CN101182168A - 轻质隔热材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轻质隔热材料及其制备方法，包括硅铝酸盐聚合物，硅铝酸盐聚合物中硅与铝的摩尔比为：1≤Si/Al≤3，包括质量比为50～85％的粉煤灰、高岭土、煤矸石、矿渣等含硅铝的固体原料；14.5～48％的液体碱性激发剂；0.5～2％的发泡剂。液体碱性激发剂包括苛性碱溶液和水玻璃，与固体原料和发泡剂混合搅拌，制成一种既适用于直接浇注，又适用于模具成型预制，既适用于作冷热设备的绝热、保冷，也适用于制作大型绝热、隔音、防火的房屋墙板，屋顶绝热板。
Description
技术领域
本发明涉及一种隔热材料，尤其涉及一种轻质隔热材料及其制备方法。
背景技术
轻质隔热耐火材料是指气孔率高，体积密度低、热导率低的耐火材料。现有技术中的轻质隔热材料主要有珍珠岩及其制品、膨胀蛭石及其制品、岩棉及其制品、矿渣棉及其制品、玻璃棉及其制品、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、酚醛泡沫塑料、泡沫玻璃制品、硅酸钙绝热制品、废纸纤维绝热材料和金属绝热材料等。常用的水泥、水玻璃、磷酸镁、沥青和镁质水泥珍珠岩制品和膨胀蛭石制品的表观密度小于0.5g/cm3，抗压在0.2～1MPa，导热系数为0.05～0.14W/m·K。
上述现有技术至少存在以下缺点：制作工艺复杂、性能不稳定。
发明内容
本发明的目的是提供一种制作工艺简单、性能稳定的轻质隔热材料及其制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的轻质隔热材料，包括硅铝酸盐聚合物，所述的硅铝酸盐聚合物由以下原料制成：
50～85％的含硅铝的固体原料；
14.5～48％的液体碱性激发剂；
0.5～2％的发泡剂；
以上百分比为质量百分比。
本发明的上述的轻质隔热材料的制备方法，包括步骤：
首先，将含硅铝的固体原料、发泡剂与液体碱性激发剂混合搅拌，所述搅拌的时间为1～10分钟；
然后，倒入模具中，进行养护，所述养护的温度为20～120℃；所述养护的湿度为70～95％；所述养护的时间为2～24小时。
之后，脱模干燥。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的轻质隔热材料及其制备方法，由于包括质量百分比为50～85％的含硅铝的固体原料；14.5～48％的液体碱性激发剂；0.5～2％的发泡剂，混合搅拌，然后，倒入模具中，进行养护，之后，脱模干燥制成。制作工艺简单、性能稳定。
具体实施方式
本发明的轻质隔热材料，其较佳的具体实施方式是，包括硅铝酸盐聚合物，所述的硅铝酸盐聚合物由以下原料制成：含硅铝的固体原料、液体碱性激发剂、发泡剂，各原料的质量百分比含量分别为：
含硅铝的固体原料：50～85％，可以为50、60、70、85％等；
液体碱性激发剂：14.5～48％的，可以是14.5、29.5、38、48％等；
发泡剂：0.5～2％，可以是0.5、1.0、1.5、2％等；
60～70％的含硅铝的固体原料；
29.5～38％的液体碱性激发剂。
上述的各种原料的含量根据需要也可以是其它的配比。
制成的硅铝酸盐聚合物中硅与铝的摩尔比为：1≤Si/Al≤3。
其中的含硅铝的固体原料包括以下至少一种原料：
粉煤灰、高岭土、煤矸石、矿渣，或其它的富含硅铝的工业废料等。含硅铝的固体原料的粒度D50≤74μm，可以是40、50、60、74μm等。
液体碱性激发剂包括苛性碱溶液和水玻璃，苛性碱溶液与水玻璃质量比为1∶0.9～1∶1.2，混合而成，苛性碱溶液与水玻璃质量比也可以为其它的比例。水玻璃可以为钠或钾水玻璃，水玻璃的模数为2～3.2，或其它的模数。
