一种防火氧化镁板材及其制作工艺
技术领域
本发明涉及一种板材，特别是涉及一种氧化镁板材及其制作工艺。
背景技术
氧化镁板是一种新型的多功能建材，因其既具有木质类有机板的轻质及柔性和再加工性能，又具有无机板材的防火性和耐水性，在墙体、天花吊顶、地板衬板及其他有防火要求部位的装修中得到应用。目前的氧化镁板的主要成分是玻璃纤维网格布(板的力度的主要来源)、氧化镁、氯化镁、珍珠岩、填充纤维和改性添加剂。但是目前使用的氧化镁板存在板材的吸潮返卤、板材脆化等问题，影响了产品的质量，防火隔热性能也较差，限制了产品的广泛应用。中国专利申请CN201310232377尝试采用三聚氰胺、季戊四醇和聚磷酸铵组成的膨胀发泡材料，获得了具有一定的阻燃效果，但阻燃性能难以满足高端市场对阻燃性能的严苛要求如耐火极限值大于等于4小时，因此，需要进一步添加海泡石等阻燃填料改善其防火性能。
海泡石，其理论结构式为Mg8Si12O30(OH)4(OH2)4·8H2O，在其结构单元中，硅氧四面体和镁氧八面体相互交替，具有层状和链状的过渡型特征。正是由于这种独特的结构，海泡石具有良好的吸附性、流变性和催化性，海泡石矿物纤维在水和其他高中等极性溶液中,纤维束易解散形成不规则的纤维网络,可在低浓度下形成高黏度的稳定悬浮液。在海泡石表面存在大量的Si-OH基,有很强的亲和力。海泡石可以分出3种类型吸附活性中心：①硅氧四面体中的氧原子；②在八面体侧面与镁离子配位的水分子；③在四面体外的表面由Si-O-Si键破裂而产生的Si-OH离子团。这些Si-OH离子团，能与海泡石外表吸附的分子相互作用，并具有与某些有机试剂形成共价键的能力。海泡石的比表面积高，孔隙率大；且其熔点为1500℃～1700℃，具有良好的热稳定性。海泡石中丰富的镁、硅等元素本身就是极好的卤阻燃元素，使其在阻燃研究中成为一种潜在的环境友好型阻燃剂或阻燃协效剂，且其来源广泛，无毒无害，将其应用于阻燃中有可能会达到很好的阻燃抑烟效果。海泡石具有良好的热稳定性，在燃烧过程中能保持骨架稳定，起到保护炭层的作用，而海泡石抑烟作用的原因是其多孔的结构使得其具有很大的比表面积，也就决定了其良好的吸附功能。同时，由于孔道空气导热系数远小于固体导热系数,即海泡石具有良好的阻热效果。因此将海泡石用作防火涂料或防火板的填料应当有助于提高防火涂料或防火板的耐火性能，目前涂料和防火板行业中将海泡石作为防火填料具有广泛的应用。
但是，目前在在防火涂料或防火板材领域，其都是作为涂料或防火板领域常规的防火填料，与其他填料一同加入涂料或防火板浆料中进行分散，但是申请人发现添加了大量海泡石纤维的涂料或防火板浆料存在多个问题：(1)相对于膨胀蛭石、氢氧化镁、三氧化二锑等阻燃剂，其阻燃性能有待进一步提高；(2)涂料或防火板在干燥固化的过程中，干燥时间过长，大幅度降低生产效率，这是因为海泡石具有良好的吸水性和保水性，吸水之后的海泡石形成阻水屏障，阻挡水由内向外表面的扩散，导致涂料漆膜、防火板出现表干，但实际内部不干的情况，也就是表干虽快，但实干时间较长；(3)在实际生产工艺中，加入量较大的海泡石的瞬间，体系粘度急剧提升，这样会破坏分散体系稳定性，使得分散时间延长、生产效率降低、分散效果不好的问题。以防火板材为例，这是因为海泡石本身还具有增稠剂的作用，其入水时会快速吸水絮凝状，不仅吸水量大，而且会迅速提高板材制作过程中浆料分散体系的粘度，这样会导致已经分散好的浆料重新团聚，而且使得高分子胶束稳定性降低，严重的话会发生沉降。
发明内容
本发明提供了一种防火氧化镁板材，采用以下原料混合而成，原料名称及重量份数如下：氧化镁80-100份；无水氯化镁20-30份；防火型海泡石纤维浆料10-20份；硅酸铝纤维20-30份；锯末5-10份；粉煤灰10-15份；玻镁板粉碎粉8-12份；无纺布1.5-5份；水6-8份，其中，防火型海泡石纤维浆料包含如下重量份数的组分：改性海泡石绒20-50份，滑石粉5-10份、植物胶粉10-15份、聚丙烯纤维10-20份、纤维素醚1-5份、表面活性剂1-3份、去离子水40-150份，所述浆料的制备方法为：
