CN109721238A

CN109721238A - 一种超细玻璃棉的制备方法

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Publication number: CN109721238A
Application number: CN201910125176.2A
Authority: CN
Inventors: 邹玉
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-02-20
Filing date: 2019-02-20
Publication date: 2019-05-07

Abstract

本发明涉及一种超细玻璃棉的制备方法，属于新材料技术领域。本发明通过离心喷吹法，制备超细玻璃棉，超细玻璃棉外观呈棉花团絮状，洁白柔软，手感光滑。由于超细玻璃棉纤维之间呈三维交叉缠绕，含有大量微小孔隙，是无机多孔材料，当热量传递到玻璃棉上时，温度高的表面上晶体微粒震动动能较大，沿温度传递方向，距离温度高的表面越远晶体微粒振动动能较小，因此超细玻璃棉具有良好的隔热保温性能。本发明通过硅烷偶联剂改性超细玻璃棉，硅烷偶联剂以水溶液的形式涂覆于玻璃棉表面，处理后的玻璃棉，硬挺度得到提高，同时还可以消除超细玻璃棉在拉丝过程中形成的微裂纹，防止玻纤维在拉丝中损伤，从而提高超细玻璃棉的拉伸强度。

Description

一种超细玻璃棉的制备方法

技术领域

本发明涉及一种超细玻璃棉的制备方法，属于新材料技术领域。

背景技术

玻璃棉属于玻璃纤维中的一个类别，是一种人造无机纤维。玻璃棉是将熔融玻璃纤维化，形成棉状的材料，化学成分属玻璃类，是一种无机质纤维.具有成型好、体积密度小、热导率彽、保温绝热、吸音性能好、耐腐蚀、化学性能稳定的优点。

传统的玻璃棉的制备原料为石英砂、石灰石、长石、方解石等矿石原料，但是这些石英砂、石灰石、长石、方解石都是较难熔或不助熔组分，而且自然界中这些矿石材料都含有较多的杂质，对玻璃棉成分的稳定增加困难，造成在使用过程中变化大、影响熔化率，增加了生产能耗。

玻璃棉属于无机绝热材料，是绝热材料领域中重要的成员，它不仅具有不燃、导热系数小、化学稳定性好等优良性能，还可以采用与其他材料复合或深加工，扩大制品的应用领域。因玻璃棉制品已越来越广泛地应用于建筑、冶金、石油、化工、国防军工等行业和高新技术行业，在国民经济发展中发挥了重要作用。

CN201410853918.0公开了一种玻璃棉天花板，它包括玻璃棉板层、玻纤毡层、石膏涂料层，玻璃棉板层加有环保树脂粘结剂的离心玻璃棉纤维制得，离心玻璃棉纤维与环保树脂粘结剂、石膏涂料的质量比为：85-93：7-15：2-3；其制备方法为将环保树脂粘结剂以雾化状态均匀的喷射在离心玻璃棉纤维表面，再经集棉机集棉、压缩输送进入固化炉固化，得到玻璃棉板,然后对其进行玻纤毡贴面，再根据不同的装饰花纹进行压缩石膏涂料喷涂；

CN201010168427.4公开了一种超细玻璃棉制品的生产方法，其采用废旧玻璃、纯碱、长石、硼砂为主要原料来制备玻璃棉。但是其存在的问题是，无法完全消除玻璃棉中的渣球。

然而玻璃棉的脆性较大，机械强度一般较低，长时间使用容易出现纤维素断裂的情况。同时玻璃棉属于导热系数小的绝热材料也是相对于其他原料而言的，玻璃棉表面粘附有粘合剂，粘合剂受热容易产生发粘甚至导致玻璃棉变形的现象，因此，将玻璃棉作为绝热层进行使用时，为了不影响玻璃棉的使用效果和使用寿命，极大的降低玻璃棉的导热系数，进一步提高其在高温条件的稳定性，具有重要的价值。

但是，目前市场上的玻璃棉由于吸湿率和吸水率较大，在潮湿状态下，玻璃棉的保温效果、抗拉强度会大幅度衰退，导致其承重力变差，存在安全隐患。目前改善玻璃棉板夹层的防水透气性问题的通常做法是在玻璃棉板双面或单面粘贴一层铝箔纸或塑料薄膜，但是这些处理材料只是对水分进行强制性的阻挡，一旦破损后水分进入玻璃棉板内部，将大大降低玻璃棉板的保温性能和强度。现有玻璃棉板导热系数高，一般为0.038W/（m·k），保温效果不理想，难以满足建筑节能75%标准要求。另外，玻璃棉无法满足高寒地区、边海防地区等客户对产品的需求，同时存在一定的甲醛释放量，具有一定的安全隐患，不能满足当今世界对环境越来越高的要求，限制了传统工艺的玻璃棉在其它领域的推广应用。

