專利名稱：替代石棉的硅基難燃材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅基難燃材料(silica-based nonflammable material)及其制備方法，更具體地，本發(fā)明涉及一種包括硅石、石灰?guī)r和鈉長石作為主要成分的硅基難燃材料及其制備方法，所述硅基難燃材料是通過包括碾碎、熔融、噴涂和成型在內(nèi)的一系列工藝過程而獲得的，且該硅基難燃材料可替代石棉。
背景技術(shù)：
石棉是一種本質(zhì)上為纖維狀且富含鎂的含水硅酸鹽礦物質(zhì)。石棉被廣泛應(yīng)用于諸如厚紙板、石棉板等的建筑材料、防火材料、耐火材料、隔熱材料、電絕緣材料、電解質(zhì)膜材料、制動(dòng)襯片材料、或類似物。特別地，石棉因具有優(yōu)秀的隔熱、絕緣性質(zhì)、抗磨損性、抗張強(qiáng)度、對酸性或堿性化學(xué)物質(zhì)的耐受性且價(jià)格非常便宜而被廣泛應(yīng)用。然而，由于最近已發(fā)現(xiàn)石棉是致癌物，于是石棉被逐漸棄用。此外，為了取代石棉，研究正在進(jìn)展當(dāng)中。該研究結(jié)果的代表性實(shí)例包括登記號為No. 20-0351515的韓國實(shí)用新型公開了一種難燃的薄板，其中碳纖維板通過粘合劑被粘合到硅纖維板的兩面；登記號為 No. 20-043M18的韓國實(shí)用新型公開了一種建筑草(纖維)水泥板，其中通過將草或草本植物打漿而得的纖維與水泥和水混合來生產(chǎn)隔熱或隔聲材料，該隔熱或隔聲材料被用于內(nèi)部建筑或外部建筑并且該隔熱或隔聲材料可防水和防火；以及韓國專利公開號 No. 2007-0065854公開了一種使用回收的合成纖維廢品來制備吸音材料的方法和一種用于建筑的吸音板。上述現(xiàn)有技術(shù)部分地解決了在石棉中存在的有害性問題并且是具有額外功能的建筑材料。然而，此類常規(guī)的現(xiàn)在技術(shù)仍存在不足，由于它們包含了從中會部分地釋放有害物質(zhì)的原材料，故這些現(xiàn)有技術(shù)并沒有完全解決有害性的問題。因此，本發(fā)明人做出了大量的努力以解決常規(guī)現(xiàn)有技術(shù)的相關(guān)問題，并因此發(fā)現(xiàn)了，可以通過將硅石、石灰?guī)r和鈉長石，或鈣硅石和鈉長石經(jīng)過包括碾碎、熔融、噴涂和成型在內(nèi)的一系列工藝過程而制備出一種對人體無害的難燃建筑材料，前述硅石、石灰?guī)r和鈉長石，或鈣硅石和鈉長石均為天然礦物質(zhì)，從而完成了本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種可替代石棉的硅基難燃材料及其制備方法。技術(shù)方案為了達(dá)到上述目的，一方面，本發(fā)明提供了一種硅基難燃材料的制備方法，所述方法包括以下步驟(a)將包括硅石、石灰?guī)r和鈉長石作為主要成分的天然礦物質(zhì)碾碎成天然礦物質(zhì)粉末；
(b)將在步驟(a)被碾碎的、包括硅石、石灰?guī)r和鈉長石的天然礦物質(zhì)粉末進(jìn)行熔融，以形成液態(tài)熔融物；和(c)將在步驟(b)所形成的液態(tài)熔融物進(jìn)行噴涂，以獲得作為被噴涂的材料的硅基難燃材料。另一方面，本發(fā)明提供了由所述方法制備的、包括硅石、石灰?guī)r和鈉長石的硅基難燃材料。又一方面，本發(fā)明提供了一種硅基難燃材料的制備方法，所述方法包括以下步驟(a)將包括鈣硅石和鈉長石作為主要成分的天然礦物質(zhì)碾碎成天然礦物質(zhì)粉末；(b)將在步驟(a)被碾碎的、包括鈣硅石和鈉長石的天然礦物質(zhì)粉末進(jìn)行熔融，以形成液態(tài)熔融物；和(c)將在步驟(b)所形成的液態(tài)熔融物進(jìn)行噴涂，以獲得作為被噴涂的材料的硅基難燃材料。再一方面，本發(fā)明提供了由所述方法制備的、包括鈣硅石和鈉長石的硅基難燃材料。以下詳細(xì)的說明書及所附的權(quán)利要求書將更明確地說明本發(fā)明的其它特征和實(shí)施方式。


