CN110436854B - 一种防水防火轻质保温材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种防水防火轻质保温材料及其制备方法，包括以下重量份组分：硅酸盐水泥100、可再分散乳胶粉6.0‑8.0、纤维素醚0.5‑5、P1膨胀珍珠岩50‑80、P2膨胀珍珠岩50‑70、EVA乳液1‑5、硬脂酸钙1‑10；制备方法为：先用EVA乳液对膨胀珍珠岩进行憎水处理，将硅酸盐水泥、可再分散乳胶粉、纤维素醚和硬脂酸钙干混后加水搅拌，加入膨胀珍珠岩搅拌，试件成型后养护得到产品。与现有技术相比，本发明既可解决有机保温材料的易燃，脆性大等问题，也克服了传统无机材料的易吸水问题，制备得到的材料具有粘接性强、防火、防水、保温等优点。
Description
技术领域
本发明涉及属于建筑材料技术领域，尤其是涉及一种防水防火轻质保温材料及其制备方法。
背景技术
我国建筑业的迅速发展导致建筑能耗越来越多，建筑节能的要求可以确保建筑与环境的可持续发展，对生态环境的改善和保护具有重大的意义。就整栋建筑而言，墙体结构的传热热损失约占60％～70％；门窗的传热热损失约占20％～30％；屋面的传热热损失约占10％。因此提高外墙的热工性能对于达到建筑节能的效果至关重要。我国主要采用增设墙体保温材料层的方法达到降低外墙热能损失的目的，保温材料的优劣对墙体节能的效果产生直接影响。
保温材料的种类按安装位置分为：外墙保温材料，内墙保温材料和屋面保温材料。按照材料的基本性能分为有机保温材料和无机保温材料。有机保温材料中，聚苯乙烯泡沫塑料具有质轻、保温、吸音、耐低温性好等优点，但是在高温下易软化变形，当低于70℃，聚苯乙烯可以安全使用，一旦高于90℃，则完全丧失其各项性能，极易引发火灾，且生成大量有毒气体。聚氨酯具有质轻、密度小、强度高、导热系数低、粘结性能好、化学稳定性好等优点，但其易燃，阻燃性差。但其在发生火灾时，燃烧速度非常快，且在燃烧过程中释放出有毒气体，对人们的生存产生极大威胁。酚醛泡沫塑料具有质轻、密度小、导热系数低、隔音、难燃、低烟、自熄等优点。但是其强度和导热系数受密度的影响较大，脆性比较大，产品易发生粉化。
针对有机保温材料的这些缺点，目前也开发出了无机的保温材料。与有机保温材料相比，无机保温材料具有防火阻燃、抗老化、性能稳定、生态环保、施工难度小等优点。但无机保温材料中部分存在耐水性差问题，如水玻璃膨胀珍珠岩保温板和石膏膨胀珍珠岩保温板等，其余部分吸水性较高，如普通膨胀珍珠岩保温板有着很强的吸水性和吸湿性，一旦吸水后保温板很容易丧失其原有的保温性能和机械性能。在目前节能环保建设的背景下，经济效益高、安全可靠、耐久性能好的外墙外保温材料是迫切需求。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种防水防火轻质保温材料及其制备方法，解决保温材料的安全性和耐水性问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种防水防火轻质保温材料，包括以下重量份组分：
优选地，包括以下重量份组分：
本发明产品以普通硅酸盐水泥作为胶凝材料，以膨胀珍珠岩作为集料，并加入EVA乳液和硬脂酸钙处理珍珠岩达到低吸水效果，再加入纤维素醚制备一种防水防火轻质保温材料。
所述P1膨胀珍珠岩的堆积密度为40～70kg/m3，优选为59.08kg/m3，吸水率为400～500％，优选为455％；所述P2膨胀珍珠岩的堆积密度为120～200kg/m3，优选为151.69kg/m3，吸水率为200～300％，优选为250％。
优选地，所述P1膨胀珍珠岩的4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm、300μm、150μm的累计筛余量分别为0、40～50％、85～92％、90～95％、91～97％、96～99.9％，优选为0、45.4％、90.4％、92.0％、92.5％、99.5％；所述P2膨胀珍珠岩的4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm、300μm、150μm的累计筛余量分别为0、0.1～2％、30～45％、70～85％、90～97％、95～99％，优选为0、0.2％、43.35％、77.81％、96.46％、97.82％。
