專利名稱：一種具有二級閉孔結(jié)構(gòu)的無機泡沫保溫材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新型輕質(zhì)保溫材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及以固體廢棄物為主要原料的無機空心球泡沫保溫材料的制備。
背景技術(shù)：
目前，節(jié)能降耗是整個社會的共識，我國建筑能耗占社會總能耗的1/3以上，因此開發(fā)研制綠色建筑材料，降低建筑物使用能耗是我國節(jié)能工作的重要組成部分。在整個建筑物中，墻體特別是外墻的傳熱在建筑物總體傳熱中占比例最大，采用保溫節(jié)能墻體是實現(xiàn)建筑節(jié)能最重要的手段。墻體保溫根據(jù)保溫層位置的不同可分為外墻外保溫、外墻內(nèi)保溫和中空夾心復合墻體保溫3種。目前我國的外墻保溫技術(shù)發(fā)展很快，是節(jié)能工作的重點，與外墻保溫技術(shù)的發(fā)展密不可分的是節(jié)能保溫材料的更新?lián)Q代，建筑外墻保溫材料的選用對節(jié)能降耗起著極為重要的作用，目前，大量應用于建筑外墻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)、PU (聚氨酯)等，這些材料具有密度輕， 吸水率小，保溫性能好等優(yōu)點。應用于建筑外墻能夠起到很好的隔熱保溫效果，同時也存在可粘結(jié)性差、尺寸穩(wěn)定性差、易老化、易燃燒等不足。特別是，由建筑保溫材料引起的火災事件時有發(fā)生，近年來相繼發(fā)生的幾起大火造成了嚴重的人員傷亡和財產(chǎn)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(yè)內(nèi)各界的高度重視，有機保溫材料在燃燒過程中會不斷產(chǎn)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(huán)境污染。雖然有機物保溫材料經(jīng)阻燃處理后燃燒性得到改善，實驗過程中不會出現(xiàn)明火，但在火場中的大火和持續(xù)高溫的烘烤下依然會產(chǎn)生大量有毒煙塵。使用了這種保溫材料的高層建筑依然頻繁發(fā)生火災，易燃的外墻體保溫材料，預示著火災的發(fā)生絕非偶然。因此，治本的重點必須放在選擇不燃外墻保溫材料上，改用不燃外墻保溫材料已成當務之急，這是避免發(fā)生特大火災的最后一道有效手段。建筑外墻保溫材料在國外最初也都采用易燃的高效保溫材料，走過一段彎路之后，才開發(fā)既保溫又防火的節(jié)能材料，美國早已有20多個州禁止使用聚苯乙烯泡沫；在英國，18米以上建筑不允許使用EPS板薄抹灰外墻保溫系統(tǒng)；德國規(guī)定22米以上的建筑不允許使用該系統(tǒng)。很多保險公司拒絕給EPS保溫的建筑進行保險。我國的高層建筑比國外的建設(shè)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(guī)上對節(jié)能要求很高，可選擇的替代產(chǎn)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(tǒng)的無機保溫材料，新一代的不燃無機保溫材料還鮮有報道。傳統(tǒng)的建筑用無機保溫材料，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(zhì)巖石，系火山噴發(fā)巖漿急冷濃縮而成的天然硅鋁質(zhì)無機非金屬材料)，經(jīng)過破碎篩選，在高溫煅燒下，其體積急劇膨脹，制得的多孔、色白的顆粒狀物質(zhì)，導熱系數(shù)低(O. 047 O. 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(jié)構(gòu)，主要成分為二氧化硅，二氧化硅表面很容易被硅醇基所覆蓋，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，膨脹珍珠巖制品容易吸水致使其導熱系數(shù)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(nèi)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?；蛴盟z法，將熔融液流脫落在多級回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子上，借離心力甩成纖維，直徑一般3 9微米，容重50 200kg/m3，常溫下導熱系數(shù)O. 029 O. 046W/ (m · K)，巖棉屬纖維類保溫材料，吸水率大，跟膨脹珍珠巖類似，制品容易吸水致使其導熱系數(shù)急劇增大，失去保溫隔熱性能。在歐洲，巖棉作為保溫材料應用于外墻保溫也只占有保溫材料市場的20%左右，原因是外墻保溫用巖棉的質(zhì)量要求高，價格昂貴，另外巖棉作為外墻保溫材料對其施工操作規(guī)程和保證質(zhì)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(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑、 助熔劑和改性劑等，經(jīng)粉碎后混合均勻形成配合料，放置在特定模具中，在加熱爐內(nèi)經(jīng)過預熱、750 900°C熔融、發(fā)泡、冷卻和退火等工藝形成一種內(nèi)部充滿無數(shù)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O. l 2mm，常溫下導熱系數(shù)O. 060 O. 085ff/(m -K)。泡沫玻璃在工業(yè)領(lǐng)域保溫隔熱工程中應用較多，建筑領(lǐng)域應用較少，在外墻保溫領(lǐng)域占有的份額不到千分之一，主要原因是生產(chǎn)過程中能耗成本巨大，致使成品價格昂貴。