真空发泡低温泡沫玻璃材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种真空发泡低温泡沫玻璃材料及其制备方法和应用。所述材料以碱金属硅酸盐水溶液和玻璃基体改性剂为原料，通过湿化学方法在真空低温条件下制备而成；所述碱金属硅酸盐水溶液的化学式为R

Vacuum foaming low temperature foam glass material and preparation method and application thereof

【技术实现步骤摘要】
真空发泡低温泡沫玻璃材料及其制备方法和应用
本专利技术属于泡沫玻璃材料及其制备领域，特别涉及一种真空发泡低温泡沫玻璃材料及其制备方法和应用。
技术介绍
泡沫玻璃是一种质轻、导热系数低的无机保温材料，主要机理为玻璃熔体在高温下包裹发泡剂分解产生的气泡形成多孔体系。传统制备方法为粉末烧结法，以废弃玻璃等为主要原料，外掺一定量的发泡剂及助熔剂、稳泡剂、表面活性剂等添加剂，经成型得粉末坯体，按照一定的热制度发泡得相应制品。如CN107200474A（一种泡沫保温材料及其制备方法）、CN101132999（制备泡沫玻璃颗粒的方法）、CN103570246A（一种泡沫玻璃的制备方法）等即采用此类传统制备方法以废弃玻璃等为主要原料进行泡沫玻璃的制备。然而这种方法烧成温度较高，一般达到900℃以上，在生产过程中能耗巨大，材料成本较高；同时所得泡沫玻璃闭气孔率过高，使用过程中，在潮湿天气板材表面易产生水珠而影响使用，呼吸性能较差。另一方面，以水玻璃为基材，在适当温度下发泡，可得具有一定闭气孔率的多孔材料，但存在二元体系稳定性差，孔结构泡径不一、分布不均匀等缺点。其中CN102795781A（一种低温泡沫玻璃保温材料及其制备方法）、CN102807326A（一种聚合物改性的低温泡沫玻璃保温材料）、CN104310940A（一种人造珍珠岩与膨化制品）、CN109399942A（一种泡沫玻璃陶瓷复合建筑保温隔热材料及其制备方法）等先后在水玻璃中引入B2O3、聚合物乳液、Al2O3，B、Al原子嵌入水玻璃体系中形成多元网络结构，含硼改性剂、粉煤灰等晶体矿物及玻璃纤维以求改善发泡及材料耐久性，但在应用过程中仍存在膨化倍率较低、材料耐久性较差等问题。以上几种方案中，部分采用低温发泡导致材料中残留羟基含量较高导致耐水等性能欠佳，部分采取了高温去羟基处理但导致膨化倍率过低容重过大不利于实际生产应用。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的是提供真空发泡低温泡沫玻璃材料及其制备方法和应用。本专利技术所提供的一种低温泡沫玻璃材料，该材料烧成温度较低，理化稳定性优良，机械性能良好，具备良好的呼吸调湿性能，发泡均匀性较好，达A级不燃标准，防火性能优秀，可作为建筑保温材料使用。同时，通过热处理工艺参数的改变可获得不同孔隙率的理化性能良好的多孔材料，使得该材料具备了作为催化剂负载材料的可能。一种真空发泡低温泡沫玻璃材料，所述材料以碱金属硅酸盐水溶液和玻璃基体改性剂为原料，通过湿化学方法在真空低温条件下制备而成；所述碱金属硅酸盐水溶液的化学式为R2O·mSiO2·H2O；其中，模数m范围为2.4-2.8，R为Li、Na、K中的一种或几种；所述玻璃基体改性剂为含硼原料和含铝原料，含硼原料为硼酸；含铝原料为膨润土、蒙脱石的一种或几种。一种所述的泡沫玻璃材料的制备方法，（1）采用湿化学方法将碱金属硅酸盐水溶液和玻璃基体改性剂原料混合得到浆料，将浆料进行机械剪切处理得到不凝胶的溶胶体系；（2）将溶胶体系置入烘箱干燥后得到中间料，含水率为5～25％,对所得中间料进行碎粒处理后过筛，进一步得到粒径范围为0.6-2mm的颗粒状中间料；（3）将颗粒状中间料在真空低温条件下进行热处理发泡，即得所述的泡沫玻璃材料。所述的制备方法，步骤（1）中，机械剪切处理中，剪切速率不低于15000s-1，转子转速不低于1000r/min。所述的制备方法，步骤（2）中，干燥温度80-110℃，干燥时间为24-72h。所述的制备方法，步骤（3）中，真空低温下进行热处理时，热处理全程或部分阶段通过采用真空泵抽真空方式引入真空环境，使炉内负压0.01MPa-0.1MPa，热处理温度为200-500℃。所述的制备方法，步骤（3）中，热处理采用5℃/min-20℃/min的升温速率，保温0-2h，在自由状态下得到泡沫玻璃颗粒料。所述的泡沫玻璃材料可应用于多个领域，包括墙体保温及光催化。制得的材料中理化性质良好闭气孔率高于60%的材料可作为墙体保温材料进行使用，而理化性质良好开气孔率高于40%的材料则可作为光催化中的催化剂负载材料使用。