一种轻质保温硅氧镁发泡材料及制备方法与流程

1.本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种用于装饰、防火、保温、承重等方面的墙体材料，具体涉及一种硅氧镁作为胶凝材料，经发泡获得的质轻高强防火的硅氧镁发泡材料。本发明还涉及一种上述硅氧镁发泡材料的制备方法。


背景技术：

2.随着社会的发展，人们的安全环保意识逐渐提高，对于建筑使用材料也逐渐重视起来。特别是环保、消防和保温的需要，而现在使用的墙体建筑材料大多已满足不了人们的多方面需求。目前市面上主要有以下几种类型建筑材料：
3.岩棉板、玻璃棉板：主要以岩棉、玻璃棉为主料的防火保温材料。其本身不燃、耐高温、密度低，但不足之处也很明显：
①
材料内部的短纤维对人体呼吸系统会造成永久性的危害；
②
板材抗压强度低，破损返工修复成本高；
③
板材对火灾中烟气蔓延的阻隔性能差；
④
吸水极易膨胀变形，有脱落的安全隐患，
⑤
施工安装麻烦，工艺繁琐。该种板材已逐渐演变成以无机粘结材料为粘接剂，配合岩棉、玻璃棉作为增强材料，复合挤压成型。
4.水泥板：水泥板使用已久，材料强度高，来源广泛。过去常用作防火吊顶和隔墙，但其隔音效果差，装饰性也不好。不耐高温，高温易炸裂，远远达不到现阶段的防火要求等级。现在市场上也陆续出现了各种纤维增强水泥板等改进品种，增强了耐火性能，但依旧不保温，节能率低。且韧性较差、碱度大、装饰效果也不尽如人意。
5.珍珠岩板、漂珠板：是以低碱度水泥为基材，珍珠岩、玻璃微珠等密度低的材料为填充材料，再添加一些助剂复合而制成的材料。自重比水泥板轻、强度高、韧性好、防火、施工相对便捷，但其保温效果不佳，一般用于框架建筑的隔间、卫生间隔断等非承重部位。
6.防火石膏板材：该板材主要成分不燃且含有结晶水，耐火性能较好，一般用作隔墙、吊顶和屋面板等。该板材原料来源丰富，便于流水线生产。在使用中，它自重较轻，可以减轻建筑承重，施工方便，装饰性好，但其抗折性能较差。影响石膏板性能的因素较多，如组成成分，板的类型、厚度，空气层中有无填料，拼装方式等。完工成品质量限制因素太多，不易控制。
7.硅酸钙板：是以石灰、硅酸盐及无机纤维增强材料为主要原料的建筑板材，具有质轻、强度高且隔热、耐久性好、加工性能与施工性能优良等特点，主要用于制作天花吊顶板、隔墙以及作为钢柱、钢梁的防火装饰材料。但板材强度和弯曲性能还有待提高。
8.发泡水泥板：是以水泥作为主要原料进行发泡成型的建筑材料，其重量相对水泥板要轻，但也更脆，不适合做大板。一般以砌块砖的形式用在墙体的非承重墙处，作为隔墙使用。
9.氯氧镁板：是以氯化镁为主要原料，配合硅粉、木屑等一些无机材料混合发泡得到的材料。这种材料质轻、防火、保温，一般用于外墙保温材料，但其受潮及易返卤脱落，造成安全隐患。
10.目前已有的墙体保温防火材料，其装饰性、适用范围、强度、保温性能、安全性、环
保性总会存在各种各样的问题，无法兼顾到，迫切需要研发一种新型保温防火材料。
11.硅氧镁发泡体系是一种由轻烧氧化镁、二氧化硅和一定浓度硫酸镁溶液混合，再经过发泡外加一些改性剂形成的胶凝材料。由于硅氧镁胶凝材料具有强度高、耐火性好、装饰性好、不含氯离子等特点，克服了传统氯氧镁水泥的诸多不良之处。如体积不稳定、强度低、返卤、对金属材料有严重腐蚀的缺点。现已成为镁质胶凝材料的发展方向。
