一種具有三級孔結構的無機保溫材料及其製備方法

2023-08-07 16:24:11 2

專利名稱：一種具有三級孔結構的無機保溫材料及其製備方法
技術領域：
本發明屬於新型輕質保溫材料技術領域，特別涉及ー種具有三級孔結構的無機保溫材料及其製備方法。
背景技術：
目前，節能降耗是整個社會的共識，我國建築能耗佔社會總能耗的1/3以上，因此開發研製緑色建築材料，降低建築物使用能耗是我國節能工作的重要組成部分。在整個建築物中，牆體特別是外牆的傳熱在建築物總體傳熱中佔比例最大，採用保溫節能牆體是實現建築節能最重要的手段。牆體保溫根據保溫層位置的不同可分為外牆外保溫、外牆內保溫和中空夾心複合牆體保溫3種。目前我國的外牆保溫技術發展很快，是節能工作的重點，與外牆保溫技術的發展密不可分的是節能保溫材料的更新換代，建築外牆保溫材料的選用對節能降耗起著極為重要的作用。目前，大量應用於建築外牆的保溫材料是有機保溫材料， 包括EPS (膨脹聚苯板)、XPS (擠塑聚苯板)、I3U (聚氨酷)等，這些材料具有密度輕，吸水率小，保溫性能好等優點。應用於建築外牆能夠起到很好的隔熱保溫效果，同時也存在可粘結性差、尺寸穩定性差、易老化、易燃燒等不足。特別是，由建築保溫材料引起的火災事件時有發生，近年來相繼發生的幾起大火造成了嚴重的人員傷亡和財產損失，引起了各界對保溫材料防火性能的思考，保溫材料的防火性能史無前例的引起了業內各界的高度重視，有機保溫材料在燃燒過程中會不斷產生融滴物和毒煙，釋放出氰化氫、氯氟烴、氫氟碳化物等有毒有害氣體，嚴重威脅人們的生命安全，同時造成環境汙染。雖然有機物保溫材料經阻燃處理後燃燒性得到改善，實驗過程中不會出現明火，但在火場中的大火和持續高溫的烘烤下依然會產生大量有毒煙塵。使用了這種保溫材料的高層建築依然頻繁發生火災，易燃的外牆體保溫材料，預示著火災的發生絕非偶然。因此，治本的重點必須放在選擇不燃外牆保溫材料上，改用不燃外牆保溫材料已成當務之急，這是避免發生特大火災的最後一道有效手段。建築外牆保溫材料在國外最初也都採用易燃的高效保溫材料，走過一段彎路之後，才開發既保溫又防火的節能材料，美國早已有20多個州禁止使用聚苯こ烯泡沫；在英國，18米以上建築不允許使用EPS板薄抹灰外牆保溫系統；德國規定22米以上的建築不允許使用該系統。很多保險公司拒絕給EPS保溫的建築進行保險。我國的高層建築比國外的建設量要大得多，聚苯板體系在高層甚至在超高層上廣泛應用，是因為法規上對節能要求很高，可選擇的替代產品不多。目前我國不燃保溫材料的供應量嚴重不足，不燃的保溫材料都是傳統的無機保溫材料，新一代的不燃無機保溫材料還鮮有報導。傳統的建築用無機保溫材料，主要有膨脹珍珠巖，巖棉，泡沫玻璃，泡沫混凝土等。膨脹珍珠巖是將天然珍珠巖礦石(屬酸性較大的玻璃質巖石，系火山噴發巖漿急冷濃縮而成的天然矽鋁質無機非金屬材料)，經過破碎篩選，在高溫煅燒下，其體積急劇膨脹，製得的多孔、色白的顆粒狀物質，導熱係數低(0. 047 0. 074ff/(m K))，耐火溫度>1250°C，容重在40 280kg/m3。膨脹珍珠巖屬玻璃礦物材料，呈蜂窩狀多孔結構，主要成分為ニ氧化矽；ニ氧化矽表面很容易被矽醇基所覆蓋，以及表面吸附自由水，因此很容易接受外來官能團，即吸水率非常大，膨脹珍珠巖製品容易吸水致使其導熱係數急劇增大，失去保溫隔熱性能。巖棉將天然巖、礦石等原料，在沖天爐或其他池窯內熔化(溫度2000°C以下)，用50個大氣壓的壓力強吹、驟冷成纖維狀；或用甩絲法，將熔融液流脫落在多級迴轉轉子上，借離心カ甩成纖維，直徑一般3 9微米，容重50 200 kg/m3，常溫下導熱係數0. 029 0. 046 ff/ (m-K),巖棉屬纖維類保溫材料，吸水率大，跟膨脹珍珠巖類似，製品容易吸水致使其導熱係數急劇増大，失去保溫隔熱性能。在歐洲，巖棉作為保溫材料應用於外牆保溫也只佔有保溫材料市場的20%左右，原因是外牆保溫用巖棉的質量要求高，價格昂貴，另外巖棉作為外牆保溫材料對其施工操作規程和保證質量措施要求嚴格，在雨季和冬季施工受到限制。