隔熱性成型體的製作方法

2023-05-12 20:18:21 1

專利名稱：隔熱性成型體的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種隔熱性成形體的製作方法，所述的成形體具有隔熱性並且是以發泡鹼金屬矽酸鹽顆粒為基，該發泡鹼金屬矽酸鹽顆粒含有二氧化矽(SiO2)和鹼金屬氧化物(M2O)(M是一種鹼金屬)，其中SiO2和M2O的摩爾比為2～4.5。本發明還涉及按本發明的方法生產的成形體的應用。
日本公布的專利說明書JP-49069755也描述了一種以發泡鹼金屬矽酸鹽顆粒為基的成形體的製作方法。第一步是加熱含水矽酸鈉的顆粒狀材料被加熱使之發泡，隨後將發泡的顆粒與水或矽酸鈉水溶液一起噴射入鑄模中，再進行熱處理後形成成形體。
德國專利3246619描述了可發泡並可固化的鑄模組合物及其生產方法，該組合物含有SiO2、其他氧化物，水和發泡劑如過硼酸鹽。該專利還描述了其生產方法。根據德國專利2537492，矽酸鹽泡沫顆粒與水玻璃、一種可控制水玻璃的固化的酸性化合物如氟矽酸鈉或磷酸、一種疏水劑如聚乙基水合矽氧烷混合，使矽酸鹽泡沫顆粒被固化成成形體。
用上述已知的方法以發泡鹼金屬矽酸鹽顆粒為基製成的成形體，其缺點是在高大氣溼度環境中尺寸穩定性不好。尤其是在高溫和高大氣溫度的環境中，它往往失去原有的強度。這將導致在這樣的環境中(高溫高溼)長時間存放後，發泡鹼金屬矽酸鹽顆粒之間的結合力大大地降低了。
因此，本發明的一個目的是開發這樣一種方法，用該方法生產的成形體沒有以上所述的缺點。
上述目的可用下述方法來達到該方法是一種隔熱性成形體的製作方法，所述的成形體具有隔熱性並且是以發泡鹼金屬矽酸鹽顆粒為基，該發泡鹼金屬矽酸鹽顆粒含有二氧化矽(SiO2)和鹼金屬氧化物(M2O)(M是一種鹼金屬)，其中SiO2和M2O的摩爾比為2～4.5，該方法包括a)將100重量份的發泡鹼金屬矽酸鹽顆粒與單鋁磷酸鹽(Al(H2PO4)3)水溶液混合，並使混合物中矽與鋁的摩爾比(SiAl)為1～60;
b)將上述混合物置入預先選好的模具中，並衝壓該混合物使其形成佔混合物的原體積的20%～80%的成形體。
c)加熱上述的成形體至溫度為100～500℃，以使鹼金屬矽酸鹽顆粒與單鋁磷酸鹽(Al(H2PO4)3)之間發生化學反應以形成化學鍵。
本發明中，發泡鹼金屬矽酸鹽顆粒構成了成形體的主要成分。在其生產過程中，按照眾所周知的方法，預先製備一種鹼金屬矽酸鹽混合物，該混合物包含SiO2和M2O(M是一種鹼金屬)，二者的摩爾比為2～4.5，優選為3.5～3.9。這種混合物可按下述方法得到，例如把矽酸鈉或矽酸鉀水溶液(水玻璃)與無定形的二氧化矽混合。二氧化矽的來源並不重要。沉澱或熱加工所得的矽石、甚至SiO2含量高的自然界矽酸鹽均可使用。也可加入其他添加材料如固化水玻璃的酸性化合物和/或有機矽化合物，但這並不是必需的。發泡鹼金屬矽酸鹽顆粒的生產是通過對上述混合物在100～500℃的溫度進行熱處理而進行的。如果混合物以顆粒狀的形式與熱蒸汽或熱表面接觸，則形成幾乎為球狀的多孔的鹼金屬矽酸鹽顆粒。
為了生產本發明的成形體，優選是使用直徑為0.1～20mm的發泡鹼金屬矽酸鹽顆粒，特別優選的是使用直徑為2～6mm的發泡鹼金屬矽酸鹽顆粒。所用顆粒的堆積密度為10～150g/l，優選為30～50g/l，壓縮50%時抗壓強度為0.1～3N/mm2，優選是0.8～1.2N/mm2，孔的平均直徑是50～1000μm，優選是150～200μm，BET表面積為0.01～5m2/g，優選是0.5～1m2/g。
上述發泡鹼金屬矽酸鹽顆粒的水性泥漿狀物具有很強的鹼性。如果將2克鹼金屬矽酸鹽顆粒研磨、懸浮於50ml水中並在沸點溫度保持30分鐘，冷卻之後的泥漿用玻璃電極測得的pH值在10.0～11.5範圍內。甚至在按照本發明，將相應數量的酸性單鋁磷酸鹽溶液加入到泥漿中後，再加熱30分鐘，其pH值依然在9.0～10.5的範圍內。