12.目前采用硫氧镁作为胶凝材料制得的用于装饰、防火、保温等方面的材料，主要是通过在体系混合过程中加入轻质填料(如木屑等)或通过发泡的方法制成硫氧镁浆料，再将浆料浇筑在模具后养护而成。由于加入轻质填料制成的材料，其容重高、耐水性也较差，因而逐渐被淘汰；而发泡方式主要有两种，一种是物理发泡，一种是化学发泡；物理发泡通常是通过机械搅拌等方法将采用表面活性剂制得的发泡剂制成泡沫，再将泡沫加入到胶凝浆料中，混合搅拌入模成型；化学发泡是直接将能产生气体的材料加入到胶凝浆类中，搅拌均匀入模成型，在搅拌的同时产生化学反应生成气体。物理发泡由于含有大量表面活性剂，这些表面活性剂会降低制品的最终强度，而且由于材料本身的限制，制成的制品容重偏大，不利于隔热、保温。化学发泡由于是发泡剂直接产生气体，因此产生气体的多少与选择的发泡剂紧密相关，另外，由于发泡剂只产生气体，没有稳定泡沫的作用，若不加稳泡剂，则大量气体就会从浆料内部逸出。而稳泡剂的质量，决定了浆体内部能够保存气体的数量，能保存气体的数量越少，则制品的容重就会高，能保存气体的数量越多，则制品就可以做出更低的容重。因此，选择合适的发泡剂和稳泡剂，从而获得容重低、强度高的材料，是本领域技术人员致力研究的课题。


技术实现要素：

13.本发明的目的在于提供一种轻质保温硅氧镁发泡材料。
14.本发明的另一目的在于提供上述轻质保温硅氧镁发泡材料的制备方法。
15.一种轻质保温硅氧镁发泡材料，由如下重量份数组分经混合发泡而成：
16.100～150份轻质氧化镁；100～150份七水硫酸镁溶液；50～100份二氧化硅粉末；10～15份聚苯颗粒；1～2份发泡剂；10～15份胶凝溶液；1～4份防水剂；
17.其中，所述防水剂选用甲基硅酸钾或甲基硅酸钠；所述轻质氧化镁中氧化镁含量大于80％；所述七水硫酸镁溶液与水配置成密度为1～1.5kg/m3的溶液。所述胶凝溶液由纤维素醚、胶粉与水按照重量比1：(1
‑
3)：(25
‑
50)配制而成。
18.进一步地，所述胶凝溶液由纤维素醚、胶粉与水优选重量比为1：2：25。胶凝溶液极大增加了体系整体的稳定性，粘接性能。
19.进一步地，材料中还添加有0.05～0.1重量份数改性剂，所述改性剂选用柠檬酸、硼酸、磷酸或柠檬酸钠中的一种或多种。改性剂减少了体系凝固时间，极大增加体系后期强度。
20.进一步地，材料中还添加有5～15重量份数的无机填料，所述无机填料采用膨胀珍珠岩、粉煤灰或者矿渣。
21.进一步地，所述防水剂优选甲基硅酸钠；改性剂优选柠檬酸。
22.进一步地，材料中还添加0.5～1份重量份的聚丙烯纤维；聚丙烯纤维的长度为6
‑
9mm，极大增加了体系材料的尺寸稳定性，抗裂性。
23.上述轻质保温硅氧镁发泡材料的制备方法，包括如下步骤：
24.1)将轻质氧化镁粉末先与二氧化硅粉末混合均匀，混合后加入七水硫酸镁溶液中，搅拌混合均匀，得混合浆料，备用；
25.2)配制胶凝溶液时，将纤维素醚、胶粉与水按照配比，在40℃～50℃的水温下混合搅拌，混合后静置10min得胶凝溶液；
26.3)将胶凝溶液加入粒径5～12mm的聚苯颗粒中，混合均匀得到胶凝混料，备用；
27.4)将步骤1)配置好的混合浆料加入步骤3)胶凝混料中混合均匀，加入防水剂，再加入发泡剂搅拌后，发泡成型注入模具；
28.5)在温度25℃
‑
30℃，湿度20％
‑
30％条件下养护24h后拆模，即得轻质保温硅氧镁发泡材料。
29.进一步地，步骤1)所述胶凝溶液中，还加入0.05
‑
0.1重量份的改性剂。
30.进一步地，步骤3)中还加入0.5
‑
1重量份的聚丙烯纤维。
31.进一步地，步骤4)加入防水剂时还加入5～15重量份无机填料。
32.本发明相比现有技术具有如下有益效果：
