CN109650837B - 秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板，主要由以下重量份的原料制备而成：六水氯化镁100重量份；七水硫酸镁30～53重量份；轻烧氧化镁383～487重量份；水160～232重量份；秸秆纤维10～30重量份；发泡剂20～55重量份；增强剂5～8重量份；防水剂2～8重量份。本发明还相应提供一种上述秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板的制备方法。本发明的秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板具备轻质高强、不燃、耐久、保温隔音、不变形胀裂、不返卤泛霜等优势性能。

Description

秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑及装饰材料领域，尤其涉及一种防火门芯板及其制备方法。
背景技术
在当前常见的防火门产品中，主要是以硅酸铝棉或膨胀珍珠岩棉作为防火芯板。硅酸铝棉作为防火芯板所生产的防火门在高温下会产生有毒烟气，膨胀珍珠岩棉作为防火芯板所生产的防火门存在强度和防火性有所不足的缺陷。比较少见的玻璃防火门产品则在隔热性、强度和生产价格等方面有缺陷。此外，这些常见防火门的防火芯板大都密度很大、强度低，在使用过程中，难免会使防火材料破碎、沉降，造成防火门变形，从而影响使用性能和防火性能。
在现有的建材中，普遍认为镁系胶凝材料(镁水泥)性能优势最多。其优异的耐火性能和可加工性能为生产防火门提供了可能性。我国菱镁矿资源丰富，制品节能低耗、使用安全，但以往的镁水泥制品在生产或使用中存在变形胀裂和返卤泛霜的风险，因此少见应用于生活中。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，利用丰富的菱镁矿轻烧所得氧化镁和农林剩余物资源提供一种集绿色环保、轻质高强、不燃、耐久、保温隔音等优势性能于一体的秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板，并相应提供其制备方法。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板，主要由以下重量份的原料制备而成：
Figure BDA0001944517460000011
上述秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板中，优选的，所述六水氯化镁中氯化镁的质量分数为44％～46％；所述七水硫酸镁中硫酸镁的质量分数为46％～48％；所述轻烧氧化镁中氧化镁的质量分数为75％～95％，反应活性≥60％。
上述秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板中，优选的，所述发泡剂为松香酸钠；所述松香酸钠按照松香、烧碱与水按5：1：30的配比提前3h制备，使用时添加20％水并搅拌。松香酸钠可以在防火门芯板中产生很多气孔，气孔的存在可以保证防火门芯板的吸音性能。另外，松香酸钠的配制方法有很多种，本发明采用上述松香酸钠的配制工艺可以保证气泡孔径大小均一，分布均匀，避免应力集中，提高制品力学强度，减小变形胀裂的发生，并与防水剂相互协同作用，防火门芯板的综合性能更优。
上述秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板中，优选的，所述秸秆纤维的尺寸≥60目。秸秆纤维的添入可改善发泡氯氧镁基体的韧性，可以从微观到宏观多尺度的角度抑制裂缝的形成与发展，有效的控制制得的试样因硬化放热、湿度改变、加工等因素引起的微裂，同时还可显著提高制品的抗折抗压强度。本发明中，更优选的，所述秸秆纤维为经过氢氧化钠处理过的秸秆纤维，利用氢氧化钠处理秸秆纤维的具体操作如下：将秸秆纤维浸泡于质量分数10％的氢氧化钠溶液中30min，随后滤出秸秆。以氢氧化钠溶液处理秸秆纤维，可以去除部分秸秆纤维表面的蜡质层，提高纤维润湿度，促使纤维表面呈现“毛刺状”，以提高秸秆纤维与无机基体间的结合效果，从而增强制品的性能。
上述秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板中，优选的，所述防水剂为硅酸钠水溶液(Na2O·nSiO2)。适量加入硅酸钠水溶液可与其他成分(尤其是与发泡剂松香酸钠)协同作用，一方面能提高浆液的粘稠度，使发泡剂所形成的气泡能在浆液中保持稳定不移动，促进气孔的均匀分布；另一方面，硅酸钠胶体可以在基体内的细小孔隙口堆积搭桥，将细微孔口掩盖，进而在一定程度上阻止了水分子沿着孔隙和裂缝渗入硬化体内，提高了制品硬化后的耐水性，防止返卤泛霜。
本发明中，更优选的，控制防水剂与发泡剂的质量比为(0.5-1)：10，我们研究表明，本发明中选用的防水剂与发泡剂之间具有显著的协同作用，为了使二者的相互作用效果更明显，需要合理控制其二者的质量比，产品防火门芯板的综合性能才更优。
上述秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板中，优选的，所述增强剂为EVA乳液、硅丙乳液中的至少一种。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板的制备方法，包括以下步骤：
