CN109250954A - 一种保温阻燃环保板材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于板材制造技术领域，具体涉及一种保温阻燃环保板材及其制备方法，本发明的保温阻燃环保板材由以下重量份的原料组成：改性农作物纤维粉10‑15份、粘合剂3‑5份、改性硅藻土8‑10份、表面改性纤维素纳米晶体10‑15份、改性高岭土8‑10份和水15‑20份；本发明保温阻燃环保板材的制备方法由以下步骤组成：（1）取上述重量份的原料加入搅拌机中搅拌，制得均匀混合浆料；（2）将均匀混合浆料加热后压制定型；（3）将压制定型的板材烘干后打磨即可。本发明通过采用各类改性原料，使得本发明制备的保温阻燃环保板材具有优良的阻燃和保温性能，且制备方法简单科学高效。

Description

一种保温阻燃环保板材及其制备方法
技术领域
本发明属于板材制造技术领域，具体涉及一种保温阻燃环保板材及其制备方法。
背景技术
随着经济的发展及人们生活水平的提高，居住条件逐渐改善，家居装修越来越豪华。在家居装修时，室内墙面装饰板是必不可少的重要组成部分，是能给人们带来方便和舒适感的装饰材料，其性能的好坏直接影响装饰效果。
常见的板材主要采用木质结构，木质结构装饰板虽然具有重量轻等特点，然而，其在潮湿多水环境中易腐烂、老化和膨胀，还易受虫蚁骚扰。随着森林资源的日渐贫乏，装饰板材已经逐渐由单一的传统木质结构板材向其他类型板材转型。在市售的其他类型板材中，采用氧化硅质材料、氧化钙质材料、石棉与水按一定比例混合成的料浆制备得到的装饰板较为常见，其中，氧化硅质材料通常采用石英粉，成本相对较高，而且石棉具有一定的毒性，污染环境，且装饰板强度不够，达不到某些场合的需求。
现有技术中公开的普通板材多采用甲醛和尿素合成的胶黏剂达到粘接效果，虽然胶接性能优良，但其中游离出的甲醛会致使室内空气质量恶化，对人体的健康造成严重的危害。人们长期接触低浓度甲醛会引起慢性呼吸道疾病，鼻咽癌、结肠癌、脑癌、细胞核的基因突变、妊娠综合症、白血病、记忆力和智力下降等。甲醛浓度高时可引起体质下降，免疫力下降，易于感冒、脱发、食欲锐减、体重减轻、浑身无力、头痛、心绞痛和失眠，严重者还会引起细胞核基因突变、DNA单键交联和DNA与蛋白质交联及抵制DNA损伤的修复。
板材除了需要有较好的视觉效果外，还需要具备阻燃、力学性能优异、抗辐射、隔音、环保等性能，而现有技术中的板材往往性能单一，无法满足实际需求。
公开号为CN108249949A的中国发明专利，公开了一种建筑用保温隔音板材，该板材的保温效果依然达不到实际需求。
因此，开发一种力学机械性能优异，同时具备良好的阻燃和保温性能的多功能环保板材板势在必行。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种保温阻燃环保板材及其制备方法，该保温阻燃环保板材具有优良的保温和阻燃性能，采用的原料绿色环保，且制备方法简单科学高效。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种保温阻燃环保板材，由以下重量份的原料组成：改性农作物纤维粉10-15份、粘合剂3-5份、改性硅藻土8-10份、表面改性纤维素纳米晶体10-15份、改性高岭土8-10份和水15-20份。
优选地，所述的一种保温阻燃环保板材，由以下重量份的原料组成：改性农作物纤维粉12份、粘合剂4份、改性硅藻土9份、表面改性纤维素纳米晶体12份、改性高岭土9份和水18份。
优选地，所述改性农作物纤维粉是将稻草秸秆、高粱秸秆、小麦秸秆按照重量比4:2:3晒干后加入粉碎机中粉碎，再加入质量分数为5％的双氧水浸泡40min后取出，清水冲洗3次，送入烘干箱中烘干，再加入质量分数为7%的氢氧化钠水溶液，在60℃条件下，保温搅拌20-30min，过滤，将滤渣用清水洗涤至中性，然后烘干制得。