33.本发明所述的材料结构稳定，加入凝胶材料，适量的防水剂和改性剂，大幅提高体系材料的强度，抗压强度可达3mpa。并且通过的凝胶材料的加入，使得粘接性大大加强，可与大部分装饰材料通过注模直接复合。且防潮耐磨，美观度更好。
34.本发明所述的材料中添加了粉煤灰、玻化微珠、矿渣等无机泡孔材料，降低密度，增加防火性能，密度在150kg/m3‑
350kg/m3，防火等级a1级且不含甲醛。
35.本发明所述的材料中含有聚苯颗粒，采用能产生大量气泡化学发泡剂或物理发泡剂，再通过加入特定稳泡剂保证气体不会从浆料内部逸出。形成的泡孔结构细腻均匀，保温隔音性能优异，导热系数低于0.08w/(m
·
k)，极大的节约能源。
36.本发明所述材料本发明材料加入聚丙烯纤维，均匀分散在材料中，大大增加其韧性，抗折强度好。
37.本发明所述材料制备工艺简单，养护时间短，可大大节省生产成本，极易达到工业化生产。养护温度为25℃
‑
30℃，能耗小；整个生产过程无三废排放。
附图说明：
38.图1为本发明方法的工艺流程图。
具体实施方式：
39.本发明实施例中所用原料：
40.七水硫酸镁溶液由含量大于98％的工业级七水硫酸镁与水预先配置成密度为1～1.5kg/m3的溶液。
41.聚苯颗粒为粒径5
‑
12mm，密度为12
‑
17kg/m3的eps泡沫颗粒；
42.发泡剂采用东莞深海节能建材科技有限公司生产的sh
‑
129#发泡剂，简称sh
‑
129#发泡剂。
43.纤维素醚采用广东龙湖科技股份有限公司所生产的marcchem
‑
hpmc 200000s纤维素醚，简称hpmc 200000s。
44.胶粉采用德国瓦克化学公司生产的可再分散乳胶粉vinnapas
‑
5044n，简称瓦克5044n。
45.聚丙烯纤维采用长度为6
‑
9mm聚丙烯纤维。
46.所用无机填料可以采用膨胀珍珠岩、粉煤灰或者矿渣。膨胀珍珠岩采用容重60
‑
80kg/m3，粒径2～5mm的膨胀珍珠岩；粉煤灰采用煤燃烧过程中排出的微小灰粒，粒径在1～100μm之间；矿渣是高炉炼铁过程中的副产品，优选碱性多孔状，粒径在0.5～1mm的粉末状矿渣。
47.实施例a:
48.本发明轻质保温硅氧镁发泡材料的制备方法如图1所示，包括如下步骤：
49.1、配置浆料，取氧化镁含量大于90％的轻质氧化镁100kg先与二氧化硅粉末50kg混合均匀，混合后加入密度为1.2g/cm3的七水硫酸镁溶液100kg，搅拌釜混合均匀，得混合浆料，备用。
50.2、配置凝胶溶液，取800g胶粉(瓦克5044n)，400g纤维素醚(hpmc 200000s)加入10kg水中搅拌。其中水温50℃，待完全溶解，得胶凝溶液，备用。
51.3、取粒径5mm的密度15kg/m3的聚苯颗粒10kg，加入上述凝胶溶液，于混合釜中充分搅拌混合。
52.4、将步骤1)中得到的混合浆料加入步骤3)中的混合釜中，搅拌均匀，并加入1kg发泡剂(sh
‑
129#发泡剂)搅拌，发泡成型后注入模具。
53.5、带模具置于温度30℃，湿度20％的养护房内养护24h，成型后脱模，即得轻质保温硅氧镁发泡材料。
54.实施例b:
55.本实例在实施例a的基础上，在步骤1)中加入0.05kg纯度大于99％的柠檬酸作为改性剂，其他条件不变。
56.实施例c:
57.本实例在实施例a的基础上，在步骤4)中加入1kg甲基硅酸钠作为防水剂，其他条件不变。
58.实施例d:
59.本实例在实施例a的基础上，在步骤4)中的发泡剂换成等质量的双氧水化学发泡剂，其他条件不变。
