一种防火岩棉复合板及其制备方法

技术领域

本发明涉及复合板技术领域，尤其涉及一种防火岩棉复合板及其制备方法。

背景技术

岩棉作为无机保温材料之一，由于价格低廉、防火隔热、原材料获取方便等越来越受到青睐，无机保温材料的保温性能略低于有机保温材料，但是胜于具备防火阻燃性能、耐久性好等优点，成为替代有机保温材料的选择，目前亟需解决的问题是岩棉材料在保温系统中应用，提高保温系统的应用范围。但是，岩棉存在保温性能差，在高湿等环境中很容易分层破坏和高温易变形的缺点，因此，本发明解决岩棉板在作为保温材料受热过程中，能够保持良好的保温性能和阻燃性能，延长保温材料的使用寿命，实现保温的效果。

发明专利申请 CN109049872A公开了一种岩棉带保温防火复合板，包括面层和保温层，所述面层和保温层粘合在一起，所述面层包括以下按照重量份的原料：玻璃丝12~20份、硅酸铝粉末18~25份、空心微珠纳米材料50~60份、矿棉5~10份、岩棉6~15份、三氧化二铝2~10份、碳酸钙5~15份、琥珀酸钠2~10份、纤维素6~18份、干燥剂3~5份，二氧化硅5~10份。该发明制备过程简单，所需原料容易获取，适合推广，适用范围广，该发明制备的墙体保温防火复合板耐火性能和保温性能强、遇火稳定性时间长、环保无污染，能够有效地去除有害气体。但是该发明制备的岩棉带保温防火复合板保温效果差，防火效果低。

发明内容

有鉴于现有技术中岩棉复合板的保温效果差，防火效果低的缺点，本发明所要解决的技术问题是提供一种具有防火效果好和保温性强的防火岩棉复合板及其制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种防火岩棉复合板，包括如下组分：岩棉、网格布、胶黏剂、保温防火板。

一种防火岩棉复合板的制备方法如下：

将岩棉的两面均依次铺敷网格布，网格布的外部铺设有保温防火板，所述网格布的两面涂敷胶黏剂，网格布通过胶黏剂分别与岩棉和保温防火板相连接，加热固化，然后压制，得到防火岩棉复合板。

优选的，所述防火岩棉复合板的制备方法如下：

将岩棉的两面均依次铺敷网格布，所述岩棉厚度为50~100mm，玄武岩岩棉网格布的外部铺设有保温防火板，所述网格布的两面涂敷胶黏剂，胶黏剂的涂敷厚度为1~3mm，网格布通过胶黏剂分别与岩棉和保温防火板相连接，180~220℃加热固化10~30min，然后经过三维压棉机压制5~20min，压力为0.2~5MPA，得到防火岩棉复合板。

所述网格布为玄武岩岩棉网格布和玻纤维网格布中的一种；

所述胶黏剂为聚氨酯胶黏剂；

所述保温防火板的制备方法如下：

步骤1、将玻璃丝、阻燃层材料加入水中，搅拌均匀，得到悬液；

步骤2、向步骤1制备的悬液加入岩棉、三氧化二铝、碳酸钙、琥珀酸钠、纤维素、二氧化硅，升温并持续搅拌，得到混合浆料；

步骤3、将步骤2制备的混合浆料注入模具中浇注成板材，待板材凝固后脱模，最后将板材置于温湿环境中存放，得到保温防火板。

优选的，所述保温防火板的制备方法如下，以重量份计：

步骤1、将1~5份玻璃丝、15~30份阻燃层材料加入100~300份水中，50~300rpm的搅拌速度搅拌1~5h，并将其充分搅拌均匀，得到悬液；

步骤2、向步骤1制备的悬液加入2~6份岩棉、1~3份三氧化二铝、4~8份碳酸钙、1~5份琥珀酸钠、1~3份纤维素、5~10份二氧化硅，以5~15℃/min的速率升温至60~80℃，并持续搅拌2~8h，搅拌速度为50~200rpm，得到混合浆料；