從文獻中已知，單鋁磷酸鹽在鹼性環境中作為矽質材料的粘合劑是不合適的(T.Chvatal in Sprechsaal 108.(1975)，p·585)。但是如果按本發明所給出的方法，在與一種水溶液混合併經進一步處理之後，你會驚奇地發現上述鹼金屬矽酸鹽顆粒可以經熱處理而形成穩定的成形體。尤為驚奇的是按本發明的方法生產的成形體在尺寸穩定性和強度穩定性方面大大優於按現有的方法生產的成形體。鹼金屬矽酸鹽顆粒與單鋁磷酸鹽水溶液的混合優選是按下述方法進行把溶液噴灑到運動著的顆粒上，這樣顆粒就被均勻地噴溼。水溶液中單鋁磷酸鹽的含量與鹼金屬矽酸鹽顆粒的量應該相互匹配，以使得混合物中SiAl摩爾比在1～60的範圍內，優選是在12～20的範圍內。特別優選的是，水溶液中單鋁磷酸鹽的含量為5～60%(重量)。
在單鋁磷酸鹽水溶液中，可以混懸有30重量份的遮光劑(以所使用的鹼金屬矽酸鹽顆粒的用量為100重量份計)。所使用的遮光劑可以是無機氧化物、混合氧化物、碳化物、氮化物或碳。優選用鈦鐵礦，鈦、鐵、鉻和鋯的氧化物，也可選用碳化矽、碳黑和這些特定材料的混合物。
在將發泡鹼金屬矽酸鹽顆粒與單鋁磷酸鹽溶液混合之後，將混合物置入橫具之中，然後加壓，使其形成體積為原體積的20～80%的成形體。在加壓期間，混合物所夾帶的氣體可通過模具而逸出。優選使用那些能形成板狀、形體狀或管狀成形體的模具。此外，當然也可以使用能製造出形狀結構更複雜的成形體的模具。
隨後在100～500℃的溫度對成形體進行熱處理步驟。雖然並不是一定需要，但一般是首先將成形體與模具相互分離開來，而僅僅是將成形體進行熱處理。如果加熱時產生的水蒸汽能逸出的話，那麼熱處理可以在模具內進行。根據成形體的幾何形狀和體積不同，優選是在以上所述的一個適當的溫度範圍內加熱10分鐘到4小時。但所選擇的這個溫度應至少能使鹼金屬矽酸鹽顆粒與單鋁磷酸鹽發生化學反應而形成化學鍵。
傳熱可以對流、熱輻射、熱傳導或微波輻射的方式來進行。化學反應鍵的形成可用紅外線光譜監測和確認。熱處理的實施可以分批地進行(非連續的)，脈衝式進行(部分連續地)或用傳送帶進行(連續地)。
熱處理之後，成形體的密度為0.050～0.2g/cm3，優選是0.070～0.1g/cm3。
按本發明生產的成形體，根據其各自不同的密度而分別具有不同的導熱性，其在23℃時的導熱率在0.030～0.1W/mK的範圍內，因此它是非常合適的隔熱材料。由於其強度高，所以對其進行鋸、磨、切割、銼或鑽孔等機械加工是不成問題的。該成形體的特別的優點是在高大氣溼度環境中，具有優良的尺寸穩定性和強度穩定性。在相對溼度為95%、溫度為50℃的空調潮溼房間中24小時後，依據德國工業標準DIN53421測得其抗壓強度範圍為0.01～0.1N/mm2，依據DIN53452測得的抗撓強度範圍為0.01～0.1N/mm2。
紙或膠片，例如牛皮紙、鋁箔、紙板-灰膠紙柏板、金屬片、增強的塑料膠片或紡織玻璃纖維布均可用合適的粘合劑粘貼在成形體的表面，所使用的膠粘劑例如可以是水玻璃或有機接觸(organic contact)粘接劑。同樣地，成形體也可以具有一密封的塗層(closed coatings)，例如用合成有機聚合物或交聯的矽樹脂溶液進行浸塗或噴塗。最後，隔熱成形體也可採用氣密包裝，覆蓋物內的壓力應低於大氣壓，優選是低於10毫巴(mbar)，以便增加成形體的隔熱性能。
本發明生產的成形體優選是作為建築物中的隔熱材料來使用。例如用作樓頂或牆體的隔離層，或用作室內裝修如懸吊天花板或設置隔離牆。因為它們不易燃，受熱時不產生有害氣體，而且還不含有對人體有害的無機纖維。此外，該成形體作為一種隔熱材料也可應用於製冷工程和溫度高達400℃左右的熱力工程。還可進一步用於隔音。
通過下述實施例及比較實施例來進一步說明本發明的成形體所具有的優良的尺寸穩定性。
