CN113979669B - 一种改性无机粉体材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改性无机粉体材料，包括质量份数为75～85％的无机粉体，质量份数为15～25％的热塑性酚醛树脂，所述热塑性酚醛树脂包覆在无机粉体表面；所述无机粉体含有质量分数为10～15％的可膨胀石墨，0～90％的多孔碳酸钙以及0～90％的多孔硅酸钙。解决了现有技术中无机粉体加入热固性胶粘剂制成的防火板材成型工艺复杂、力学性能低、耐火性差，难以回收利用的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及功能性材料技术领域，特别涉及一种改性无机粉体材料及其制备方法。
背景技术
近年来，由于铝塑板具有经济性高、色彩多样可选、施工便捷的优待，在建筑行业中的应用越来越广，如大楼外墙、帷幕墙板、旧楼改造翻新、室内墙壁、天花板装修、净化防尘工程等。铝塑板的原材料主要有铝质金属面板和芯材，其中，铝质金属面板设置在表面，起到装饰和防火的作用；芯材为中间层，起到支撑增强的作用。由于铝质金属面板为不燃材料，芯材阻燃性能决定着铝塑板的阻燃性。目前市场上的铝塑板芯材主要由聚乙烯制成，成型容易，价格便宜，但其不阻燃，氧指数仅为16～18，燃烧后易滴落，容易引发火灾蔓延；现有阻燃铝塑板的芯材一般由无机粉体加入热固性胶粘剂后，进行加压加热，固化制得，但是芯材成型工艺复杂，难以回收利用，且机械性能较差。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于，提供一种改性无机粉体材料及其制备方法，以期至少部分解决现有技术中无机粉体材料制成的防火板材疏水性、热稳定性和热塑性较差的技术问题。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供一种改性无机粉体材料，包括质量份数为75～85％的无机粉体，质量份数为15～25％的热塑性酚醛树脂，所述热塑性酚醛树脂包覆在无机粉体表面，由于热塑性酚醛树脂在加热时能够熔化，因此在铝塑板生产时不需要再加入热固性胶粘剂，在热压下即能形成芯材并与上下铝面板复合在一起，生产工艺简单；
所述无机粉体含有质量分数为10～15％的可膨胀石墨，0～90％的多孔碳酸钙以及0～90％的多孔硅酸钙，可膨胀石墨在高温下能够膨胀形成泡沫焦炭，能够进行隔热，防止热塑性酚醛树脂的软化滴落，多孔碳酸钙以及多孔硅酸钙的多孔结构能够与热塑性酚醛树脂形成锚固结构，增加两者的界面强度。
进一步的，所述无机粉体经过表面处理剂处理，所述表面处理剂由质量份数为30～50％的分散剂和质量份数50～70％的偶联剂组成，用于增强无机粉体的分散性，防止团聚，更容易与热塑性酚醛树脂浸渍，并进一步增强与热塑性酚醛树脂的界面强度。
更进一步的，所述分散剂为硅酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、羧甲基纤维素、脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或多种的组合；
所述的偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酸氯化铬络合物、三异硬脂酰基钛酸异丙酯中的一种或多种的组合。
进一步的，所述热塑性酚醛树脂的软化点为92～95℃，在加工温度下能够保持较低的粘度，与无机粉体能够充分浸渍并包覆均匀。
进一步的，所述可膨胀石墨粒径为200～800目；所述多孔碳酸钙的粒径为50～200目，比表面积为50～150m2/g；所述多孔硅酸钙的粒径为50～200目，比表面积为20～60m2/g；可膨胀石墨粒径小于多孔碳酸钙和多孔硅酸钙的粒径，有利于填充到多孔碳酸钙和多孔硅酸钙的空隙当中，在高温下能够膨胀形成致密的泡沫焦炭进行隔热。
另一方面，本发明提供一种如上述所述的改性无机粉体材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
S1：将配方比例的碳酸钙和硅酸钙加入酸性水溶液中进行搅拌，使碳酸钙和硅酸钙表面在酸性水溶液中溶解形成孔洞，制得多孔碳酸钙和多孔硅酸钙；
S2：将S1中的酸性水溶液进行中和，然后加入配方比例的可膨胀石墨和表面处理剂，充分搅拌后烘干，制得经表面处理剂处理的无机粉体。
S3：将热塑性酚醛树脂加热熔化后，加入S1中制得经表面处理剂处理的无机粉体，在高温高压的环境下进行共混，然后涂覆到传送带上，冷却后粉碎，过筛，制得改性无机粉体材料。
进一步的，所述S1中酸性水溶液的pH值为2～4，反应时间为0.5～2h，使多孔碳酸钙和多孔硅酸钙能够达到适当的比表面积，太多则会造成热塑性酚醛树脂包覆不均匀，太少则与热塑性酚醛树脂之间锚固结构少，界面强度低，两者均会造成材料强度的下降。
进一步的，所述S2中采用的烘干方式为流化床烘干，使无机粉体在烘干的同时得到了分散。