优选地，所述粘结剂为聚氨酯树脂、丙烯酸树脂或酚醛树脂中的一种。
优选地，所述改性硅藻土是将原硅藻土、蒸馏水和稀硫酸按照重量比15:10:1加入反应容器中，密封后放入干燥箱中，在150-160℃的条件下反应180-200min，冷却后取出放入搅拌器中，加入蒸馏水，设置搅拌转速为80-100r/min，搅拌60-80min，然后抽滤，并洗涤3次，转移至烘干机中，在100℃条件下烘干60-80min，转移至煅烧炉中，煅烧80-100min，煅烧结束后自然冷却制得。
优选地，所述表面改性纤维素纳米晶体是将苯二(甲)酰亚氨基甲基磷酸二甲酯溶于高沸点溶剂中，在85-95℃下加热搅拌，待其完全溶解后加入纳米纤维素晶体，搅拌反应6-8h，然后将溶剂用旋转蒸发仪除去后得到粗产物，研磨成粉末制得。
优选地，所述改性高岭土是将高岭土置于马弗炉中在700-800℃条件下下煅烧3h，并随炉冷却，取煅烧产物与活性炭和硫酸铝在80-100℃的恒温水浴条件下反应8-12h，待反应终止时将混合溶液进行离心分离，洗涤，在100-130℃下干燥10-13h，研磨粉碎过150-200目筛制得。
本发明还提供了一种保温阻燃环保板材的制备方法，由以下制备步骤组成：
步骤1：按原料重量份数计，取如下原料：改性农作物纤维粉、粘合剂、改性硅藻土、表面改性纤维素纳米晶体、改性高岭土和水；
步骤2：改性农作物纤维粉、粘合剂、改性硅藻土、表面改性纤维素纳米晶体、改性高岭土和水混合后加入搅拌机搅拌，先低速搅拌30-60min，再高速搅拌30-60min，得混合浆料A；
步骤3：将混合物A加入挤出机中加热30-60min，温度为60-80℃,得到混合浆料B；
步骤4：将混合剂B挤出至板材定型设备中，压制成型；
步骤5：将步骤4压制成型的板材放入干燥窑烘干，温度为60-65℃，时间为8-10h， 当含水重量小于3.5％时，成为半成品；
步骤6：半成品经过干燥后打磨平整，表面光滑，即得环保板材。
优选地，步骤2所述低速搅拌转速为600-800r/min。
优选地，步骤2所述高度搅拌转速为1200-1400r/min。
本发明具有如下有益效果：
（1）本发明环保板材的原料中采用了改性农作物纤维粉，利用了大量的农业废弃物，既降低了成本，又解决了农业秸秆的处理问题，节约了林业资源，保护了环境；此外对秸秆进行了改性操作，目的是让其纤维质材质充分析出，去除了其他杂质，使秸秆能够和其他物质产生良好的交联效果，大大提高了制备的板材的抗拉强度和抗折性能。
（2）本发明环保板材的原料引入了纤维素纳米晶体结构，有利于提高板材力学性能、化学稳定性和加工流动性；在其表面通过苯二(甲)酰亚氨基甲基磷酸二甲酯改性，引入N,P和共轭结构，有效提高了装饰板的阻燃性；一方面，有利于纤维素纳米晶体的分散；另一方面，有利于改善亲水表面，减少装饰板吸水能力，从而有效防止其霉变。
（3）本发明环保板材的原料采用了改性硅藻土，改性硅藻土是对原硅藻土进行提纯，原硅藻土中除了含有硅藻体之外，还包含很多包裹在硅藻体表面和空隙中的有机杂质，这些有机杂质在高温煅烧的条件下氧化分解脱除，使得硅藻土的纯度提升，改性硅藻土能够更好地调节空气湿度，避免室内环境发霉、变质；改性硅藻土能够有效吸附并分解有害化学物质如甲醛、苯、二甲苯、三氯乙烯、醚酯类、丙烯氰等以及吸附宠物体臭、吸烟和生活垃圾所产生的异味等，可有效保持室内清洁；改性硅藻土作为热的不良导体，还具有保温隔热的优良特性。
（4）本发明环保板材的原料中添加了改性高岭土，改性高岭土解决了各原料之间结合性能较差的问题，从而提高了环保板材的力学强度。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
本实施例的保温阻燃环保板材，由以下重量份的原料组成：改性农作物纤维粉10份、聚氨酯树脂3份、改性硅藻土8份、表面改性纤维素纳米晶体10份、改性高岭土8份和水18份。
