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一种硅气凝胶防火、防水、环保保温膏的制备方法技术

技术编号:18999079 阅读:53 留言:0更新日期:2018-09-22 04:54
本发明专利技术属于节能环保材料技术领域,尤其涉及一种建筑以及工业节能保温用的硅气凝胶防火、防水、环保保温膏的制备方法;该保温膏在制备时加入了气凝胶前驱体,以硅溶胶、有机硅改性丙烯酸乳液作为结合剂,具备了传统材料不可比拟的隔热性能,本发明专利技术中保温膏干燥后,具有较高的机械强度,实现了防火A1级别,另外,还具有较好的防水和低成本优势,为建筑节能、环保以及工业节能提供了一种新型材料。

Preparation method of silicon aerogel fire protection, waterproof and environmental friendly thermal insulation paste

The invention belongs to the technical field of energy saving and environmental protection materials, in particular to a preparation method of silicon aerogel fireproof, waterproof and environment-friendly thermal insulation paste for building and industrial energy conservation and heat preservation. The thermal insulation paste is added with aerogel precursors during preparation, and silica sol and silicone modified acrylic emulsion are used as binding agents. The material has incomparable heat insulation performance. After drying, the insulation paste in the invention has higher mechanical strength, achieves fire prevention A1 level, and has better waterproof and low cost advantages, providing a new material for building energy saving, environmental protection and industrial energy saving.