60.实施例e:
61.本实例在实施例a的基础上，在步骤3)中加入0.5kg规格为6
‑
9mm的聚丙烯纤维，其他条件不变。
62.实施例f:
63.本实例在实施例a的基础上，在步骤4)中加入5kg粒径1
‑
100μm粉煤灰作为无机填料，其他条件不变。
64.实施例g:
65.本实例在实施例a的基础上，在步骤2)中，添加的凝胶溶液换成等质量的质量浓度为99.9％硅酸镁锂水性凝胶，其他条件不变。
66.实施例h:
67.本实例在实施例a的基础上，
68.在步骤1)中加入0.05kg纯度大于99％的柠檬酸；
69.在步骤3)中加入0.5kg6
‑
9mm的聚丙烯纤维；
70.在步骤4)中加入甲基硅酸钠1kg，同时在步骤4)中还加入5kg粒径1
‑
100μm粉煤灰作为无机填料，其他条件不变。
71.对上述实施例制备的材料进行测试，比较后得知：
72.1、实施例b份加入柠檬酸，加速了体系初凝过程。10h已初具强度，24h后抗压，弯曲强度远高于实施例a、c两组，且保温效果好，耐火。
73.2、实施例c组份加入甲基硅酸钠，增加了体系的保水，大大降低了体系的吸水率。且保温效果好，耐火。
74.3、实施例d置换了双氧水化学发泡剂后，材料状态不稳定，泡孔结构易破损，材料成型状态不佳。
75.4、实施例e中加入了聚丙烯纤维后，材料成型状态好，稳定性强。
76.5、实施例f中加入了无机填料，外观状态无明细差异，导热系数显著降低。
77.6、实施例g中更换了凝胶溶液，材料的包裹性不够，流动性太强，不易成型。
78.7、实施例h中加入了柠檬酸、甲基硅酸钠、聚丙烯纤维及多孔无机填料。采用配制的凝胶溶液，深海植物蛋白类物理发泡剂。材料外观质感密实优良。吸水率低，抗压强度、弯曲强度优异。且保温效果好，耐火。
79.测试结果如下表1所示，表1：
[0080][0081][0082]
实施例m：
[0083]
本发明轻质保温硅氧镁发泡材料的制备方法如下：
[0084]
1、配置浆料，取氧化镁含量大于90％的轻质氧化镁140kg先与二氧化硅粉末60kg混合均匀，混合后加入密度为1.2g/cm3的七水硫酸镁溶液120kg，再加入0.06kg纯度大于99％的柠檬酸，搅拌釜混合均匀，得混合浆料备用。
[0085]
2、配置凝胶溶液，取800g胶粉(瓦克5044n)，400g纤维素醚(hpmc 200000s)加入15kg水中搅拌。其中水温50℃，待完全溶解，得胶凝溶液，备用。
[0086]
3、取粒径5mm的密度15kg/m3的聚苯颗粒10kg，加入上述凝胶溶液，并加入0.5kg规格为6
‑
9mm的聚丙烯纤维，于混合釜中充分搅拌混合。
[0087]
4、将步骤1)中得到的混合浆料加入步骤3)中的混合釜中，搅拌均匀，加入2kg甲基硅酸钠作为防水剂，加入碱性多孔状，粒径在0.5～1mm的粉末状矿渣5kg作为无机填料，并加入1kg发泡剂(sh
‑
129#发泡剂)搅拌，发泡成型后注入模具。
[0088]
5、带模具置于温度30℃，湿度20％的养护房内养护24h，成型后脱模，即得轻质保温硅氧镁发泡材料。
[0089]
实施例n：
[0090]
本发明轻质保温硅氧镁发泡材料的制备方法如下：
[0091]
1、配置浆料，取氧化镁含量大于90％的轻质氧化镁120kg先与二氧化硅粉末50kg混合均匀，混合后加入密度为1.2g/cm3的七水硫酸镁溶液120kg，再加入0.08kg纯度大于99％的柠檬酸，搅拌釜混合均匀，得混合浆料备用。
[0092]