圖1是根據(jù)本發(fā)明制備硅基難燃材料的工藝流程圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明所制備的、包括硅石、石灰?guī)r和鈉長石的硅基難燃材料的照片， 其中圖2(a)顯示了成型前的硅基難燃材料和圖2(b)顯示了成型后的硅基難燃材料；圖3是根據(jù)本發(fā)明所制備的、包括鈣硅石和鈉長石的硅基難燃材料的照片，其中圖3(a)顯示了成型前的硅基難燃材料和圖3(b)顯示了成型后的硅基難燃材料。
具體實(shí)施例方式除非另有定義，本發(fā)明使用的所有技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語都具有本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的含義。通常，本發(fā)明中所使用的術(shù)語和下文將描述的實(shí)驗(yàn)方法都是本領(lǐng)域公知的或常用的。一方面，本發(fā)明涉及一種硅基難燃材料的制備方法，所述方法包括步驟(a)將包括硅石、石灰?guī)r和鈉長石作為主要成分的天然礦物質(zhì)碾碎成天然礦物質(zhì)粉末；(b)將在步驟(a)被碾碎的、包括硅石、石灰?guī)r和鈉長石的天然礦物質(zhì)粉末進(jìn)行熔融，以形成液態(tài)熔融物；和(c)將在步驟(b)所形成的液態(tài)熔融物進(jìn)行噴涂，以獲得作為被噴涂的材料的硅基難燃材料。(參見圖1)硅砂(silica sand)是含有高含量的二氧化硅(SiO2)的石英砂。具體地，硅砂是指通過自然現(xiàn)象形成的砂，在該自然現(xiàn)象中由于風(fēng)化的原因，其它礦物原料分解致消失，只有石英存留或被轉(zhuǎn)移。韓國的硅砂的總預(yù)計(jì)儲量為約1.09億萬噸，且長期以來硅砂被用于包括混凝土等不同種類的建筑材料。因此，本發(fā)明提供一種硅基難燃材料，該硅基難燃材料對人體無害且包含作為一類硅砂的硅石和鈣硅石，也即在韓國很容易獲得的天然礦物質(zhì)。具體地，由于硅石具有超出 1400-1600°C的較高的熔融溫度，故為了降低該硅石的熔融溫度，使用石灰?guī)r和鈉長石與硅石一起作為主要成分。由于鈣硅石具有相對較低的熔融溫度600-800°C，因此只使用鈉長石與硅石一起作為主要成分。硅石是一種化學(xué)式為SiO2W礦物質(zhì)，通常以石英的形式存在。由于硅石具有防火的物理性質(zhì)，硅石被用作包括耐火漿泥、耐火磚之類的耐火建筑材料的主要分成，且硅石具有在1400-1600°C的高溫下被熔融的性質(zhì)。因此，在本發(fā)明中，硅石的作用是為了賦予最終制備的硅基難燃材料具有難燃的性質(zhì)，以使得生產(chǎn)表現(xiàn)出難燃性的功能性建筑材料成為可能。此外，由于硅石是以砂石等形式天然存在的礦物質(zhì)，所以硅石顯現(xiàn)出不釋放對人體有害物質(zhì)的效果。石灰?guī)r是一種具有耐火和隔熱性質(zhì)、隔音、重量輕、可成型性等物理性質(zhì)的礦物質(zhì)。此外，石灰?guī)r包含作為主要成分的CaCO3并具有在900-1100°C的低溫下被熔融的性質(zhì)。因此，在本發(fā)明中，石灰?guī)r的作用是為了降低熔融工藝中進(jìn)行熔融的溫度，并且石灰?guī)r可表現(xiàn)出降低生產(chǎn)硅基難燃材料的成本開銷的效果。鈉長石(Nei2O · Al2O3 · 6Si02)是一種分子量為524. 3和熔點(diǎn)為1000-1100°C的礦物質(zhì)。鈉長石具有在較低溫度時(shí)可將材料的顆粒彼此順利地粘合的物理性質(zhì)。因此，在本發(fā)明中，利用鈉長石的前述物理性質(zhì)，鈉長石的作用是為了使作為硅基難燃材料主要成分的硅石粉末顆粒之間相互粘合，這使得在較低的熔融溫度下生產(chǎn)硅基難燃材料成為可能，從而降低生產(chǎn)成本。在本發(fā)明中，以100重量份的硅石為基礎(chǔ)，石灰?guī)r和鈉長石的含量分別為60-90重量份和60-90重量份。