(1)将六水氯化镁、七水硫酸镁和水混合，并恒速搅拌均匀得到盐溶液；
(2)利用氢氧化钠处理秸秆纤维，洗涤并烘干备用；
(3)向步骤(1)中得到的盐溶液中加入轻烧氧化镁、增强剂、防水剂，恒速搅拌，得到无机胶料；
(4)将经过步骤(2)处理过的秸秆纤维加入到步骤(3)中得到的无机胶料中，恒速搅拌，再加入发泡剂，恒速搅拌得到浆料；
(5)将步骤(4)中得到的浆料倒入模具，并放置养护箱中进行静停发泡，最后脱模养护，即得到所述的秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板。
上述制备方法中，优选的，所述步骤(2)中，利用氢氧化钠处理秸秆纤维的具体操作如下：将秸秆纤维浸泡于质量分数10％的氢氧化钠溶液中30min，随后滤出秸秆。
上述制备方法中，优选的，所述步骤(1)中，恒速搅拌的时间为30min，搅拌速率为250r/min～350r/min；所述步骤(3)中，恒速搅拌的时间为10min～30min，搅拌速率为250r/min～350r/min；所述步骤(4)中，两次恒速搅拌的时间依次为3min～8min、2min～5min，搅拌速率均为250r/min～350r/min。
上述制备方法中，优选的，所述步骤(5)中，养护箱中的温度为25℃，湿度大于95％；锁模时间为24h，养护时间为3～7天。
本发明中，基体镁水泥、秸秆纤维、发泡剂、防水剂等之间相互协同作用，各原料成分之间相互影响，作用效果相互叠加，最终制备得到的秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板具备轻质高强、不燃、耐久、保温隔音、不变形胀裂、不返卤泛霜等优势性能。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明所选用的无机基体为氯氧镁胶凝材料，它在我国的储量极大，我国菱镁矿已探明储量31亿吨，保有储量30亿吨，总储量约占世界1/4，居世界首位，而当前市场上未见相关的秸秆/镁水泥轻质高强隔音防火门芯板，因此该类产品较市面上现有类似产品将具有极大的价格优势。
2、本发明所选用的秸秆纤维可以完全由农林剩余物秸秆提供。我国作为农业大国每年的农作物秸秆产量超过7亿吨，而其中大部分被农民在田间焚烧处理，不仅没有有效利用这种生物质原料，还会引发严重的空气污染。通过本发明的应用，可以合理的处理大量的废料秸秆，能在缓解空气污染的同时，响应政策号召，提高农民收入。
3、本发明采用氯氧镁胶凝材料和秸秆纤维材料制备的秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板，不仅具有不燃、耐腐、保温高强、不变形胀裂、不返卤泛霜等性能，还能在保障产品强度达标的同时，调节芯板厚度以满足不同用户的需求。
4、本发明的秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板具备孔泡结构，使该产品在具备耐火不燃性能的同时，还具备吸音性能，适合当代密集建筑群的使用。
5、本发明的生产原料以及制品，均不含有甲醛或其他有机挥发物，在高温条件下既不会燃烧，也不会释放有毒有害气体，更加安全环保。
6、本发明采用的主要基体材料为镁系胶凝材料，该种气硬型材料在适当的生产工艺条件下，所体现的强度要比普通的硅酸盐水泥更佳，其添加秸秆纤维后能进一步提高防火门芯板的韧性和抗弯曲强度，因此在使用和运输过程中，防火门芯板不易破损沉降，能体现优异的耐久性和防火性能。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
一种秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板，主要由以下重量份的原料制备而成：六水氯化镁100重量份(质量分数46％)；七水硫酸镁30重量份(质量分数46％)；轻烧氧化镁385重量份(质量分数75％，反应活性60％)；水160重量份；秸秆纤维10重量份；发泡剂松香酸钠20重量份；增强剂EVA乳液5重量份；防水剂硅酸钠水溶液2重量份。
本实施例中的秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板的制备方法包括以下步骤：
(1)将六水氯化镁、七水硫酸镁和水混合，控制搅拌速度为300r/min搅拌30min得到盐溶液；
(2)将秸秆纤维浸泡于质量分数10％的氢氧化钠溶液中30min，随后滤出秸秆，洗涤并烘干备用；
(3)向步骤(1)中得到的盐溶液中加入轻烧氧化镁、增强剂、防水剂，并以300r/min的搅拌速度搅拌30min，得到无机胶料；
(4)将经过步骤(2)处理过的秸秆纤维加入到步骤(3)中得到的无机胶料中，以300r/min的搅拌速度搅拌5min，再加入发泡剂，以250r/min的搅拌速度搅拌5min得到浆料；
(5)将步骤(4)中得到的浆料倒入模具，将模具放入温度25℃，湿度大于95％养护箱中，24h后脱模再置于室温中养护一周，即得到所述的秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板。
上述发泡剂松香酸钠按照松香、烧碱与水按5：1：30的配比提前3h制备，使用时添加20％水并搅拌。
