【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及复合材料。更具体地，本专利技术涉及轻质且隔热的多孔水泥材料。
技术介绍
1、房屋安全是购房或租房的关键因素。对美国和全世界家庭来说，最大的灾难威胁是火灾。根据美国消防局(u.s.fire administration,usfa)的数据，美国每年有近36.5万起住宅火灾；同样地，在中国，2020年消防部门接获的火灾有25.2万起。房屋火灾无疑会危及生命，因而引起严重关切。
2、为了确保人身安全，最有效和最根本的方法是识别和消除火灾隐患。然而，当火灾发生且超出控制时，最好的应对措施是减缓火势蔓延、疏散相关人员并求援。理想情况下，用隔热和防火材料建造的房屋可以控制和限制火灾的蔓延，以为家庭成员提供宝贵的逃生时间。
3、水泥是最常用的建筑材料之一，以经济实惠、隔音佳和具耐火性而闻名。然而，它其耐火性较差，通常水泥会在高温下发生爆裂或穿孔，导致房屋在火灾中倒塌。在火灾期间的高温下，为了保护住户，房屋应要能够维护其结构，防止房屋倒塌，使逃生计划和救援工作可以更有效地进行，尤其是在多层、多户住宅中。不幸的是，当房屋无法承受火灾的热量而倒塌，导致住户被困在其中时，会酿成许多死亡事件。
4、因此，本领域需要一种具有强耐火性能和防火性的低成本隔热建筑材料，以在高温下保持建筑结构，不至于产生破裂或穿孔，而本专利技术解决了这种需要。
技术实现思路
1、基于上述限制和需求，本专利技术提供了一种制备轻质且隔热的多孔水泥基材料的方法及其水泥基板。
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3、根据第一方面，本专利技术提供了一种制备轻质且隔热的多孔水泥基材料的方法。首先，将未激活粘合剂、未激活活化剂和未激活发泡剂混合以获得混合物；接着将混合物均质化，形成水泥浆；随后将该水泥浆倒入模具中，在发泡剂和提高模具温度的帮助下，模具内的水泥浆会被活化并开始发泡和固化，从而形成多孔的水泥基材料。多孔结构是通过发泡剂的同时分解而产生的，以形成多个闭孔气泡，同时水泥浆的固化使多孔结构固化。完成形成过程后，移除模具，便可获得多孔水泥基材料。
4、根据本专利技术的一个实施例，轻质且隔热的多孔水泥基材料具有小于0.08w/mk的热导率、介于300和1200kg/m3之间的密度、在1200℃下小于5％的收缩率、4小时的耐火完整性和4小时的耐火隔热性。
5、根据本专利技术的一个实施例，该活化剂是水。在其它实施例中，该发泡剂选自碳酸氢铵、碳酸氢钠、过氧化氢(h2o2)、c4-c7脂肪烃或其任意组合。
6、根据本专利技术的另一个实施例，该粘合剂选自铝酸钙水泥、硫铝酸盐钙水泥、硫酸钙水泥或其任意组合。
7、根据本专利技术的一个实施例，该活化剂包括水、氢氧化钠、氢氧化钾、硅酸钠、硅酸钾、磷酸、磷酸二氢铝或其任意组合。
8、根据本专利技术的一个实施例，该混合物还包括填料。在一些实施例中，该混合物进一步包括表面活性剂。
9、根据本专利技术的一个实施例，该方法还包括将水泥基材料切割、修整或打磨成特定形状，例如块状、嵌板、板或片材。
10、根据本专利技术的另一个实施例，在该水泥浆发泡和固化后，可进一步于多孔水泥基材料中引入隔热混合物。首先，混合涂层粘合剂、酸源、碳源、涂层发泡剂和热反射剂以制备隔热混合物；随后，将隔热混合物涂覆于多孔水泥基，使在其顶部固化形成隔热层。
11、根据本专利技术的一实施例，该涂层粘合剂选自环氧树脂、丙烯酸乳剂、硅乳剂、硅丙烯酸乳剂、苯乙烯-丙烯酸乳剂、聚乙酸乙烯酯乳剂、乙酸乙烯酯-乙烯乳剂、硅酸钠溶液或其任意组合。