如果石灰?guī)r的含量少于60重量份(基于100重量份的硅石)，則出現(xiàn)熔融溫度仍然高的問題。相反，如果石灰?guī)r的含量超出90重量份(基于100重量份的硅石)，則隨著加入的石灰?guī)r量的增加也無益處。此外，如果鈉長石的含量少于60重量份(基于100重量份的硅石)，則出現(xiàn)熔融溫度仍然高的問題。相反，如果鈉長石的含量超出90重量份(基于 100重量份的硅石)，則隨著加入的鈉長石量的增加也無益處。在本發(fā)明中，優(yōu)選地，作為主要成分使用的硅石和鈉長石被碾碎成粒徑為l_3mm 的天然礦物質(zhì)粉末。為了將硅石和鈉長石碾碎到粒徑小于Imm的天然礦物質(zhì)粉末，需耗費(fèi)更多的時(shí)間。如果天然礦物質(zhì)粉末的粒徑超過3mm，則會出現(xiàn)需要耗費(fèi)更多的時(shí)間來熔融該天然礦物質(zhì)粉末的問題。可將硅石、石灰?guī)r和鈉長石分別碾碎，然后一起熔融?；蛘?，可將石灰?guī)r和鈉長石一起碾碎后熔融。在本發(fā)明中，步驟(b)中進(jìn)行熔融是在700-1，300°C下進(jìn)行20-50分鐘。如果天然礦物質(zhì)粉末的進(jìn)行熔融的溫度低于700°C，則熔融不充分。相反地，如果進(jìn)行熔融的溫度超過1，300°C，則隨著熔融溫度的增加也無益處。另外，如果天然礦物質(zhì)粉末的進(jìn)行熔融的時(shí)間少于20分鐘，則熔融不能充分進(jìn)行。相反地，如果進(jìn)行熔融的時(shí)間超過50分鐘，則隨著熔融時(shí)間的增加也無益處。優(yōu)選以窯作為進(jìn)行包括熔融、煅燒等在內(nèi)的常規(guī)加熱處理工藝的裝置進(jìn)行熔融， 但不限于此且任何可以熔融天然礦物質(zhì)粉末的裝置都是可以的。在本發(fā)明中，步驟(c)中進(jìn)行噴涂可通過高壓噴涂器(high-pressure sprayer)來進(jìn)行，且被噴涂的材料是棉纖維形式的材料。在本發(fā)明中，將步驟(C)中被噴涂的材料成型的步驟是額外進(jìn)行的。所述成型是擠壓成型工藝。步驟(c)中作為被噴涂的材料的、所獲得的硅基難燃材料是棉纖維形式的。對該象棉纖維般的硅基難燃材料施用額外的成型步驟可獲得平板形式的硅基難燃材料。作為一個(gè)具體的實(shí)例，將在下文描述使用滾筒的擠壓成型工藝。將在窯里通過熔融工藝形成的液態(tài)熔融物噴涂到滾筒上，和當(dāng)從一對滾筒之間經(jīng)過時(shí)，該棉纖維形式的被噴涂的材料就被擠壓，因此板狀樣的硅基難燃材料便卷繞在滾筒上，從而獲得卷狀物形式的硅基難燃材料。當(dāng)該硅基難燃材料被實(shí)際用作建筑材料時(shí)，如果需要，可以被切割并使用該硅基難燃材料。同時(shí)，可以將液態(tài)熔融物與有機(jī)粘合劑一起噴涂到滾筒上，以進(jìn)一步促進(jìn)在使用滾筒的擠壓成型的工藝中的成型。此外，為了防止經(jīng)過滾筒時(shí)擠壓出來的板狀樣硅基難燃材料卷與卷繞在滾筒上的硅基難燃材料相互粘著，可在底部放置聚合樹脂、樹脂等以形成卷狀物。另一方面，本發(fā)明還涉及一種由所述方法制備的、包含硅石、石灰?guī)r和鈉長石的硅基難燃材料。如上所述，包含硅石、石灰?guī)r和鈉長石作為主要成分的、棉纖維形式的硅基難燃材料可通過包括碾碎、熔融和噴涂在內(nèi)的一系列工藝而獲得。此外，平板形式的硅基難燃材料可通過包括碾碎、熔融、噴涂和成型在內(nèi)的一系列工藝而獲得。在另一方面，本發(fā)明還涉及一種硅基難燃材料的制備方法，所述方法包括步驟 (a)將包括鈣硅石和鈉長石作為主要成分的天然礦物質(zhì)碾碎成天然礦物質(zhì)粉末；(b)將步驟(a)中所碾碎的、包括鈣硅石和鈉長石的天然礦物質(zhì)粉末進(jìn)行熔融，以形成液態(tài)熔融物； 和(c)將步驟(b)所形成的液態(tài)熔融物進(jìn)行噴涂，以獲得硅基難燃材料。鈣硅石是一種分子式為CaSiO3的鏈硅酸鈣(calcium inosilicate)礦物質(zhì)，其包含48. 3%重量的CaO和51. 7%重量的Si02。另外，鈣硅石是一種天然存在的礦物質(zhì)，具有即使在超過1000°C的高溫仍保持難燃的特性。