本专利技术所提出的该种泡沫玻璃材料，玻璃基体内发泡形成独立闭孔，在采用适当抽真空负压处理后，材料内部残留羟基含量进一步下降，同时也使得所制备材料在保证闭孔率的前提下也含有一定的开孔，从而有效改善材料的耐久性和呼吸调湿性能，部分开孔率较高的材料更可用作催化剂负载材料。通常在常压条件下，当温度高于120℃时，水合玻璃会膨化发泡，膨化发泡产物具有大量封闭孔结构。其发泡动力为分散于固体内的水在受热条件下所产生的蒸汽压。在此发泡过程中，常压的环境常使得水分汽化所需温度和蒸汽压较高，水分溢出需要的能量较大，造成材料最终发泡倍率小容重不理想且残留羟基较多耐久性欠佳。若将材料在高温下热处理，高温下材料产生的缩壳效应又无法避免。而通过对材料在适当的热处理阶段进行负压使其在一定真空环境下发泡，一方面负压条件使得水分溢出所需温度降低所需蒸汽压减小同时溢出速度加快，进一步降低体系中的羟基含量，在保持良好发泡状态的基础上明显提升材料的耐久性和膨化倍率，降低容重；另一方面，负压的瞬间可令材料内部部分闭气孔在压力的作用下打开成为开气孔。通过改变进行负压的时段及负压时间等，可使材料最终获得不同的孔隙率从而扩大材料的应用领域。该制备方法工艺简单、操作方便，可满足工业流水线生产要求。本专利技术的关键在于：（1）在引入改性剂构建稳定的多元水合玻璃基体基础上，采用特殊的抽真空热处理工艺引入真空环境在保证材料发泡特性及物理性质的基础上进一步降低体系的羟基含量，去除影响材料耐久性的亲水基团，从而提升材料的稳定性及机械性能。(2)控制调节泡沫玻璃材料开闭气孔率的可能性。通过调节真空环境引入时段，可获得开闭孔比例不同的材料，从而使所制得材料有了更广泛的应用空间。除了闭孔率高的材料作为建筑墙体保温材料的常见用途外，开气孔率高理化性质良好的材料具有较大的比表面积，且制备时添加的玻璃基体改性剂如蒙脱石更具有良好的吸附作用，为其作为光催化物质负载材料应用提供了可能性。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术的泡沫玻璃复合材料烧成温度较低，远远低于常规泡沫玻璃烧成温度，节约了能耗、降低了成本；同时引入真空环境热处理工艺在保证材料良好发泡状态的基础上进一步降低体系内羟基含量，提升了材料稳定性，从而达到真正可实际生产应用的水平。(2)本专利技术的泡沫玻璃复合材料所采用的特殊抽真空热处理工艺，在保证优良的理化性质基础上使得材料具有了相对可控的开闭气孔率，从而使材料具有了更广阔的应用前景。(3)本专利技术的工艺流程简单，真空处理、湿化学法及自由发泡等工艺操作简单，适于工业生产推广。同时全过程在湿化学条件下进行，粉尘污染较少，生态环保。附图说明图1是真空组与常压组不同温度保温所得样品容重对比图；图2是真空组与常压组不同温度保温所得样品膨化倍率对比图；图3是真空组与常压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种真空发泡低温泡沫玻璃材料，其特征在于：所述材料以碱金属硅酸盐水溶液和玻璃基体改性剂为原料，通过湿化学方法在真空低温条件下制备而成；/n所述碱金属硅酸盐水溶液的化学式为R

【技术特征摘要】
1.一种真空发泡低温泡沫玻璃材料，其特征在于：所述材料以碱金属硅酸盐水溶液和玻璃基体改性剂为原料，通过湿化学方法在真空低温条件下制备而成；
所述碱金属硅酸盐水溶液的化学式为R2O·mSiO2·H2O；其中，模数m范围为2.4-2.8，R为Li、Na、K中的一种或几种；所述玻璃基体改性剂为含硼原料和含铝原料，含硼原料为硼酸；含铝原料为膨润土、蒙脱石的一种或几种。


2.一种根据权利要求1所述的泡沫玻璃材料的制备方法，其特征在于：
（1）采用湿化学方法将碱金属硅酸盐水溶液和玻璃基体改性剂原料混合得到浆料，将浆料进行机械剪切处理得到不凝胶的溶胶体系；
（2）将溶胶体系置入烘箱干燥后得到中间料，含水率为5～25％,对所得中间料进行碎粒处理后过筛，进一步得到粒径范围为0.6-2mm的颗粒状中间料；
（3）将颗粒状中间料在真空低温条件下进行热处理发泡，即得所述的泡沫玻璃材料。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，机械剪切处理中，剪切速率不低于15000s-1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王智宇，高嘉阳，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33