矿物纤维增强环保建筑板材及其制备方法与流程

1.本发明涉及绿色建筑设计技术领域，尤其涉及一种节能环保建筑板材与绿色建材的制造技术。


背景技术：

2.建筑是现代文明的标志，绿色建材对于城市居住环境的水气平衡、空气净化、生态平衡、自然生态循环有着十分重要的作用，建筑板材作为常见的建筑材料，其性能直接影响着建筑质量，综合性能优异的建筑板材是建筑质量的重要要求与保证。有机保温材料的导热系数小，保温效果良好，但其易燃烧，一旦发生火灾，会加快火焰蔓延，而且有大量有毒气体排出。另外，有机保温材料不耐老化、变形系数大、力学强度低。陶瓷板材具有隔热、保温、隔声、防火、防潮、轻质等性能，广泛应用于建筑领域及隔热保温领域，如cn 110590332公开了一种环保型保温装饰发泡陶瓷板，cn 107459338公开了一种废弃陶瓷基建筑外墙用保温发泡材料的制备方法，但其烧制温度高，均在1000℃以上，能源消耗大；而且成孔率低，高温烧结带来内部孔隙的连通性也会导致吸水率增加、冻融循环等弊端，进而降低保温和耐冲击性能。
3.因此，有必要开发一种阻燃性好，保温、隔音、耐候、机械力学等综合性能佳的环保建筑板材，以优异的环保性、耐用性和阻燃性能来满足市场需求。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是有机保温材料易燃烧，力学强度低的技术缺陷；以及陶板烧制能耗大，吸水率和冻融循环方面的不足。本发明建筑板材阻燃性能好，综合性能佳，诸如力学性能、耐候性、环保性、耐用性、保温性等均稳定且优异。同时，本发明还提供了所述环保建筑板材的制备方法，该制备方法简单，操作方便，生产周期短，适合连续规模化生产，具有较高的经济价值、社会价值和生态价值。
5.为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
6.本发明提供了一种矿物纤维增强环保建筑板材，包括按质量份计的如下原料制成：矿物纤维8
‑
48份、氢氧化镁5
‑
8份、磷酸1
‑
2份、膨胀珍珠岩5
‑
6份、异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷1
‑
3份、酚醛树脂14
‑
25份、环氧树脂14
‑
25份、增塑剂4
‑
6份、六亚甲基四胺6
‑
8份、聚氨酯6
‑
8份。
7.上述技术方案中，进一步地，包括按质量份计的如下原料制成：矿物纤维24份、氢氧化镁7份、磷酸2份、膨胀珍珠岩6份、异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷2份、酚醛树脂20份、环氧树脂20份、增塑剂5份、六亚甲基四胺7份、聚氨酯7份。
8.所述方法包括如下步骤：
9.s1、取矿物纤维8
‑
48份、氢氧化镁5
‑
8份、磷酸1
‑
2份研磨捏合30
‑
45min。
10.上述技术方案中，进一步地，所述矿物纤维为硅灰石纤维、海泡石纤维、凹凸棒石纤维、坡缕石纤维中的至少2种。
11.上述技术方案中，进一步地，所述矿物纤维的直径为300
‑
500nm，长径比为(15
‑
50):1；所述矿物纤维的直径优选为300
‑
400nm，长径比优选为(15
‑
20):1；更为优选地，所述矿物纤维海泡石纤维的直径为400
‑
500nm，长径比为(35
‑
50):1。矿物纤维直径远远低于一切有机纤维和金属纤维，能耐较高温度，由微纳米级纤维形成的微细管状间隙，可封闭大量静止空气，具有较低的导热系数，是优质绝热材料，具有绝热、过滤、吸音等方面的性能优势。
12.由于矿物纤维独特的层链状结构和孔道结构，具有良好的吸附性能和离子交换能力，在活化助剂磷酸参与反应的条件下，通过研磨机械力以及脱羟基作用实现牢固的化学键合，从而使矿物纤维与微纳米氢氧化镁粒子形成具有阻燃性的复合颗粒。
13.上述技术方案中，进一步地，所述氢氧化镁中的mg(oh)2质量含量大于95％，粒度d
50
为200
‑
300nm；优选地，mg(oh)2质量含量为98％，粒度d
50
为200
‑