泡沫混凝土 是由水泥、石灰、水、泡沫、填料、骨料及外加劑，經(jīng)制備漿料、澆筑成型、養(yǎng)護干燥而成。容重30(T500kg/m3，導熱系數(shù)0.051 0. 076W/ (m. K)，抗壓強度O. 2^0. 5MPa。泡沫混凝土作為外墻保溫材料有現(xiàn)澆和預制品兩種形式，發(fā)展初期以現(xiàn)澆泡沫混凝土為主，目前則以泡沫混凝土外墻保溫板及其制品為主，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筑保溫領(lǐng)域的應用存在制約。上述傳統(tǒng)無機保溫材料由于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(fā)新型的無機建筑保溫材料勢在必行。煤矸石是煤炭開采、洗選加工過程中產(chǎn)生的固體廢棄物，每年的排放量相當于當年煤炭產(chǎn)量的10%左右。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全國歷年累積堆放的煤矸石已累計約45億噸，規(guī)模較大的矸石山有1600多座，占地約I. 5萬公頃，而且堆積量還以每年I. 5 2億噸的速度增加，是目前我國排放量最大的工業(yè)固體廢棄物之一。煤矸石長期堆存，占用大量土地，易造成自燃，污染大氣和地下水質(zhì)。煤矸石雖然是煤炭工業(yè)的廢棄物，同時又是可利用的自然資源，充分發(fā)掘煤矸石的應用前景、拓寬煤矸石的應用領(lǐng)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A203、SiO2 (平均含量在50%以上)、Fe203、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(zhì)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于5%。煤矸石常規(guī)的主要化學成分見表I。表I煤矸石的常規(guī)化學組成
權(quán)利要求
1.一種具有二級閉孔結(jié)構(gòu)的無機泡沫保溫材料，其特征在于其組成包括空心球、膠凝材料、纖維、發(fā)泡劑或預制泡沫、增強劑、憎水劑、水，其中，空心球含量為7(Tioo重量份、膠凝材料含量為35 80重量份、纖維含量為(T5重量份、發(fā)泡劑含量為0. r2. 5重量份、泡沫體積為漿料體積的21倍、增強劑含量為(T12重量份、憎水劑含量為(T5重量份、水含量為76 154重量份。
2.如權(quán)利要求I所述的一種具有二級閉孔結(jié)構(gòu)的無機泡沫保溫材料，其特征在于該空心球為空心陶瓷微珠，容重為0. 1(T0. 60g/cm3,直徑為5 1000 u m,室溫導熱系數(shù)小于0.12ff/m K。
3.如權(quán)利要求I所述的一種具有二級閉孔結(jié)構(gòu)的無機泡沫保溫材料，其特征在于該無機泡沫保溫材料的干表觀密度為100kg/nT500kg/m3，抗壓強度為0. 2MPa 3. OMPa,導熱系數(shù)為 0. 020W/ (m K) 0. 080W/ (m K)。
4.如權(quán)利要求I所述的一種具有二級閉孔結(jié)構(gòu)的無機泡沫保溫材料，其特征在于該無機泡沫保溫材料具有二級閉孔結(jié)構(gòu)，其中一級孔隙率占總孔隙率的3(T85%，孔徑尺寸0. 2 2mm ;二級孔隙率占總孔隙率的70 15%，孔徑尺寸為0. 01 0. 2mm。
5.一種具有二級閉孔結(jié)構(gòu)無機泡沫保溫材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟 步驟一稱取空心球70100重量份、膠凝材料35 80重量份、纖維(T5重量份、增強劑(T12重量份和憎水劑(T5重量份，制備混合均勻的粉料； 步驟二 將上述混合均勻的粉料中加入水76 154重量份，水料比為0. 60、. 76，攪拌，將混合均勻的粉料制備成分散均勻的漿料； 步驟三將上述漿料中加入發(fā)泡劑0. r2. 5重量份或預制好的泡沫，泡沫的體積是漿料體積的21倍，充分攪拌，制備穩(wěn)定的泡沫漿料； 步驟四將穩(wěn)定的泡沫漿料澆筑到模具中成型，經(jīng)養(yǎng)護后自然干燥。
6.如權(quán)利要求5所述的一種具有二級閉孔結(jié)構(gòu)無機泡沫保溫材料的制備方法，其特征在于步驟三中攪拌時間為1(T180s，攪拌速度為20(T2000rpm。
7.如權(quán)利要求5所述的一種具有二級閉孔結(jié)構(gòu)無機泡沫保溫材料的制備方法，其特征在于該空心球為空心陶瓷微珠，容重為0. 1(T0. 60g/cm3,直徑為5 1000 u m,室溫導熱系數(shù)小于 0. 12ff/m K。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有二級閉孔結(jié)構(gòu)的無機泡沫保溫材料，是由空心球(空心微珠)、膠凝材料、纖維、發(fā)泡劑、增強劑、憎水劑、水按重量比(70～100)∶(35～80)∶(0～5)∶(0.1～2.5)∶(0～12)∶(0～5)∶(76～154)而制成。上述材料所形成的無機泡沫保溫材料具有二級閉孔結(jié)構(gòu)，隔熱保溫性能更佳，其干表觀密度為100kg/m3～500kg/m3，抗壓強度為0.2MPa～3.0MPa，導熱系數(shù)為0.020W/(m·K)～0.080W/(m·K)，具有不可燃、密度低、隔熱性能好、吸聲降噪、綜合成本低、施工方便、大量利用固體廢棄物等特點。可廣泛應用于建筑保溫、工業(yè)保溫等領(lǐng)域以及制備無機空心球泡沫制品，具有優(yōu)良的實際應用價值。
文檔編號C04B28/34GK102807387SQ201210282748
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月9日
發(fā)明者楊金龍, 蘇振國, 席小慶, 齊飛, 陳金德, 王大偉 申請人:河北勇龍邦大新材料有限公司, 清華大學