酚醛树脂25克、有机酸15克、聚苯纤维5克、碳酸铝铵纤维5克、聚丙烯纤维2克、玻璃棉5克、岩棉3克和陶瓷纤维2克。
上述改性低羟基酚醛树脂包括以下重量份原料：
苯酚20克、甲醛32克、聚乙烯醇1克、聚氨酯预聚体3克和有机硅树脂5克。
改性低羟基酚醛树脂的制备方法如下：
(1)将苯酚与全部的聚乙烯醇混合并搅拌均匀后，通过向混合溶液中加稀盐酸溶液，将混合溶液PH值调节到3，设置反应温度为95℃，反应40分钟后水冷至35℃；
(2)加入全部的聚氨酯预聚体后升温至80℃，反应50分钟后水冷至45℃；
(3)调节PH值到9，加入全部的甲醛，升温至85℃，反应3小时，停止加热；通过向混合溶液中加氢氧化钠溶液，调节PH值到6，加入熔融的有机硅树脂搅拌均匀，然后真空脱水将粘度调节到25℃条件下5500mPas，得到改性低羟基酚醛树脂。
上述有机酸包括以下重量份原料：
甲基磺酸30克、石油磺酸20克、苯磺酸20克和对甲苯磺酸20克。
上述水玻璃的模数为3.2，水玻璃模数是水玻璃的重要参数，一般在1.5-3.5之间。水玻璃模数越大，氧化硅含量越多，水玻璃粘度增大，易于分解硬化，粘结力增大。可增加保温材料表面的强度，防止粉化和掉渣，提高其与抹面材料的粘结强度。
季戊四醇与聚磷酸铵配合可得膨胀型阻燃剂，利用三乙醇胺提高膨胀型阻燃剂的流动性和装填密度，其各项指标均达到了GBl2441-2005饰面型防火涂料标准要求。加入乙丙乳液，能增大生成的炭量，使配制的阻燃剂膨胀倍率更大，防火性能更强。
乳化剂的作用是，当它分散质的表面时，形成薄膜或双电层，可使分散相带有电荷，这样就能阻止分散相的小液滴互相凝结，使形成的乳浊液比较稳定。憎水剂1-5份，加入憎水剂能提高保温材料的防水性，同时具有抗酸碱、耐老化、防碳化、防霉等功效；提高了保温材料的抗压、抗拉强度，在保温材料的表面形成永久性防水膜，使保温材料与墙面粘结处不膨胀、不变形、不脱落，能有效延长保温材料的使用寿命。
聚苯纤维、碳酸铝铵纤维、聚丙烯纤维、玻璃棉、岩棉和陶瓷纤维的长度为2-10mm，这种纤维分子的长链缠绕在一起，彼此交联成网络结构，从而使得保温材料在凝固后，能够将这种交联网络结构凝固于其中，达到整体上的紧固，这种交联网状的纤维在发泡后能够起到增强、阻裂和增韧的作用，防止应力集中，降低保温材料的干缩和开裂的可能性，提高强度；玻璃棉、岩棉和陶瓷纤维具有质量轻、导热系数小、吸热、阻燃等特点，进一步提高本发明的保温效果以及阻燃性能。
采用以苯酚和甲醛在先酸后碱的条件下加热通过共聚缩合，加入熔融的有机硅树脂，形成具有低羟基的改性酚醛树脂。有机硅树脂的加入，可提高粘接强度和耐高温性能。改性低羟基酚醛树脂与憎水剂以及有机酸催化体系在连续线上固化成型。酚醛树脂端羟基被封闭，降低了材料的吸水率。固化后的成型材料力学性能得到加强、酸性低，增加了保温材料的使用寿命。
实施例2
一种高阻燃保温材料，包括以下按重量份的原料：
水玻璃15克、三乙醇胺15克、聚磷酸铵35克、季戊四醇20克、乙丙乳液30克、乳化剂2克、改性低羟基酚醛树脂40克、有机酸30克、聚苯纤维10克、碳酸铝铵纤维10克、聚丙烯纤维8克、玻璃棉15克、岩棉6克和陶瓷纤维5克。
上述改性低羟基酚醛树脂包括以下重量份原料：
苯酚30克、甲醛75克、聚乙烯醇4克、聚氨酯预聚体10克和有机硅树脂15克。
改性低羟基酚醛树脂的制备方法如下：
(1)将苯酚与全部的聚乙烯醇混合并搅拌均匀后，通过向混合溶液中加稀盐酸溶液，将混合溶液PH值调节到4，设置反应温度为105℃，反应55分钟后水冷至45℃；
(2)加入全部的聚氨酯预聚体后升温至90℃之间，反应65分钟后水冷至60℃；
(3)调节PH值到10，加入全部的甲醛，升温至95℃，反应4小时，停止加热；通过向混合溶液中加氢氧化钠溶液，调节PH值到8，加入熔融的有机硅树脂搅拌均匀，然后真空脱水将粘度调节到25℃条件下6000mPas，得到改性低羟基酚醛树脂。
上述有机酸包括以下重量份原料：
甲基磺酸50克、石油磺酸40克、苯磺酸40克和对甲苯磺酸40克。
实施例3
一种高阻燃保温材料，包括以下按重量份的原料：
水玻璃13克、三乙醇胺12克、聚磷酸铵30克、季戊四醇17克、乙丙乳液25克、乳化剂1.5克、改性低羟基酚醛树脂32克、有机酸23克、聚苯纤维8克、碳酸铝铵纤维7克、聚丙烯纤维5克、玻璃棉10克、岩棉4克和陶瓷纤维3克。
上述改性低羟基酚醛树脂包括以下重量份原料：
苯酚25克、甲醛50克、聚乙烯醇2克、聚氨酯预聚体6克和有机硅树脂10克。
改性低羟基酚醛树脂的制备方法如下：
(1)将苯酚与全部的聚乙烯醇混合并搅拌均匀后，通过向混合溶液中加稀盐酸溶液，将混合溶液PH值调节到3.5，设置反应温度至100℃，反应48分钟后水冷至40℃；
(2)加入全部的聚氨酯预聚体后升温至85℃，反应58分钟后水冷至52℃；
(3)调节PH值到9，加入全部的甲醛，升温至90℃，反应3.5小时，停止加热；通过向混合溶液中加氢氧化钠溶液，调节PH值到7，加入熔融的有机硅树脂搅拌均匀，然后真空脱水将粘度调节到25℃条件下5800mPas，得到改性低羟基酚醛树脂。
