一种耐火环保幕墙及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种耐火环保幕墙及其制备方法。

背景技术

幕墙是建筑的外墙围护，不承重，是现代大型和高层建筑常用的带有装饰效果的轻质墙体，由面板和支承结构体系组成的，可相对主体结构有一定位移能力或自身有一定变形能力、不承担主体结构所作用的建筑外围护结构或装饰性结构(外墙框架式支撑体系也是幕墙体系的一种)，为了响应节能的号召，目前建筑幕墙材料大多选择保温性能良好的聚苯乙烯或聚氨酯发泡材料，但是聚苯乙烯或聚氨酯发泡材料作为塑料，大规模使用必然带来环保方面的风险，目前也有使用淀粉基发泡材料作为保温建筑材料的相关研究，如苏琼；王彦斌；王济乾等.多元发泡剂制备复合改性淀粉发泡材料及性能研究[J].化工新型材料，2016，44(2)：247-249，杨莹，黄丽婕.改性淀粉的制备方法及应用的研究进展[J].食品工业科技，2013，34(20)：381-385，但是淀粉基发泡材料普遍存在力学强度和阻燃性能较差的问题，这阻碍了其进一步的推广应用。

发明内容

发明目的：针对上述发展趋势，本发明提供了一种耐火环保幕墙及其制备方法。

为了达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种耐火环保幕墙，其由以下重量份数的原料制备而成：

所述埃洛石纳米管复合阻燃剂为埃洛石纳米管经过POSS改性且在其表面沉积纳米无机阻燃粒子所得到。

进一步地，所述纳米无机阻燃粒子为纳米三氧化二锑、纳米氢氧化铝、纳米氧化铝、纳米氢氧化镁、纳米氧化镁、纳米五氧化二锑、纳米碳酸钙、纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米硼酸锌中的任意一种或多种。

进一步地，所述纳米无机阻燃粒子为纳米硼酸锌。

进一步地，所述埃洛石纳米管复合阻燃剂的制备方法如下：

S1：将乙烯基三甲氧基硅烷、甲醇、盐酸混合均匀后密封，室温反应20-25d后过滤，固体用甲醇洗涤后，用四氢呋喃溶解，再将埃洛石纳米管加入，缓慢滴加甲醇，使POSS在埃洛石纳米管上生长，过滤后固体干燥，得到中间体；

S2：将上述中间体、硼砂水溶液、甲醇、修饰剂加热至60-70℃，在逐滴滴加硫酸锌水溶液，滴毕后反应5-8h后，过滤，水洗后乙醇洗涤，再干燥即可。

进一步地，所述修饰剂为油酸或磷酸酯。

进一步地，所述填料为海泡石、煤矸石、蒙脱土、膨胀珍珠岩、陶土、云母粉、滑石粉、长石粉、蛭石、碳酸钙、碳酸镁、硫酸钡、立德粉中的任意一种或多种。

进一步地，所述塑化剂为质量比为3-5:1的N,N-二羟乙基甲酰胺和山梨醇。

进一步地，所述发泡组分由柠檬酸、碳酸氢钠、滑石粉、微晶石蜡组成，所述柠檬酸、碳酸氢钠、滑石粉、微晶石蜡的质量比为1-2:1-2:1-1.5:1-1.5。

上述耐火环保幕墙的制备方法如下：

将聚乙烯醇、羟丙基淀粉、塑化剂加入到高速混合机中100-120℃混合均匀后加入到挤出机中挤出，再加入到水中、再将填料、埃洛石纳米管复合阻燃剂、聚磷酸铵、发泡组分加入，升温至70-75℃搅拌1-3h后，将混合料注入模具中，干燥固化，固化后的材料经过400-800W、20-30s的微波辐照发泡后切割养护，即可获得所述耐火环保幕墙。