进一步的，所述S3中热塑性酚醛树脂的加热温度为130～150℃，压力为2～5MPa，使热塑性酚醛树脂保持在低粘度状态，在压力的作用下浸入多孔碳酸钙和多孔硅酸钙的孔洞内部，形成均匀牢固的包裹。
本发明还提供一种如上述所述的改性无机粉体材料的用途，所述用途为用作铝塑板芯材。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的改性无机粉体材料中多孔碳酸钙/多孔硅酸钙与外部的热塑性酚醛树脂形成锚固效应，界面强度高，力学性能好；
(2)本发明提供的改性无机粉体材料中外部的热塑性酚醛树脂在加热时能够融化，此在铝塑板生产时不需要再加入热固性胶粘剂，在热压下即能形成芯材并与上下铝面板复合在一起，生产工艺简单，力学性能，且防火板在粉碎后还能再次加热成型，能够进行多次回收利用；
(3)本发明提供的改性无机粉体材料中还填充有含有可膨胀石墨，在高温下能够膨胀形成致密的泡沫焦炭，能够进行隔热，耐火性能高。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
一种改性无机粉体材料，包括质量份数为75％的无机粉体，质量份数为25％的热塑性酚醛树脂，热塑性酚醛树脂的软化点为92℃，包覆在无机粉体表面；无机粉体含有质量分数为10％的可膨胀石墨，45％的多孔碳酸钙以及45％的多孔硅酸钙，其中，可膨胀石墨粒径为800目，多孔碳酸钙的粒径为50目，比表面积为50m2/g，多孔硅酸钙的粒径为50目，比表面积为20m2/g。无机粉体经过质量份数为30％的硅酸钠分散剂和质量份数70％的乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂组成的表面处理剂处理。
在实施例1中，用于制备如上所述的改性无机粉体材料的制备方法包括以下步骤：
S1：将配方比例的碳酸钙和硅酸钙加入pH值为4的酸性水溶液中进行搅拌，反应时间为2h，使碳酸钙和硅酸钙表面在酸性水溶液中溶解形成孔洞，制得多孔碳酸钙和多孔硅酸钙；
S2：将S1中的酸性水溶液进行中和，然后加入配方比例的可膨胀石墨和表面处理剂，充分搅拌后采用流化床的方式进行烘干，制得经表面处理剂处理的无机粉体。
S3：将热塑性酚醛树脂加热熔化后，加入S1中制得经表面处理剂处理的无机粉体，在加热温度为130℃，压力为2MPa的条件下进行共混，然后涂覆到传送带上，冷却后粉碎，过筛，制得改性无机粉体材料。
实施例2
在实施例2中，一种改性无机粉体材料，包括质量份数为80％的无机粉体，质量份数为20％的热塑性酚醛树脂，热塑性酚醛树脂的软化点为93℃，包覆在无机粉体表面；无机粉体含有质量分数为12％的可膨胀石墨，60％的多孔碳酸钙以及28％的多孔硅酸钙，其中，可膨胀石墨粒径为600目，多孔碳酸钙的粒径为100目，比表面积为80m2/g，多孔硅酸钙的粒径为100目，比表面积为40m2/g。无机粉体经过质量份数为35％的硅酸钠分散剂和质量份数65％的乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂组成的表面处理剂处理。
实施例2的改性无机粉体材料的制备方法请参考实施例1，与实施例1不同的是，S1中酸性水溶液的pH值为3，反应时间为1.5h；S3中热塑性酚醛树脂加热温度为135℃，压力为3MPa。
实施例3
在实施例3中，一种改性无机粉体材料，包括质量份数为85％的无机粉体，质量份数为15％的热塑性酚醛树脂，热塑性酚醛树脂的软化点为94℃，包覆在无机粉体表面；无机粉体含有质量分数为14％的可膨胀石墨，70％的多孔碳酸钙以及16％的多孔硅酸钙，其中，可膨胀石墨粒径为400目，多孔碳酸钙的粒径为150目，比表面积为120m2/g，多孔硅酸钙的粒径为150目，比表面积为60m2/g。无机粉体经过质量份数为40％的硅酸钠分散剂和质量份数60％的乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂组成的表面处理剂处理。
实施例3的改性无机粉体材料的制备方法请参考实施例1，与实施例1不同的是，S1中酸性水溶液的pH值为2，反应时间为1h；S3中热塑性酚醛树脂加热温度为140℃，压力为4MPa。
实施例4
在实施例4中，一种改性无机粉体材料，包括质量份数为85％的无机粉体，质量份数为15％的热塑性酚醛树脂，热塑性酚醛树脂的软化点为95℃，包覆在无机粉体表面；无机粉体含有质量分数为15％的可膨胀石墨，80％的多孔碳酸钙以及5％的多孔硅酸钙，其中，可膨胀石墨粒径为200目，多孔碳酸钙的粒径为200目，比表面积为150m2/g，多孔硅酸钙的粒径为200目，比表面积为60m2/g。无机粉体经过质量份数为50％的硅酸钠分散剂和质量份数50％的乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂组成的表面处理剂处理。
实施例4的改性无机粉体材料的制备方法请参考实施例1，与实施例1不同的是，S1中酸性水溶液的pH值为2，反应时间为0.5h；S3中热塑性酚醛树脂加热温度为150℃，压力为5MPa。
对比例1