上述有机酸包括以下重量份原料：
甲基磺酸40克、石油磺酸30克、苯磺酸30克和对甲苯磺酸30克。
实施例4
申请人采用本发明提供工艺制成的保温材料进行检测，主要性能指标如表1所示：
| 检测项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 密度，kg/m3 | 135.8 | 136.6 | 132.4 |
| 抗压强度，MPa | 1.19 | 1.20 | 1.23 |
| 导热系数，W/（m·K） | 0.061 | 0.062 | 0.059 |
| 最高使用温度，℃ | 1083 | 1025 | 1090 |
| 最高使用温度下平均线收缩率，% | 1.34 | 1.25 | 1.21 |
| 抗折强度，MPa | 1.26 | 1.29 | 1.31 |
| 与抹面材料的粘结力，MPa | 2.1 | 2.35 | 2.14 |
表1
阻燃性能指标检测结果如表2所示：
| 检测项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 对试样进行燃烧的时间，s | 60 | 60 | 60 |
| 试样平均持续燃烧时间，s | 0 | 0 | 0 |
| 试样平均质量损失率，% | 0.8 | 0.76 | 0.81 |
| 安全级别 | 标准安全1级（ZA1） | 标准安全1级（ZA1） | 标准安全1级（ZA1） |
由此可见，本发明提供的一种高阻燃保温材料具有如下技术特点：
1、保温效果好；
2、阻燃性能优良；
3、在火场中受火时其产物可达到标准安全级别，不会伤害未逃离火场人员和消防人员，也不会造成环境污染；
4、力学性能优良，与抹面材料的粘结力强，不易脱落，材料表面不易发生粉化或掉渣。
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 (8)
1.一种高阻燃保温材料，其特征在于，包括以下按重量份的原料：
水玻璃 10-15份；
三乙醇胺 10-15份；
聚磷酸铵 25-35份；
季戊四醇 15-20份；
乙丙乳液 15-30份；
乳化剂 1-2份；
改性憎水剂 1-5份；
改性低羟基酚醛树脂 25-40份；
有机酸 15-30份；
聚苯纤维 5-10份；
碳酸铝铵纤维 5-10份；
聚丙烯纤维 2-8份；
玻璃棉 5-15份；
岩棉 3-6份；
陶瓷纤维 2-5份。
2.根据权利要求1所述的一种高阻燃保温材料，其特征在于，所述改性低羟基酚醛树脂包括以下重量份原料：
苯酚 20-30份；
甲醛 32-75份；
聚乙烯醇 1-4份；
聚氨酯预聚体 3-10份；
有机硅树脂 5-15份。
3.根据权利要求2所述的一种高阻燃保温材料，其特征在于，所述改性低羟基酚醛树脂的制备方法如下：
(1)将苯酚与全部的聚乙烯醇混合并搅拌均匀后，将混合溶液PH值调节到3-4，设置反应温度在95-105℃之间，反应40-55分钟后冷却至35-45℃；
(2)加入全部的聚氨酯预聚体后升温至80-90℃之间，反应50-65分钟后冷却至45-60℃；
(3)调节PH值到9-10，加入全部的甲醛，升温至85-95℃之间，反应3-4小时，停止加热；调节PH值到6-8，加入熔融的有机硅树脂搅拌均匀，然后真空脱水将粘度调节到25℃条件下5500-6000mPas，得到改性低羟基酚醛树脂。
4.根据权利要求3所述的一种高阻燃保温材料，其特征在于，所述PH值通过向混合溶液中加稀盐酸或氢氧化钠溶液来进行调节。
5.根据权利要求3所述的一种高阻燃保温材料，其特征在于，所述冷却方式为水冷或风冷。
6.根据权利要求1所述的一种高阻燃保温材料，其特征在于，所述水玻璃的模数为3.2-3.5。
7.根据权利要求1所述的一种高阻燃保温材料，其特征在于，所述有机酸包括以下重量份原料：
甲基磺酸 30-50份；
石油磺酸 20-40份；
苯磺酸 20-40份；
对甲苯磺酸 20-40份。
8.根据权利要求1所述的一种高阻燃保温材料，其特征在于，所述聚苯纤维、碳酸铝铵纤维、聚丙烯纤维和玻璃棉的长度为2-10mm。
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|---|---|---|---|---|
| CN108410122A (zh) * | 2018-03-07 | 2018-08-17 | 石家庄学院 | 一种岩棉纤维增强酚醛泡沫复合材料及其制备方法 |
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| CN114044661A (zh) * | 2021-12-03 | 2022-02-15 | 贵州国锐鑫节能科技有限公司 | 一种太阳能吸热放热磷石膏保温板及其制备方法 |
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