进一步地，固化后的材料的含水率为13-18％。

本发明的有益效果：

羟丙基淀粉中的羟丙基一方面会产生空间位阻效应，阻止淀粉链的聚集和结晶；另一方面，羟丙基能减弱淀粉颗粒结构的内部氢键强度，具有更好的膨胀和发泡性能，聚乙烯醇具有高度的结晶性，致密度高，加入后可以改善淀粉基材料的耐冲击性、压缩性能以及防水防油性能，但由于分子结构中大量羟基的存在，聚乙烯醇分子内和分子间均存在很强的氢键，分子间作用力极大，加工性差，本发明加入复合的塑化剂，可与聚乙烯醇形成氢键，破坏聚乙烯醇自身分子内和分子间的氢键，破坏结晶区，提高了加工性和羟丙基淀粉的相容性，埃洛石纳米管是一种广泛存在的天然粘土矿物中空纳米管，具有价格低廉、绿色环保和协同阻燃等优势，利用POSS对埃洛石纳米管进行改性，可以改善埃洛石纳米管的韧性和分散性，降低热释放速率及CO生成量，纳米硼酸锌作为最早使用的无机阻燃剂之一，具有阻燃技术成熟，成本低的优势，利用热沉淀法将其沉积到埃洛石纳米管的管壁上，可以与埃洛石纳米管协同阻燃，进一步提升幕墙的耐火性能，聚磷酸铵安全环保，分解温度高，价格低廉，加入后可以进一步改善阻燃耐火性能，降低成本，本申请利用微波辐照发泡，具有操作简单，易于控制，发泡均匀的优势，所制备的耐火环保幕墙密度小，力学强度高，保温性能优越，耐火阻燃，应用前景广泛。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种耐火环保幕墙由以下重量的原料制备而成：

羟丙基淀粉55g、膨胀珍珠岩20g、埃洛石纳米管复合阻燃剂10g、聚磷酸铵1g、聚乙烯醇6g、N,N-二羟乙基甲酰胺0.75g、山梨醇0.25g、柠檬酸0.25g、碳酸氢钠0.25g、滑石粉0.25g、微晶石蜡0.25g、水140g。

其中，埃洛石纳米管复合阻燃剂的制备方法如下：

将9mL乙烯基三甲氧基硅烷、200mL甲醇、12mL盐酸混合均匀后密封，室温搅拌反应20d后过滤，固体用甲醇洗涤后，用50mL四氢呋喃溶解，再将20g埃洛石纳米管加入，缓慢滴加甲醇，使POSS在埃洛石纳米管上生长，滴毕后静置1h，过滤后固体干燥，得到中间体，取中间体20g、100mL 0.1mol/L的硼砂水溶液、20mL甲醇、1mL油酸加热至65℃，在逐滴滴加10mL2mol/L的硫酸锌水溶液，滴毕后反应5h后，过滤，水洗后乙醇洗涤，再80℃干燥即可。

上述耐火环保幕墙的制备方法如下：

将聚乙烯醇、羟丙基淀粉、N,N-二羟乙基甲酰胺、山梨醇加入到高速混合机中100℃混合均匀后加入到挤出机中挤出，再加入到水中、再将膨胀珍珠岩、埃洛石纳米管复合阻燃剂、聚磷酸铵、柠檬酸、碳酸氢钠、滑石粉、微晶石蜡加入，升温至70℃搅拌2h后，将混合料注入模具中，50℃干燥固化至含水率为15％，固化后的材料经过400W、25s的微波辐照发泡后切割养护，即可获得所述耐火环保幕墙。

实施例2：

一种耐火环保幕墙由以下重量的原料制备而成：

羟丙基淀粉60g、膨胀珍珠岩20g、埃洛石纳米管复合阻燃剂12g、聚磷酸铵1g、聚乙烯醇5g、N,N-二羟乙基甲酰胺0.75g、山梨醇0.25g、柠檬酸0.25g、碳酸氢钠0.25g、滑石粉0.25g、微晶石蜡0.25g、水120g。

其中，埃洛石纳米管复合阻燃剂的制备方法如下：

将9mL乙烯基三甲氧基硅烷、200mL甲醇、12mL盐酸混合均匀后密封，室温搅拌反应25d后过滤，固体用甲醇洗涤后，用50mL四氢呋喃溶解，再将20g埃洛石纳米管加入，缓慢滴加甲醇，使POSS在埃洛石纳米管上生长，滴毕后静置1h，得到中间体，取中间体20g、100mL0.1mol/L的硼砂水溶液、20mL甲醇、1mL油酸加热至60℃，在逐滴滴加10mL 2mol/L的硫酸锌水溶液，滴毕后反应8h后，过滤，水洗后乙醇洗涤，再60℃干燥即可。

上述耐火环保幕墙的制备方法如下：

将聚乙烯醇、羟丙基淀粉、N,N-二羟乙基甲酰胺、山梨醇加入到高速混合机中110℃混合均匀后加入到挤出机中挤出，再加入到水中、再将膨胀珍珠岩、埃洛石纳米管复合阻燃剂、聚磷酸铵、柠檬酸、碳酸氢钠、滑石粉、微晶石蜡加入，升温至70℃搅拌1.5h后，将混合料注入模具中，50℃干燥固化至含水率为13％，固化后的材料经过800W、20s的微波辐照发泡后切割养护，即可获得所述耐火环保幕墙。