本实施例的改性农作物纤维粉是将稻草秸秆、高粱秸秆、小麦秸秆按照重量比4:2:3晒干后加入粉碎机中粉碎，再加入质量分数为5％的双氧水浸泡40min后取出，清水冲洗3次，送入烘干箱中烘干，再加入质量分数为7%的氢氧化钠水溶液，在60℃条件下，保温搅拌20min，过滤，将滤渣用清水洗涤至中性，然后烘干制得。
本实施例的改性硅藻土是将原硅藻土、蒸馏水和稀硫酸按照重量比15:10:1加入反应容器中，密封后放入干燥箱中，在150℃的条件下反应180min，冷却后取出放入搅拌器中，加入蒸馏水，设置搅拌转速为80r/min，搅拌60min，然后抽滤，并洗涤3次，转移至烘干机中，在100℃条件下烘干60min，转移至煅烧炉中，煅烧80min，煅烧结束后自然冷却制得。
本实施例的表面改性纤维素纳米晶体是将苯二(甲)酰亚氨基甲基磷酸二甲酯溶于高沸点溶剂中，在85℃下加热搅拌，待其完全溶解后加入纳米纤维素晶体，搅拌反应6h，然后将溶剂用旋转蒸发仪除去后得到粗产物，研磨成粉末制得。
本实施例的改性高岭土是将高岭土置于马弗炉中在700℃条件下下煅烧3h，并随炉冷却，取煅烧产物与活性炭和硫酸铝在80℃的恒温水浴条件下反应8h，待反应终止时将混合溶液进行离心分离，洗涤，在100℃下干燥10h，研磨粉碎过150目筛制得。
本实施例保温阻燃环保板材的制备方法，由以下制备步骤组成：
步骤1：按原料重量份数计，取如下原料：改性农作物纤维粉、聚氨酯树脂、改性硅藻土、表面改性纤维素纳米晶体、改性高岭土和水；
步骤2：改性农作物纤维粉、粘合剂、改性硅藻土、表面改性纤维素纳米晶体、改性高岭土和水混合后加入搅拌机搅拌，先以600r/min的低速搅拌30min，再以1200r/min的高速搅拌30min，得混合浆料A；
步骤3：将混合物A加入挤出机中加热30min，温度为60℃,得到混合浆料B；
步骤4：将混合剂B挤出至板材定型设备中，压制成型；
步骤5：将步骤4压制成型的板材放入干燥窑烘干，温度为60℃，时间为8h， 当含水重量小于3.5％时，成为半成品；
步骤6：半成品经过干燥后打磨平整，表面光滑，即得环保板材。
实施例2
本实施例的保温阻燃环保板材，由以下重量份的原料组成：改性农作物纤维粉12份、丙烯酸树脂4份、改性硅藻土9份、表面改性纤维素纳米晶体12份、改性高岭土9份和水18份。
本实施例的改性农作物纤维粉是将稻草秸秆、高粱秸秆、小麦秸秆按照重量比4:2:3晒干后加入粉碎机中粉碎，再加入质量分数为5％的双氧水浸泡40min后取出，清水冲洗3次，送入烘干箱中烘干，再加入质量分数为7%的氢氧化钠水溶液，在60℃条件下，保温搅拌25min，过滤，将滤渣用清水洗涤至中性，然后烘干制得。
本实施例的改性硅藻土是将原硅藻土、蒸馏水和稀硫酸按照重量比15:10:1加入反应容器中，密封后放入干燥箱中，在155℃的条件下反应190min，冷却后取出放入搅拌器中，加入蒸馏水，设置搅拌转速为90r/min，搅拌70min，然后抽滤，并洗涤3次，转移至烘干机中，在100℃条件下烘干70min，转移至煅烧炉中，煅烧90min，煅烧结束后自然冷却制得。
本实施例的表面改性纤维素纳米晶体是将苯二(甲)酰亚氨基甲基磷酸二甲酯溶于高沸点溶剂中，在90℃下加热搅拌，待其完全溶解后加入纳米纤维素晶体，搅拌反应7h，然后将溶剂用旋转蒸发仪除去后得到粗产物，研磨成粉末制得。
本实施例的改性高岭土是将高岭土置于马弗炉中在750℃条件下下煅烧3h，并随炉冷却，取煅烧产物与活性炭和硫酸铝在90℃的恒温水浴条件下反应10h，待反应终止时将混合溶液进行离心分离，洗涤，在115℃下干燥12h，研磨粉碎过180目筛制得。
本实施例保温阻燃环保板材的制备方法，由以下制备步骤组成：
步骤1：按原料重量份数计，取如下原料：改性农作物纤维粉、丙烯酸树脂、改性硅藻土、表面改性纤维素纳米晶体、改性高岭土和水；
