CN101705741B - 相变自调温外墙保温饰面砖及其制作方法 - Google Patents

相变自调温外墙保温饰面砖及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种相变自调温外墙保温饰面砖，它是由相变保温层和无机饰面层压制成型为一体结构，其中，相变保温层是由果壳型膨胀珍珠岩保温骨料、相变调温骨料和水泥按配比混合压制而成；无机饰面层由石英砂、碳酸钙、氧化钙、水泥和氧化硅粉末混合而成；相变调温骨料是由相变芯料和封装壳料制成，通过本发明的制作方法，不但有效地解决了相变材料的封装问题，使制成的相变自调温外墙保温饰面砖具有良好的蓄热特性以及防水性能和永久性抗老化性能，从根本上解决了相变材料在循环过程中热物理性质的退化以及渗漏问题。具有质量轻、结合牢度强、抗压强度大、隔热保温、防水防潮、节能效果显著等优点。

Description

相变自调温外墙保温饰面砖及其制作方法 
技术领域
本发明属于建筑物墙体保温材料技术领域，是一种相变自调温外墙保温饰面砖及其制作方法。 
背景技术
随着科学技术的不断发展，人们对房屋建筑保温墙体的节能效果提出了更高的要求，加之现代建筑向高层发展，要求所用围护结构为轻质材料。在现有技术中，通常采用的外墙复合保温的方法是在墙体外壁涂复或粘贴聚苯乙烯绝热保温层，再加钢丝网、保温钉，再做加强层、抗裂层，最后做饰面层，这种做法不仅工艺复杂，工期长，造价高，而且饰面单调、容易开裂。在外墙体的装饰中，使用较多的是瓷砖或马赛克，但这些产品仅具有单一的装饰功能，不具有保温功效，因而达不到节能效果，而且其自重较大，在风压作用下容易脱落，很不安全，直接影响建筑物的美观，因此，不适于高层建筑的外墙体使用。其次，现有技术中的复合饰面层中使用的材料多为有机物料，不利于环保。另外，在建筑节能方面，主要集中在建筑墙体的蓄热和隔热技术上。现阶段一般采用导热系数小的聚苯板、聚氨酯板或掺加聚苯颗粒的保温浆料作为外墙保温隔热材料，以降低外界环境对室内温度的影响。用这些保温材料制作的墙体保温层，虽然具有一定的保温性能，能阻隔一部分热能的传递，但隔热性能较差，不能实现热能的吸收、储存和释放。目前，比较新的墙体保温隔热做法也有采用相变材料作为保温系统主要节能材料或辅助节能材料。相变材料的潜热通常能够达到170J/g甚至更高，这一特性对于室内的气温稳定有着重要的作用，而储存等量热能则需要190倍于相变材料质量的普通建材。但在复合相变保温层的制作中，传统的相变材料通常采用以骨胶系材料为主的封装技术，由于存在封闭不严，成膜性能差，强度低，温度稍高易融化，容易出现渗漏，工作稳定性差，调温性能丧失，达不到封闭状态等诸多缺陷，严重影响相变材料的使用效果和使用寿命。截止目前，市场上还没有用相变材料制作的具有自调温功能的外墙保温砖，其主要原因是封装技术还没有得到较为理想的解决，并由此制约着相变材料在建筑领域的推广应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有良好的蓄热特性及自调温功能，能有效地改善室内温度环境，且具有保温隔热、防火阻燃、轻质、抗压强度高、节能效果显著等特点的相变自调温外墙保温饰面砖及其制作方法。 
实现本发明的目的所采取的技术方案是：该外墙保温饰面砖是由相变保温层和无机饰面层压制成型为一体结构，其中：无机饰面层是由以下重量份配比的原料制成，石英砂40～50份、碳酸钙8～15份、氧化钙8～15份、水泥8～15份、氧化硅3～5份；相变保温层是由下列按重量份配比的原料混合压制而成：果壳型膨胀珍珠岩保温骨料220～260份、相变调温骨料35～45份、水泥170～190份；所述相变调温骨料是由相变芯料和封装壳料制成，相变芯料与封装壳料的配比按重量比为：相变芯料：封装壳料＝2-4∶1～1.5，其中，相变芯料是由以下重量份配比的原料配制而成：石蜡或饱和脂肪酸55～60份、膨胀珍珠岩微粒30～35份和硅石烧结料或炉渣料5～15份；封装壳料是由按重量份配比的硫酸铝40～45份、硅酸钠50～55份和乳化剂3～5份混合制成； 