12、根据本专利技术的一实施例，该酸源选自多磷酸铵、磷酸二氢铵、磷酸氢铵、三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺多磷酸盐、三聚氰胺焦磷酸盐、鸟苷脲磷酸盐、脲磷酸盐、四硼酸铵或其任意组合。在一些实施例中，该碳源选自季戊四醇、二季戊四醇、多元醇、碳水化合物或其任意组合。在其它实施例中，该涂层发泡剂选自三聚氰胺、双氰胺、尿素、甘氨酸、胍、三聚氰胺氰尿酸盐、三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺焦磷酸盐、三聚氰胺多磷酸盐或其任意组合。在一些其它实施例中，该热反射剂选自二氧化钛、六钛酸钾、二氧化锆、氧化锌、锡酸镉、氧化铁、碳化硅或其任意组合。
13、根据本专利技术的第二方面，本专利技术提供了一种轻质且隔热的多孔水泥基板。轻质隔热多孔水泥基板由100重量份的粘合剂、30-80重量份的活化剂和0.1-2重量份的发泡剂所组成的混合物制备而成。轻质隔热多孔水泥基板的导热系数小于0.08w/mk、密度在300-1200kg/m3之间、在1200℃时收缩率小于5％。值得注意的是，轻质隔热多孔水泥基板具有4小时的耐火完整性和4小时的耐火隔热性。
14、根据本专利技术的一个实施例，该混合物还包括0.1-20重量份的填料。在另一个实施例中，该混合物进一步包括0.01-1重量份的表面活性剂。
15、根据本专利技术的一个实施例，该粘合剂选自铝酸钙水泥、硫铝酸盐钙水泥、硫酸钙水泥或其组合。
16、根据本专利技术的一个实施例，该活化剂包括水、氢氧化钠、氢氧化钾、硅酸钠、硅酸钾、磷酸、磷酸二氢铝或其任意组合。
17、根据本专利技术的另一个实施例，该发泡剂选自碳酸氢铵、碳酸氢钠、过氧化氢(h2o2)、c4-c7脂肪烃或其任意组合。
18、根据本专利技术的另一个实施例，该轻质隔热多孔水泥基板上还具有隔热层，该隔热层包括涂层粘合剂、酸源、碳源、涂层发泡剂和热反射剂。
19、根据本专利技术的一个实施例，涂层粘合剂选自环氧树脂、丙烯酸乳剂、硅乳剂、硅丙烯酸乳剂、苯乙烯-丙烯酸乳剂、聚乙酸乙烯酯乳剂、乙酸乙烯酯-乙烯乳剂、硅酸钠溶液或其任意组合。
20、根据本专利技术的一个实施例，该酸源选自多磷酸铵、磷酸二氢铵、磷酸氢铵、三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺多磷酸盐、三聚氰胺焦磷酸盐、鸟苷脲磷酸盐、脲磷酸盐、四硼酸铵或其任意组合。
21、根据本专利技术的一个实施例，该碳源选自季戊四醇、二季戊四醇、多元醇、碳水化合物或其任意组合。
22、根据本专利技术的一个实施例，该涂层发泡剂选自三聚氰胺、双氰胺、尿素、甘氨酸、胍、三聚氰胺氰尿酸盐、三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺焦磷酸盐、三聚氰胺多磷酸盐或其任意组合。
23、根据本专利技术的另一个实施例，该热反射剂选自二氧化钛、六钛酸钾、二氧化锆、氧化锌、锡酸镉、氧化铁、碳化硅或其任意组合。
24、根据本专利技术的一个实施例，该轻质隔热多孔水泥基板上有涂覆防水剂或耐候涂层，以增强其耐久性和对环境条件的抵抗力。
25、根据本专利技术的一个实施例，可将该轻质隔热多孔水泥基板引入至夹芯板中，以不同材料层围绕该多孔水泥基材料，进一步增强其隔热能力。
26、根据本专利技术的第三方面，本专利技术提供了一种由轻质隔热多孔水泥基板制成的模块化集成结构。
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1.一种制备轻质且隔热的多孔水泥基材料的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述发泡剂选自碳酸氢铵、碳酸氢钠、过氧化氢、C4-C7脂肪烃或其任意组合。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述粘合剂选自铝酸钙水泥、硫铝酸盐钙水泥、硫酸钙水泥或其任意组合。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述活化剂包括水、氢氧化钠、氢氧化钾、硅酸钠、硅酸钾、磷酸、磷酸二氢铝或其任意组合。