實施例將60g發泡矽酸鈉顆粒，其SiO2Na2O摩爾比為3.67，顆粒直徑約為3mm，堆積密度為37g/l，壓縮至50%時的抗壓強度為1.0N/mm2，孔直徑約為180μm，BET表面積為0.9m2/g，與36g濃度為50%(重量)的強Al(H2PO4)3水溶液(FFB 32i，從法蘭克福的 CHE METALL GmbH得到)混合併使其均勻溼化，使混合物中SiAl的摩爾比為13.9。將上述混合物置入一個邊長為200mm的正方形模具中，並將其加壓直到得到一塊厚20mm的模板。然後將模板在300℃的溫度加熱處理1小時，在此期間，模板內部物質的IR光譜發生變化。冷卻之後，成形體密度為0.104g/cm3，依據DIN53421測得的抗壓強度為0.14N/mm2，依據DIN53452測得的抗撓強度為0.10N/mm2，導熱率的值為0.0457W/mK(採用從蘭根的HESTO公司得到的HESTO-Lambda-CONTROL A50 instrument進行測試)。
在將溫度控制為50℃、相對空氣溼度控制為95%的空調房間內存放48小時後，受潮的模板的抗壓強度仍然為0.03N/mm2，其抗撓強度仍然為0.03N/mm2。
比較實施例將實施例中的60g發泡矽酸鈉顆粒用36g水，而不是實施例中的Al(H2PO4)3水溶液，進行噴灑。然後用與上述相同的工序對其進行進一步的處理。
在將溫度控制為50℃、相對空氣溼度控制為95%的空調房間內存放48小時後，模板不再是無損的，該模板也不能進行抗壓強度及抗撓強度的測定。
權利要求
1.生產隔熱性成形體的方法，該成形體是以發泡鹼金屬矽酸鹽顆粒為基，其中含有二氧化矽(SiO2)和鹼金屬氧化物(M2O)(M是一種鹼金屬)，二者的摩爾比(SiO2∶M2O)為2～4.5，該方法包括a)將100重量份的發泡鹼金屬矽酸鹽顆粒與單鋁磷酸鹽(Al(H2PO4)3)水溶液混合，使混合物中矽與鋁的摩爾比(Si∶Al)為1～60；b)將上述混合物置入預先選好的模具中，壓縮混合物使其形成體積為原體積的20～80%的成形體；c)在100～500℃的溫度加熱上述成形體直至使鹼金屬矽酸鹽顆粒與單鋁磷酸鹽之間發生化學反應形成化學鍵。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述的水溶液中的單鋁磷酸鹽的含量為5～60%(重量)。
3.如權利要求1或2所述的方法，其中，在進行該方法的步驟a)的混合之前，在單鋁磷酸鹽水溶液中混懸入0～30重量份(以所述的鹼金屬矽酸鹽顆粒的重量為基礎)的無機遮光劑。
4.如權利要求1至3任一項所述的方法，其中，在該方法的步驟a)中，將單鋁磷酸鹽水溶液噴灑在鹼金屬矽酸鹽顆粒上。
5.如權利要求1至4任一項所述的方法，其中，在該方法的步驟b)中，預先選好的模具是用於模製板狀、形體式或管狀的成形體的模具。
6.如權利要求1至5任一項所述的方法，其中，所述的成形體可以機械加工，其上用粘合劑粘附有紙或膠片，其具有一密封的塗層或用抽空的覆蓋物進行氣密包裝。
7.按照權利要求1至6的任一項所述的方法所生產的用作隔熱的成形體。
8.按照權利要求1至6的任一項所述的方法所生產的用作隔音的成形體。
全文摘要
一種以發泡鹼金屬矽酸鹽顆粒為基的(其含有二氧化矽和鹼金屬氧化物，二者的摩爾比為2～4.5)隔熱性成型體的生產方法，包括將100重量份的發泡鹼金屬矽酸鹽顆粒與單鋁磷酸鹽水溶液混合，使混合物中矽與鋁的摩爾比為1～60；將該混合物置入預選定的模具中，加壓使其形成體積為原體積的20％～80％的成型體；在100℃～500℃加熱該成型體，使鹼金屬矽酸鹽顆粒與單鋁磷酸鹽發生化學反應形成化學鍵。本發明還涉及成型體作為隔熱、隔音材料的應用。
文檔編號C04B14/04GK1099365SQ9410798
公開日1995年3月1日 申請日期1994年7月15日 優先權日1993年7月15日
發明者漢斯·卡策爾, 岡特·克拉特, 比特·彼勒 申請人:瓦克化學有限公司