本发明中，珍珠岩的级配十分关键，制备性能良好的膨胀珍珠岩保温板，要选择合适颗粒级配的膨胀珍珠岩。若采用的膨胀珍珠岩级配不好，如当颗粒过大且堆积密度小时，则颗粒间形成大量空隙，导致没有足够胶结料填充空隙，从而导致所制备的保温板强度过低。而当膨胀珍珠岩的颗粒过小且堆积密度过大时，则没有足够的胶结料包裹膨胀珍珠岩颗粒，且配制的保温板密度过大，故需要选择合适的颗粒级配。
为了改善材料容易吸水导致功能下降的问题，本发明采用EVA乳液的水溶液对珍珠岩进行憎水处理，EVA乳液既能在酸性也能在碱性条件下保持化学稳定性，具有良好的憎水性能和粘结性能，外观为乳白色胶体。
其中，EVA乳液的配比含量十分重要，EVA乳液的添加量过多，乳液自身团聚，憎水处理效果不增反而降低，同时易引发大气泡，降低材料强度。添加量过低，则膨胀珍珠岩表面修饰不完整，无法达到最佳的憎水效果。
体系中加入硬脂酸钙为白色粉末，不溶于水，属于脂肪酸型防水剂，其含有的某些活性物质可以与水泥浆体中未水化的水泥颗粒、Ca(OH)2、游离CaO等物质发生反应，反应生成的针状不溶性盐晶体会填入浆体内部产生的微裂缝和毛细孔隙。且在形成针状晶体的过程中可以促进水泥的再次水化，加强水泥石的密实度，提升整体防水效果。二是硬脂酸钙中含有的羧酸基(-COOH)，可以与Ca(OH)2反应生成不溶性钙皂的薄膜络合物吸附层，这种长链状烷基可以在水泥颗粒表面形成一层薄膜憎水层，可以有效阻止水分的渗入，实现防水效果。
硬脂酸钙对硅酸盐水泥进行改性，本发明对其添加量进行优化，如果硬脂酸钙添加量过多，则其有机端自身形成胶束，反而破坏水泥表面包覆的憎水层，使憎水效果降低。添加量过低，则无法实现完全包覆，憎水效果无法达到最佳。
所述可再分散乳胶粉的固含量≥98％，灰分量为10±3％，堆积密度为300-500％，大于400μm的粒径≤4％，最低成膜温度为0～5℃。
本发明中使用的再分散乳胶粉具有良好的可再分散性和流动性，与水接触时可以重新分散形成乳液，且其化学性能与初始乳液的性能完全相同。目前比较常见的可再分散乳胶粉有苯乙烯-丁二烯橡胶(SRR)、聚醋酸乙烯-羧酸(类)/乙烯共聚物(VA/Veo Va)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚丙烯酸酯(PAE)、聚苯乙烯-丙烯酸酯共聚物(SAE)等。可再分散乳胶粉形成的聚合物胶膜具有很好的柔韧性，可以在水泥浆体颗粒的间隙及表面形成膜，这种膜具有高度韧性，从而使脆硬性的水泥浆体具有一定弹性。对于可再分散乳胶粉改性砂浆的机理可分为三个阶段：1)可再分散乳胶粉颗粒均匀的分布在水泥浆体中，随着水化的进行，乳胶粉颗粒沉积在水泥凝胶颗粒的表面。2)随着水泥的进一步水化，可再分散乳胶粉逐渐被限制在毛细孔隙中，在水泥水化凝胶的表面形成密封层，该密封层也粘结了骨料颗粒的表面及水泥水化凝胶与未水化水第泥颗粒表面。3)最终形成连续的可再分散乳胶粉网络，将水泥水化产物联接在一起，改善了水泥的结构形态，进而引起砂浆的性能变化，如抗裂性能提高、刚性降低、柔性增加等。
所述纤维素醚为甲基纤维素醚，粘度大于10MPa·s。
纤维素醚是一种天然纤维素的衍生物。可作为保水剂、增稠剂、粘合剂、分散剂，也可作为稳定剂、悬浮剂、乳化剂和成膜助剂等。由于纤维素醚对砂浆具有良好的保水和增稠效果，尽管添加量很低(0.02％～0.07％)，但能显著改善砂浆的工作性。甲基纤维素醚可以作为保水剂，主要是羟基和醚键上的氧原子与水分子形成氢键，使游离水变成结合水。纤维素醚可以增加液体的粘性，可作为增稠剂。另外，纤维素醚使得水泥凝结硬化过程变慢，从而延长可操作的时间，可作为调凝剂使用。由于烷基基团的引入使含有纤维素醚的水溶液的表面能降低，所以具有引气作用。根据取代基的化学结构，纤维素醚可分为阴离子、阳离子和非离子型醚类。随着醚化剂的不同，有羧甲基纤维素、甲基纤维素醚、羟乙基纤维素等。因为在市场上甲基纤维素醚较为常见，且产品性能较为稳定，所以本发明选用此材料。