本发明的上述的轻质隔热材料的制备方法，其较佳的具体实施方式可以是，包括步骤：
首先，将含硅铝的固体原料、发泡剂与液体碱性激发剂混合搅拌1～10分钟，可以搅拌1、3、5、8、10分钟等，直至搅拌均匀；
然后，倒入模具中，进行养护，养护的温度为20～120℃，可以是20、40、60、80℃等；
养护的湿度为70～95％，可以是70、80、90、95％等；
养护的时间为2～24小时。
之后，脱模干燥。
在将含硅铝的固体原料、发泡剂与液体碱性激发剂混合时，还可以添加轻质骨料一起进行混合，轻质骨料是以下一种或多种原料：
珍珠岩及其制品、膨胀蛭石及其制品、漂珠、泡沫塑料等，还可以是其它的轻质骨料。
本发明的轻质隔热材料可以由富含硅铝的工业废弃物，例如煤矸石、高岭土，或粉煤灰、矿渣等和苛性碱溶液与钠(钾)水玻璃等液体原料以及发泡剂和轻质骨料组成。轻质骨料可以是珍珠岩、膨胀蛭石及其制品、漂珠、泡沫塑料等。发泡剂可以是过氧化氢，金属粉等，也可以是松香皂类起泡剂等。
具体的制备方法可以为：
进行液体材料的制备：选用苛性碱和水玻璃为原料，将苛性碱溶解在水中，控制溶液浓度为15～30％；选用钠(钾)水玻璃，控制模数为2～3.2；将二者混合，控制苛性碱溶液与水玻璃溶液混合的比例为1∶0.9～1∶1.2(质量比)；搅拌1～10分钟，置于塑料容器，静置24～48小时。
固体材料制备：选取煤矸石、高岭土、粉煤灰、矿渣等中的一种或几种，并控制固体粉料粒度为200目筛余10wt％。
给固体原料中加入发泡剂和骨料(也可不加)均匀混合，控制发泡剂用量为基体质量的1/1500-1/500，骨料用量依质量要求而定。
液体材料与固体材料混合：分别量取和称取液体材料与固体材料，控制二者的重量比例为：固/液(质量比)为1∶1～3∶1；将液体材料加入固体材料中，搅拌5～10分钟，控制混合物料的含水量在20～40％范围内。
浇注养护：将获得的混合物料放入钢制模具中，密封，放入养护箱中养护，控制养护温度为20～100℃，湿度为90～95％，时间为2～24小时。
脱模：将养护后的材料脱模，在空气中自然干燥7天后，得到聚合物陶瓷材料。
浇注时，根据需要可以将混合物料浇注在预制的模具中，制成预制块备用；也可以直接浇注在需要的部位，一次浇注成型。
本发明得到的材料的性能参数可以是：密度0.3～1g/cm3；7天抗压强度为0.5～4MPa；导热系数0.07～0.10w/(m·K)；在200℃煅烧2小时收缩率小于2％，在400℃煅烧2小时收缩率小于2.5％，在600℃煅烧2小时收缩率小于3.5％，在800℃煅烧2小时收缩率小于4.5％；在800℃煅烧2小时抗压强度保持在60～80％以上。
具体实施例一：
将煤矸石在700℃下煅烧2小时，获得无定型材料。称取该材料510g，控制粒度为600目，作为固体原料。
称取1g发泡剂，加入到固体原料中，混匀。
量取105ml水玻璃，模数：3，密度：1.38g/ml；量取105ml浓度为26.3％氢氧化钠溶液；将水玻璃溶液和氢氧化钠溶液混合，搅拌3分钟，放置24小时，作为液体原料。
将液体原料和固体原料混合，搅拌6分钟。
将混合后的物料浇注到钢制模具或塑料模具中，密封，放养护箱中，在80℃的温度下养护24小时。
将养护后的材料脱模，在空气中自然干燥7天后，得到轻质聚合物材料。
所得样品在7天后测得其体积密度为0.69g/cm3，抗压强度为1.7MPa(7天)，导热系数0.09500w/(m·K)。
具体实施例二：
将煤矸石在750℃下煅烧2小时，获得无定型材料。称取该材料382.5g，称取矿渣127.5g，控制煅烧煤矸石粒度为600目，控制矿渣粒度为300目，作为固体原料。
称取1.1g发泡剂，加入到固体原料中，混匀。