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述混合物进一步包括填料。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述混合物进一步包括表面活性剂。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述水泥基材料切割、修整或打磨成特定形状，其中所述特定形状包括块状、嵌板、板或片材。
8.根据权利要求1所述的方法，其中在通过所述发泡剂和所述模具中升高的温度活化所述水泥浆，以同时产生发泡和固化后，进一步包括：
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述涂层粘合剂选自环氧树脂、丙烯酸乳剂、硅乳剂、硅丙烯酸乳剂、苯乙烯-丙烯酸乳剂、聚乙
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述酸源选自多磷酸铵、磷酸二氢铵、磷酸氢铵、三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺多磷酸盐、三聚氰胺焦磷酸盐、鸟苷脲磷酸盐、脲磷酸盐、四硼酸铵或其任意组合。
11.根据权利要求8所述的方法，其中所述碳源选自季戊四醇、二季戊四醇、多元醇、碳水化合物或其任意组合。
12.根据权利要求8所述的方法，其中所述涂层发泡剂选自三聚氰胺、双氰胺、尿素、甘氨酸、胍、三聚氰胺氰尿酸盐、三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺焦磷酸盐、三聚氰胺多磷酸盐或其任意组合。
13.根据权利要求8所述的方法，其中所述热反射剂选自二氧化钛、六钛酸钾、二氧化锆、氧化锌、锡酸镉、氧化铁、碳化硅或其任意组合。
14.一种轻质且隔热的多孔水泥基板，其特征在于，所述轻质隔热多孔水泥基板由混合物所制备而成，所述混合物包括：
15.根据权利要求14所述的轻质隔热多孔水泥基板，其中所述混合物还包括0.1-20重量份的填料。
16.根据权利要求14所述的轻质隔热多孔水泥基板，其中所述混合物还包括0.01-1重量份的表面活性剂。
17.根据权利要求14所述的轻质隔热多孔水泥基板，其中所述粘合剂选自铝酸钙水泥、硫铝酸盐钙水泥、硫酸钙水泥或其组合。
18.根据权利要求14所述的轻质隔热多孔水泥基板，其中所述活化剂包括水、氢氧化钠、氢氧化钾、硅酸钠、硅酸钾、磷酸、磷酸二氢铝或其任意组合。
19.根据权利要求14所述的轻质隔热多孔水泥基板，其中所述发泡剂选自碳酸氢铵、碳酸氢钠、过氧化氢、C4-C7脂肪烃或其任意组合。
20.根据权利要求14所述的轻质隔热多孔水泥基板，进一步包括：
21.根据权利要求20所述的轻质隔热多孔水泥基板，其中所述涂层粘合剂选自环氧树脂、丙烯酸乳剂、硅乳剂、硅丙烯酸乳剂、苯乙烯-丙烯酸乳剂、聚乙酸乙烯酯乳剂、乙酸乙烯酯-乙烯乳剂、硅酸钠溶液或其任意组合。
22.根据权利要求20所述的轻质隔热多孔水泥基板，其中所述酸源选自多磷酸铵、磷酸二氢铵、磷酸氢铵、三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺多磷酸盐、三聚氰胺焦磷酸盐、鸟苷脲磷酸盐、脲磷酸盐、四硼酸铵或其任意组合。
23.根据权利要求20所述的轻质隔热多孔水泥基板，其中所述碳源选自季戊四醇、二季戊四醇、多元醇、碳水化合物或其任意组合。
24.根据权利要求20所述的轻质隔热多孔水泥基板，其中所述涂层发泡剂选自三聚氰胺、双氰胺、尿素、甘氨酸、胍、三聚氰胺氰尿酸盐、三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺焦磷酸盐、三聚氰胺多磷酸盐或其任意组合。
