一种具有三级孔结构的无机保温材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有三级孔结构的无机保温材料及其制备方法，属于新型轻质保温材料技术领域。将空心球、玻璃粉、高温发泡剂、稳泡剂混合均匀成预混料，再与环氧树脂水溶液混合，再加入发泡剂，高速搅拌得到泡沫浆料，泡沫浆料浇注到模具中，室温固化得到坯体，经过干燥、排胶，高温发泡，定型，冷却制备出具有三级孔结构的无机隔热保温材料；所述的材料的表观密度100kg/m3~500kg/m3，抗压强度0.5MPa~10.0MPa，导热系数0.020W/(m·K)~?0.060W/(m·K)，吸水率小于3%；具有导热系数低、容重低、吸水率小、抗压强度高等性能，广泛应用于建筑保温、工业保温领域，具有很高的实际应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于新型轻质保温材料
，特别涉及ー种具有三级孔结构的无机保温材料及其制备方法。
技术介绍
目前，节能降耗是整个社会的共识，我国建筑能耗占社会总能耗的1/3以上，因此开发研制緑色建筑材料，降低建筑物使用能耗是我国节能工作的重要组成部分。在整个建筑物中，墙体特别是外墙的传热在建筑物总体传热中占比例最大，采用保温节能墙体是实现建筑节能最重要的手段。墙体保温根据保温层位置的不同可分为外墙外保温、外墙内保温和中空夹心复合墙体保温3种。目前我国的外墙保温技术发展很快，是节能工作的重点，与外墙保温技术的发展密不可分的是节能保温材料的更新换代，建筑外墙保温材料的选用对节能降耗起着极为重要的作用。目前，大量应用于建筑外墙的保温材料是有机保温材料， 包括EPS (膨胀聚苯板)、XPS (挤塑聚苯板)、I3U (聚氨酷)等，这些材料具有密度轻，吸水率小，保温性能好等优点。应用于建筑外墙能够起到很好的隔热保温效果，同时也存在可粘结性差、尺寸稳定性差、易老化、易燃烧等不足。特别是，由建筑保温材料引起的火灾事件时有发生，近年来相继发生的几起大火造成了严重的人员伤亡和财产损失，引起了各界对保温材料防火性能的思考，保温材料的防火性能史无前例的引起了业内各界的高度重视，有机保温材料在燃烧过程中会不断产生融滴物和毒烟，释放出氰化氢、氯氟烃、氢氟碳化物等有毒有害气体，严重威胁人们的生命安全，同时造成环境污染。虽然有机物保温材料经阻燃处理后燃烧性得到改善，实验过程中不会出现明火，但在火场中的大火和持续高温的烘烤下依然会产生大量有毒烟尘。使用了这种保温材料的高层建筑依然频繁发生火灾，易燃的外墙体保温材料，预示着火灾的发生绝非偶然。因此，治本的重点必须放在选择不燃外墙保温材料上，改用不燃外墙保温材料已成当务之急，这是避免发生特大火灾的最后一道有效手段。建筑外墙保温材料在国外最初也都采用易燃的高效保温材料，走过一段弯路之后，才开发既保温又防火的节能材料，美国早已有20多个州禁止使用聚苯こ烯泡沫；在英国，18米以上建筑不允许使用EPS板薄抹灰外墙保温系统；德国规定22米以上的建筑不允许使用该系统。很多保险公司拒绝给EPS保温的建筑进行保险。我国的高层建筑比国外的建设量要大得多，聚苯板体系在高层甚至在超高层上广泛应用，是因为法规上对节能要求很高，可选择的替代产品不多。目前我国不燃保温材料的供应量严重不足，不燃的保温材料都是传统的无机保温材料，新一代的不燃无机保温材料还鲜有报道。传统的建筑用无机保温材料，主要有膨胀珍珠岩，岩棉，泡沫玻璃，泡沫混凝土等。膨胀珍珠岩是将天然珍珠岩矿石(属酸性较大的玻璃质岩石，系火山喷发岩浆急冷浓缩而成的天然硅铝质无机非金属材料)，经过破碎筛选，在高温煅烧下，其体积急剧膨胀，制得的多孔、色白的颗粒状物质，导热系数低(0. 