步骤3、将步骤2制备的混合浆料注入模具中浇注成板材，待板材凝固后脱模，最后将板材置于湿度为60~90%，温度为40~70℃的环境中存放3~10h，得到保温防火板，保温防火板厚度为5~15mm。

所述阻燃层材料的制备方法如下：

T1、将芥酸和对苯二酚混合搅拌，然后加热蒸馏，得到蒸馏液；

T2、将10~35wt%的氢氧化钾水溶液加入步骤T1制备的蒸馏液中，得到反应液；

T3、将聚磷酸铵、改性白云石粉和烷基糖苷混合，加入乙醇水溶液中反应，然后干燥球磨过筛，得到阻燃烷基糖苷；

T4、将步骤T3制备的阻燃烷基糖苷和季戊四醇加入水中，加入亚硫酸氢钠，加热，然后加入步骤T2制备的反应液和过硫酸铵，恒温搅拌，然后干燥，得到阻燃层材料。

优选的，所述阻燃层材料的制备方法如下，以重量份计：

T1、将8~12份芥酸和0.05~0.2份对苯二酚混合搅拌5~15min，搅拌速度为100~300rpm，然后加热到50~80℃进行蒸馏2~5h，得到蒸馏液；

T2、将步骤T1制备的蒸馏液在100~300rpm搅拌速率下，将10~35wt%的氢氧化钾水溶液加入蒸馏液中，直到溶液pH值为6~8，得到反应液；

T3、将1~3份聚磷酸铵、0.5~2份改性白云石粉和0.3~1份烷基糖苷放入三颈烧瓶中，加入3~8份40~60wt%乙醇水溶液，在70~90℃下反应1~3h，50℃水浴蒸发4h，收集固体，然后在100~140℃下干燥3~8h，用球磨机研磨过100~300目筛，得到阻燃烷基糖苷；

T4、将步骤T3制备的阻燃烷基糖苷和0.5~2份季戊四醇加入20~50份水中，搅拌10~50min，搅拌速度为100~300rpm，加入0.2~0.8份亚硫酸氢钠，然后加热至50~70℃，然后加入步骤T2制备的反应液和0.4~0.8份过硫酸铵，50~70℃恒温搅拌3~5h，搅拌速度为100~300rpm，50℃水浴蒸发4h，收集固体，然后在50~80℃的烘箱中干燥3~8h，得到阻燃层材料。

所述改性白云石粉的制备方法如下，以重量份计：

S1、将3~8份白云石粉加入到80~120份水中，搅拌10~30min，搅拌速度为100~300rpm，得到凝胶溶液，在凝胶溶液中加入0.1~0.3mol/L的盐酸，调节pH值为5.0~6.5，得到酸性凝胶溶液；

S2、将5~10份无水乙醇、1~3份甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和1~3份水混合制备成复合溶液，静置20~40min后，慢慢加入步骤S1制备的酸性凝胶溶液中，混合均匀，然后加热至50~100℃，搅拌1~3h，搅拌速度为400~800rpm，得到预处理溶液；

