一种基于硅酸钙的轻质防火板材及其制备方法与流程

本发明涉及板材领域，具体是一种基于硅酸钙的轻质防火板材及其制备方法。

背景技术：

1、因为核反应堆特殊的使用环境，需要设备在严苛的工况下连续使用，而市场现有的硅酸钙板的防火隔热性能有限，难以满足核反应堆的使用工况。

2、传统的防火板多采用石棉纤维为原料制成，但是石棉有致癌性，不利于人体健康，普通的硅酸钙板多采用纸浆作为增强纤维，具有较差的防火性和防潮性，因此研发一种基于硅酸钙的轻质防火板材，使其符合轻量化需求，在高温下无变形开裂，同时兼具优异的防火、防潮、耐久等特点，具有现实意义与经济价值。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于硅酸钙的轻质防火板材及其制备方法，以解决现有技术中的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于硅酸钙的轻质防火板材，以质量份数计，防火板材的原料组分为：改性中空玻璃微珠2-6份、纳米纤维气凝胶1-3份、复合聚丙烯酸酯3-7份、硅酸盐水泥17-21份、消石灰2-6份、石英砂48-54份、超纯水12-17份。

4、进一步的，纳米纤维气凝胶的制备包括以下步骤：将脱脂棉剪碎、洗涤、烘干，加入到硫酸溶液中，在40-45℃搅拌70-75min，加入去离子水，静置过夜，离心、洗涤、透析，加去离子水制备纤维分散液；将甲基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、醋酸、去离子水混合制备硅溶胶；将纤维分散液与硅溶胶混合，搅拌1-2h，倒入模具中，冷冻干燥，得到纳米纤维气凝胶。

5、进一步的，复合聚丙烯酸酯为改性聚丙烯酸酯与聚丙烯酰胺以质量比2：1复配得到。

6、进一步的，改性聚丙烯酸酯的制备包括以下步骤：

7、将丙烯酸十三氟辛酯、丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸甲酯、双键封端阻燃单体、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯混合，加入十六烷基三甲基溴化铵、脂肪醇聚氧乙烯醚、去离子水的混合液，搅拌15-20min，在0℃冰浴中，以270w功率超声分散8-10min，在氮气氛围下升温至72-78℃，加入2,2-偶氮二(2-甲基丙基咪)二盐酸盐、去离子水的混合液，保温4-5h，冷却，出料，得到改性聚丙烯酸酯。

8、进一步的，改性中空玻璃微珠的制备包括以下步骤：

9、1）将中空玻璃微珠清洁，过1250目筛，加入naoh水溶液，在78-82℃保温7-8h，抽滤，用醋酸洗涤3-5次，用去离子水洗涤至中性，干燥，得到羟基化中空玻璃微珠；

10、2）将盐酸、异丙醇混合，加入六甲基二硅氧烷、羟基化中空玻璃微珠、异丙醇的混合液，搅拌5-10min，加入正硅酸乙酯、γ-巯丙基三乙氧基硅烷，升温至68-72℃保温2-3h，用甲苯萃取，减压蒸馏，得到巯基化中空玻璃微珠；

11、3）将巯基化中空玻璃微珠、双键封端阻燃单体、n,n-二甲基甲酰胺混合，加入1-羟基环己基苯基甲酮与n,n-二甲基甲酰胺的混合液，紫外光照，得到改性中空玻璃微珠。

12、进一步的，紫外光照的工作条件为：波长365nm的紫外光照射3-5h。

13、进一步的，双键封端阻燃单体的制备包括以下步骤：将n-（2-羟乙基）丙烯酰胺、三乙胺、四氢呋喃混合，在0℃加入二氯化磷酸苯酯与四氢呋喃的混合液，搅拌10-12h，过滤，加入2,6-二叔丁基对甲酚，减压蒸馏，加入二氯甲烷，萃取分液，用体积比为10：1的乙酸乙酯与甲醇进行硅胶层析，得到双键封端阻燃单体。

14、进一步的，一种基于硅酸钙的轻质防火板材的制备方法，包括以下步骤：将石英砂、消石灰、硅酸盐水泥、纳米纤维气凝胶、超纯水混合，以1400-1600rpm转速搅拌12-17min后，转速降低至1000-1200rpm，加入改性中空玻璃微珠，继续搅拌5-10min，转速降低至180-220rpm，加入复合聚丙烯酸酯，继续搅拌3-5min，倒入模具中，真空抽滤至10s无水滴滴下时取出，液压成型，蒸养处理，干燥，得到一种基于硅酸钙的轻质防火板材。

15、进一步的，液压成型的工作条件为：压强为8mpa，保压时间为8min。

16、进一步的，蒸养处理的工作条件为：蒸气压为1.2mpa，温度165-170℃，时间10-12h。

17、本发明的有益效果：

18、本发明提供一种基于硅酸钙的轻质防火板材及其制备方法，通过调整成分及工艺，使制备的板材轻质化，同时兼具高阻燃防火性与耐水性。

19、为了使硅酸钙板轻质化，引入中空玻璃微珠作为原料，为了提高中空玻璃微珠在防火板材中分布的均匀性，对中空玻璃微珠进行改性处理，先将中空玻璃微珠羟基化，然后在羟基化中空玻璃微珠表面利用六甲基二硅氧烷、正硅酸乙酯、γ-巯丙基三乙氧基硅烷原位反应，在中空玻璃微珠表面引入巯基，从而赋予中空玻璃微珠多活性位点，提高中空玻璃微珠与板材中其他原料的结合强度；然后利用巯基-双键的点击反应，在中空玻璃微珠表面接入双键封端阻燃单体，其中双键封端阻燃单体为以二氯化磷酸苯酯为酸源、n-（2-羟乙基）丙烯酰胺为气源，取代反应得到的含有磷、氮、苯环结构的阻燃单体，从而提高板材的阻燃性与防火性。