步骤2：改性农作物纤维粉、粘合剂、改性硅藻土、表面改性纤维素纳米晶体、改性高岭土和水混合后加入搅拌机搅拌，先以700r/min的低速搅拌45min，再以1000r/min的高速搅拌45min，得混合浆料A；
步骤3：将混合物A加入挤出机中加热45min，温度为70℃,得到混合浆料B；
步骤4：将混合剂B挤出至板材定型设备中，压制成型；
步骤5：将步骤4压制成型的板材放入干燥窑烘干，温度为62℃，时间为9h， 当含水重量小于3.5％时，成为半成品；
步骤6：半成品经过干燥后打磨平整，表面光滑，即得环保板材。
实施例3
本实施例的保温阻燃环保板材，由以下重量份的原料组成：改性农作物纤维粉15份、酚醛树脂5份、改性硅藻土10份、表面改性纤维素纳米晶体15份、改性高岭土10份和水18份。
本实施例的改性农作物纤维粉是将稻草秸秆、高粱秸秆、小麦秸秆按照重量比4:2:3晒干后加入粉碎机中粉碎，再加入质量分数为5％的双氧水浸泡40min后取出，清水冲洗3次，送入烘干箱中烘干，再加入质量分数为7%的氢氧化钠水溶液，在60℃条件下，保温搅拌30min，过滤，将滤渣用清水洗涤至中性，然后烘干制得。
本实施例的改性硅藻土是将原硅藻土、蒸馏水和稀硫酸按照重量比15:10:1加入反应容器中，密封后放入干燥箱中，在160℃的条件下反应200min，冷却后取出放入搅拌器中，加入蒸馏水，设置搅拌转速为100r/min，搅拌80min，然后抽滤，并洗涤3次，转移至烘干机中，在100℃条件下烘干80min，转移至煅烧炉中，煅烧100min，煅烧结束后自然冷却制得。
本实施例的表面改性纤维素纳米晶体是将苯二(甲)酰亚氨基甲基磷酸二甲酯溶于高沸点溶剂中，在95℃下加热搅拌，待其完全溶解后加入纳米纤维素晶体，搅拌反应8h，然后将溶剂用旋转蒸发仪除去后得到粗产物，研磨成粉末制得。
本实施例的改性高岭土是将高岭土置于马弗炉中在800℃条件下下煅烧3h，并随炉冷却，取煅烧产物与活性炭和硫酸铝在100℃的恒温水浴条件下反应12h，待反应终止时将混合溶液进行离心分离，洗涤，在130℃下干燥13h，研磨粉碎过200目筛制得。
本实施例保温阻燃环保板材的制备方法，由以下制备步骤组成：
步骤1：按原料重量份数计，取如下原料：改性农作物纤维粉、酚醛树脂、改性硅藻土、表面改性纤维素纳米晶体、改性高岭土和水；
步骤2：改性农作物纤维粉、粘合剂、改性硅藻土、表面改性纤维素纳米晶体、改性高岭土和水混合后加入搅拌机搅拌，先以800r/min的低速搅拌60min，再以1400r/min的高速搅拌60min，得混合浆料A；
步骤3：将混合物A加入挤出机中加热60min，温度为80℃,得到混合浆料B；
步骤4：将混合剂B挤出至板材定型设备中，压制成型；
步骤5：将步骤4压制成型的板材放入干燥窑烘干，温度为65℃，时间为10h， 当含水重量小于3.5％时，成为半成品；
步骤6：半成品经过干燥后打磨平整，表面光滑，即得环保板材。
设置对照组，对照组采用公开号为CN108249949A的专利公开的一种建筑用保温隔音板材。对实施例1、实施例2、实施例3和对照组的板材进行性能测试：按照国家标准GB5454-85，用HC-1型氧指数测定仪测定氧指数；导热系数采用JTKD导热仪进行测试；甲醛净化率是将边长为1200mm的板材放置于通入有甲醛1mg的10m3的密闭容器中，用甲醛测试仪测试放置前后的结果，将分解的甲醛量比总甲醛量得到。所测的抗压强度、导热系数和甲醛净化率数据如表1所示。
表1
氧指数 导热系数W/（m·K） 甲醛净化率
实施例1 59 0.071 70.1%
实施例2 60 0.068 70.7%
实施例3 62 0.065 71.3%
对照组 42 0.137 46.2%