【技术实现步骤摘要】
一种硅气凝胶防火、防水、环保保温膏的制备方法本申请是专利申请号为201710277592.5的中国专利技术专利(申请日:2017年04月25日、专利名称:一种硅气凝胶防火、防水、环保保温膏及其制备方法)的分案申请。
本专利技术属于节能环保材料
,尤其涉及一种建筑以及工业节能保温用以气凝胶前驱体为原料制备的防火、防水、环保保温膏的制备方法。
技术介绍
近年来,建筑节能领域逐渐引起人们的关注,传统有机保温材料由于其易燃、燃烧时产生大量有害气体、难于降解等问题的存在,势必会逐渐淡出保温材料的舞台。而常见的无机保温材料,以水泥、石灰膏等作为胶凝材料,力学强度较高,但是导热系数高,保温效果差,且存在硬化时间较短、收缩性大等问题。此外建筑外墙保温的薄弱环节为保温材料的接缝处,会出现热桥效应,而目前常用的水泥保温砂浆存在本身的导热系数较大、保温效果差的问题,很大程度上影响着建筑保温层的厚度。石化行业高温管线、储罐顶部等,异形散热体如泵体、阀门等设施的保温隔热同样面临较多问题。随着温度的升高,要达到温度及压力的要求,热负荷增加,运营成本升高;传统硅酸盐类保温材料结构力差,容易出现上薄下厚的现象使得管线容易出现热缝,从而带来严重的热损失。常见的用岩棉保温材料外加彩钢对罐体及管道进行保温,容易发生保温材料吸水,一方面使材料丧失了原有的保温性能,另一方面会导致罐体及管道腐蚀,而这种腐蚀往往具备较强的隐蔽性且难以检测,往往很难在第一时间觉察,容易引起突发的严重泄露事故。每年全球由于保温层下腐蚀所引发设备和管道发生故障导致的危险产品泄露、设备非正常停车甚至人员伤亡等一系列严重问题所造成的损失高达数十亿美元。此外,石化行业的浮顶罐罐顶往往是热量流失的主要部位,而由于传统保温材料厚度较大且易吸水,会出现浮顶重力过大或中心偏移,使其作用失效。许多异形散热体的保温问题至今尚无很好的解决方案。传统保温膏,有的能够防火却不能防水;有的保温膏防火防水却导热系数偏高,因此,制备防火、防水、低碳环保的节能保温膏,解决上述问题,有着不可估量的发展前景。专利号为201210108965.3的中国专利公布了一种高性能纳米保温膏,该保温膏采用了一种纤维状富镁粘土矿物海泡石绒,加入了玻璃微珠、气凝胶等有效成分,该保温膏具有较好的机械强度,其导热系数可以达到0.043W/m·K,但是其中使用传统的气凝胶粉体造价高,不易分散,导致成本及导热系数偏高。专利号为201010185554.5的中国专利公布了一种低碳陶瓷墙体保温膏的制备方法,该保温膏由大量高粘结性无机粘结剂与少量优选成膜剂复配而成,选择空心陶瓷颗粒和其它阻燃材料做填料,保温膏的阻燃性能为A级,导热系数可以达到0.048w/m·k,抗压及抗拉性能良好,但是其中使用传统的气凝胶粉体造价高,不易分散,导致成本及导热系数偏高。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷,为进一步降低保温膏的生产成本,降低导热系数,提高其机械强度,改善其憎水性、防火性,而提供一种硅气凝胶防火、防水、环保保温膏的制备方法。本专利技术所采用的技术方案为:一种硅气凝胶防火、防水、环保保温膏,按照重量份数计,包括20~70重量份的原料A、20~50重量份的原料B、20~50重量份的原料C、1~15重量份的水A;所述原料A,按照重量份数计,包括1~15重量份的羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、甲醇A、正己烷A、乙醇中的一种或几种的混合物、65~115重量份的气凝胶前驱体;所述原料B,按照重量份数计,包括25~75重量份的硅溶胶、20~70重量份的有机硅改性丙烯酸乳液、10~40重量份的水B、0.05~0.5重量份的聚丙烯酰胺、1~10重量份的偶联剂A、1~13重量份的成膜助剂;原料B为粘结剂;所述原料C,按照重量份数计,包括20~70重量份的闭孔珍珠岩、10~40重量份的硅藻土、1~15重量份的陶瓷纤维棉与木质纤维棉中的一种或两种、0.5~10重量份的膨润土或轻质碳酸钙中的一种或两种和水C,其中,水C的重量份数与所述原料C中其它组份的重量份数总和的比值为0.6~1.4。优选的,所述硅溶胶的含水量≤70%,所述有机硅改性丙烯酸乳液的固含量≥60%;硅溶胶为纳米级的二氧化硅颗粒在水中的分散液,有机硅改性丙烯酸乳液的固含量的指乳液中有机硅改性丙烯酸固形物的含量。优选的,所述闭孔珍珠岩的粒径为60~170目,硅藻土的粒径为50~200目。优选的,陶瓷纤维棉的长度为0.2~3mm,木质纤维棉的长度为0.2~3mm。优选的,所述闭孔珍珠岩的粒径为100目,硅藻土的粒径为100目。优选的,保温膏的制备原料中还包括发泡剂,所述发泡剂的重量份数为所述原料C中除陶瓷纤维棉、木质纤维棉、水C外的其它组份的重量份数总和的1/10~1倍。优选的,所述发泡剂为生物发泡剂、物理发泡剂中的一种。