(1)改性海泡石绒的制备：酸活化：将海泡石与酸液按照固液重量比1:(1-1.5)的比例进行混合，搅拌，时间为10-12h，其中酸液含有体积分数为1-3％的混合酸，得到第一海泡石浆料；其中，混合酸为盐酸与磷酸的混合，其摩尔比为1：(0.8-1.2)；
(2)碱中和：将酸活化后的第一海泡石浆料与氨水按照固液重量比1:(1-1.5)的比例进行混合，搅拌，时间为10-12h，得到第二海泡石浆料，其中，酸液中混合酸和氨水的摩尔比为(0.9-1):1；
(3)在第二海泡石浆料中边搅拌边依次加入滑石粉、植物胶粉、聚丙烯纤维、纤维素醚、表面活性剂，即得防火型海泡石纤维浆料。
优选的，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、辛基酚聚氧乙烯醚、十六烷基三甲基溴化胺、聚乙烯吡咯烷酮或月桂醇硫酸钠。
优选的，所述植物胶粉为黄原胶粉、瓜尔豆胶粉、罗旺子胶粉、洋槐豆胶粉、刺云豆胶粉、魔芋胶粉中的任意一种或多种的组合。
优选的，所述纤维素醚为羟乙基纤维、羟丙基纤维、甲基羟乙基纤维素、乙基羟乙基纤维素、甲基羟丙基纤维素、甲基纤维素或黄原胶。
优选的，所述酸液含有体积分数为2％的混合酸，混合酸为盐酸与磷酸的混合，其摩尔比为1：1。
优选的，所述滑石粉的目数为400-600目。
优选的，所述步骤1中，搅拌的速度为300-500转/分钟，所述步骤2中，搅拌的速度为500-800转/分钟，所述步骤3中，搅拌的速度为800-1200转/分钟。
本发明进一步提供了所述防火氧化镁板材的制作工艺，包括以下步骤：
(1)、将氧化镁、无水氯化镁、防火型海泡石纤维浆料、玻镁板粉碎粉所述氧化镁板材的重量份数放入搅拌机内搅拌，同时向搅拌机内充入气体形成气泡，搅拌15分钟；
(2)、将硅酸铝纤维、粉煤灰、锯末按所述氧化镁板材的重量份数加入到搅拌机内，继续搅拌混合，均匀搅拌30分钟后，制成浆料，
(3)、再将准备好的模板引入压机中，并将无纺布铺置好；
(4)、将步骤(2)中的浆料取出加入压机加料斗中，然后将浆料充入模板无纺布中，压制到所需尺寸，8-10小时干燥后即可脱模；
(5)、将固化好的板材连同模板一起反向放置，用手轻轻托起模具一角，手按固化好的板材便脱落下来，再从此角开始将一边脱下掀起模具即可；
(6)、将成型脱模后的板材叠码在一起，在养护间内养护3天，然后将制品放入干燥的室内10天即可；
(7)、再将干燥的板材按规格要求裁去四边。
采用上述技术方案后，本发明至少具有如下有益效果：
(1)酸活化的作用有二，其一，酸液中的H+取代骨架中的Mg2+，Si-O骨架生成Si-OH基，清除了海泡石层间和孔道里的碳酸盐杂质，使得海泡石内部通道连通，微孔发展成中孔，微孔比率减少，中孔比率增大，极大提升海泡石的比表面积，其二，更重要的是通过减少Mg2+的活性中心，能够降低其吸水性，实现海泡石失水和保水性能的平衡。
(2)酸液中采用盐酸的目的在于相对于硝酸和硫酸，盐酸不仅具有强酸的作用，其含有卤素氯，能够提升海泡石的整体防火性能。
(3)碱液处理是对强酸活化的海泡石浆料进一步处理，氨水与强酸活化析出的镁离子形成稳定的氢氧化镁固体，反应生成的氢氧化镁均匀分散在孔道中，不堵塞孔道的同时，提升海泡石结构强度和热稳定性，同时还避免了浆料中存在的镁离子对防火涂料和防火板的防腐蚀性和防水性的不利影响。另外，更为关键的作用在于生成的氢氧化镁本身是优良的阻燃剂，其在40℃的开展逐渐分解，吸收大量热量并释放水，在防火材料中主要起阻燃剂、发泡剂和消烟的作用，在火焰和高温下，不会分解成气体化合物而烧失，以它的稳定性可以起到经久耐燃的作用，进而提升还海泡石的热稳定性，与海泡石特殊的多空结构配合作用，产生极好的阻燃性能。
(4)在氨水与溶解在酸液中的镁离子生成氢氧化镁的同时，氨水与磷酸还会生成磷酸铵，磷酸铵是防火领域常见的脱水成炭催化剂，它在高温下生成聚磷酸，聚磷酸又能与多羟基化合物发生强烈的酯化反应并脱水，引发膨胀过程。
总而言之，通过连续的酸化和碱化处理，在增加海泡石比表面积的同时，通过浓度和具体物质的选择，优化了海泡石的吸水性能，改善了海泡石浆料产品的固化时间，同时，通过氢氧化镁和磷酸铵的生成，还显著提高了海泡石浆料的防火性能，进而提高了防火氧化镁板材的防火性能。