250nm。氢氧化镁在阻燃过程中，形成的聚合物碳化层能够有效抑制燃烧；分解后的产物氧化镁同为耐高温物质，覆盖于高聚物表面能够大幅提高隔绝空气的效率，起到进一步阻止燃烧的作用。氢氧化镁的分解温度高，质地柔软、粒度细小，适合聚合物的加工要求。
14.s2、取膨胀珍珠岩5
‑
6份、异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷1
‑
3份加入到步骤s1的物料中，混合10
‑
15min，并加热至105
‑
235℃。
15.上述技术方案中，进一步地，所述膨胀珍珠岩的堆积密度为100
‑
200kg/m3，优选为150kg/m3。其具有良好的保温效能和超强的稳定性能，适合应用于作为保温隔热的建筑材料。
16.异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷分子中含有两种不同的活性基因：异氰酸酯和乙氧基，用来偶联有机分子和无机材料，增强其粘结性，提高制品的机械、电气、耐水、抗老化等性能。
17.s3、取酚醛树脂14
‑
25份和环氧树脂14
‑
25份加入到步骤s2已加热的物料中，并搅拌10
‑
20min，使树脂在无机物料颗粒表面均匀覆膜。
18.酚醛树脂具有良好的阻燃性和低烟雾性，在火中不燃烧，不熔化，无滴落物，而且毒性气体很少。
19.环氧树脂是分子中含有两个以上环氧基团的一类聚合物的总称，由于环氧基的化学活性，可用多种含有活泼氢的化合物使其开环，固化交联生成网状结构，从而使环氧树脂具有优良的物理、机械、电绝缘性能以及与各种材料的粘接性能。
20.s4、取增塑剂4
‑
6份加入到步骤s3的物料中并搅拌2
‑
3min。所述增塑剂为邻苯型二甲酸酯或脂肪族二元酸酯。
21.加入增塑剂的目的在于减弱树脂分子间的次价键，增加树脂分子键的移动性，降低树脂分子的结晶性，从而改善树脂性能，降低其脆性，增加机械性能。
22.s5、取六亚甲基四胺6
‑
8份和聚氨酯6
‑
8份加入到步骤s4的物料中并搅拌5
‑
8min。
23.加入固化剂并搅拌使包覆在无机颗粒表面的树脂固化，通过开环加成聚合和交联反应形成具有三维网络结构的巨大分子，从而具有强度。
24.上述技术方案中，进一步地，所述磷酸的浓度为0.5mol/l。
25.上述技术方案中，进一步地，所述增塑剂为邻苯型二甲酸酯或脂肪族二元酸酯。
26.本发明另一方面提供了矿物纤维增强环保建筑板材的制备方法，包括如下步骤：
27.s1、取矿物纤维8
‑
48份、氢氧化镁5
‑
8份、磷酸1
‑
2份研磨捏合30
‑
45min；
28.矿物纤维直径远远低于一切有机纤维和金属纤维，能耐较高温度，由微纳米级纤维形成的微细管状间隙，可封闭大量静止空气，具有较低的导热系数，是优质绝热材料，具有绝热、过滤、吸音等方面的性能优势。由于矿物纤维独特的层链状结构和孔道结构，具有良好的吸附性能和离子交换能力，在活化助剂磷酸参与反应的条件下，通过研磨机械力以及脱羟基作用实现牢固的化学键合，从而使矿物纤维与微纳米氢氧化镁粒子形成具有阻燃性的复合颗粒。氢氧化镁在阻燃过程中，形成的聚合物碳化层能够有效抑制燃烧；分解后的产物氧化镁同为耐高温物质，覆盖于高聚物表面能够大幅提高隔绝空气的效率，起到进一步阻止燃烧的作用。氢氧化镁的分解温度高，质地柔软、粒度细小，适合聚合物的加工要求。
29.s2、取膨胀珍珠岩5
‑
6份、异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷1
‑
3份加入到步骤s1的物料中，混合10
‑
15min，并加热至105
‑
235℃；
30.膨胀珍珠岩具有良好的保温效能和超强的稳定性能，适合应用于作为保温隔热的建筑材料。
31.异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷分子中含有两种不同的活性基因：异氰酸酯和乙氧基，用来偶联有机分子和无机材料，增强其粘结性，提高制品的机械、电气、耐水、抗老化等性能。
32.s3、取酚醛树脂14
‑
25份和环氧树脂14
‑
25份加入到步骤s2已加热的物料中，并搅拌10
‑
20min，使树脂在无机物料颗粒表面均匀覆膜；
33.酚醛树脂具有良好的阻燃性和低烟雾性，在火中不燃烧，不熔化，无滴落物，而且毒性气体很少。
