本發(fā)明涉及一種建筑保溫防火材料的制備方法，尤其涉及一種帶裝飾面的氣凝膠保溫防火板及其制備方法，屬于輕質、絕熱、防火、隔音材料等領域。

背景技術：

隨著社會的進步，能源危機、環(huán)境惡化等問題日趨嚴重。2006年，《國民經濟和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃綱要》首次提出“節(jié)能減排”概念，提出了“十一五”期間（2006-2010年）單位國內生產總值能耗降低20%左右，主要污染物排放總量減少10%的約束性指標?！肮?jié)能”促進“減排”，在國內生產總能耗中，建筑能耗占33%，建筑節(jié)能是我國節(jié)能減排事業(yè)的重中之重。據統(tǒng)計，墻體結構的熱損失相對最高，對墻體采取保溫隔熱措施是建筑節(jié)能的關鍵步驟。

常用的墻體保溫材料有發(fā)泡聚苯乙烯、發(fā)泡聚氨酯、巖棉、保溫砂漿、發(fā)泡玻璃、傳統(tǒng)泡沫混凝土等。發(fā)泡聚苯乙烯和發(fā)泡聚氨酯隔熱性能優(yōu)異，但是其遇火易燃、產生窒息性煙霧，嚴重威脅業(yè)主安全；巖棉隔熱性能優(yōu)異，但遇水失效，并且施工難度大；保溫砂漿防火性能好，但是導熱系數相對較高；發(fā)泡玻璃容易掉渣，成本較高，影響其工程應用。

與現有保溫材料相比，氣凝膠是一種具有三維網絡骨架結構和納米級孔洞的輕質無機固體材料，具有極高的孔隙率、比表面積，極低的密度和固含量，化學惰性和不燃性，表現出優(yōu)異的輕質、保溫隔熱、防火、隔音、減震吸能等特性，導熱系數可低至0.013w/m·k。因此，若將氣凝膠板材和纖維增強氣凝膠復合材料用于墻體保溫可輕松滿足75%的建筑節(jié)能標準甚至被動房的要求，減少墻體厚度，增加建筑使用空間，并且氣凝膠為無機材料，與建筑物同壽命。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是提供一種帶裝飾面的氣凝膠保溫防火板及其制備方法。

一種帶裝飾面的氣凝膠保溫防火板，由氣凝膠材料、過渡層和飾面層組成，所述氣凝膠材料由表面親水層和內部疏水層組成，所述表面親水層厚度為0.1~100μm。

在其中一個實施例中，所述氣凝膠材料為氣凝膠板材、氣凝膠復合材料中的一種；所述氣凝膠復合材料為氣凝膠/纖維氈復合材料、氣凝膠/多孔材料復合材料、氣凝膠/水性膠粘劑復合材料中的一種。

一種帶裝飾面的氣凝膠保溫防火板的制備方法，包括以下步驟：

（1）氣凝膠材料改性；

（2）在步驟（1）的氣凝膠材料上涂抹過渡層；

（3）在步驟（2）的過渡層上制作飾面層。

在其中一個實施例中，所述步驟（1）包括疏水改性步驟，所述疏水改性步驟為在密閉的疏水改性劑氣相環(huán)境中對氣凝膠材料進行疏水改性；所述疏水改性劑為三甲基氯硅烷、六甲基二硅氮烷、六甲基二硅氧烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-（2,3-環(huán)氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、n-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的一種或多種。

在其中一個實施例中，所述步驟（1）還包括表面親水改性步驟，所述表面親水改性步驟為采用表面親水改性溶液對氣凝膠表層進行改性；所述表面親水改性溶液是表面活性劑和低表面張力溶劑的水溶液或低表面張力溶劑的水溶液；所述表面活性劑為陰離子型表面活性劑、陽離子型表面活性劑、兩性表面活性劑、非離子型表面活性劑中的一種或多種，所述陰離子型表面活性劑為脂肪醇磷酸酯鹽、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯鹽、烷基硫酸鹽、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽、甘油脂肪酸酯硫酸鹽、硫酸化蓖麻酸鹽、環(huán)烷硫酸鹽、脂肪酰胺烷基硫酸鹽、烷基苯磺酸鹽、烷基磺酸鹽、脂肪酸甲酯乙氧基化物磺酸鹽、脂肪酸甲酯磺酸鹽、脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸鹽中的一種或多種；所述陽離子型表面活性劑為脂肪族銨鹽；所述兩性表面活性劑為烷基氨基酸、羧酸基甜菜堿、磺基甜菜堿、磷酸酯甜菜堿、烷基羥基氧化胺中的一種或多種；所述非離子型表面活性劑為脂肪族聚酯、烷基酚聚氧乙烯醚、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、脂肪酸甲酯乙氧基化物、聚丙二醇的環(huán)氧乙烯加成物、失水山梨醇酯、蔗糖脂肪酸酯、烷基酯酰胺中的一種或多種；所述低表面張力溶劑為丙酮、正己烷、正戊烷、正庚烷、乙醇、異丙醇、叔丁醇、丙二醇、甘油中的一種或多種。