25.根据权利要求20所述的轻质隔热多孔水泥基板，其中所述热反射剂选自二氧化钛、六钛酸钾、二氧化锆、氧化锌、锡酸镉、氧化铁、碳化硅或其任意组合。
26.根据权利要求14所述的轻质隔热多孔水泥基板，其中所述轻质隔热多孔水泥基板上有涂覆防水剂或耐候涂层，以增强其耐久性和对环境条件的抵抗力。
27.根据权利要求14所述的轻质隔热多孔水泥基板，其中所述轻质隔热多孔水泥基板可被引入至夹芯板中，以不同材料层围绕所述多孔水泥基材料，进一步增强其隔热能力。
28.一种模块化集成结构，其由权利要求14所述的轻质隔热多孔水泥基板制成。
...【技术特征摘要】
1.一种制备轻质且隔热的多孔水泥基材料的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述发泡剂选自碳酸氢铵、碳酸氢钠、过氧化氢、c4-c7脂肪烃或其任意组合。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述粘合剂选自铝酸钙水泥、硫铝酸盐钙水泥、硫酸钙水泥或其任意组合。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述活化剂包括水、氢氧化钠、氢氧化钾、硅酸钠、硅酸钾、磷酸、磷酸二氢铝或其任意组合。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述混合物进一步包括填料。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述混合物进一步包括表面活性剂。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述水泥基材料切割、修整或打磨成特定形状，其中所述特定形状包括块状、嵌板、板或片材。
8.根据权利要求1所述的方法，其中在通过所述发泡剂和所述模具中升高的温度活化所述水泥浆，以同时产生发泡和固化后，进一步包括：
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述涂层粘合剂选自环氧树脂、丙烯酸乳剂、硅乳剂、硅丙烯酸乳剂、苯乙烯-丙烯酸乳剂、聚乙酸乙烯酯乳剂、乙酸乙烯酯-乙烯乳剂、硅酸钠溶液或其任意组合。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述酸源选自多磷酸铵、磷酸二氢铵、磷酸氢铵、三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺多磷酸盐、三聚氰胺焦磷酸盐、鸟苷脲磷酸盐、脲磷酸盐、四硼酸铵或其任意组合。
11.根据权利要求8所述的方法，其中所述碳源选自季戊四醇、二季戊四醇、多元醇、碳水化合物或其任意组合。
12.根据权利要求8所述的方法，其中所述涂层发泡剂选自三聚氰胺、双氰胺、尿素、甘氨酸、胍、三聚氰胺氰尿酸盐、三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺焦磷酸盐、三聚氰胺多磷酸盐或其任意组合。
13.根据权利要求8所述的方法，其中所述热反射剂选自二氧化钛、六钛酸钾、二氧化锆、氧化锌、锡酸镉、氧化铁、碳化硅或其任意组合。
14.一种轻质且隔热的多孔水泥基板，其特征在于，所述轻质隔热多孔水泥基板由混合物所制备而成，所述混合物包括：
15.根据权利要求14所述的轻质隔热多孔水泥基板，其中所述混合物还包括0.1-20重量份的填料。
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【专利技术属性】
技术研发人员：萧斌，张俊朗，刘铭然，
申请(专利权)人：纳米及先进材料研发院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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