从表1可以看出，实施例1、实施例2和实施例3的氧指数分别比对照组高40.5%、42.9%和47.6%，说明本发明板材的阻燃性能比现有技术有较大提升。实施例1、实施例2和实施例3的导热系数分别为对照组的51.8%、49.6%和47.4%，说明本发明板材的保温心梗比现有技术有较大提升。实施例1、实施例2和实施例3的甲醛净化率分别比对照组提升了23.9%、24.5%和25.1%，说明本发明板材对室内甲醛的吸附和分解性能相比现有技术有较大提升。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种保温阻燃环保板材，其特征在于，由以下重量份的原料组成：改性农作物纤维粉10-15份、粘合剂3-5份、改性硅藻土8-10份、表面改性纤维素纳米晶体10-15份、改性高岭土8-10份和水15-20份。
2.根据权利要求1所述的一种保温阻燃环保板材，其特征在于，由以下重量份的原料组成：改性农作物纤维粉12份、粘合剂4份、改性硅藻土9份、表面改性纤维素纳米晶体12份、改性高岭土9份和水18份。
3.根据权利要求1或2所述的一种保温阻燃环保板材，其特征在于：所述改性农作物纤维粉是将稻草秸秆、高粱秸秆、小麦秸秆按照重量比4:2:3晒干后加入粉碎机中粉碎，再加入质量分数为5％的双氧水浸泡40min后取出，清水冲洗3次，送入烘干箱中烘干，再加入质量分数为7%的氢氧化钠水溶液，在60℃条件下，保温搅拌20-30min，过滤，将滤渣用清水洗涤至中性，然后烘干制得。
4.根据权利要求1或2所述的一种保温阻燃环保板材，其特征在于：所述粘结剂为聚氨酯树脂、丙烯酸树脂或酚醛树脂中的一种。
5.根据权利要求1或2所述的一种保温阻燃环保板材，其特征在于：所述改性硅藻土是将原硅藻土、蒸馏水和稀硫酸按照重量比15:10:1加入反应容器中，密封后放入干燥箱中，在150-160℃的条件下反应180-200min，冷却后取出放入搅拌器中，加入蒸馏水，设置搅拌转速为80-100r/min，搅拌60-80min，然后抽滤，并洗涤3次，转移至烘干机中，在100℃条件下烘干60-80min，转移至煅烧炉中，煅烧80-100min，煅烧结束后自然冷却制得。
6.根据权利要求1或2所述的一种保温阻燃环保板材，其特征在于：所述表面改性纤维素纳米晶体是将苯二(甲)酰亚氨基甲基磷酸二甲酯溶于高沸点溶剂中，在85-95℃下加热搅拌，待其完全溶解后加入纳米纤维素晶体，搅拌反应6-8h，然后将溶剂用旋转蒸发仪除去后得到粗产物，研磨成粉末制得。
7.根据权利要求1或2所述的一种保温阻燃环保板材，其特征在于：所述改性高岭土是将高岭土置于马弗炉中在700-800℃条件下下煅烧3h，并随炉冷却，取煅烧产物与活性炭和硫酸铝在80-100℃的恒温水浴条件下反应8-12h，待反应终止时将混合溶液进行离心分离，洗涤，在100-130℃下干燥10-13h，研磨粉碎过150-200目筛制得。
8.一种根据权利要求1或2所述保温阻燃环保板材的制备方法，其特征在于，由以下制备步骤组成：
步骤1：按原料重量份数计，取如下原料：改性农作物纤维粉、粘合剂、改性硅藻土、表面改性纤维素纳米晶体、改性高岭土和水；
步骤2：改性农作物纤维粉、粘合剂、改性硅藻土、表面改性纤维素纳米晶体、改性高岭土和水混合后加入搅拌机搅拌，先低速搅拌30-60min，再高速搅拌30-60min，得混合浆料A；
步骤3：将混合物A加入挤出机中加热30-60min，温度为60-80℃,得到混合浆料B；
步骤4：将混合剂B挤出至板材定型设备中，压制成型；
步骤5：将步骤4压制成型的板材放入干燥窑烘干，温度为60-65℃，时间为8-10h， 当含水重量小于3.5％时，成为半成品；
步骤6：半成品经过干燥后打磨平整，表面光滑，即得环保板材。
9.根据权利要求8所述的一种保温阻燃环保板材的制备方法，其特征在于：步骤2所述低速搅拌转速为600-800r/min。
10.根据权利要求8所述的一种保温阻燃环保板材的制备方法，其特征在于：步骤2所述高速搅拌转速为1200-1400r/min。
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