S3、将步骤S2制备的预处理溶液常温冷却、40~60℃水浴蒸发3~5h，收集固体，将沉淀在40~80℃干燥4~8h，然后球磨，得到改性白云石粉。

本发明将白云石粉在酸性环境下改性得到改性白云石粉，然后改性白云石粉与聚磷酸铵和烷基糖苷在乙醇水溶液进行反应，得到阻燃烷基糖苷，将芥酸和对苯二酚混合通过氢氧化钾中和得到反应液，将反应液与阻燃烷基糖苷混合，并加入亚硫酸氢钠和过硫酸铵，恒温搅拌干燥，得到阻燃层材料。将玻璃丝、阻燃层材料、岩棉、三氧化二铝、碳酸钙、琥珀酸钠、纤维素和二氧化硅混合后进行注模和脱模，得到保温防火板，再与岩棉复合制备得到防火岩棉复合板。本发明制备的阻燃层材料在吸水和保水能力方面的效果较好，在燃烧升温过程中，在第一阶段阻燃层材料的组合水热降解和自由水蒸发之后，还有第二阶段的热降解，在第二阶段的热降解过程中，阻燃层材料的加入提高了防火岩棉复合板的热稳定性。这可能是由于阻燃烷基糖苷在热解过程中发生脱水和去甲基化，从而产生了许多芳香族化合物。并且接枝的聚磷酸铵开始分解并释放出少量氨气，降低氧气浓度。而且阻燃烷基糖苷、反应液等化合物开始脱水，形成了粘稠产物和稳定的焦炭层。而且，由于阻燃烷基糖苷的添加，交联密度变大，形成的焦炭层密度更大，阻燃效果更显著。从平均质量损失率来看，阻燃烷基糖苷的加入使材料的交联点增加，由于其更稳定的三维结构和更多的含水量，材料的结构变得更加稳定，平均质量损失率更低。

对于材料的导热系数，防火岩棉复合板受热后的第一个阶段是材料中的水吸收热量，其中表现为自由水蒸发，结合水热分解，水带走了防火岩棉复合板表面的热量。当继续加热时，防火岩棉复合板从外面一层一层地向里面膨胀。随着热传导时间的增加，在保温防火板表面形成一层焦炭层。随着温度的持续升高，接枝的聚磷酸铵使材料内部进一步焦化，并使焦炭层更加稳定和致密，外部保温防火板的热解产生的二氧化碳和水蒸气共同作用，进一步扩大内部焦炭层。材料热解交联形成蓬松的、封闭分层结构的炭层，从而防止热传导。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1）本发明将白云石粉在酸性环境下改性得到改性白云石粉，然后改性白云石粉与聚磷酸铵和烷基糖苷在乙醇水溶液进行反应，得到阻燃烷基糖苷，将芥酸和对苯二酚混合通过氢氧化钾中和得到反应液，将反应液与阻燃烷基糖苷混合，并加入亚硫酸氢钠和过硫酸铵，恒温搅拌干燥，得到阻燃层材料，具有较好的防火性能，导热系数低，隔热性强；

2）本发明采用科学的配比通过将玻璃丝、阻燃层材料、岩棉、三氧化二铝、碳酸钙、琥珀酸钠、纤维素和二氧化硅混合后进行注模和脱模，得到保温防火板，再与岩棉复合制备得到防火岩棉复合板，制备方法简单，提高了传统岩棉板的安全性能，能够有效保温防火，适宜作为管道的包覆材料。

实施方式

下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明，但是应该明确提出这些实施例用于举例说明，但是不解释为限制本发明的范围。

本发明实施例中部分原料的参数如下：

岩棉，故城县青罕超越帆布厂，货号：016；

白云石粉，石家庄特诚新材料科技有限公司，货号：026，品级：一级。

玄武岩岩棉网格布，宁国市中电新型材料有限公司，货号：20220708010，耐火温度：1100℃；

聚氨酯胶黏剂，广州吉必盛科技实业有限公司，型号：PU-217；

玻璃丝，江苏康达夫新材料科技有限公司，货号：0115，长度：3~70mm；

烷基糖苷，广州同欣化工有限公司，货号：#TX 19502040596，CAS：68515-73-1；

纤维素，任丘市科维化工有限公司，货号：10014，产品等级：优级品；

二氧化硅，东莞市长河化工有限公司，型号：R202；

聚磷酸铵，江苏新素新材料有限公司，有效物质含量：99％，CAS：14728-39-3。

实施例一

一种防火岩棉复合板的制备方法如下：

将岩棉的两面均依次铺敷玄武岩岩棉网格布，所述岩棉厚度为80mm，玄武岩岩棉网格布的外部铺设有保温防火板，所述玄武岩岩棉网格布的两面涂敷聚氨酯胶黏剂，聚氨酯胶黏剂的涂敷厚度为2mm，玄武岩岩棉网格布通过聚氨酯胶黏剂分别与岩棉和保温防火板相连接，200℃加热固化20min，然后经过三维压棉机压制10min，压力为0.8MPA，得到防火岩棉复合板。