34.环氧树脂是分子中含有两个以上环氧基团的一类聚合物的总称，由于环氧基的化学活性，可用多种含有活泼氢的化合物使其开环，固化交联生成网状结构，从而使环氧树脂具有优良的物理、机械、电绝缘性能以及与各种材料的粘接性能。
35.s4、取增塑剂4
‑
6份加入到步骤s3的物料中并搅拌2
‑
3min；
36.加入增塑剂的目的在于减弱树脂分子间的次价键，增加树脂分子键的移动性，降低树脂分子的结晶性，从而改善树脂性能，降低其脆性，增加机械性能。
37.s5、取六亚甲基四胺6
‑
8份和聚氨酯6
‑
8份加入到步骤s4的物料中并搅拌5
‑
8min；
38.六亚甲基四胺作为固化剂，加入并搅拌使包覆在无机颗粒表面的树脂固化，通过开环加成聚合和交联反应形成具有三维网络结构的巨大分子，从而具有强度。
39.s6、将步骤s5搅拌均匀的物料倒入液压机内，振实抹平，并对所述物料施加25
‑
35mpa的压力进行模压0.5
‑
2.0min，制得所需建筑板材坯体，经干燥后在常温下自然养护5
‑
6h，得到最终产品。
40.上述技术方案中，更进一步地，优选所述矿物纤维为硅灰石纤维和海泡石纤维，优选所述硅灰石纤维的直径为300
‑
400nm，长径比为(15
‑
20):1；优选所述海泡石纤维的直径为400
‑
500nm，长径比为(35
‑
50):1。
41.上述技术方案中，进一步地，优选所述氢氧化镁中的mg(oh)2质量含量为98％，粒度d
50
为200
‑
250nm。
42.上述技术方案中，进一步地，优选所述膨胀珍珠岩的堆积密度为150kg/m3。
43.上述技术方案中，进一步地，优选所述步骤s3酚醛树脂的配合比例为20份，环氧树
脂的配合比例为20份。
44.上述技术方案中，进一步地，优选所述将步骤s4s5搅拌均匀的物料倒入液压机内，振实抹平，并对所述物料施加30mpa的压力进行模压1.0min，制得所需建筑板材坯体，经干燥后在常温下自然养护5.5h。
45.本发明有益效果为：
46.本发明采用无毒、无腐蚀性、稳定性能优良的氢氧化镁无机阻燃剂，克服了使用含卤(如溴系)阻燃剂的复合材料在燃烧过程中会产生大量有毒、腐蚀性气体和烟雾的弊端。氢氧化镁阻燃剂兼具阻燃和填充功能，阻燃性能等级可达到b1级，完全满足建材国家标准的阻燃性要求。
47.采用价廉易得的矿物纤维来增强建筑板材的力学性能，抗压强度、抗折强度提高了10
‑
50倍，使用该种建筑板材坚实可靠，不易受损破裂。
48.本发明采用复合热压成型技术制备的复合保温材料导热系数低，节能降噪效果明显，成为全社会建筑总能耗达标的基础保障，可以持续推进绿色建筑节能工作。
具体实施方式
49.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。
50.矿物纤维增强环保建筑板材的性能以样品的表观密度、导热系数、抗压强度和抗折强度、阻燃性能为主要检测内容，下述实施例中，各项性能指标测定方法如下：
51.表观密度和导热系数检测方法：依据gb/t 5486
‑
2008《无机硬质绝热制品试验方法》，采用湘潭湘仪器有限公司生产的drh型导热系数测定仪测定。
52.抗压强度和抗折强度检测方法：依据gb/t10303
‑
2001《膨胀珍珠岩绝热制品》，采用济南思达测试技术有限公司生产的wdw
‑
100型电子式万能试验机仪对试验样品进行检测。
53.依据gb/t5464
‑
2010《建筑材料不燃性试验方法》和gb 8624
‑
2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》对材料的阻燃性能进行测试。
54.下述实施例所用的原材料、助剂为市购。
55.实施例1
56.一种矿物纤维增强环保建筑板材及其制法，所述制法包括如下步骤：
57.s1、取粒径d
50
为350nm、长径比为18:1的硅灰石纤维6份，粒径d
50
为430nm、长径比为45:1的海泡石纤维6份，粒径d
50
为380nm、长径比为15:1的凹凸棒石纤维6份，粒径d
50
为400nm、长径比为25:1的坡缕石纤维6份；mg(oh)2质量含量98％、粒度d
50