所述EVA乳液为乙烯-醋酸乙烯乳液。
所述硅酸盐水泥为早强52.5级型普通硅酸盐水泥。
本发明中，选用海螺早强52.5级普通硅酸盐水泥为主要的胶凝材料。普通硅酸盐水泥凝结速度一般，早期强度较低、后期强度增长显著。早强硅酸盐水泥有利于前期强度发展，利于强度相对较低的保温材料拆模成型。
本发明还提供了一种防水防火轻质保温材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照配方进行备料；
(2)将EVA乳液溶于水配置得到憎水改性剂水溶液，并对P1膨胀珍珠岩和P2膨胀珍珠岩进行憎水处理；
(3)将所述硅酸盐水泥、可再分散乳胶粉和纤维素醚混合搅拌、加水搅拌、静置后加入憎水处理后的P1膨胀珍珠岩和P2膨胀珍珠岩，搅拌处理得到混合物料；该混合物料成型后表面覆盖聚乙烯薄膜，于20±2℃的环境养护得到所述防水防火轻质保温材料。
其中，所述步骤(2)具体为将P1膨胀珍珠岩和P2膨胀珍珠岩分别铺展开，将憎水改性剂水溶液均匀喷洒于P1膨胀珍珠岩和P2膨胀珍珠岩表面，喷洒完成后将P1膨胀珍珠岩和P2膨胀珍珠岩在105±5℃下进行干燥处理；所述憎水改性剂中EVA乳液的质量分数为0.5～3％，优选为1％；所述P1膨胀珍珠岩与所述憎水改性剂的质量比为1:2～1:6，优选为1:4；所述P2膨胀珍珠岩与所述憎水改性剂的质量比为1:1～1:4，优选为1:2。
制备过程中，加料顺序会影响材料的制备效果，不同于现有技术中将各个原料混合后直接加水搅拌，本发明中EVA乳液需要对膨胀珍珠岩进行憎水处理，先制备经过憎水处理的膨胀珍珠岩，如果采用现有技术中，一次添加搅拌混合，EVA乳液则无法在膨胀珍珠岩表面形成均匀的防水聚合物层，或者EVA会包覆于其他组分中，无法得到有效的利用，导致其防吸水效果较差。
与现有技术相比，本发明具有以下优点；
(1)本发明的配方制备得到的材料粘接性强，性能好，吸水率较低，防火性能优良，具有很好的经济效益和社会效益。
(2)制备工艺通过改变加料顺序，大大提高了无机水泥的防水性能，整个工艺简单，成本低，易于施工，具有很好的综合性能。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
一种防水防火轻质保温材料，制备方法如下：
(1)按表1中的原料重量比准备：早强52.5级普通硅酸盐水泥100，P1膨胀珍珠岩63，P2膨胀珍珠岩63，可再分散乳胶粉6，纤维素醚0.75，EVA乳液2.35，硬脂酸钙4。其中，P1膨胀珍珠岩的堆积密度为59.08kg/m3。4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm、300μm、150μm的累计筛余量分别为0、45.4％、90.4％、92.0％、92.5％、99.5％，吸水率为455％；P2膨胀珍珠岩的堆积密度为151.69kg/m3。4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm、300μm、150μm的累计筛余量分别为0、0.2％、43.35％、77.81％、96.46％、97.82％，吸水率为250％；EVA乳液为乙烯-醋酸乙烯配合而成；纤维素醚为市售的甲基纤维素醚。
(2)对两种膨胀珍珠岩进行憎水改性处理，首先配制聚合物憎水改性剂EVA乳液，然后按EVA乳液1％的质量比加入水中搅拌均匀得到聚合物憎水改性剂水溶液；将膨胀珍珠岩均匀的铺展开，堆积厚度不超过5mm，避免喷洒不均匀，按膨胀珍珠岩/混合溶液＝1:4(P1膨胀珍珠岩)或1:2(P2膨胀珍珠岩)的质量比将憎水改性剂水溶液装入喷壶中，然后均匀地喷洒在膨胀珍珠岩表面，为了使珍珠岩外表面均覆盖聚合物溶液，在喷洒过程中需不断翻动陶粒。喷洒结束后，为防止膨胀珍珠岩被挤压破碎，用渔网轻轻地将珍珠岩转移至大型塑料袋中，最后放入烘箱(温度为105±5℃)中进行二次干燥，可制得憎水处理后的珍珠岩。