20、为了进一步提高板材的防火隔热性与耐水性，引入纳米纤维气凝胶作为原料，为避免传统无机气凝胶材料脆性较大、易破碎等问题，本发明以纤维素纳米纤维和甲基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷为原料，通过冷冻诱导组装，形成复合聚甲基倍半硅氧烷纳米包覆层包裹在纤维素纳米纤维表面并形成稳定的交联点，得到高弹疏水的纳米纤维气凝胶，从而赋予板材优秀的防火隔热性与耐水性。

21、本发明用丙烯酸十三氟辛酯、丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸甲酯、双键封端阻燃单体、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯聚合制备改性聚丙烯酸酯，与聚丙烯酰胺复配作为粘结剂，从而大幅提高板材的机械强度、耐水性与阻燃性。

技术特征：

1.一种基于硅酸钙的轻质防火板材，其特征在于，以质量份数计，防火板材的原料组分为：改性中空玻璃微珠2-6份、纳米纤维气凝胶1-3份、复合聚丙烯酸酯3-7份、硅酸盐水泥17-21份、消石灰2-6份、石英砂48-54份、超纯水12-17份；

2.根据权利要求1所述的一种基于硅酸钙的轻质防火板材，其特征在于，所述纳米纤维气凝胶的制备包括以下步骤：将脱脂棉剪碎、洗涤、烘干，加入到硫酸溶液中，在40-45℃搅拌70-75min，加入去离子水，静置过夜，离心、洗涤、透析，加去离子水制备纤维分散液；将甲基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、醋酸、去离子水混合制备硅溶胶；将纤维分散液与硅溶胶混合，搅拌1-2h，倒入模具中，冷冻干燥，得到纳米纤维气凝胶。

3.根据权利要求1所述的一种基于硅酸钙的轻质防火板材，其特征在于，所述复合聚丙烯酸酯为改性聚丙烯酸酯与聚丙烯酰胺以质量比2：1复配得到。

4.根据权利要求3所述的一种基于硅酸钙的轻质防火板材，其特征在于，所述改性聚丙烯酸酯的制备包括以下步骤：

5.根据权利要求1所述的一种基于硅酸钙的轻质防火板材，其特征在于，改性中空玻璃微珠的制备中，紫外光照的工作条件为：波长365nm的紫外光照射3-5h。

6.根据权利要求1所述的一种基于硅酸钙的轻质防火板材，其特征在于，所述双键封端阻燃单体的制备包括以下步骤：将n-（2-羟乙基）丙烯酰胺、三乙胺、四氢呋喃混合，在0℃加入二氯化磷酸苯酯与四氢呋喃的混合液，搅拌10-12h，过滤，加入2,6-二叔丁基对甲酚，减压蒸馏，加入二氯甲烷，萃取分液，用体积比为10：1的乙酸乙酯与甲醇进行硅胶层析，得到双键封端阻燃单体。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种基于硅酸钙的轻质防火板材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将石英砂、消石灰、硅酸盐水泥、纳米纤维气凝胶、超纯水混合，以1400-1600rpm转速搅拌12-17min后，转速降低至1000-1200rpm，加入改性中空玻璃微珠，继续搅拌5-10min，转速降低至180-220rpm，加入复合聚丙烯酸酯，继续搅拌3-5min，倒入模具中，真空抽滤至10s无水滴滴下时取出，液压成型，蒸养处理，干燥，得到一种基于硅酸钙的轻质防火板材。

8.根据权利要求7中所述的一种基于硅酸钙的轻质防火板材的制备方法，其特征在于，液压成型的工作条件为：压强为8mpa，保压时间为8min。

9.根据权利要求7中所述的一种基于硅酸钙的轻质防火板材的制备方法，其特征在于，蒸养处理的工作条件为：蒸气压为1.2mpa，温度165-170℃，时间10-12h。

技术总结
本发明涉及板材领域，具体是一种基于硅酸钙的轻质防火板材及其制备方法，对中空玻璃微珠进行改性处理，先将中空玻璃微珠羟基化，然后在羟基化中空玻璃微珠表面利用六甲基二硅氧烷、正硅酸乙酯、γ‑巯丙基三乙氧基硅烷原位反应，在中空玻璃微珠表面引入巯基，然后利用巯基‑双键的点击反应，在中空玻璃微珠表面接入双键封端阻燃单体；采用纤维素纳米纤维和甲基三甲氧基硅烷、γ‑巯丙基三乙氧基硅烷为原料，通过冷冻诱导组装；用丙烯酸十三氟辛酯、丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸甲酯、双键封端阻燃单体、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯制备改性聚丙烯酸酯，与聚丙烯酰胺复配作为粘结剂，从而提高板材的机械强度。

技术研发人员：赵虎,徐磊,王泽超
受保护的技术使用者：江苏华洋新思路能源装备股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/6/18