所述保温防火板的制备方法如下；

步骤1，将3kg玻璃丝、20kg阻燃层材料加入200kg水中，100rpm的搅拌速度搅拌3h，并将其充分搅拌均匀，得到悬液；

步骤2，向步骤1制备的悬液加入4kg岩棉、2kg三氧化二铝、6kg碳酸钙、3kg琥珀酸钠、2kg纤维素、8kg二氧化硅，以10℃/min的速率升温至70℃，并持续搅拌4h，搅拌速度为100rpm，得到混合浆料；

步骤3，将步骤2制备的混合浆料注入模具中浇注成板材，待板材凝固后脱模，最后将板材置于湿度为80%，温度为60℃的环境中存放8h，得到保温防火板，保温防火板厚度为10mm。

所述阻燃层材料的制备方法如下：

T1、将10kg芥酸和0.1kg对苯二酚混合搅拌10min，搅拌速度为200rpm，然后加热到70℃进行蒸馏3h，得到蒸馏液；

T2、将步骤T1制备的蒸馏液在200rpm搅拌速率下，将30wt%的氢氧化钾水溶液加入蒸馏液中，直到溶液pH值为7，得到反应液；

T3、将2kg聚磷酸铵、1kg改性白云石粉和0.5kg烷基糖苷放入三颈烧瓶中，加入5kg50wt%乙醇水溶液，在80℃下反应2h，50℃水浴蒸发4h，收集固体，然后在120℃下干燥5h，用球磨机研磨过200目筛，得到阻燃烷基糖苷；

T4、将步骤T3制备的阻燃烷基糖苷和1kg季戊四醇加入30kg水中搅拌30min，搅拌速度为200rpm，加入0.5kg亚硫酸氢钠，加热至60℃，然后加入步骤T2制备的反应液和0.6kg过硫酸铵，60℃恒温搅拌4h，搅拌速度为200rpm，50℃水浴蒸发4h，收集固体，然后在70℃的烘箱中干燥5h，得到阻燃层材料。

所述改性白云石粉的制备方法如下：

S1、将5kg白云石粉加入到100kg水中搅拌20min，搅拌速度为200rpm，得到凝胶溶液，在凝胶溶液中加入0.2mol/L的盐酸，调节pH值为6.0，得到酸性凝胶溶液；

S2、将7.2kg无水乙醇、2kg甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和1.8kg水混合制备成复合溶液，静置30min后，慢慢加入步骤S1制备的酸性凝胶溶液中混合均匀，然后加热至80℃搅拌2h，搅拌速度为600rpm，得到预处理溶液；

S3、将步骤S2制备的预处理溶液常温冷却、50℃水浴蒸发4h，收集固体，将沉淀在60℃干燥6h，然后球磨，得到改性白云石粉。

实施例二

一种防火岩棉复合板的制备方法与实施例1基本相同，唯一区别仅仅在于：所述阻燃层材料的制备方法不同。

所述阻燃层材料采用如下方法制备而成：

T1、将10kg芥酸和0.1kg对苯二酚混合搅拌10min，搅拌速度为200rpm，然后加热到70℃进行蒸馏3h，得到蒸馏液；

T2、将步骤T1制备的蒸馏液在200rpm搅拌速率下，将30wt%的氢氧化钾水溶液加入蒸馏液中，直到溶液pH值为7，得到反应液；

T3、将2kg聚磷酸铵和0.5kg烷基糖苷放入三颈烧瓶中，加入5kg 50wt%乙醇水溶液，在80℃下反应2h，50℃水浴蒸发4h，收集固体，然后在120℃下干燥5h，用球磨机研磨过200目筛，得到阻燃烷基糖苷；