泡沫玻璃是以廢玻璃、粉煤灰和非金屬礦等為主要原料，加入發泡劑、穩泡劑、 助熔劑和改性劑等，經粉碎後混合均勻形成配合料，放置在特定模具中，在加熱爐內經過預熱、750 900°C熔融、發泡、冷卻和退火等エ藝形成ー種內部充滿無數均勻氣泡的多孔玻璃材料，其容重是20(T300kg/ m3，泡沫玻璃氣孔率達80% 95%，氣孔直徑為0.1 2 mm,常溫下導熱係數0. 060 0. 085 ff/ (m. K)。泡沫玻璃在エ業領域保溫隔熱工程中應用較多，建築領域應用較少，在外牆保溫領域佔有的份額不到千分之一。泡沫混凝土 是由水泥、石灰、水、泡沫、填料、骨料及外加劑，經製備漿料、澆注成型、養護乾燥而成。容重300 500 kg/ m3，導熱係數0.051 0.076 ff/ (m* K)，抗壓強度0. 2^0. 5MPa。泡沫混凝土作為外牆保溫材料有現澆和預製品兩種形式，發展初期以現澆泡沫混凝土為主，目前則以泡沫混凝土外牆保溫板及其製品為主，泡沫混凝土存在強度低的問題，尤其是在容重較低的情況下，這對泡沫混凝土擴大其在建築保溫領域的應用存在制約。上述傳統無機保溫材料由於本身無法克服的原因，導致其很難大面積推廣應用，因此開發新型的無機建築保溫材料勢在必行。煤矸石是煤炭開採、洗選加工過程中產生的固體廢棄物，每年的排放量相當於當年煤炭產量的10-30%左右。據不完全統計，目前全國曆年累積堆放的煤矸石已累計約45億噸，規模較大的矸石山有1600多座，佔地約1. 5萬公頃，而且堆積量還以每年1. 5 2億噸的速度増加，是目前我國排放量最大的エ業固體廢棄物之一。煤矸石長期堆存，佔用大量土地，易造成自燃，汙染大氣和地下水質。煤矸石雖然是煤炭エ業的廢棄物，同時又是可利用的自然資源，充分發掘煤矸石的應用前景、拓寬煤矸石的應用領域是煤炭資源綜合利用的重要組成部分。煤矸石的主要成分是Al203、Si02 (平均含量在50%以上)、Fe2O3、Ca0、Mg0及鉀和磷的化合物等，以及微量重金屬。煤矸石中有機質隨含煤量而變動(一般在20%左右)，主要包括C、H、0、N、S等元素，其中C是主要成分。各種煤矸石的水分均小於5%。煤矸石常規的主要化學成分見表I。表I煤矸石的常規化學組成
權利要求
1.一種具有三級孔結構的無機保溫材料，其特徵在於，所述的具有三級孔結構的無機保溫材料使用按照如下重量份組成的成分製成 空心球6(T100重量份；玻璃粉1(T30重量份；高溫發泡劑f 3重量份；環氧樹脂5 15重量份；室溫發泡劑0. r2. 5重量份；水7(T120重量份； 其中，所述的空心球的製備方法為將煤矸石粉體與水以體積比為1:4的比例，同時加入佔總體積Ivol. %的檸檬酸銨混合後球磨，製備出固相含量為20vol. %的漿料；將該漿料加入Ivol. %的曲拉通X-100發泡劑中，充分攪拌，製成穩定的泡沫漿料；將穩定的泡沫漿料加入離心霧化設備，使其霧化形成空心漿料液滴，並噴入成型室內，漿料液滴快速失去水分乾燥，形成煤矸石空心球坯體，其中成型室內溫度為200°C ;將煤矸石空心球坯體放入迴轉窯爐中1200°C進行燒結，製得煤矸石空心球；製得的煤矸石空心球的堆積密度為10(T600kg/m3 ;直徑為5 1000 u m,室溫導熱係數小於0. 12ff/m K。
2.根據權利要求1所述的具有三級孔結構的無機保溫材料，其特徵在於，所述的玻璃粉是軟化溫度為30(T500°C的普通玻璃粉或硼玻璃粉。
3.根據權利要求1所述的具有三級孔結構的無機保溫材料，其特徵在於，所述的高溫發泡劑為純碳、碳化矽和炭黑中的一種或幾種的混合物。
4.根據權利要求1所述的具有三級孔結構的無機保溫材料，其特徵在於，所述的環氧樹脂為縮水甘油醚雙酚A型水性環氧樹脂。
5.根據權利要求1所述的具有三級孔結構的無機保溫材料，其特徵在於，所述的室溫發泡劑為表面活性劑發泡劑、蛋白型發泡劑和複合發泡劑中的一種或幾種的混合物。