本实施例中得到的秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板按照GBT 11971-1997《加气混凝土力学性能试验方法》和GBT 5486-2008《无机硬质绝热制品试验方法》进行检测，其性能参数如下：表观密度为365kg/m3，压缩强度为5.1MPa，抗折强度为17.5MPa，导热系数为0.0627W/(m.k)，浸水24h软化系数为0.97，阻燃性能防火等级A2级。
实施例2：
一种秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板，主要由以下重量份的原料制备而成：六水氯化镁100重量份(质量分数46％)；七水硫酸镁40重量份(质量分数46％)；轻烧氧化镁450重量份(质量分数85％，反应活性65％)；水190重量份；秸秆纤维18重量份；发泡剂松香酸钠35重量份；增强剂EVA乳液7重量份；防水剂硅酸钠水溶液6重量份。
本实施例中的秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板的制备方法包括以下步骤：
(1)将六水氯化镁、七水硫酸镁和水混合，控制搅拌速度为300r/min搅拌30min得到盐溶液；
(2)将秸秆纤维浸泡于质量分数10％的氢氧化钠溶液中30min，随后滤出秸秆，洗涤并烘干备用；
(3)向步骤(1)中得到的盐溶液中加入轻烧氧化镁、增强剂、防水剂，并以300r/min的搅拌速度搅拌10min，得到无机胶料；
(4)将经过步骤(2)处理过的秸秆纤维加入到步骤(3)中得到的无机胶料中，以300r/min的搅拌速度搅拌8min，再加入发泡剂，以250r/min的搅拌速度搅拌3min得到浆料；
(5)将步骤(4)中得到的浆料倒入模具，将模具放入温度25℃，湿度大于95％养护箱中，24h后脱模再置于室温中养护一周，即得到所述的秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板。
上述发泡剂松香酸钠按照松香、烧碱与水按5：1：30的配比提前3h制备，使用时添加20％水并搅拌。
本实施例中得到的秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板按照GBT 11971-1997《加气混凝土力学性能试验方法》和GBT 5486-2008《无机硬质绝热制品试验方法》进行检测，其性能参数如下：表观密度为365kg/m3，压缩强度为4.8MPa，抗折强度为15.9MPa，导热系数为0.0627W/(m.k)，浸水24h软化系数为0.96，阻燃性能防火等级A2级。
实施例3：
一种秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板，主要由以下重量份的原料制备而成：六水氯化镁100重量份(质量分数46％)；七水硫酸镁50重量份(质量分数46％)；轻烧氧化镁485重量份(质量分数85％，反应活性65％)；水230重量份；秸秆纤维25重量份；发泡剂松香酸钠55重量份；增强剂EVA乳液8重量份；防水剂硅酸钠水溶液8重量份。
本实施例中的秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板的制备方法包括以下步骤：
(1)将六水氯化镁、七水硫酸镁和水混合，控制搅拌速度为300r/min搅拌30min得到盐溶液；
(2)将秸秆纤维浸泡于质量分数10％的氢氧化钠溶液中30min，随后滤出秸秆，洗涤并烘干备用；
(3)向步骤(1)中得到的盐溶液中加入轻烧氧化镁、增强剂，并以300r/min的搅拌速度搅拌10min，得到无机胶料；
(4)将经过步骤(2)处理过的秸秆纤维加入到步骤(3)中得到的无机胶料中，以300r/min的搅拌速度搅拌8min，再加入发泡剂，以250r/min的搅拌速度搅拌3min得到浆料；
(5)将步骤(4)中得到的浆料倒入模具，将模具放入温度25℃，湿度大于95％养护箱中，24h后脱模再置于室温中养护一周，即得到所述的秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板。
上述发泡剂松香酸钠按照松香、烧碱与水按5：1：30的配比提前3h制备，使用时添加20％水并搅拌。
本实施例中得到的秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板按照GBT 11971-1997《加气混凝土力学性能试验方法》和GBT 5486-2008《无机硬质绝热制品试验方法》进行检测，其性能参数如下：表观密度为365kg/m3，压缩强度为4.5MPa，抗折强度为14.2MPa，导热系数为0.0627W/(m.k)，浸水24h软化系数为0.82，阻燃性能防火等级A2级。
实施例4：
一种秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板，与实施例1相比，不同之处在于防水剂硅酸钠水溶液分别为：1、1.5、3、4重量份。
采用与实施例1相同的性能测定方法，本实施例中制备得到的秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板性能参数如下表1所示。
表1：实施例4中得到的秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板性能参数