量取100ml水玻璃，模数：3.2，密度：1.40g/ml；量取100ml浓度为25.0％氢氧化钠溶液；将水玻璃溶液和氢氧化钠溶液混合，搅拌5分钟，放置36小时，作为液体原料。
将液体原料和固体原料混合，搅拌8分钟。
将混合后的物料浇注到钢制模具或塑料模具中，密封，放养护箱中，在40℃的温度下养护24小时。
将养护后的材料脱模，在空气中自然干燥7天后，得到轻质聚合物材料。
所得样品在7天后测得其体积密度为0.68g/cm3，抗压强度为2.0MPa，导热系数0.0925w/(m·K)。
具体实施例三：
将煤矸石在750℃下煅烧2h，获得无定型材料。称取该材料38.25g，称取矿渣127.5g，粉煤灰344.25g，控制煅烧煤矸石粒度为800目，控制矿渣和粉煤灰粒度为300目，作为固体原料。
称取1.5g发泡剂，加入到固体原料中，混匀。
量取110ml水玻璃，模数2.8，密度1.35g/ml；量取110ml浓度为28％氢氧化钠溶液；将水玻璃溶液和氢氧化钠溶液混合，搅拌3分钟，放置24小时，作为液体原料。
将液体原料和固体原料混合，搅拌6分钟。
将混合后的物料浇注到钢制模具或塑料模具中，密封，放养护箱中，在60℃的温度下养护24小时。
将养护后的材料脱模，在空气中自然干燥7天后，得到轻质聚合物材料。
所得样品在7天后测得其体积密度为0.58g/cm3，抗压强度为1.5MPa，导热系数0.0905w/(m·K)。
具体实施例四：
将煤矸石在700℃下煅烧2小时，获得无定型材料煅烧高岭土，称取38.25g，称取矿渣127.5g，粉煤灰344.25g，控制煅烧高岭土粒度为800目，控制矿渣和粉煤灰粒度为300目，作为固体原料。
称取1g发泡剂，称取聚苯颗粒4g，加入到固体原料中，混匀。
量取120ml水玻璃，模数2.5，密度1.30g/ml；量取100ml浓度为26％氢氧化钾溶液；将水玻璃溶液和氢氧化钠溶液混合，搅拌4分钟，放置24小时，作为液体原料。
将液体原料和固体原料混合，搅拌5分钟。
将混合后的物料浇注到钢制模具或塑料模具中，密封，放养护箱中，在70℃的温度下养护24小时。
将养护后的材料脱模，在空气中自然干燥7天后，得到轻质聚合物材料。
所得样品在7天后测得其体积密度为0.46g/cm3，导热系数0.0899w/(m·K)，抗压强度0.85MPa。
具体实施例五：
将煤矸石在750℃下煅烧2小时，获得无定型材料。称取该材料46g，称取矿渣100g，粉煤灰344.25g，控制煅烧高岭土粒度为1300目，控制矿渣和粉煤灰粒度为200目，作为固体原料。
称取0.5g发泡剂，称取珍珠岩8g，加入到固体原料中，混匀。
量取120ml水玻璃，模数：3，密度：1.38g/ml；量取100ml浓度为27％氢氧化钾溶液；将水玻璃溶液和氢氧化钠溶液混合，搅拌3分钟，放置24小时，作为液体原料。
将液体原料和固体原料混合，搅拌8分钟。
将混合后的物料浇注到钢制模具或塑料模具中，密封，放养护箱中，在80℃的温度下养护24小时。
将养护后的材料脱模，在空气中自然干燥7天后，得到轻质聚合物材料。
所得样品在7天后测得其体积密度为0.54g/cm3，抗压强度3.25MPa(7天)，抗折强度1.36MPa.导热系数0.0920w/(m·K)。
具体实施例六：
将煤矸石在700℃下煅烧2h，获得无定型材料，称取38.25g，称取矿渣127.5g，粉煤灰344.25g，控制煅烧高岭土粒度为800目，控制矿渣和粉煤灰粒度为300目，作为固体原料。
称取0.8g发泡剂，称取漂珠8g，加入到固体原料中，混匀。
量取120ml水玻璃，模数：3，密度：1.38g/ml；量取100ml浓度为27％氢氧化钾溶液；将水玻璃溶液和氢氧化钠溶液混合，搅拌3分钟，放置24小时，作为液体原料。
将液体原料和固体原料混合，搅拌5分钟。