对比例1中，改性无机粉体材料的配方组分请参考实施例1，不同的是，改性无机粉体材料包括质量份数为90％的无机粉体、质量份数为10％的热塑性酚醛树脂。
对比例1的改性无机粉体材料的制备方法同实施例1。
对比例2
对比例2中，改性无机粉体材料的配方组分请参考实施例1，不同的是，热塑性酚醛树脂的软化点为96℃。
对比例2的改性无机粉体材料的制备方法同实施例1。
对比例3
对比例3中，改性无机粉体材料的配方组分请参考实施例1，不同的是，无机粉体中可膨胀石墨的含量为8％。
对比例3的改性无机粉体材料的制备方法同实施例1。
对比例4
对比例4中，改性无机粉体材料的配方组分请参考实施例1，不同的是，可膨胀石墨粒径为100目。
对比例4的改性无机粉体材料的制备方法同实施例1。
对比例5
对比例5中，改性无机粉体材料的配方组分同实施例1。
对比例5的改性无机粉体材料的制备方法请参考实施例1，不同的是，S1中酸性水溶液的pH值为1，反应时间为0.5h。
对比例6
对比例6中，改性无机粉体材料的配方组分同实施例1。
对比例6的改性无机粉体材料的制备方法请参考实施例1，不同的是，S3中热塑性酚醛树脂加热温度为120℃，压力为1.5MPa。
将实施例1～4以及对比例1～6中制得的改性无机粉体材料通过热压的方法制得厚度为3mm的铝塑板芯材，并测试铝塑板芯材的拉伸断裂强度；将3mm的铝塑板芯材与两个厚度为1mm的铝面板复合，制成规格为200mm×300mm的铝塑板，并测试所述铝塑板的剥离强度；对铝塑板进行1000～1200℃，持续时间为5min的火烧试验，对铝塑板芯材的碳化层厚度进行测量。并对市场上通过将未改性的无机粉体加入热固性不饱和树脂制得的芯材以及铝塑板进行了对比试验。试验结果如下所示：
表1评价测试结果
由表1的结果可以看出，本发明实施例1-4所提供的改性无机粉体材料制备的铝塑板芯材的拉伸断裂强度和剥离强度，以及铝塑板的耐火性均显著高于对比例1～6以及未改性无机粉体加入热固性不饱和树脂制得的铝塑板及芯材。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的技术方案，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
Claims (6)
1.一种改性无机粉体材料，其特征在于，包括质量份数为75~85%的无机粉体，质量份数为15~25%的热塑性酚醛树脂，所述热塑性酚醛树脂包覆在无机粉体表面；
所述无机粉体含有质量分数为10~15%的可膨胀石墨，0~90%的多孔碳酸钙以及0~90%的多孔硅酸钙，前述三种粉体的质量分数之和为100%，所述多孔碳酸钙以及多孔硅酸钙的多孔结构与所述热塑性酚醛树脂形成锚固结构；
所述无机粉体经过表面处理剂处理，所述表面处理剂由质量份数为30~50%的分散剂和质量份数50~70%的偶联剂组成；
所述热塑性酚醛树脂的软化点为92~95℃；
所述可膨胀石墨的粒径为200~800目，且小于所述多孔碳酸钙和所述多孔硅酸钙的粒径。
2.根据权利要求1所述的改性无机粉体材料，其特征在于，
所述分散剂为硅酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、羧甲基纤维素、脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或多种的组合；
所述的偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酸氯化铬络合物、三异硬脂酰基钛酸异丙酯中的一种或多种的组合。
3.根据权利要求1所述的改性无机粉体材料，其特征在于，
所述多孔碳酸钙的粒径为50~200目，比表面积为50~150m2/g；
所述多孔硅酸钙的粒径为50~200目，比表面积为20~60m2/g。
4.一种权利要求1-3任一项所述的改性无机粉体材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1：将碳酸钙和硅酸钙加入酸性水溶液中进行搅拌，使碳酸钙和硅酸钙表面在酸性水溶液中溶解形成孔洞，制得配方比例的多孔碳酸钙和多孔硅酸钙；
S2：将S1中的酸性水溶液进行中和，然后加入配方比例的可膨胀石墨和表面处理剂，充分搅拌后烘干，制得经表面处理剂处理的无机粉体；
S3：将热塑性酚醛树脂加热熔化后，加入S2中制得经表面处理剂处理的无机粉体，在高温高压的环境下进行共混，然后涂覆到传送带上，冷却后粉碎，过筛，制得改性无机粉体材料，
其中，所述S1中酸性水溶液的pH值为2~4，反应时间为0.5~2h；
所述S3中热塑性酚醛树脂的共混条件为：温度为130~150℃，压力为2~5MPa。
5.根据权利要求4所述的改性无机粉体材料的制备方法，其特征在于，所述S2中采用的烘干方式为流化床烘干。
6.一种权利要求1-3任一项所述的改性无机粉体材料的用途，其特征在于，用作铝塑板芯材。
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