具体来说,所述气凝胶前驱体的制备方法,包括以下步骤:(1)制备硅源和溶剂的混合溶液取摩数3.0~4.0的硅酸钠装入反应釜中,加入硅酸钠质量1~3倍的水D进行稀释,反应釜以80~200r/min的速度搅拌30min,经200目筛过滤,得到硅酸钠溶液;硅酸钠的水溶液俗称水玻璃,它是由不同比例的碱金属和二氧化硅所组成,其化学式为R2O·nSiO2,式中R2O为碱金属氧化物,n为二氧化硅与碱金属氧化物摩尔数的比值,称为水玻璃的摩数,最常用的是硅酸钠水玻璃Na2O·nSiO2;(2)溶胶取A酸,在A酸中加入A酸金属盐和稀土A酸盐,混合均匀后,以喷淋的方式加入至步骤(1)得到的硅酸钠溶液;喷淋的同时以1200~2000r/min的速度对反应釜内的物料进行快速搅拌,控制硅酸钠溶液的pH值为1.5~3.0,控制其平均孔径为15~30纳米,得到溶胶,本步骤用时60~120min;优选的,所述A酸为硫酸、盐酸、草酸或硝酸,用水F调节至6~15mol/L;优选的,所述A酸金属盐为A酸锆盐或A酸铝盐;优选的,所述稀土A酸盐为A酸铈盐、A酸钇盐或A酸镧盐;A酸金属盐和稀土A酸盐容易吸潮,会导致计量不准确,所以为了准确定量其加入量,上述步骤(2)中所述A酸金属盐和稀土A酸盐以氧化物计,两者的摩尔比是100:1~6;步骤(2)中A酸金属盐的氧化物和硅酸钠中氧化硅的摩尔比2~5:100;例如,A酸金属盐为硫酸铝,以其氧化物计,即以氧化铝和硅酸钠中氧化硅的摩尔比为2~5:100;(3)凝胶取氢氧化钠或氨水,加入水E稀释至pH值为10~11.5,以喷淋的方式加入至反应釜中;喷淋的同时以1200~2000r/min的速度对反应釜内的物料进行快速搅拌,当反应釜内物料的pH值为4.5~5.5时,终止喷淋,得到凝胶,本步骤用时80~180min;(4)老化反应釜内以20~50r/min的速度继续搅拌3~10h,对反应釜内的物料进行老化,控制反应釜内物料温度为35~50℃;现有技术一般是采用静置的方式进行老化,耗时3~5天,并不会对凝胶进行搅拌,原因是现有技术普遍认为老化的过程中是需要静置的,静置能够便于气凝胶的结构生长;(5)溶剂置换在反应釜内进行持续搅拌60~180min,同时加入与步骤(4)反应釜内老化物料同体积的置换溶剂,以置换出剩余的水分;现有技术担心搅拌会破坏其结构,一般不会在置换时进行搅拌,会采本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种硅气凝胶防火、防水、环保保温膏的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)原料A的制备:取65~115重量份的气凝胶前驱体,加入1~15重量份的羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、甲醇A、正己烷A、乙醇中的一种或几种的混合物,搅拌均匀,得原料A;(2)原料B的制备:取25~75重量份的硅溶胶、20~70重量份的有机硅改性丙烯酸乳液、10~40重量份的水B、0.05~0.5重量份的聚丙烯酰胺、1~10重量份的偶联剂A、1~13重量份的成膜助剂,搅拌均匀,得原料B;(3)原料C的制备:取20~70重量份的闭孔珍珠岩、10~40重量份的硅藻土、1~15重量份的陶瓷纤维棉与木质纤维棉中的一种或两种、0.5~10重量份的膨润土或轻质碳酸钙中的一种或两种和水C,水C的重量份数与所述原料C中其它组份的重量份数总和的比值为0.6~1.4,搅拌均匀,得原料C;(4)保温膏的制备:将20~70重量份的原料A、20~50重量份的原料B、20~50重量份的原料C、1~15重量份的水A,搅拌均匀后,捏合机捏合;所述气凝胶前驱体的制备方法,包括以下步骤:(1)制备硅源和溶剂的混合溶液取摩数3.0~4.0的硅酸钠装入反应釜中,加入硅酸钠质量1~3倍的水D进行稀释,反应釜以80~200r/min的速度搅拌30min,经200目筛过滤,得到硅酸钠溶液;(2)溶胶取A酸,在A酸中加入A酸金属盐和稀土A酸盐,混合均匀后,以喷淋的方式加入至步骤(1)得到的硅酸钠溶液;喷淋的同时以1200~2000r/min的速度对反应釜内的物料进行快速搅拌,控制硅酸钠溶液的pH值为1.5~3.0,得到溶胶;凝胶取氢氧化钠或氨水,加入水E稀释至pH值为10~11.5,以喷淋的方式加入至反应釜中;喷淋的同时以1200~2000r/min的速度对反应釜内的物料进行快速搅拌,当反应釜内物料的pH值为4.5~5.5时,终止喷淋,得到凝胶;(4)老化反应釜内以20~50r/min的速度继续搅拌3~10h,对反应釜内的物料进行老化,控制反应釜内物料温度为35~50摄氏度;(5)溶剂置换在反应釜内进行持续搅拌60~180min,同时加入与步骤(4)反应釜内老化物料同体积的置换溶剂,以置换出剩余的水分;(6)表面修饰在反应釜内进行持续搅拌,同时继续加入与步骤(4)反应釜内老化物料同体积的偶联剂B;经过搅拌60~180min,得到包覆有置换溶剂和偶联剂B的稀土增韧硅气凝胶前驱体,即为气凝胶前驱体。...