T4、将步骤T3制备的阻燃烷基糖苷和1kg季戊四醇加入30kg水中搅拌30min，搅拌速度为200rpm，加入0.5kg亚硫酸氢钠，加热至60℃，然后加入步骤T2制备的反应液和0.6kg过硫酸铵，60℃恒温搅拌4h，搅拌速度为200rpm，50℃水浴蒸发4h，收集固体，然后在70℃的烘箱中干燥5h，得到阻燃层材料。

实施例三

一种防火岩棉复合板的制备方法与实施例1基本相同，唯一区别仅仅在于：所述阻燃层材料的制备方法不同。

所述阻燃层材料采用如下方法制备而成：

T1、将2kg聚磷酸铵、1kg改性白云石粉和0.5kg烷基糖苷放入三颈烧瓶中，加入5kg50wt%乙醇水溶液，在80℃下反应2h，50℃水浴蒸发4h，收集固体，然后在120℃下干燥5h，用球磨机研磨过200目筛，得到阻燃烷基糖苷；

T2、将步骤T1制备的阻燃烷基糖苷和1kg季戊四醇加入30kg水中搅拌30min，搅拌速度为200rpm，加入0.5kg亚硫酸氢钠，加热至60℃，然后加入0.6kg过硫酸铵，60℃恒温搅拌4h，搅拌速度为200rpm，50℃水浴蒸发4h，收集固体，然后在70℃的烘箱中干燥5h，得到阻燃层材料。

所述改性白云石粉的制备方法与实施例1相同。

实施例四

一种防火岩棉复合板的制备方法与实施例1基本相同，唯一区别仅仅在于：所述阻燃层材料的制备方法不同。

所述阻燃层材料采用如下方法制备而成：

T1、将10kg芥酸和0.1kg对苯二酚混合搅拌10min，搅拌速度为200rpm，然后加热到70℃进行蒸馏3h，得到蒸馏液；

T2、将步骤T1制备的蒸馏液在200rpm搅拌速率下，将30wt%的氢氧化钾水溶液加入蒸馏液中，直到溶液pH值为7，得到反应液；

T3、将2kg聚磷酸铵和1kg改性白云石粉放入三颈烧瓶中，加入5kg 50wt%乙醇水溶液，在80℃下反应2h，50℃水浴蒸发4h，收集固体，然后在120℃下干燥5h，用球磨机研磨过200目筛，得到阻燃剂；

T4、将步骤T3制备的阻燃剂和1kg季戊四醇加入30kg水中搅拌30min，搅拌速度为200rpm，加入0.5kg亚硫酸氢钠，加热至60℃，然后加入步骤T2制备的反应液和0.6kg过硫酸铵，60℃恒温搅拌4h，搅拌速度为200rpm，50℃水浴蒸发4h，收集固体，然后在70℃的烘箱中干燥5h，得到阻燃层材料。

所述改性白云石粉的制备方法与实施例1相同。

对比例1

一种防火岩棉复合板的制备方法与实施例1基本相同，唯一区别仅仅在于：所述阻燃层材料的制备方法不同。

所述阻燃层材料采用如下方法制备而成：将2kg聚磷酸铵和1kg季戊四醇加入30kg水中搅拌30min，搅拌速度为200rpm，加入0.5kg亚硫酸氢钠，加热至60℃，然后加入0.6kg过硫酸铵，60℃恒温搅拌4h，搅拌速度为200rpm，50℃水浴蒸发4h，收集固体，然后在70℃的烘箱中干燥5h，得到阻燃层材料。