在其中一個實施例中，所述表面親水改性步驟中，還包括外加物理場作用步驟，所述外加物理場作用步驟為遠紅外輻射、超聲波處理中的一種。

在其中一個實施例中，所述步驟（1）還包括干燥處理步驟，所述干燥處理步驟為遠紅外干燥、噴霧干燥、微波干燥、常壓干燥、超臨界干燥、亞臨界干燥、冷凍干燥中的一種。

在其中一個實施例中，所述過渡層為抹面砂漿層、抗裂砂漿層、網格布、粘結砂漿層中的一種或多種。

在其中一個實施例中，所述飾面層為高強無機板拋光打磨仿石材飾面、氟碳金屬漆層、彩色砂漿層、水包水乳膠漆層、真石漆層、瓷磚、大理石、鋁板中的一種。

上述帶裝飾面的氣凝膠保溫防火板具有低密度、低導熱系數、低吸水率、隔音、保溫裝飾防火一體化等優(yōu)異性能，減少施工工序，降低工程造價，解決施工質量難以控制問題，可以廣泛適用于綠色建筑和超低能耗以及近零能耗建筑的外墻、自保溫墻體、樓層隔板等領域。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種帶裝飾面的氣凝膠保溫防火板的結構示意圖。

圖中1為氣凝膠保溫層，2為過渡層，3為飾面層。

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面對結合附圖本發(fā)明的具體實施方式做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發(fā)明內涵的情況下做類似改進，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。

本發(fā)明的帶裝飾面的氣凝膠保溫防火板的一種實施例，由氣凝膠材料、過渡層和飾面層組成，所述氣凝膠材料由表面親水層和內部疏水層組成，所述表面親水層厚度為0.1~100μm。

如此，本發(fā)明的氣凝膠材料在保證納米多孔結構不被破壞的前提下，與膠凝材料之間具有良好的界面結合。

本實施例中，所述氣凝膠材料為氣凝膠板材、氣凝膠復合材料中的一種；所述氣凝膠復合材料為氣凝膠/纖維氈復合材料、氣凝膠/多孔材料復合材料、氣凝膠/水性膠粘劑復合材料中的一種。

此外，氣凝膠板材可以為sio2氣凝膠板，氣凝膠/纖維氈復合材料可以為玻璃纖維增強氣凝膠氈、玄武巖纖維增強氣凝膠氈等，氣凝膠/多孔材料復合材料可以為氣凝膠/海綿復合材料、氣凝膠/泡沫玻璃復合材料等，氣凝膠/水性膠粘劑復合材料可以為氣凝膠/混凝土復合材料、氣凝膠/水玻璃復合材料、氣凝膠/水性聚氨酯復合材料等。

如此，純氣凝膠以及含有氣凝膠的復合材料均適用于本發(fā)明。

一種帶裝飾面的氣凝膠保溫防火板的制備方法，包括以下步驟：

（1）氣凝膠材料改性；

（2）在步驟（1）的氣凝膠材料上涂抹過渡層2；

（3）在步驟（2）的過渡層上制作飾面層3。

此外，氣凝膠材料與飾面層之間還可以通過錨固方式連接。

如此，本發(fā)明的帶裝飾面的氣凝膠保溫防火板的制備方法具有工藝簡單、工藝周期短、綠色環(huán)保等優(yōu)勢，適合工業(yè)化生產。

本實施例中，所述步驟（1）包括疏水改性步驟；所述疏水改性步驟為在密閉的疏水改性劑氣相環(huán)境中對氣凝膠材料進行疏水改性；所述疏水改性劑為三甲基氯硅烷、六甲基二硅氮烷、六甲基二硅氧烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-（2,3-環(huán)氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、n-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的一種或多種。