如果盐酸和氨水用量过高，会导致磷酸镁堵塞通道，用量过低无法实现提升热稳定性、降低镁离子浓度的作用。磷酸溶液应当缓慢滴加，避免磷酸在海泡石分散浆料中局部富集，产生大量的磷酸镁堵塞通道。
(5)滑石粉降低了浆料的成本并提高产品的强度，聚丙烯纤维的加入提升了产品的抗开裂性能，表面活性剂的加入改善了聚丙烯纤维的亲水性，进而进一步改善了浆料的失水保水平衡性能，最终改善了防火氧化镁板材的固化干燥性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明实施例提供一种防火型海泡石纤维浆料，该防火型海泡石纤维浆料包含如下重量份：改性海泡石绒30，滑石粉5、植物胶粉12、聚丙烯纤维15、纤维素醚3、表面活性剂2、去离子水80，其制备方法为：
(1)改性海泡石绒的制备：酸活化：将海泡石与酸液按照固液重量比1:1.5的比例进行混合，搅拌，时间为12h，其中酸液含有体积分数为2％的混合酸，得到第一海泡石浆料；其中，混合酸为盐酸与磷酸的混合，其摩尔比为1：1；
(2)碱中和：将酸活化后的第一海泡石浆料与氨水按照固液重量比1:1.5的比例进行混合，搅拌，时间为12h，得到第二海泡石浆料，其中，酸液与碱液中混合酸和氨水的摩尔比为1:1；
(3)在第二海泡石浆料中边搅拌边依次加入滑石粉、植物胶粉、聚丙烯纤维、纤维素醚、表面活性剂，即得防火型海泡石纤维浆料A。
实施例2
在实施例1的基础上，将步骤(1)将海泡石与酸液1按照固液重量比由1:1.5的比例改变成按照固液重量比1:2的比例，其他制备步骤相同，得到防火型海泡石纤维浆料B
实施例3
在实施例1的基础上，将步骤1中盐酸替换成硫酸，其他制备步骤相同，得到防火型海泡石纤维浆料C。
实施例4
在实施例1的基础上，将步骤2中氨水替换成氢氧化钠溶液，其他制备步骤相同，得到防火型海泡石纤维浆料D。
实施例5
在实施例1的基础上，将表面活性剂替换成去离子水，其他制备步骤相同，得到防火型海泡石纤维浆料E。
实施例6
防火氧化镁板材由如下原料制备而成：氧化镁90kg；无水氯化镁25kg；改性防火型海泡石纤维浆料15kg；硅酸铝纤维25kg；锯末8kg；粉煤灰12kg；玻镁板粉碎粉10份；无纺布5kg；水8kg，具体制备工艺如下：
其步骤如下：
(1)、将氧化镁、无水氯化镁、改性防火型海泡石纤维浆料、玻镁板粉碎粉按上述氧化镁板的重量份数放入搅拌机内搅拌，同时向搅拌机内充入气体形成气泡，搅拌15分钟；
(2)、将硅酸铝纤维、粉煤灰、锯末按上述氧化镁板的重量份数加入到搅拌机内，继续搅拌混合，均匀搅拌30分钟后，制成浆料，
(3)、再将准备好的模板引入压机中，并将无纺布铺置好；
(4)、将步骤(2)中的浆料取出加入压机加料斗中，然后将浆料充入模板无纺布中，压制到所需尺寸，8-10小时干燥后即可脱模；
(5)、将固化好的板材连同模板一起反向放置，用手轻轻托起模具一角，手按固化好的板材便脱落下来，再从此角开始将一边脱下掀起模具即可；
(6)、将成型脱模后的板材叠码在一起，在养护间内养护3天，然后将制品放入干燥的室内10天即可；
(7)、再将干燥的板材按规格要求裁去四边。其中，通过采用实施例1-5制备得到的海泡石纤维浆料A、B、C、D、E从而得到防火型氧化镁板材A、B、C、D、E。
防火性能测试
根据GB50045-95对耐火极限(小时)进行测试，出现下列情况之，则试件达到耐火极限。丧失稳定性：柱构件轴向变形大于h/100(mm)或轴向变形速率大于3h/1000(mm/min)。h为柱构件在加载后，耐火试验前初始受火高度，单位：mm。
表1防火氧化镁板材性能
由此可见，添加了特殊工艺改性过的防火型海泡石纤维浆料的防火型氧化镁板材的阻燃性能和综合固化干燥时间(主要是实干时间)具有大幅度改善。同时，在实施例6的制备过程中发现，经过海泡石的处理和浆料的预制明显降低了海泡石产品加入浆料分散体系的粘度快速上升的趋势，保持了良好的稳定性和分散效率。
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