因此，在本發(fā)明中，鈣硅石的作用是賦予最終制備的硅基難燃材料有難燃的性質(zhì)， 從而使生產(chǎn)表現(xiàn)出難燃的功能性建筑材料成為可能。此外，由于鈣硅石是天然存在的礦物質(zhì)，具有不釋放對人體有害物質(zhì)的效果。在本發(fā)明中，以100重量份的鈣硅石為基礎(chǔ)，鈉長石的含量為10-50重量份。如果鈉長石的含量少于10重量份(基于100重量份的鈣硅石)，則出現(xiàn)天然礦物粉末的熔融溫度仍然高的問題。相反地，如果鈉長石的含量超出50重量份(基于100重量份的鈣硅石)，則隨著加入的鈉長石量的增加也無益處。在本發(fā)明中，步驟(b)的熔融是在700-800°C下進(jìn)行10_30分鐘。如果天然礦物質(zhì)粉末進(jìn)行熔融的溫度低于700°C，則熔融不充分。相反地，如果進(jìn)行熔融的溫度超過800°C， 則隨著熔融溫度的增加也無益處。另外，如果天然礦物質(zhì)粉末進(jìn)行熔融的時(shí)間少于20分鐘，則熔融不充分，相反地，如果進(jìn)行熔融的時(shí)間超過50分鐘，則隨著熔融時(shí)間的增加也無益處。在本發(fā)明中，將步驟(C)中被噴涂的材料進(jìn)行成型的步驟是額外進(jìn)行的。
在本發(fā)明中，所述成型是使用滾筒進(jìn)行擠壓成型工藝。另一方面，本發(fā)還涉及由所述方法制備的、包含鈣硅石和鈉長石的硅基難燃材料。由于根據(jù)本發(fā)明的硅基難燃材料是以棉纖維形式或平板形式獲得的，該硅基難燃材料可以以任意可選的方式在實(shí)際的建筑建設(shè)中被適當(dāng)?shù)赜米鞲魺岷透粢舻冉ㄖ牧?。此夕卜，本發(fā)明的硅基難燃材料由于包含天然礦物質(zhì)作為主要成分而對人體無害，這與已被廣泛用作建筑材料但由于釋放致癌物質(zhì)而被認(rèn)為有害的石棉不同。實(shí)施例以下，將參考實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明。顯然，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，這些實(shí)施例僅用于解釋的目的并不能理解為對本發(fā)明范圍的限制。實(shí)施例1制備包括硅石、石灰?guī)r和鈉長石的硅基難燃材料使用球磨機(jī)(韓國陶瓷有限公司)將40kg硅石、30kg石灰?guī)r、30kg鈉長石碾碎成粒徑為l_3mm的天然礦物質(zhì)粉末。將所述碾碎的粉末投放到窯中并在1100°C下熔融35分鐘。使用高壓空氣壓縮機(jī)(韓國Dong-A精確有限公司(Korean Dong-A Precision Co.，Ltd))噴涂被熔融并流出窯的液態(tài)熔融物以獲得棉纖維形式的硅基難燃材料(參見圖 2(a))。另外，當(dāng)在一對滾筒(韓國陶瓷有限公司)之間經(jīng)過時(shí)，作為被噴涂的材料的、該棉纖維形式的硅基難燃材料被擠壓成型，并且然后被卷繞到該滾筒上從而獲得平板形式的硅基難燃材料(參見圖2(b))。實(shí)施例2制備包括鈣硅石和鈉長石的硅基難燃材料使用球磨機(jī)(韓國陶瓷有限公司)將70kg鈣硅石、30kg鈉長石碾碎成粒徑為 l-3mm的天然礦物質(zhì)粉末。將所述碾碎的粉末投放到窯中并在650°C下熔融35分鐘。使用高壓空氣壓縮機(jī)(韓國Dong-A精確有限公司)噴涂被熔融并流出窯的液態(tài)熔融物以獲得棉纖維形式的硅基難燃材料(參見圖3(a))。另外，當(dāng)在一對滾筒(韓國陶瓷有限公司)之間經(jīng)過時(shí)，作為被噴涂的材料的、該棉纖維形式的硅基難燃材料被擠壓成型，并且然后被卷繞到該滾筒上從而獲得平板形式的硅基難燃材料(參見圖3(b))。工業(yè)適用性如上所述，根據(jù)本發(fā)明，由于使用由硅基礦物質(zhì)構(gòu)成的硅基難燃材料可以制備即使在高溫下仍難燃的功能性建筑材料，并且由于只使用天然礦物質(zhì)作為主要成分，故所述硅基難燃材料可用作建筑材料而對人體無害，并可替代已經(jīng)被廣泛用作隔熱和隔音等常規(guī)建筑材料的石棉。盡管對本發(fā)明的詳細(xì)描述中涉及具體的特征，顯然，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，這種描述只是一種優(yōu)選的實(shí)施方式并不限制本發(fā)明的范圍。因此，本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同來限定。