为200nm的氢氧化镁7份，浓度为0.5mol/l的磷酸2份研磨捏合40min。
58.s2、取堆积密度为180kg/m3的膨胀珍珠岩6份、异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷2份加入到步骤s1的物料中，混合12min，并加热至120℃。
59.s3、取酚醛树脂20份和环氧树脂20份加入到步骤s2已加热的物料中，并搅拌15min，使树脂在无机物料颗粒表面均匀覆膜。
60.s4、取增塑剂邻苯二甲酸二辛酯5份加入到步骤s3的物料中并搅拌3min。
61.s5、取六亚甲基四胺7份和聚氨酯7份加入到步骤s4的物料中并搅拌7min。
62.s6、将步骤s5搅拌均匀的物料倒入液压机内，振实抹平，并对所述物料施加30mpa的压力进行模压1.0min，制得所需建筑板材坯体，经干燥后在常温下自然养护5.5h，得到最终产品。
63.矿物纤维增强环保建筑板材的性能检测结果见表1。
64.实施例2
65.一种矿物纤维增强环保建筑板材及其制法，所述制法包括如下步骤：
66.s1、取粒径d
50
为350nm，长径比为15:1的硅灰石纤维20份、粒径d
50
为350nm，长径比为15:1的海泡石纤维4份、粒径d
50
为350nm，长径比为15:1的凹凸棒石纤维3份；mg(oh)2质量含量98％，粒度d
50
为200nm氢氧化镁7份，磷酸1份研磨捏合35min。
67.s2、取堆积密度为150kg/m3的膨胀珍珠岩6份、异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷1份加入到步骤s1的物料中，混合10min，并加热至105℃。
68.s3、取酚醛树脂14份和环氧树脂25份加入到步骤s2已加热的物料中，并搅拌14min，使树脂在无机物料颗粒表面均匀覆膜。
69.s4、取增塑剂己二酸二(2
‑
乙基)己酯5份加入到步骤s3的物料中并搅拌2min。
70.s5、取六亚甲基四胺8份和聚氨酯6份加入到步骤s4的物料中并搅拌6min。
71.s6、将步骤s5搅拌均匀的物料倒入液压机内，振实抹平，并对所述物料施加25mpa的压力进行模压0.5min，制得所需建筑板材坯体，经干燥后在常温下自然养护5h，得到最终产品。
72.矿物纤维增强环保建筑板材的性能检测结果见表1。
73.实施例3
74.一种矿物纤维增强环保建筑板材及其制法，所述制法包括如下步骤：
75.s1、取粒径d
50
为350nm，长径比为15:1的硅灰石纤维20份、粒径d
50
为350nm，长径比为15:1的海泡石纤维12份、粒径d
50
为350nm，长径比为15:1的坡缕石纤维12份；mg(oh)2质量含量98％，粒度d
50
为220nm氢氧化镁5份，磷酸1份研磨捏合30min。
76.s2、取堆积密度为100kg/m3的膨胀珍珠岩6份、异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷1份加入到步骤s1的物料中，混合12min，并加热至120℃。
77.s3、取酚醛树脂14份和环氧树脂14份加入到步骤s2已加热的物料中，并搅拌13min，使树脂在无机物料颗粒表面均匀覆膜。
78.s4、取增塑剂邻苯二甲酸二辛酯4份加入到步骤s3的物料中并搅拌2min。
79.s5、取六亚甲基四胺6份和聚氨酯6份加入到步骤s4的物料中并搅拌7min。
80.s6、将步骤s5搅拌均匀的物料倒入液压机内，振实抹平，并对所述物料施加35mpa的压力进行模压2.0min，制得所需建筑板材坯体，经干燥后在常温下自然养护6h，得到最终产品。
81.矿物纤维增强环保建筑板材的性能检测结果见表1。
82.实施例4
83.一种矿物纤维增强环保建筑板材及其制法，所述制法包括如下步骤：
84.s1、取粒径d
50
为350nm，长径比为15:1的硅灰石纤维5份、粒径d
50
为350nm，长径比为15:1的海泡石纤维4份；mg(oh)2质量含量98％，粒度d
50
为230nm氢氧化镁8份，磷酸2份研磨捏合45min。