047 0. 074ff/(m K))，耐火温度>1250°C，容重在40 280kg/m3。膨胀珍珠岩属玻璃矿物材料，呈蜂窝状多孔结构，主要成分为ニ氧化硅；ニ氧化硅表面很容易被硅醇基所覆盖，以及表面吸附自由水，因此很容易接受外来官能团，即吸水率非常大，膨胀珍珠岩制品容易吸水致使其导热系数急剧增大，失去保温隔热性能。岩棉将天然岩、矿石等原料，在冲天炉或其他池窑内熔化(温度2000°C以下)，用50个大气压的压力強吹、骤冷成纤维状；或用甩丝法，将熔融液流脱落在多级回转转子上，借离心カ甩成纤维，直径一般3 9微米，容重50 200 kg/m3，常温下导热系数0. 029 0. 046 ff/ (m-K),岩棉属纤维类保温材料，吸水率大，跟膨胀珍珠岩类似，制品容易吸水致使其导热系数急剧増大，失去保温隔热性能。在欧洲，岩棉作为保温材料应用于外墙保温也只占有保温材料市场的20%左右，原因是外墙保温用岩棉的质量要求高，价格昂贵，另外岩棉作为外墙保温材料对其施工操作规程和保证质量措施要求严格，在雨季和冬季施工受到限制。泡沫玻璃是以废玻璃、粉煤灰和非金属矿等为主要原料，加入发泡剂、稳泡剂、 助熔剂和改性剂等，经粉碎后混合均匀形成配合料，放置在特定模具中，在加热炉内经过预热、750 900°C熔融、发泡、冷却和退火等エ艺形成ー种内部充满无数均匀气泡的多孔玻璃材料，其容重是20(T300kg/ m3，泡沫玻璃气孔率达80% 95%，气孔直径为0.1 2 mm,常温下导热系数0. 060 0. 085 ff/ (m. K)。泡沫玻璃在エ业领域保温隔热工程中应用较多，建筑领域应用较少，在外墙保温领域占有的份额不到千分之一。泡沫混凝土 是由水泥、石灰、水、泡沫、填料、骨料及外加剂，经制备浆料、浇注成型、养护干燥而成。容重300 500 kg/ m3，导热系数0.051 0.076 ff/ (m* K)，抗压强度0. 2^0. 5MPa。泡沫混凝土作为外墙保温材料有现浇和预制品两种形式，发展初期以现浇泡沫混凝土为主，目前则以泡沫混凝土外墙保温板及其制品为主，泡沫混凝土存在強度低的问题，尤其是在容重较低的情况下，这对泡沫混凝土扩大其在建筑保温领域的应用存在制约。上述传统无机保温材料由于本身无法克服的原因，导致其很难大面积推广应用，因此开发新型的无机建筑保温材料势在必行。煤矸石是煤炭开采、洗选加工过程中产生的固体废弃物，每年的排放量相当于当年煤炭产量的10-30%左右。据不完全统计，目前全国历年累积堆放的煤矸石已累计约45亿吨，规模较大的矸石山有1600多座，占地约1. 5万公顷，而且堆积量还以每年1. 5 2亿吨的速度増加，是目前我国排放量最大的エ业固体废弃物之一。煤矸石长期堆存，占用大量土地，易造成自燃，污染大气和地下水质。煤矸石虽然是煤炭エ业的废弃物，同时又是可利用的自然资源，充分发掘煤矸石的应用前景、拓宽煤矸石的应用领域是煤炭资源综合利用的重要组成部分。煤矸石的主要成分是Al203、Si02 (平均含量在50%以上)、Fe2O3、Ca0、Mg0及钾和磷的化合物等，以及微量重金属。煤矸石中有机质随含煤量而变动(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。各种煤矸石的水分均小于5%。煤矸石常规的主要化学成分见表I。