因此，随着市场对玻璃棉质量要求的不断提高，开发一种具有较好的防水性，同时兼具优良的机械性能及保温性能的产品，已成为保温保温材料行业亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对市售的玻璃棉存在强度低和隔热性能差的问题，提供了一种超细玻璃棉的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

（1）将玻璃碎渣、硅酸盐矿物混合料、碳酸盐矿物混合料、氧化钠、硼砂置于球磨机中，常温下以100~150r/min转速球磨1.5~2h，得混合料；

（2）将混合料置于蓄热室马蹄窑中，在800~900℃下加热1~2h，再升温至1400~1500℃，保温2~3h，得澄清玻璃液；

（3）将澄清玻璃液通过供料道经漏板加入离心器中，在4500~5000r/min转速下离心，从离心器侧壁大量小孔甩出形成连续的玻璃液细流股，得一次纤维；

（4）将一次纤维置于离心器外侧燃烧室中，在环形高温高速气流下牵伸，得二次纤维；

（5）将二次纤维置于乙烯基三甲氧基硅烷处理液中浸渍20~24h，得处理后的二次纤维；

（6）将处理后的二次纤维置于80~90℃下干燥4~6h，得超细玻璃棉。

所述的玻璃碎渣、硅酸盐矿物混合料、碳酸盐矿物混合料、氧化钠、硼砂、乙烯基三甲氧基硅烷处理液的重量份为50~60玻璃碎渣、30~40份硅酸盐矿物混合料、20~30份碳酸盐矿物混合料、5~10份氧化钠、1~5份硼砂、200~250份乙烯基三甲氧基硅烷处理液。

步骤（1）所述的硼砂中四硼酸钠的质量分数为95.0~99.5%，规格为20~30目。

步骤（1）所述的玻璃碎渣的具体制备步骤为：

将废玻璃置于玻璃破碎机中，常温下以30~40r/min转速下破碎1.5~2h，得粒径为25~30mm的玻璃碎渣。

步骤（1）所述的硅酸盐矿物混合料具体制备步骤为：

将石英砂、长石置于搅拌机中，常温下以100~150r/min转速搅拌10~15min，得硅酸盐矿物混合料。

所述的石英砂、长石的重量份为15~20份40~60目的石英砂、15~20份40~60目的长石。

步骤（1）所述的碳酸盐矿物混合料具体制备步骤为：

将白云石、石灰石置于搅拌机中，常温下以100~150r/min转速搅拌10~15min，得碳酸盐矿物混合料。

所述的白云石、石灰石的重量份为10~15份15~30目的白云石、10~15份15~30目的石灰石。

步骤（5）所述的乙烯基三甲氧基硅烷处理液具体制备步骤为：

将乙烯基三甲氧基硅烷、无水乙醇加入去离子水中，常温下以250~300r/min转速搅拌30~45min，得乙烯基三甲氧基硅烷处理液。

所述的乙烯基三甲氧基硅烷、无水乙醇、去离子水的重量份为5~10份乙烯基三甲氧基硅烷、20~30份无水乙醇、50~60份去离子水。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明通过离心喷吹法，制备超细玻璃棉，采用离心喷吹法制备的超细玻璃棉外观呈棉花团絮状，洁白柔软，手感光滑，并且离心超细玻璃棉纤的维之间呈三维交叉缠绕，含有大量微小孔隙，是无机多孔材料，当热量传递到离心超细玻璃棉上时，温度高的表面上晶体微粒震动动能增大，沿着温度传递方向，距离温度高的表面越远的晶体微粒振动动能很小，因为微粒之间的振动互相联系，微粒之间会相互碰撞，动能大的微粒将能量传递给动能小的微粒，经过大量小孔内的碰撞之后，微粒内的能量被消耗，从而减少了能量往外界传递，因此超细玻璃棉具有良好的隔热保温性能。