【技术特征摘要】
1.一种硅气凝胶防火、防水、环保保温膏的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)原料A的制备:取65~115重量份的气凝胶前驱体,加入1~15重量份的羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、甲醇A、正己烷A、乙醇中的一种或几种的混合物,搅拌均匀,得原料A;(2)原料B的制备:取25~75重量份的硅溶胶、20~70重量份的有机硅改性丙烯酸乳液、10~40重量份的水B、0.05~0.5重量份的聚丙烯酰胺、1~10重量份的偶联剂A、1~13重量份的成膜助剂,搅拌均匀,得原料B;(3)原料C的制备:取20~70重量份的闭孔珍珠岩、10~40重量份的硅藻土、1~15重量份的陶瓷纤维棉与木质纤维棉中的一种或两种、0.5~10重量份的膨润土或轻质碳酸钙中的一种或两种和水C,水C的重量份数与所述原料C中其它组份的重量份数总和的比值为0.6~1.4,搅拌均匀,得原料C;(4)保温膏的制备:将20~70重量份的原料A、20~50重量份的原料B、20~50重量份的原料C、1~15重量份的水A,搅拌均匀后,捏合机捏合;所述气凝胶前驱体的制备方法,包括以下步骤:(1)制备硅源和溶剂的混合溶液取摩数3.0~4.0的硅酸钠装入反应釜中,加入硅酸钠质量1~3倍的水D进行稀释,反应釜以80~200r/min的速度搅拌30min,经200目筛过滤,得到硅酸钠溶液;(2)溶胶取A酸,在A酸中加入A酸金属盐和稀土A酸盐,混合均匀后,以喷淋的方式加入至步骤(1)得到的硅酸钠溶液;喷淋的同时以1200~2000r/min的速度对反应釜内的物料进行快速搅拌,控制硅酸钠溶液的pH值为1.5~3.0,得到溶胶;凝胶取氢氧化钠或氨水,加入水E稀释至pH值为10~11.5,以喷淋的方式加入至反应釜中;喷淋的同时以1200~2000r/min的速度对反应釜内的物料进行快速搅拌,当反应釜内物料的pH值为4.5~5.5时,终止喷淋,得到凝胶;(4)老化反应釜内以20~50r/min的速度继续搅拌3~10h,对反应釜内的物料进行老化,控制反应釜内物料温度为35~50摄氏度;(5)溶剂置换在反应釜内进行持续搅拌60~180min,同时加入与步骤(4)反应釜内老化物料同体积的置换溶剂,以置换出剩余的水分;(6)表面修饰在反应釜内进行持续搅拌,同时继续加入与步骤(4)反应釜内老化物料同体积的偶联剂B;经过搅拌60~180min,得到包覆有置换溶剂和偶联剂B的稀土增韧硅气凝胶前驱体,即为气凝胶前驱体。2.根据权利要求1所述的一种硅气凝胶防火、防水、环保保温膏的制备方法,其特征在于,还包括发泡处理步骤,发泡过程为:在所述步骤(4)所得的物料混合物中加入所...

【专利技术属性】
技术研发人员:郑善
申请(专利权)人:郑善
类型:发明
国别省市:天津,12

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