如此，由于現有氣凝膠制備方法中，前軀體、置換溶劑和干燥工藝對氣凝膠的疏水性有極大的影響，如果氣凝膠的表面與水的接觸角大于90°，可以不預先進行疏水改性，直接進行表面親水改性；如果氣凝膠的表面與水的接觸角小于90°，則需要預先進行疏水改性；在密閉的疏水改性劑氣相環(huán)境中對氣凝膠材料進行疏水改性，除了顯著提高氣凝膠材料的改性效果，確保后續(xù)親水改性時內部納米多孔結構不被破壞外，還顯著提高改性效率和生產效率，降低生產成本。

本實施例中，所述步驟（1）還包括表面親水改性步驟；所述表面親水改性步驟為采用表面親水改性溶液對疏水氣凝膠材料表面進行改性；所述表面親水改性溶液是表面活性劑和低表面張力溶劑的水溶液或低表面張力溶劑的水溶液；所述表面活性劑為陰離子型表面活性劑、陽離子型表面活性劑、兩性表面活性劑、非離子型表面活性劑中的一種或多種；所述陰離子型表面活性劑為脂肪醇磷酸酯鹽、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯鹽、烷基硫酸鹽、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽、甘油脂肪酸酯硫酸鹽、硫酸化蓖麻酸鹽、環(huán)烷硫酸鹽、脂肪酰胺烷基硫酸鹽、烷基苯磺酸鹽、烷基磺酸鹽、脂肪酸甲酯乙氧基化物磺酸鹽、脂肪酸甲酯磺酸鹽、脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸鹽中的一種或多種；所述陽離子型表面活性劑為脂肪族銨鹽；所述兩性表面活性劑為烷基氨基酸、羧酸基甜菜堿、磺基甜菜堿、磷酸酯甜菜堿、烷基羥基氧化胺中的一種或多種；所述非離子型表面活性劑為脂肪族聚酯、烷基酚聚氧乙烯醚、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、脂肪酸甲酯乙氧基化物、聚丙二醇的環(huán)氧乙烯加成物、失水山梨醇酯、蔗糖脂肪酸酯、烷基酯酰胺中的一種或多種；所述低表面張力溶劑為丙酮、正己烷、正戊烷、正庚烷、乙醇、異丙醇、叔丁醇、丙二醇、甘油中的一種或多種。

如此，采用表面活性劑和低表面張力溶劑的水溶液或低表面張力溶劑的水溶液，在對疏水氣凝膠材料表面進行親水改性處理過程中具有表面協同親水改性效應，可顯著提高表面親水改性溶液在氣凝膠材料表面的潤濕擴展速率，同時顯著減緩向氣凝膠材料內部的潤濕擴展，通過調控改性溶液的用量，可以精確地實現對氣凝膠粉體材料表面親水層厚度的調控，低表面張力溶劑不僅與水以及表面活性劑具有表面協同親水改性效應，而且可以大大地降低進入氣凝膠材料表層納米孔中的親水改性溶液的毛細管力，很容易通過干燥工藝將氣凝膠材料表層納米孔中的親水改性溶液蒸發(fā)出來，而不破壞其納米多孔結構，本發(fā)明的氣凝膠材料呈現內部疏水、表面親水、表面親水層仍保留納米多孔結構且表面親水層厚度為0.1~100μm的結構特征，與膠凝材料之間具有良好的界面結合；該工藝具有步驟簡單、周期短、生產效率高等特點，適用于工業(yè)化生產。

本實施例中，所述表面親水改性步驟中，還包括外加物理場作用步驟；所述外加物理場作用步驟為遠紅外輻射、超聲波處理中的一種。

如此，外加物理場作用可以顯著提高表面親水改性溶液的活性以及與氣凝膠材料的接觸幾率，降低表面活性劑用量，提高氣凝膠材料的表面親水改性速率，降低成本，提高生產效率。

本實施例中，所述步驟（1）還包括干燥處理步驟；所述干燥處理步驟為遠紅外干燥、噴霧干燥、微波干燥、常壓干燥、超臨界干燥、亞臨界干燥、冷凍干燥中的一種。

如此，如果親水改性后的氣凝膠材料與膠凝材料復合時，表層殘余的親水改性溶液會影響界面結合，需預先干燥處理；利用上述干燥工藝，在確保氣凝膠材料表層納米孔結構不被破壞的前提下，將氣凝膠材料表層納米孔中殘余的表面親水改性溶液蒸發(fā)出來，提高氣凝膠材料與膠凝材料之間的界面結合強度。