（2）本发明通过乙烯基三甲氧基硅烷对玻璃棉纤维浸进行表面处理改性，制备超细玻璃棉，乙烯基三甲氧基硅烷会以水溶液的形式涂覆于超细玻璃棉的纤维表面，乙烯基三甲氧基硅烷首先在水溶液中进行分散，乙烯基三甲氧基硅烷的可水解硅氧基首先水解生成硅烷醇，水解生成的硅烷醇极性很强，容易形成氢键并脱水缩合生成硅氧烷和聚硅氧烷，经过乙烯基三甲氧基硅烷处理后的超细玻璃棉，硬挺度会得到很大的提高，切割性也会得到有效的改善，同时还可以消除超细玻璃棉在拉丝过程中形成的微裂纹，从而改善玻璃棉纤维表面的完整性，对玻璃棉纤维起到很好的保护作用，防止玻纤维在拉丝过程中受到损伤，从而提高超细玻璃棉的拉伸强度。

（3）本发明以硼砂作为助溶剂，并通过添加氧化钠，制备超细棉纤维，硼砂的加入会降低超细玻璃棉的表观密度，提高超细玻璃棉的孔隙率，能有效提高超细玻璃棉的隔热性能和保温性能，并且硼砂的加入能有效提高超细玻璃棉的力学性能，这是因为在高温加热的条件下，硼砂中的四硼酸钠能够与金属氧化物发生反应，生成含钠的硼酸盐玻璃体，含钠的硼酸盐玻璃体硬度大，力学性能好，从而能有效提高超细玻璃棉的力学强度，加入碱金属氧化钠时，氧化钙和二氧化硅能形成均匀的玻璃，这是由于氧化钠提供了可极化度大的氧离子，缓和硅离子和钙离子对氧离子竞争的结果，钙离子不参与网络，属于网络外体离子，有极化桥氧和减弱硅氧键的作用，因此可以在一定程度上降低玻璃高温粘度，使玻璃结构疏松，从而提高超细玻璃棉的隔热性能。

具体实施方式

按重量份数计，分别称量5~10份乙烯基三甲氧基硅烷、20~30份无水乙醇、50~60份去离子水，将乙烯基三甲氧基硅烷、无水乙醇加入去离子水中，常温下以250~300r/min转速搅拌30~45min，得乙烯基三甲氧基硅烷处理液，将废玻璃置于玻璃破碎机中，常温下以30~40r/min转速下破碎1.5~2h，得粒径为25~30mm的玻璃碎渣，再按重量份数计，分别称量15~20份40~60目的石英砂、15~20份40~60目的长石，将石英砂、长石置于搅拌机中，常温下以100~150r/min转速搅拌10~15min，得硅酸盐矿物混合料，再按重量份数计，分别称量10~15份15~30目的白云石、10~15份15~30目的石灰石，将白云石、石灰石置于搅拌机中，常温下以100~150r/min转速搅拌10~15min，得碳酸盐矿物混合料，再按重量份数计，分别称量50~60玻璃碎渣、30~40份硅酸盐矿物混合料、20~30份碳酸盐矿物混合料、5~10份氧化钠、1~5份硼砂、200~250份乙烯基三甲氧基硅烷处理液，将玻璃碎渣、硅酸盐矿物混合料、碳酸盐矿物混合料、氧化钠、硼砂置于球磨机中，常温下以100~150r/min转速球磨1.5~2h，得混合料，将混合料置于蓄热室马蹄窑中，在800~900℃下加热1~2h，再升温至1400~1500℃，保温2~3h，得澄清玻璃液，将澄清玻璃液通过供料道经漏板加入离心器中，在4500~5000r/min转速下离心，从离心器侧壁大量小孔甩出形成连续的玻璃液细流股，得一次纤维，将一次纤维置于离心器外侧燃烧室中，在环形高温高速气流下牵伸，得二次纤维，再按质量比1:20将二次纤维置于乙烯基三甲氧基硅烷处理液中浸渍20~24h，得处理后的二次纤维，将处理后的二次纤维置于80~90℃下干燥4~6h，得超细玻璃棉。