实施例3：

一种耐火环保幕墙由以下重量的原料制备而成：

羟丙基淀粉50g、膨胀珍珠岩30g、埃洛石纳米管复合阻燃剂10g、聚磷酸铵2g、聚乙烯醇5g、N,N-二羟乙基甲酰胺0.75g、山梨醇0.25g、柠檬酸0.25g、碳酸氢钠0.25g、滑石粉0.25g、微晶石蜡0.25g、水120g。

其中，埃洛石纳米管复合阻燃剂的制备方法如下：

将9mL乙烯基三甲氧基硅烷、200mL甲醇、12mL盐酸混合均匀后密封，室温搅拌反应25d后过滤，固体用甲醇洗涤后，用50mL四氢呋喃溶解，再将20g埃洛石纳米管加入，缓慢滴加甲醇析晶，使POSS在埃洛石纳米管上生长，滴毕后静置1h，得到中间体，取中间体20g、100mL 0.1mol/L的硼砂水溶液、20mL甲醇、1mL油酸加热至60℃，在逐滴滴加10mL 2mol/L的硫酸锌水溶液，滴毕后反应5h后，过滤，水洗后乙醇洗涤，再80℃干燥即可。

上述耐火环保幕墙的制备方法如下：

将聚乙烯醇、羟丙基淀粉、N,N-二羟乙基甲酰胺、山梨醇加入到高速混合机中100℃混合均匀后加入到挤出机中挤出，再加入到水中、再将膨胀珍珠岩、埃洛石纳米管复合阻燃剂、聚磷酸铵、柠檬酸、碳酸氢钠、滑石粉、微晶石蜡加入，升温至70℃搅拌1h后，将混合料注入模具中，55℃干燥固化至含水率为16％，固化后的材料经过600W、30s的微波辐照发泡后切割养护，即可获得所述耐火环保幕墙。

实施例4：

一种耐火环保幕墙由以下重量的原料制备而成：

羟丙基淀粉50g、膨胀珍珠岩25g、埃洛石纳米管复合阻燃剂15g、聚磷酸铵1g、聚乙烯醇5g、N,N-二羟乙基甲酰胺0.75g、山梨醇0.25g、柠檬酸0.25g、碳酸氢钠0.25g、滑石粉0.25g、微晶石蜡0.25g、水150g。

其中，埃洛石纳米管复合阻燃剂的制备方法如下：

将9mL乙烯基三甲氧基硅烷、200mL甲醇、12mL盐酸混合均匀后密封，室温搅拌反应25d后过滤，固体用甲醇洗涤后，用50mL四氢呋喃溶解，再将20g埃洛石纳米管加入，缓慢滴加甲醇，使POSS在埃洛石纳米管上生长，滴毕后静置1h，得到中间体，取中间体20g、100mL0.1mol/L的硼砂水溶液、20mL甲醇、1mL油酸加热至70℃，在逐滴滴加10mL 2mol/L的硫酸锌水溶液，滴毕后反应5h后，过滤，水洗后乙醇洗涤，再65℃干燥即可。

上述耐火环保幕墙的制备方法如下：

将聚乙烯醇、羟丙基淀粉、N,N-二羟乙基甲酰胺、山梨醇加入到高速混合机中120℃混合均匀后加入到挤出机中挤出，再加入到水中、再将膨胀珍珠岩、埃洛石纳米管复合阻燃剂、聚磷酸铵、柠檬酸、碳酸氢钠、滑石粉、微晶石蜡加入，升温至70℃搅拌1h后，将混合料注入模具中，55℃干燥固化至含水率为13％，固化后的材料经过800W、30s的微波辐照发泡后切割养护，即可获得所述耐火环保幕墙。

实施例5：

一种耐火环保幕墙由以下重量的原料制备而成：

羟丙基淀粉60g、膨胀珍珠岩20g、埃洛石纳米管复合阻燃剂15g、聚磷酸铵1g、聚乙烯醇8g、N,N-二羟乙基甲酰胺0.75g、山梨醇0.25g、柠檬酸0.25g、碳酸氢钠0.25g、滑石粉0.25g、微晶石蜡0.25g、水130g。

其中，埃洛石纳米管复合阻燃剂的制备方法如下：

将9mL乙烯基三甲氧基硅烷、200mL甲醇、12mL盐酸混合均匀后密封，室温搅拌反应25d后过滤，固体用甲醇洗涤后，用50mL四氢呋喃溶解，再将20g埃洛石纳米管加入，缓慢滴加甲醇，使POSS在埃洛石纳米管上生长，滴毕后静置1h，过滤后固体干燥，得到中间体，取中间体20g、100mL 0.1mol/L的硼砂水溶液、20mL甲醇、1mL油酸加热至60℃，在逐滴滴加10mL2mol/L的硫酸锌水溶液，滴毕后反应8h后，过滤，水洗后乙醇洗涤，再60℃干燥即可。