本實施例中，所述過渡層為抹面砂漿層、抗裂砂漿層、網格布、粘結砂漿層中的一種或多種。

如此，顯著提高氣凝膠保溫層的抗彎強度和抗壓強度，提高氣凝膠保溫層與飾面層的粘結強度，避免飾面層在使用過程中出現空鼓、開裂、脫落等問題。

本實施例中，所述飾面層為高強無機板拋光打磨仿石材飾面、氟碳金屬漆層、彩色砂漿層、水包水乳膠漆層、真石漆層、瓷磚、大理石、鋁板中的一種。

如此，在材料出廠前制作飾面層，減少現場施工工序，降低工程造價，避免因現場工人施工差異性造成工程質量差等問題，并且根據需求選用適合的飾面層。

上述帶裝飾面的氣凝膠保溫防火板具有低密度、低導熱系數、低吸水率、隔音、保溫裝飾防火一體化等優(yōu)異性能，減少施工工序，降低工程造價，解決施工質量難以控制問題，可以廣泛適用于綠色建筑和超低能耗以及近零能耗建筑的外墻、自保溫墻體、樓層隔板等領域。

下面為具體實施例部分。

實施例1

采用以下步驟制備帶裝飾面的氣凝膠保溫防火板：

（1）使用接觸角測量儀檢測待用的sio2氣凝膠板材表面與水的接觸角，檢測結果為40°，然后將厚度12mm的sio2氣凝膠板材放置于真空加熱爐中，用容器將稱量后的六甲基二硅氮烷放置于真空加熱爐中，加熱氣化，疏水改性1h，得到疏水sio2氣凝膠板材，用接觸角測量儀檢測疏水sio2氣凝膠板材表面與水的接觸角，檢測結果為135°；

（2）在室溫下，按質量比1:0.5:30稱取丙酮、正己烷以及去離子水，混合均勻，配置成表面親水改性溶液；

（3）按疏水sio2氣凝膠板材和表面親水改性溶液體積比1:3，稱取表面改性溶液，并倒入相應容器中，將經過步驟（1）的疏水sio2氣凝膠板材放入由過濾網制成的盛具中，一同浸入表面親水改性溶液中，1min后取出；

（4）將步驟（3）得到的表面含有親水改性溶液的氣凝膠板材放置于遠紅外干燥爐中，在120℃溫度下，干燥0.5h，隨爐冷卻到50℃以下后取出，即得內部疏水、表面親水且親水層厚度為99.3μm的氣凝膠板材。

（5）在氣凝膠板材上涂抹抹面砂漿，待抹面砂漿具有強度后涂抹抗裂砂漿，然后放置耐堿玻纖網格布，待抗裂砂漿具有強度后，涂抹粘結膠漿，然后放置大理石飾面層，養(yǎng)護，得到帶大理石裝飾面的氣凝膠保溫防火板。表1為本實施例的帶裝飾面的氣凝膠保溫防火板的性能指標。

表1本實施例的帶裝飾面的氣凝膠保溫防火板的性能指標

實施例2

采用以下步驟制備帶裝飾面的氣凝膠保溫防火板：

（1）使用接觸角測量儀檢測待用的15mm厚的玻璃纖維增強sio2氣凝膠氈表面與水的接觸角，檢測結果為126°，則該sio2氣凝膠氈具有疏水性；

（2）在室溫下，按質量比1:0.2:0.8:1200稱取烷基苯磺酸鈉、正己烷、丙酮以及去離子水，混合均勻，配置成表面親水改性溶液；

（3）按疏水sio2氣凝膠氈和表面親水改性溶液體積比1:4，稱取表面改性溶液，并倒入相應容器中，將經過步驟（1）的疏水sio2氣凝膠氈放入由過濾網制成的盛具中，一同浸入表面親水改性溶液中，5min后取出；

（4）將步驟（3）得到的表面含有親水改性溶液的氣凝膠放置于遠紅外干燥爐中，在120℃溫度下，干燥0.5h，隨爐冷卻到50℃以下后取出，即得內部疏水、表面親水且親水層厚度為0.1μm的氣凝膠氈。