将混合后的物料浇注到钢制模具或塑料模具中，密封，放养护箱中，在70℃的温度下养护24小时。
将养护后的材料脱模，在空气中自然干燥7天后，得到轻质聚合物材料。
所得样品在7天后测得其体积密度为0.60g/cm3，抗压强度3.2MPa(7天)，抗折强度1.3MPa，导热系数0.0980w/(m·K)。
本发明以粉煤灰为主体材料，与轻质材料相结合，应用发泡技术，制成一种既适用于直接浇注，又适用于模具成型预制，既适用于作冷热设备的绝热、保冷，也适用于制作大型绝热、隔音、防火的房屋墙板，屋顶绝热板。属于一种无机聚合材料。
无机聚合材料(Geopolymer)是一种新型无机非金属材料，它含有多种非晶质至半晶质相的三维铝硅酸盐矿物聚合物。这类材料多以天然铝硅酸盐矿物或工业固体废物为主要原料，与高岭石、粘土和适量碱硅酸盐溶液充分混合后，在20～120℃的条件下成型硬化，是一类由铝硅酸盐类化学键合的陶瓷材料。强碱溶液与矿物颗粒表面发生反应，生成硅铝酸盐长链，从而胶粘矿物颗粒，形成具有一定强度的材料。无机聚合材料具有类似有机聚合物的链状结构，能与矿物颗粒表面的〔SiO4〕和〔AlO4〕四面体通过脱羟基作用形成化学键，这是其获得高强度的直接原因，也决定了其具有优良的理化性能，如材料强度高、硬化快、耐酸碱腐蚀性优良，渗透率低，可固化有毒废物，耐高温(800℃以上)和导热率低等。
本发明应用无机聚合材料作为轻质保温隔热材料，制作工艺简单、性能稳定。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种轻质隔热材料，其特征在于，包括硅铝酸盐聚合物，所述的硅铝酸盐聚合物由以下原料制成：
50～85％的含硅铝的固体原料；
14.5～48％的液体碱性激发剂；
0.5～2％的发泡剂；
以上百分比为质量百分比。
2.根据权利要求1所述的轻质隔热材料，其特征在于，所述的硅铝酸盐聚合物中，各组分的含量为：
60～70％的含硅铝的固体原料；
29.5～38％的液体碱性激发剂。
3.根据权利要求1或2所述的轻质隔热材料，其特征在于，所述的硅铝酸盐聚合物中硅与铝的摩尔比为：1≤Si/Al≤3。
4.根据权利要求1或2所述的轻质隔热材料，其特征在于，所述的含硅铝的固体原料包括以下至少一种原料：
粉煤灰、高岭土、煤矸石、矿渣。
5.根据权利要求1或2所述的轻质隔热材料，其特征在于，所述的含硅铝的固体原料的粒度D50≤74μm。
6.根据权利要求1或2所述的轻质隔热材料，其特征在于，所述的液体碱性激发剂包括苛性碱溶液和水玻璃，所述苛性碱溶液与水玻璃质量比为1∶0.9～1∶1.2。
7.根据权利要求6所述的轻质隔热材料，其特征在于，所述的水玻璃为钠水玻璃或钾水玻璃，所述水玻璃的模数为2～3.2。
8.一种权利要求1至7任一项所述的轻质隔热材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：
首先，将含硅铝的固体原料、发泡剂与液体碱性激发剂混合搅拌，所述搅拌的时间为1～10分钟；
然后，倒入模具中，进行养护，所述养护的温度为20～120℃；所述养护的湿度为70～95％；所述养护的时间为2～24小时；
之后，脱模干燥。
9.根据权利要求8所述的轻质隔热材料的制备方法，其特征在于，所述搅拌的时间为3～5分钟；所述养护的温度为40～80℃。
10.根据权利要求8或9所述的轻质隔热材料的制备方法，其特征在于，所述的将含硅铝的固体原料、发泡剂与液体碱性激发剂混合时还添加轻质骨料一起进行混合，所述轻质骨料包括以下至少一种原料：
珍珠岩及其制品、膨胀蛭石及其制品、漂珠、泡沫塑料。
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