權(quán)利要求
1.一種硅基難燃材料的制備方法，所述方法包括以下步驟(a)將包括硅石、石灰?guī)r和鈉長石作為主要成分的天然礦物質(zhì)碾碎成天然礦物質(zhì)粉末；(b)將步驟(a)所碾碎的、包括硅石、石灰?guī)r和鈉長石的天然礦物質(zhì)粉末進(jìn)行熔融，以形成液態(tài)熔融物；和(c)將步驟(b)所形成的液態(tài)熔融物進(jìn)行噴涂，以獲得作為被噴涂的材料的硅基難燃材料。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中，基于100重量份的硅石，石灰?guī)r和鈉長石的含量分別是60-90重量份和60-90重量份。
3.權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟(b)中進(jìn)行熔融是在700-1，300°C下進(jìn)行20-50 分鐘。
4.權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括將在步驟(c)獲得的硅基難燃材料進(jìn)行成型。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所制備的、包含硅石、石灰?guī)r和鈉長石的硅基難燃材料。
6.權(quán)利要求5所述的硅基難燃材料，其中，基于100重量份的硅石，石灰?guī)r和鈉長石的含量分別是60-90重量份和60-90重量份。
7.—種硅基難燃材料的制備方法，所述方法包括以下步驟(a)將包括鈣硅石和鈉長石作為主要成分的天然礦物質(zhì)碾碎成天然礦物質(zhì)粉末；(b)將步驟(a)所碾碎的、包括鈣硅石和鈉長石的天然礦物質(zhì)粉末進(jìn)行熔融，以形成液態(tài)熔融物；和(c)將步驟(b)所形成的液態(tài)熔融物進(jìn)行噴涂，以獲得作為被噴涂的材料的硅基難燃材料。
8.權(quán)利要求7所述的方法，其中，基于100重量份的鈣硅石，鈉長石的含量是10-50重量份。
9.權(quán)利要求7所述的方法，其中，步驟(b)中進(jìn)行熔融是在700-800°C下進(jìn)行20-50分鐘。
10.權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括將在步驟(C)獲得的硅基難燃材料進(jìn)行成型。
11.根據(jù)權(quán)利要求7-11中任一項(xiàng)所制備的、包含鈣硅石和鈉長石的硅基難燃材料。
12.權(quán)利要求11所述的硅基難燃材料，其中，基于100重量份的鈣硅石，鈉長石的含量是10-40重量份。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種硅基難燃材料及其制備方法，更具體地，涉及一種包含硅石、石灰?guī)r和鈉長石作為主要成分的硅基難燃材料及其制備方法，所述硅基難燃材料是通過包括碾碎、熔融、噴涂和成型在內(nèi)的一系列工藝而獲得的，并可替代石棉。根據(jù)本發(fā)明，由于可使用由硅基礦物質(zhì)構(gòu)成的硅基難燃材料來制備即使在高溫下也難燃的功能性建筑材料，并且由于只使用天然礦物質(zhì)為主要成分，所述硅基難燃材料可被用作對人體無害的建筑材料，并且可替代已經(jīng)被廣泛用于作隔熱和隔音等常規(guī)建筑材料的石棉。
文檔編號C09K21/02GK102459114SQ201080025594
公開日2012年5月16日 申請日期2010年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月8日
發(fā)明者吳長燮, 李世麟 申請人:李世麟