(3)如图1所示，将普通硅酸盐水泥、乳胶粉、纤维素醚和硬脂酸钙混合搅拌60s，按照水泥质量的2.5倍的量加拌和用水，搅拌60s，静置90s后，加入混合好的膨胀珍珠岩，一起搅拌30s；试件成型后用聚乙烯薄膜覆盖表面，以防止水分蒸发，并在温度为20±2℃环境养护。
本实施例得到的产物性能测试结果见表2。
实施例2～5
实施例2～5采用的制备过程与实施例1相同，不同之处在于各个原料组分的配比，具体原料配比见表1。对实施例2和3得到的产物进行性能测试结果见表2。
表1实施例1～6原料配比
表2实施例1～3性能测试结果
从表1中，可以发现，实施例1～3得到的产物干密度较低，具有轻质的特点，抗压强度较高，导热系数较低，表明该材料具有良好的保温性能，最后2h吸水率仅为24％左右，表明其较低的吸水率，是一种防水防火轻质保温材料。本实施例得到的产品既可解决有机保温材料的易燃，脆性大等问题，也克服了传统无机材料的易吸水问题。本实施例的产品制备得到的保温板材具有粘接性强、防火、防水、保温的功能特点。
对比例1～2
对比例1～2的制备方法与实施例1相同，不同之处在于各个原料组分的配比，具体原料配比见表3。
对比例3
对比例3按照实施例1的原料配比备料，见表3，制备方法与实施例1不同之处在于，将普通硅酸盐水泥、可再分散乳胶粉、纤维素醚、P1膨胀珍珠岩、P2膨胀珍珠岩、EVA乳液、硬脂酸钙直接加水混合搅拌。
对比例1～3中的产品性能测试结果见表4。
表3对比例1～3原料配比
表4对比例1～3性能测试结果
从对比例中可以看出，如果配方中不添加EVA乳液或者硬脂酸钙，会大大影响材料的防水性，导致吸水率大大增加；另外，加料顺序会大大影响最终水泥砂浆的吸水效果，采用现有技术中一次加料加水混合的方式，EVA乳液无法发挥其作用，可能在膨胀珍珠岩表面形成聚合物层，从而使其对水泥表面的憎水处理效果降低，也会与硬脂酸钙相互作用发生竞争吸附效应，使得膨胀珍珠岩表面的增水处理效果较低，导致最终产品的防水效果较差。
实施例6
一种防水防火轻质保温材料，制备过程与实施例1相同，不同之处在于膨胀珍珠岩的结构惨死于，本实施例中P1膨胀珍珠岩的堆积密度为40kg/m3，吸水率为400％；所述P1膨胀珍珠岩的4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm、300μm、150μm的累计筛余量分别为0、50％、92％、95％、97％、99.9％；所述P2膨胀珍珠岩的堆积密度为120kg/m3，吸水率为200％；P2膨胀珍珠岩的4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm、300μm、150μm的累计筛余量分别为0、2％、45％、85％、97％、99％。
实施例7
一种防水防火轻质保温材料，制备过程与实施例1相同，不同之处在于膨胀珍珠岩的结构惨死于，本实施例中P1膨胀珍珠岩的堆积密度为70kg/m3，吸水率为500％；P1膨胀珍珠岩的4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm、300μm、150μm的累计筛余量分别为0、40％、85％、90％、91％、96％述P2膨胀珍珠岩的堆积密度为200kg/m3，吸水率为300％；P2膨胀珍珠岩的4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm、300μm、150μm的累计筛余量分别为0、2％、45％、85％、97％、99％。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (9)
1.一种防水防火轻质保温材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按照配方进行备料；
（2）将EVA乳液溶于水配置得到憎水改性剂水溶液，并对P1膨胀珍珠岩和P2膨胀珍珠岩进行憎水处理；所述憎水改性剂中EVA乳液的质量分数为0.5~3％；