实例1

将玻璃碎渣、硅酸盐矿物混合料、碳酸盐矿物混合料、氧化钠、硼砂置于球磨机中，常温下以100r/min转速球磨1.5h，得混合料；将混合料置于蓄热室马蹄窑中，在800℃下加热1h，再升温至1400℃，保温2h，得澄清玻璃液；将澄清玻璃液通过供料道经漏板加入离心器中，在4500r/min转速下离心，从离心器侧壁大量小孔甩出形成连续的玻璃液细流股，得一次纤维；将一次纤维置于离心器外侧燃烧室中，在环形高温高速气流下牵伸，得二次纤维；将二次纤维置于乙烯基三甲氧基硅烷处理液中浸渍20h，得处理后的二次纤维；将处理后的二次纤维置于80℃下干燥4h，得超细玻璃棉。玻璃碎渣、硅酸盐矿物混合料、碳酸盐矿物混合料、氧化钠、硼砂、乙烯基三甲氧基硅烷处理液的重量份为50玻璃碎渣、30份硅酸盐矿物混合料、20份碳酸盐矿物混合料、5份氧化钠、1份硼砂、200份乙烯基三甲氧基硅烷处理液。硼砂中四硼酸钠的质量分数为95.0%，规格为20目。玻璃碎渣的具体制备步骤为：将废玻璃置于玻璃破碎机中，常温下以30r/min转速下破碎1.5h，得粒径为25mm的玻璃碎渣。硅酸盐矿物混合料具体制备步骤为：将石英砂、长石置于搅拌机中，常温下以100r/min转速搅拌10min，得硅酸盐矿物混合料。石英砂、长石的重量份为15份40目的石英砂、15份40目的长石。碳酸盐矿物混合料具体制备步骤为：将白云石、石灰石置于搅拌机中，常温下以100r/min转速搅拌10min，得碳酸盐矿物混合料。白云石、石灰石的重量份为10份15目的白云石、10份15目的石灰石。乙烯基三甲氧基硅烷处理液具体制备步骤为：将乙烯基三甲氧基硅烷、无水乙醇加入去离子水中，常温下以250r/min转速搅拌30min，得乙烯基三甲氧基硅烷处理液。乙烯基三甲氧基硅烷、无水乙醇、去离子水的重量份为5份乙烯基三甲氧基硅烷、20份无水乙醇、50份去离子水。

实例2

将玻璃碎渣、硅酸盐矿物混合料、碳酸盐矿物混合料、氧化钠、硼砂置于球磨机中，常温下以125r/min转速球磨1.7h，得混合料；将混合料置于蓄热室马蹄窑中，在850℃下加热1.5h，再升温至1450℃，保温2.5h，得澄清玻璃液；将澄清玻璃液通过供料道经漏板加入离心器中，在4750r/min转速下离心，从离心器侧壁大量小孔甩出形成连续的玻璃液细流股，得一次纤维；将一次纤维置于离心器外侧燃烧室中，在环形高温高速气流下牵伸，得二次纤维；将二次纤维置于乙烯基三甲氧基硅烷处理液中浸渍22h，得处理后的二次纤维；将处理后的二次纤维置于85℃下干燥5h，得超细玻璃棉。玻璃碎渣、硅酸盐矿物混合料、碳酸盐矿物混合料、氧化钠、硼砂、乙烯基三甲氧基硅烷处理液的重量份为55玻璃碎渣、35份硅酸盐矿物混合料、25份碳酸盐矿物混合料、7份氧化钠、3份硼砂、225份乙烯基三甲氧基硅烷处理液。硼砂中四硼酸钠的质量分数为97.5%，规格为25目。玻璃碎渣的具体制备步骤为：将废玻璃置于玻璃破碎机中，常温下以35r/min转速下破碎1.7h，得粒径为27mm的玻璃碎渣。硅酸盐矿物混合料具体制备步骤为：将石英砂、长石置于搅拌机中，常温下以125r/min转速搅拌13min，得硅酸盐矿物混合料。石英砂、长石的重量份为17份50目的石英砂、17份50目的长石。碳酸盐矿物混合料具体制备步骤为：将白云石、石灰石置于搅拌机中，常温下以125r/min转速搅拌13min，得碳酸盐矿物混合料。白云石、石灰石的重量份为13份22目的白云石、13份22目的石灰石。乙烯基三甲氧基硅烷处理液具体制备步骤为：将乙烯基三甲氧基硅烷、无水乙醇加入去离子水中，常温下以275r/min转速搅拌37min，得乙烯基三甲氧基硅烷处理液。乙烯基三甲氧基硅烷、无水乙醇、去离子水的重量份为7份乙烯基三甲氧基硅烷、25份无水乙醇、55份去离子水。