（5）在改性后的氣凝膠氈上涂抹抹面砂漿，待抹面砂漿具有強度后涂抹抗裂砂漿，然后放置耐堿玻纖網格布，待抗裂砂漿具有強度后，涂抹粘結膠漿，然后放置鋁板飾面層，養(yǎng)護，得到帶鋁板裝飾面的氣凝膠保溫防火板。表2為本實施例的帶裝飾面的氣凝膠保溫防火板的性能指標。

表2本實施例的帶裝飾面的氣凝膠保溫防火板的性能指標

實施例3

采用以下步驟制備帶裝飾面的氣凝膠保溫防火板：

（1）使用接觸角測量儀檢測待用的玄武巖纖維增強sio2氣凝膠氈表面與水的接觸角，檢測結果為30°，然后將厚度20mm的sio2氣凝膠氈放置于真空加熱爐中，用容器將稱量后的六甲基二硅氮烷放置于真空加熱爐中，加熱氣化，疏水改性1h，得到疏水sio2氣凝膠氈，用接觸角測量儀檢測疏水sio2氣凝膠氈表面與水的接觸角，檢測結果為131°；

（2）在室溫下，按質量比1:1:120稱取異丙醇、正己烷以及去離子水，混合均勻，配置成表面親水改性溶液；

（3）按疏水sio2氣凝膠氈和表面親水改性溶液體積比1:3，稱取表面改性溶液，并倒入相應容器中，將經過步驟（1）的疏水sio2氣凝膠氈放入由過濾網制成的盛具中，一同浸入表面親水改性溶液中，10min后取出；

（4）將步驟（3）得到的表面含有親水改性溶液的氣凝膠氈放置于遠紅外干燥爐中，在120℃溫度下，干燥0.5h，隨爐冷卻到50℃以下后取出，即得內部疏水、表面親水且親水層厚度為12.2μm的氣凝膠氈。

（5）在氣凝膠氈上涂抹抹面砂漿，待抹面砂漿具有強度后涂抹抗裂砂漿，然后放置耐堿玻纖網格布，待抗裂砂漿具有強度后，涂抹真石漆，養(yǎng)護，得到帶真石漆裝飾面的氣凝膠保溫防火板。表3為本實施例的帶裝飾面的氣凝膠保溫防火板的性能指標。

表3本實施例的帶裝飾面的氣凝膠保溫防火板的性能指標

實施例4

采用以下步驟制備帶裝飾面的氣凝膠保溫防火板：

（1）使用接觸角測量儀檢測待用的sio2氣凝膠/發(fā)泡玻璃復合材料表面與水的接觸角，檢測結果為30°，然后將厚度30mm的sio2氣凝膠/發(fā)泡玻璃復合材料放置于真空加熱爐中，用容器將稱量后的六甲基二硅氮烷放置于真空加熱爐中，加熱氣化，疏水改性1h，得到疏水sio2氣凝膠/發(fā)泡玻璃復合材料，用接觸角測量儀檢測疏水sio2氣凝膠/發(fā)泡玻璃復合材料表面與水的接觸角，檢測結果為131°；

（2）在室溫下，按質量比1:1:1:1000稱取脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、烷基苯磺酸鈉、正己烷和去離子水，混合均勻，配置成表面親水改性溶液；

（3）按疏水sio2氣凝膠/發(fā)泡玻璃復合材料和表面親水改性溶液體積比1:3，稱取表面改性溶液，并倒入相應容器中，將經過步驟（1）的疏水sio2氣凝膠氈放入由過濾網制成的盛具中，一同浸入表面親水改性溶液中，10min后取出；

（4）將步驟（3）得到的表面含有親水改性溶液的sio2氣凝膠/發(fā)泡玻璃復合材料放置于遠紅外干燥爐中，在120℃溫度下，干燥0.5h，隨爐冷卻到50℃以下后取出，即得內部疏水、表面親水且親水層厚度為2.2μm的sio2氣凝膠/發(fā)泡玻璃復合材料。

（5）在sio2氣凝膠/發(fā)泡玻璃復合材料上涂抹抹面砂漿，待抹面砂漿具有強度后涂抹抗裂砂漿，然后放置耐堿玻纖網格布，待抗裂砂漿具有強度后，涂抹彩色砂漿，養(yǎng)護，得到帶裝飾面的氣凝膠保溫防火板。表4為本實施例的帶裝飾面的氣凝膠保溫防火板的性能指標。

表4本實施例的帶裝飾面的氣凝膠保溫防火板的性能指標

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內。