（3）将硅酸盐水泥、可再分散乳胶粉和纤维素醚混合搅拌、加水搅拌、静置后加入憎水处理后的P1膨胀珍珠岩和P2膨胀珍珠岩，搅拌处理得到混合物料；该混合物料成型后表面覆盖聚乙烯薄膜，于20±2℃的环境养护得到所述防水防火轻质保温材料；
该防水防火轻质保温材料，包括以下重量份组分：
硅酸盐水泥 100
可再分散乳胶粉 6.0-8.0
纤维素醚 0.5-5
P1膨胀珍珠岩 50-80
P2膨胀珍珠岩 50-70
EVA乳液 1-5
硬脂酸钙 1-10；
所述P1膨胀珍珠岩的堆积密度为40~70 kg/m3，所述P2膨胀珍珠岩的堆积密度为120~200 kg/m3；P1膨胀珍珠岩的4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm、300μm、150μm的累计筛余量分别为0、40~50%、85~92%、90~95%、91~97%、96~99.9%；P2膨胀珍珠岩的4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm、300μm、150μm的累计筛余量分别为0、0.1~2%、30~45%、70~85%、90~97%、95~99%。
2.根据权利要求1所述的一种防水防火轻质保温材料的制备方法，其特征在于，该防水防火轻质保温材料，包括以下重量份组分：
硅酸盐水泥 100
可再分散乳胶粉 6.0-8.0
纤维素醚 0.5-2
P1膨胀珍珠岩 50-70
P2膨胀珍珠岩 50-70
EVA乳液 1-3
硬脂酸钙 3-10。
3.根据权利要求1所述的一种防水防火轻质保温材料的制备方法，其特征在于，所述P1膨胀珍珠岩的堆积密度为59.08 kg/m3，吸水率为400~500%；所述P2膨胀珍珠岩的堆积密度为151.69 kg/m3，吸水率为200~300%。
4.根据权利要求3所述的一种防水防火轻质保温材料的制备方法，其特征在于，所述P1膨胀珍珠岩的吸水率为455%；所述P2膨胀珍珠岩的吸水率为250%。
5.根据权利要求3所述的一种防水防火轻质保温材料的制备方法，其特征在于，所述P1膨胀珍珠岩的4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm、300μm、150μm的累计筛余量分别为0、45.4%、90.4%、92.0%、92.5%、99.5%；所述P2膨胀珍珠岩的4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm、300μm、150μm的累计筛余量分别为0、0.2%、43.35%、77.81%、96.46%、97.82%。
6.根据权利要求1所述的一种防水防火轻质保温材料的制备方法，其特征在于，所述可再分散乳胶粉的固含量≥98%，灰分量为10±3%，大于400μm的粒径≤4%，最低成膜温度为0~5℃。
7.根据权利要求1所述的一种防水防火轻质保温材料的制备方法，其特征在于，所述纤维素醚为甲基纤维素醚，粘度至少为10MPa•s。
8.根据权利要求1所述的一种防水防火轻质保温材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）具体为将P1膨胀珍珠岩和P2膨胀珍珠岩分别铺展开，将憎水改性剂水溶液均匀喷洒于P1膨胀珍珠岩和P2膨胀珍珠岩表面，喷洒完成后将P1膨胀珍珠岩和P2膨胀珍珠岩在105±5 ℃下进行干燥处理；所述憎水改性剂中EVA乳液的质量分数为0.5~3％；所述P1膨胀珍珠岩与所述憎水改性剂的质量比为1:2~1:6；所述P2膨胀珍珠岩与所述憎水改性剂的质量比为1:1~1:4。
9.根据权利要求8所述的一种防水防火轻质保温材料的制备方法，其特征在于，所述憎水改性剂中EVA乳液的质量分数为1％；所述P1膨胀珍珠岩与所述憎水改性剂的质量比为1:4；所述P2膨胀珍珠岩与所述憎水改性剂的质量比为1:2。
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