防水剂添加质量份 1 1.5 3 4
表观密度(kg/m<sup>3</sup>) 369 366 382 403
压缩强度(MPa) 5.0 5.1 4.8 4.6
抗折强度(MPa) 17.1 17.2 16.5 15.5
导热系数(W/(m.k)) 0.0627 0.0627 0.0912 0.1224
浸水24h软化系数 0.93 0.94 0.96 0.97
防火等级 A2级 A2级 A2级 A2级
由上表1可知，当发泡剂与防水剂的重量份之比在20：(1-2)时，最终产品的表观密度小，抗压、抗折强度最大，导热系数小；随着防水剂比例增大，表观密度显著增大，力学性能和导热性能有所下降，但耐水性略微增强。
对比例1：
一种秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板，与实施例1相比，不同之处在于发泡剂松香酸钠(B、C、D)的配制方法不同，具体如下表2所示。
表2：对比例1中松香酸钠(B、C、D)的配制原料及存放时间
B C D
松香(质量比) 5 5 4
烧碱(质量比) 1 1 1
水(质量比) 40 30 30
存放时间(h) 3 5 3
采用与实施例1相同的性能测定方法，本对比例中制备得到的秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板性能参数如下表3所示。
表3：对比例1中得到的秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板性能参数
B C D
表观密度(kg/m<sup>3</sup>) 395 379 411
压缩强度(MPa) 4.8 5.0 5.1
抗折强度(MPa) 15.3 16.5 17.2
导热系数(W/(m.k)) 0.0952 0.1032 0.1224
浸水24h软化系数 0.91 0.89 0.85
防火等级 A2级 A2级 A2级
由上表3可知，当发泡剂松香酸钠按照松香、烧碱与水按5：1：30的配比提前3h制备，使用时添加20％水并搅拌，最终产品的性能最优。

Claims (8)

1.一种秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板，其特征在于，主要由以下重量份的原料制备而成：
六水氯化镁 100重量份；
七水硫酸镁 30重量份；
轻烧氧化镁 385重量份；
水 160重量份；
秸秆纤维 10重量份；
发泡剂 20重量份；
增强剂 5重量份；
防水剂 2重量份；
所述发泡剂为松香酸钠；所述松香酸钠按照松香、烧碱与水按5：1：30的配比提前3h制备，使用时添加20%水并搅拌；
所述防水剂为硅酸钠水溶液。
2.根据权利要求1所述的秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板，其特征在于，所述六水氯化镁中氯化镁的质量分数为44%~46%；所述七水硫酸镁中硫酸镁的质量分数为46%~48%；所述轻烧氧化镁中氧化镁的质量分数为75%~95%，反应活性≥60%。
3.根据权利要求1或2所述的秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板，其特征在于，所述秸秆纤维的尺寸≥60目。
4.根据权利要求1或2所述的秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板，其特征在于，所述增强剂为EVA乳液、硅丙乳液中的至少一种。
5.一种如权利要求1~4中任一项所述的秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将六水氯化镁、七水硫酸镁和水混合，并恒速搅拌均匀得到盐溶液；
（2）利用氢氧化钠处理秸秆纤维，洗涤并烘干备用；
（3）向步骤（1）中得到的盐溶液中加入轻烧氧化镁、增强剂、防水剂，恒速搅拌，得到无机胶料；
（4）将经过步骤（2）处理过的秸秆纤维加入到步骤（3）中得到的无机胶料中，恒速搅拌，再加入发泡剂，恒速搅拌得到浆料；
（5）将步骤（4）中得到的浆料倒入模具，并放置养护箱中进行静停发泡，最后脱模养护，即得到所述的秸秆/镁水泥复合轻质高强防火门芯板。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，利用氢氧化钠处理秸秆纤维的具体操作如下：将秸秆纤维浸泡于质量分数10%的氢氧化钠溶液中30min，随后滤出秸秆。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，恒速搅拌的时间为30min，搅拌速率为250r/min~350r/min；所述步骤（3）中，恒速搅拌的时间为10min~30min，搅拌速率为250r/min~350r/min；所述步骤（4）中，两次恒速搅拌的时间依次为3min~8min、2min~5min，搅拌速率均为250r/min~350r/min。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）中，养护箱中的温度为25℃，湿度大于95%；锁模时间为24h，养护时间为3~7天。
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