表I煤矸石的常规化学组成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有三级孔结构的无机保温材料，其特征在于，所述的具有三级孔结构的无机保温材料使用按照如下重量份组成的成分制成：空心球60~100重量份；玻璃粉10~30重量份；高温发泡剂1~3重量份；环氧树脂5~15重量份；室温发泡剂0.1~2.5重量份；水70~120重量份；其中，所述的空心球的制备方法为：将煤矸石粉体与水以体积比为1:4的比例，同时加入占总体积1vol.%的柠檬酸铵混合后球磨，制备出固相含量为20vol.%的浆料；将该浆料加入1vol.%的曲拉通X?100?发泡剂中，充分搅拌，制成稳定的泡沫浆料；将稳定的泡沫浆料加入离心雾化设备，使其雾化形成空心浆料液滴，并喷入成型室内，浆料液滴快速失去水分干燥，形成煤矸石空心球坯体，其中成型室内温度为200℃；将煤矸石空心球坯体放入回转窑炉中1200℃进行烧结，制得煤矸石空心球；制得的煤矸石空心球的堆积密度为100~600kg/m3；直径为5~1000μm，室温导热系数小于0.12W/m·K。

【技术特征摘要】
1.一种具有三级孔结构的无机保温材料，其特征在于，所述的具有三级孔结构的无机保温材料使用按照如下重量份组成的成分制成 空心球6(T100重量份；玻璃粉1(T30重量份；高温发泡剂f 3重量份；环氧树脂5 15重量份；室温发泡剂0. r2. 5重量份；水7(T120重量份； 其中，所述的空心球的制备方法为将煤矸石粉体与水以体积比为1:4的比例，同时加入占总体积Ivol. %的柠檬酸铵混合后球磨，制备出固相含量为20vol. %的浆料；将该浆料加入Ivol. %的曲拉通X-100发泡剂中，充分搅拌，制成稳定的泡沫浆料；将稳定的泡沫浆料加入离心雾化设备，使其雾化形成空心浆料液滴，并喷入成型室内，浆料液滴快速失去水分干燥，形成煤矸石空心球坯体，其中成型室内温度为200°C ;将煤矸石空心球坯体放入回转窑炉中1200°C进行烧结，制得煤矸石空心球；制得的煤矸石空心球的堆积密度为10(T600kg/m3 ;直径为5 1000 u m,室温导热系数小于0. 12ff/m K。2.根据权利要求1所述的具有三级孔结构的无机保温材料，其特征在于，所述的玻璃粉是软化温度为30(T500°C的普通玻璃粉或硼玻璃粉。3.根据权利要求1所述的具有三级孔结构的无机保温材料，其特征在于，所述的高温发泡剂为纯碳、碳化硅和炭黑中的一种或几种的混合物。4.根据权利要求1所述的具有三级孔结构的无机保温材料，其特征在于，所述的环氧树脂为缩水甘油醚双酚A型水性环氧树脂。5.根据权利要求1所述的具有三级孔结构的无机保温材料，其特征在于，所述的室温发泡剂为表面活性剂发泡剂、蛋白型发泡剂和复合发泡剂中的一种或几种的混合物。6.根据权利要求1所述的具有三级孔结构的无机保温材料，其特征在于，所述的具有三级孔结构的无机保温材料具有三级孔结构 一级孔为空心球内部孔，其孔隙率占总孔隙率的20飞5%，孔径尺寸为0. oro. 05mm ； 二级孔为高温发泡孔，其孔隙率占总孔隙率的15飞0%，孔径尺寸为0. 05、. 2mm ； 三级孔为室温发泡孔，其孔隙率占总孔隙率的20飞5%，孔径尺寸为0. 2^2mm ； 所述的具有三级孔结构的无机保温材料的表观密度为100kg/nT500kg/m3，抗压强度为0.5MPa 10. OMPa,导热系数为 0. 020W/ (m K) 0. 060W/ (m K)，吸水率小...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨金龙，苏振国，席小庆，于士城，李慧，
申请(专利权)人：清华大学，河北勇龙邦大新材料有限公司，
类型：发明
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