上述耐火环保幕墙的制备方法如下：

将聚乙烯醇、羟丙基淀粉、N,N-二羟乙基甲酰胺、山梨醇加入到高速混合机中120℃混合均匀后加入到挤出机中挤出，再加入到水中、再将膨胀珍珠岩、埃洛石纳米管复合阻燃剂、聚磷酸铵、柠檬酸、碳酸氢钠、滑石粉、微晶石蜡加入，升温至70℃搅拌3h后，将混合料注入模具中，50℃干燥固化至含水率为18％，固化后的材料经过400W、30s的微波辐照发泡后切割养护，即可获得所述耐火环保幕墙。

实施例6：

一种耐火环保幕墙由以下重量的原料制备而成：

羟丙基淀粉60g、膨胀珍珠岩30g、埃洛石纳米管复合阻燃剂15g、聚磷酸铵2g、聚乙烯醇8g、N,N-二羟乙基甲酰胺0.75g、山梨醇0.25g、柠檬酸0.25g、碳酸氢钠0.25g、滑石粉0.25g、微晶石蜡0.25g、水150g。

其中，埃洛石纳米管复合阻燃剂的制备方法如下：

将9mL乙烯基三甲氧基硅烷、200mL甲醇、12mL盐酸混合均匀后密封，室温搅拌反应25d后过滤，固体用甲醇洗涤后，用50mL四氢呋喃溶解，再将20g埃洛石纳米管加入，缓慢滴加甲醇，使POSS在埃洛石纳米管上生长，滴毕后静置1h，过滤后固体干燥，得到中间体，取中间体20g、100mL 0.1mol/L的硼砂水溶液、20mL甲醇、1mL油酸加热至70℃，在逐滴滴加10mL2mol/L的硫酸锌水溶液，滴毕后反应8h后，过滤，水洗后乙醇洗涤，再80℃干燥即可。

上述耐火环保幕墙的制备方法如下：

将聚乙烯醇、羟丙基淀粉、N,N-二羟乙基甲酰胺、山梨醇加入到高速混合机中120℃混合均匀后加入到挤出机中挤出，再加入到水中、再将膨胀珍珠岩、埃洛石纳米管复合阻燃剂、聚磷酸铵、柠檬酸、碳酸氢钠、滑石粉、微晶石蜡加入，升温至75℃搅拌3h后，将混合料注入模具中，55℃干燥固化至含水率为18％，固化后的材料经过800W、30s的微波辐照发泡后切割养护，即可获得所述耐火环保幕墙。

对比例1：

与实施例1基本相同，区别在于，将埃洛石纳米管复合阻燃剂用埃洛石纳米管替换。

对比例2：

与实施例1基本相同，区别在于，将埃洛石纳米管复合阻燃剂用埃洛石纳米管、POSS、硼酸锌替换。

对比例3：

与实施例1基本相同，区别在于，埃洛石纳米管不沉积硼酸锌。

埃洛石纳米管复合阻燃剂的制备方法如下：

将9mL乙烯基三甲氧基硅烷、200mL甲醇、12mL盐酸混合均匀后密封，室温搅拌反应20d后过滤，固体用甲醇洗涤后，用50mL四氢呋喃溶解，再将20g埃洛石纳米管加入，缓慢滴加甲醇，使POSS在埃洛石纳米管上生长，滴毕后静置1h，过滤后固体干燥即可。

对比例4：

与实施例1基本相同，区别在于，埃洛石纳米管不引入POSS。

埃洛石纳米管复合阻燃剂的制备方法如下：

取埃洛石纳米管20g、100mL 0.1mol/L的硼砂水溶液、20mL甲醇、1mL油酸加热至65℃，在逐滴滴加10mL 2mol/L的硫酸锌水溶液，滴毕后反应5h后，过滤，水洗后乙醇洗涤，再80℃干燥即可。

性能测试

对本发明实施例1-6及对比例1-4所制备的材料进行性能测试，其中，密度按照GB/T6343-2009标准测试：压缩强度按照GB/T8813-2008标准测试；导热系数按照GB10294-2008标准测试：氧指数按照GB/T2406-2008标准测试，结果如表1所示：

表1：

由上表1可以看出，本申请所制备的耐火环保幕墙由环保材料制成，密度小，力学强度高，保温性能优越，耐火阻燃，应用前景广泛。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。