85.s2、取堆积密度为200kg/m3的膨胀珍珠岩6份、异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷3份加入到步骤s1的物料中，混合10min，并加热至235℃。
86.s3、取酚醛树脂25份和环氧树脂25份加入到步骤s2已加热的物料中，并搅拌20min，使树脂在无机物料颗粒表面均匀覆膜。
87.s4、取增塑剂己二酸二(2
‑
乙基)己酯6份加入到步骤s3的物料中并搅拌2min。
88.s5、取六亚甲基四胺8份和聚氨酯8份加入到步骤s4的物料中并搅拌6min。
89.s6、将步骤s5搅拌均匀的物料倒入液压机内，振实抹平，并对所述物料施加28mpa的压力进行模压1.5min，制得所需建筑板材坯体，经干燥后在常温下自然养护5h，得到最终产品。
90.矿物纤维增强环保建筑板材的性能检测结果见表1。
91.实施例5
92.一种矿物纤维增强环保建筑板材及其制法，所述制法包括如下步骤：
93.s1、取粒径d
50
为350nm，长径比为15:1的硅灰石纤维5份，粒径d
50
为350nm、长径比为15:1的凹凸棒石纤维25份；mg(oh)2质量含量98％，粒度d
50
为230nm氢氧化镁5份，磷酸1份研磨捏合30min。
94.s2、取堆积密度为120kg/m3的膨胀珍珠岩5份、异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷1份加入到步骤s1的物料中，混合15min，并加热至105℃。
95.s3、取酚醛树脂25份和环氧树脂14份加入到步骤s2已加热的物料中，并搅拌10min，使树脂在无机物料颗粒表面均匀覆膜。
96.s4、取增塑剂邻苯二甲酸二辛酯5份加入到步骤s3的物料中并搅拌3min。
97.s5、取六亚甲基四胺8份和聚氨酯6份加入到步骤s4的物料中并搅拌8min。
98.s6、将步骤s5搅拌均匀的物料倒入液压机内，振实抹平，并对所述物料施加30mpa的压力进行模压1.5min，制得所需建筑板材坯体，经干燥后在常温下自然养护6h，得到最终产品。
99.矿物纤维增强环保建筑板材的性能检测结果见表1。
100.实施例6
101.一种矿物纤维增强环保建筑板材及其制法，所述制法包括如下步骤：
102.s1、取粒径d
50
为350nm，长径比为15:1的硅灰石纤维30份，长径比为15:1的坡缕石纤维5份；mg(oh)2质量含量98％，粒度d
50
为250nm氢氧化镁5份，磷酸1份研磨捏合38min。
103.s2、取堆积密度为190kg/m3的膨胀珍珠岩5份、异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷1份加入到步骤s1的物料中，混合10min，并加热至235℃。
104.s3、取酚醛树脂18份和环氧树脂18份加入到步骤s2已加热的物料中，并搅拌19min，使树脂在无机物料颗粒表面均匀覆膜。
105.s4、取增塑剂己二酸二(2
‑
乙基)己酯5份加入到步骤s3的物料中并搅拌2min。
106.s5、取六亚甲基四胺6份和聚氨酯6份加入到步骤s4的物料中并搅拌5min。
107.s6、将步骤s5搅拌均匀的物料倒入液压机内，振实抹平，并对所述物料施加31mpa的压力进行模压0.5min，制得所需建筑板材坯体，经干燥后在常温下自然养护6h，得到最终产品。
108.矿物纤维增强环保建筑板材的性能检测结果见表1。
109.对比例1
110.酚醛保温板：取酚醛树脂50
‑
90份、表面活性剂4
‑
30份、发泡剂1
‑
15份、酸类硬化剂等其他助剂1
‑
30份，经高速混合均匀后，将混合料倒入模具内，固化后脱模。以该方法加工的有机类硬泡保温材料
‑
酚醛保温板的性能检测结果见表1。
111.对比例2
112.挤塑聚苯板：:聚苯乙烯树脂50
‑
90份、添加剂1
‑
20份、发泡剂等助剂5
‑
30份，经熔化后匀速挤出，再经压辊延展并真空成型，冷却。以该方法加工的挤塑聚苯板的性能检测结果见表1。
113.表1矿物纤维增强环保建筑板材性能检测结果
[0114][0115]
对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应仍属于本发明技术方案保护的范围内。