6.根據權利要求1所述的具有三級孔結構的無機保溫材料，其特徵在於，所述的具有三級孔結構的無機保溫材料具有三級孔結構 一級孔為空心球內部孔，其孔隙率佔總孔隙率的20飛5%，孔徑尺寸為0. oro. 05mm ； 二級孔為高溫發泡孔，其孔隙率佔總孔隙率的15飛0%，孔徑尺寸為0. 05、. 2mm ； 三級孔為室溫發泡孔，其孔隙率佔總孔隙率的20飛5%，孔徑尺寸為0. 2^2mm ； 所述的具有三級孔結構的無機保溫材料的表觀密度為100kg/nT500kg/m3，抗壓強度為0.5MPa 10. OMPa,導熱係數為 0. 020W/ (m K) 0. 060W/ (m K)，吸水率小於 3%。
7.權利要求1所述的具有三級孔結構的無機保溫材料的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟 (1)稱取空心球60100重量份、玻璃粉1(T30重量份、高溫發泡劑f3重量份，製備混合均勻的粉料； (2)稱取環氧樹脂5 15重量份、水7(T120重量份，製備環氧樹脂水溶液； (3)將步驟(I)製得的粉料加入到步驟(2)製得的環氧樹脂水溶液中攪拌，製備成分散均勻的漿料； (4)向步驟(3)製得的漿料中加入室溫發泡劑0.r2. 5重量份；或者將室溫發泡劑先製成泡沫，再加入步驟(3)製得的漿料中，加入的泡沫的體積是所述的漿料體積的21倍；然後在20(T2000rpm的轉速下攪拌l(Tl80s，製備得到穩定的泡沫漿料； (5)將步驟(4)製得的穩定的泡沫漿料澆注到模具中成型，室溫固化後得到坯體；將所述的坯體經過乾燥、排膠，高溫發泡、保溫定型，冷卻得到具有三級孔結構的無機保溫材料成品；所述的高溫發泡的溫度為50(Tl00(rC ;所述的保溫定型的時間為10mirT2h。
8.根據權利要求7所述的具有三級孔結構的無機保溫材料的製備方法，其特徵在於，步驟(I)中所述的空心球的製備方法為將煤矸石粉體與水以體積比為1:4的比例，同時加入佔總體積Ivol. %的檸檬酸銨混合後球磨，製備出固相含量為20vol. %的漿料；將該漿料加入Ivol. %的曲拉通X-100發泡劑中，充分攪拌，製成穩定的泡沫漿料；將穩定的泡沫漿料加入離心霧化設備，使其霧化形成空心漿料液滴，並噴入成型室內，漿料液滴快速失去水分乾燥，形成煤矸石空心球坯體，其中成型室內溫度為200°C ;將煤矸石空心球坯體放入迴轉窯爐中1200°C進行燒結，製得煤矸石空心球；製得的煤矸石空心球的堆積密度為10(T600kg/m3 ;直徑為5 1000 u m,室溫導熱係數小於0. 12ff/m K ;所述的玻璃粉是軟化溫度為30(T500°C的普通玻璃粉或硼玻璃粉；所述的高溫發泡劑為純碳、碳化矽和炭黑中的一種或幾種的混合物。
9.根據權利要求7所述的具有三級孔結構的無機保溫材料的製備方法，其特徵在於，步驟(2)中所述的環氧樹脂為縮水甘油醚雙酚A型水性環氧樹脂。
10.根據權利要求7所述的具有三級孔結構的無機保溫材料的製備方法，其特徵在於，步驟(4)中所述的室溫發泡劑為表面活性劑發泡劑、蛋白型發泡劑和複合發泡劑中的一種或幾種的混合物。
全文摘要
本發明公開了一種具有三級孔結構的無機保溫材料及其製備方法，屬於新型輕質保溫材料技術領域。將空心球、玻璃粉、高溫發泡劑、穩泡劑混合均勻成預混料，再與環氧樹脂水溶液混合，再加入發泡劑，高速攪拌得到泡沫漿料，泡沫漿料澆注到模具中，室溫固化得到坯體，經過乾燥、排膠，高溫發泡，定型，冷卻製備出具有三級孔結構的無機隔熱保溫材料；所述的材料的表觀密度100kg/m3~500kg/m3，抗壓強度0.5MPa~10.0MPa，導熱係數0.020W/(m·K)~ 0.060W/(m·K)，吸水率小於3%；具有導熱係數低、容重低、吸水率小、抗壓強度高等性能，廣泛應用於建築保溫、工業保溫領域，具有很高的實際應用價值。
文檔編號C04B38/02GK103011882SQ201210592778
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月29日 優先權日2012年12月29日
發明者楊金龍, 蘇振國, 席小慶, 於士城, 李慧 申請人:清華大學, 河北勇龍邦大新材料有限公司