2、配置凝胶溶液，取800g胶粉(瓦克5044n)，400g纤维素醚(hpmc 200000s)加入10kg水中搅拌。其中水温50℃，待完全溶解，得胶凝溶液，备用。
[0093]
3、取粒径5mm的密度15kg/m3的聚苯颗粒15kg，加入上述凝胶溶液，并加入0.5kg规格为6
‑
9mm的聚丙烯纤维，于混合釜中充分搅拌混合。
[0094]
4、将步骤1)中得到的混合浆料加入步骤3)中的混合釜中，搅拌均匀，加入3kg甲基硅酸钠作为防水剂，加入5kg膨胀珍珠岩作为无机填料，其容重60
‑
80kg/m3，其粒径2～5mm，并加入1kg发泡剂(sh
‑
129#发泡剂)搅拌，发泡成型后注入模具。
[0095]
5、带模具置于温度30℃，湿度20％的养护房内养护24h，成型后脱模，即得轻质保温硅氧镁发泡材料。
[0096]
实施例w：
[0097]
本发明轻质保温硅氧镁发泡材料的制备方法如下：
[0098]
1、配置浆料，取氧化镁含量大于90％的轻质氧化镁150kg先与二氧化硅粉末60kg混合均匀，混合后加入密度为1.2g/cm3的七水硫酸镁溶液100kg，再加入0.06kg纯度大于99％的柠檬酸，搅拌釜混合均匀，得混合浆料备用。
[0099]
2、配置凝胶溶液，取800g胶粉(瓦克5044n)，400g纤维素醚(hpmc 200000s)加入10kg水中搅拌。其中水温50℃，待完全溶解，得胶凝溶液，备用。
[0100]
3、取粒径5mm的密度15kg/m3的聚苯颗粒10kg，加入上述凝胶溶液，并加入0.5kg规格为6
‑
9mm的聚丙烯纤维，于混合釜中充分搅拌混合。
[0101]
4、将步骤1)中得到的混合浆料加入步骤3)中的混合釜中，搅拌均匀，加入甲基硅酸钠2kg，加入5kg粒径1
‑
100μm粉煤灰作为无机填料，并加入1kg发泡剂(sh
‑
129#发泡剂)搅拌，发泡成型后注入模具。
[0102]
5、带模具置于温度30℃，湿度20％的养护房内养护24h，成型后脱模，即得轻质保温硅氧镁发泡材料。
[0103]
三个实施例的测试结果如下表2所示，表2：
[0104][0105]
由上表可见，实施例m中，原料配比不同，更改了凝胶溶液的配制比例，聚苯乙烯颗粒表面覆膜不够强，浆料包裹性弱，成型效果不够理想。实施例n中，原料配比不同，更改了聚苯乙烯颗粒的量，整体密度降低，导热系数降低，但颗粒包裹度不够，强度受影响。实施例w中，原料配比不同，更改了轻质氧化镁、硫酸镁溶液和聚苯颗粒的用量，材料密度增加，抗压强度显著提高至达3mpa。抗折强度也有升高，但导热系数明显增加。
[0106]
本发明的材料与现有发泡材料相比特点如下：
[0107]
现有发泡水泥：密度高，1000
‑
1600kg/m3，只能做成小块使用。导热系数高，0.1
‑
0.28w/(m.k)。吸水率高，类似水泥特性，需要极长的养护周期。
[0108]
现有发泡陶瓷：密度在800kg/m3，脆易损坏，不适合做成大板块，导热系数在0.1w/(m.k)左右。造价极高，性价比不高。
[0109]
本技术的轻质保温硅氧镁发泡材料为一种密度低轻质材料，材料密度在150
‑
350kg/m3，稳定性强，可做成大样墙体。导热系数低于0.08w/(m
·
k)，保温效果好，a1级防火。原材料易获取，性价比极高。本发明的材料强度要满足更强的施工要求，同时要具备防潮、环保、轻质、美观、耐磨等特点。本发明的材料属于新型环保型防火材料，防火性能突出，防火等级a1级，无甲醛，保温隔音效果好，不返卤、对金属无腐蚀作用，其强度远高于目前市面上一般的防火材料，而且其材质更轻，适用范围更广。