对比例2

一种防火岩棉复合板的制备方法与实施例1基本相同，唯一区别仅仅在于：所述保温防火板的制备方法不同。

所述保温防火板的制备方法如下：

步骤1，将3kg玻璃丝加入200kg水中，100rpm的搅拌速度搅拌3h，并将其充分搅拌均匀，得到悬液；

步骤2，向步骤1制备的悬液加入4kg岩棉、2kg三氧化二铝、6kg碳酸钙、3kg琥珀酸钠、2kg纤维素、8kg二氧化硅，以10℃/min的速率升温至70℃，并持续搅拌4h，搅拌速度为100rpm，得到混合浆料；

步骤3，将步骤2制备的混合浆料注入模具中浇注成板材，待板材凝固后脱模，最后将板材置于湿度为80%，温度为60℃的环境中存放8h，得到保温防火板，保温防火板厚度为10mm。

燃烧性能测试

按照锥型量热计将本发明的试样裁成受热表面积为100mm×100mm的试块，为减少材料实验过程中底部和四周的热损失，保证一维传热，用铝箔包裹在样件的地面及四周，置于锥型量热计的样品架上。热辐射通量为50kW/m

表1：燃烧性能测试结果

导热系数测试

利用稳态平板法测定防火岩棉复合板的导热系数，将防火岩棉复合板放入仪器中测导热系数仪，得到导热系数，其中温度控制精度热板±0.1℃，冷板±0.1℃，仪器的测量精度±3％，导热系数测定范围0.01~1.6W/(m·K)，测量时间5小时。每个试样测试三次，取平均值，测试结果如表2所示。

表2：导热系数测试结果

从表1、表2的测试结果看出，实施例1制备的防火岩棉复合板最不易点燃，燃烧平均质量损失最低，导热系数最低，可能原因在于本发明将白云石粉在酸性环境下改性得到改性白云石粉，然后改性白云石粉与聚磷酸铵和烷基糖苷在乙醇水溶液进行反应，得到阻燃烷基糖苷，将芥酸和对苯二酚混合通过氢氧化钾中和得到反应液，将反应液与阻燃烷基糖苷混合，并加入亚硫酸氢钠和过硫酸铵，恒温搅拌干燥，得到阻燃层材料。将玻璃丝、阻燃层材料、岩棉、三氧化二铝、碳酸钙、琥珀酸钠、纤维素和二氧化硅混合后进行注模和脱模，得到保温防火板，再与岩棉复合制备得到防火岩棉复合板。本发明制备的阻燃层材料在吸水和保水能力方面的效果较好，在燃烧升温过程中，在第一阶段阻燃层材料的组合水热降解和自由水蒸发之后，还有第二阶段的热降解，在第二阶段的热降解过程中，阻燃层材料的加入提高了防火岩棉复合板的热稳定性。这可能是由于阻燃烷基糖苷在热解过程中发生脱水和去甲基化，从而产生了许多芳香族化合物。并且接枝的聚磷酸铵开始分解并释放出少量氨气，降低氧气浓度。而且阻燃烷基糖苷、反应液等化合物开始脱水，形成了粘稠产物和稳定的焦炭层。而且，由于阻燃烷基糖苷的添加，交联密度变大，形成的焦炭层密度更大，阻燃效果更显著。从平均质量损失率来看，阻燃烷基糖苷的加入使材料的交联点增加，由于其更稳定的三维结构和更多的含水量，材料的结构变得更加稳定，平均质量损失率更低。

对于材料的导热系数，防火岩棉复合板受热后的第一个阶段是材料中的水吸收热量，其中表现为自由水蒸发，结合水热分解，水带走了防火岩棉复合板表面的热量。当继续加热时，防火岩棉复合板从外面一层一层地向里面膨胀。随着热传导时间的增加，在保温防火板表面形成一层焦炭层。随着温度的持续升高，接枝的聚磷酸铵使材料内部进一步焦化，并使焦炭层更加稳定和致密，外部保温防火板的热解产生的二氧化碳和水蒸气共同作用，进一步扩大内部焦炭层。材料热解交联形成蓬松的、封闭分层结构的炭层，从而防止热传导。