实例3

将玻璃碎渣、硅酸盐矿物混合料、碳酸盐矿物混合料、氧化钠、硼砂置于球磨机中，常温下以150r/min转速球磨2h，得混合料；将混合料置于蓄热室马蹄窑中，在900℃下加热2h，再升温至1500℃，保温3h，得澄清玻璃液；将澄清玻璃液通过供料道经漏板加入离心器中，在5000r/min转速下离心，从离心器侧壁大量小孔甩出形成连续的玻璃液细流股，得一次纤维；将一次纤维置于离心器外侧燃烧室中，在环形高温高速气流下牵伸，得二次纤维；将二次纤维置于乙烯基三甲氧基硅烷处理液中浸渍24h，得处理后的二次纤维；将处理后的二次纤维置于90℃下干燥6h，得超细玻璃棉。玻璃碎渣、硅酸盐矿物混合料、碳酸盐矿物混合料、氧化钠、硼砂、乙烯基三甲氧基硅烷处理液的重量份为60玻璃碎渣、40份硅酸盐矿物混合料、30份碳酸盐矿物混合料、10份氧化钠、5份硼砂、250份乙烯基三甲氧基硅烷处理液。硼砂中四硼酸钠的质量分数为99.5%，规格为30目。玻璃碎渣的具体制备步骤为：将废玻璃置于玻璃破碎机中，常温下以40r/min转速下破碎2h，得粒径为30mm的玻璃碎渣。硅酸盐矿物混合料具体制备步骤为：将石英砂、长石置于搅拌机中，常温下以150r/min转速搅拌15min，得硅酸盐矿物混合料。石英砂、长石的重量份为20份60目的石英砂、20份60目的长石。碳酸盐矿物混合料具体制备步骤为：将白云石、石灰石置于搅拌机中，常温下以150r/min转速搅拌15min，得碳酸盐矿物混合料。白云石、石灰石的重量份为15份30目的白云石、15份30目的石灰石。乙烯基三甲氧基硅烷处理液具体制备步骤为：将乙烯基三甲氧基硅烷、无水乙醇加入去离子水中，常温下以300r/min转速搅拌45min，得乙烯基三甲氧基硅烷处理液。乙烯基三甲氧基硅烷、无水乙醇、去离子水的重量份为10份乙烯基三甲氧基硅烷、30份无水乙醇、60份去离子水。

将本发明制备的超细玻璃棉及市售的玻璃棉进行检测，具体检测结果如下表表1：

表1超细玻璃棉性能表征

由表1可知本发明制备的超细玻璃棉，具有良好的机械强度，根据断裂伸长率的数值可知玻璃棉的弹性良好，防止了温度骤变导致的热变形问题，导热系数低，隔热性能好，具有极其广阔的市场前景和应用价值。

Claims

1.一种超细玻璃棉的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为：

2.根据权利要求1所述的一种超细玻璃棉的制备方法，其特征在于，所述的玻璃碎渣、硅酸盐矿物混合料、碳酸盐矿物混合料、氧化钠、硼砂、乙烯基三甲氧基硅烷处理液的重量份为50~60玻璃碎渣、30~40份硅酸盐矿物混合料、20~30份碳酸盐矿物混合料、5~10份氧化钠、1~5份硼砂、200~250份乙烯基三甲氧基硅烷处理液。

3.根据权利要求1所述的一种超细玻璃棉的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述的硼砂中四硼酸钠的质量分数为95.0~99.5%，规格为20~30目。

4.根据权利要求1所述的一种超细玻璃棉的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述的玻璃碎渣的具体制备步骤为：

5.根据权利要求1所述的一种超细玻璃棉的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述的硅酸盐矿物混合料具体制备步骤为：

6.根据权利要求5所述的一种超细玻璃棉的制备方法，其特征在于，所述的石英砂、长石的重量份为15~20份40~60目的石英砂、15~20份40~60目的长石。

7.根据权利要求1所述的一种超细玻璃棉的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述的碳酸盐矿物混合料具体制备步骤为：

8.根据权利要求7所述的一种超细玻璃棉的制备方法，其特征在于，所述的白云石、石灰石的重量份为10~15份15~30目的白云石、10~15份15~30目的石灰石。

9.根据权利要求1所述的一种超细玻璃棉的制备方法，其特征在于，步骤（5）所述的乙烯基三甲氧基硅烷处理液具体制备步骤为：

10.根据权利要求9所述的一种超细玻璃棉的制备方法，其特征在于，所述的乙烯基三甲氧基硅烷、无水乙醇、去离子水的重量份为5~10份乙烯基三甲氧基硅烷、20~30份无水乙醇、50~60份去离子水。