所述乳化剂采用KH系列硅烷偶联剂。 
所述硅石烧结料是由石英岩、石英砂、石英砂岩、脉石英和交代硅质角岩其中任意一种硅石矿烧结制成。 
所述膨胀珍珠岩微粒、硅石烧结料和炉渣料的粒径均为0.5～1mm。 
所述果壳型膨胀珍珠岩保温骨料采用在先获得专利权的保温骨料，其专利号为：200510107219.2 
本发明的相变自调温外墙保温饰面砖的制作方法按下述步骤进行： 
(1)制备硅石烧结料： 
a)取硅石矿置入烧结炉内进行烧结，烧结温度为1100～1200℃，保温1～2小时，烧结成多孔体状的烧结料，然后在常温下冷却，粉碎过筛，制成粒度为0.5～1mm的多孔体硅石烧结微粒料备用； 
b)取炉渣料，将其粉碎过筛，制成粒度为0.5～1mm的炉渣微粒料备用； 
(2)制备相变芯料：按所述配比取石蜡或饱和脂肪酸、粒度为0.5～1mm的膨胀珍珠岩微粒和制备的多孔体硅矿石烧结微粒料或炉渣微粒料，先将石蜡置于搅拌机内加热乳化，加热温度为60～80℃，然后按所述配比加入膨胀珍珠岩微粒和制备的多孔体硅石烧结微粒料或炉渣微粒料，充分搅拌均匀后，再送至烘干设备中进行低温烘干，烘干温度为45～50℃，烘干时间2～3小时，制成相变芯料备用； 
(3)制备封装壳料：按所述配比分别取硫酸铝、硅酸钠和乳化剂，置入反应釜内进行加热，加热温度控制在80～100℃，并混合搅拌均匀后，制成浆状封装壳料备用； 
(4)制备相变调温骨料：按所述配比取制备的相变芯料与浆状封装壳料置入搅拌机内进行混合搅拌，使浆状封装壳料均匀的裹敷在相变芯料表面，然后取出并置入烘干炉内，在35～45℃低温条件下烘干，封装壳料在相变芯 料外部形成一层硬壳，制成相变调温骨料备用； 
(5)制备相变保温层湿料：按所述配比取相变保温层原料，包括果壳型膨胀珍珠岩保温骨料、相变调温骨料及水泥，将相变保温层原料置入搅拌机内，并按每立方米保温层原料加水100～120公斤的比例注入水，搅拌均匀，制成相变保温层湿料备用； 
(6)制备无机饰面层湿料：按所述配比分别称取无机饰面层原料，包括石英砂、氧化钙、碳酸钙、水泥和氧化硅，并粉碎过筛制成粒度为180～230目粉末，均匀混合后，按原料∶水＝100∶10～50的重量比加水，搅拌均匀制成无机饰面层湿料备用； 
(7)复合压制成型：按相变保温层湿料∶无机饰面层湿料＝100∶5～20的重量配比，将无机饰面层湿料均匀摊铺在压制模具底部，再将相变保温层湿料倒入压制模具，通过压力机压制，压制成型为一体结构的保温饰面砖湿坯，然后然后将保温饰面砖湿坯置于烘干炉内，在45～70℃温度条件下，低温烘干5～12小时，即制成相变自调温外墙保温饰面砖成品。 
本发明的相变自调温外墙保温饰面砖采用膨胀珍珠岩微粒和硅石烧结料或炉渣料作为相变芯料的基料，该基料具有孔隙率高，质量轻，抗压强度高，保温性能好等自然特性。是贮存石蜡及饱和脂肪酸之类相变材料的优质载体。采用石腊或饱和脂肪酸作为相变材料，具有熔化潜热高，相变过程可逆性好，相变能满足需要控制的特定温度，比热容较大，以及无毒、无腐蚀性、环保效果好等多种优良特性。采用硫酸铝和硅酸钠作为封装壳料，均匀包裹在相变芯料的表面，并采用乳化剂对其胶凝粘结性能予以增强，通过反应形成具有高抗压强度且十分稳定的封装外壳，使制成的相变调温骨料具有很好的防水性能和永久性抗老化性能，并能与其它各类建筑材料混合使用，由此从根本上解决了相变材料在循环过程中热物理性质的退化以及渗漏问题，采用无机材料制成的饰面层具有抗裂、防水、抗老化、防退色等多种功用。通过各组分的性能组合及共同作用，使制作的保温饰面砖获得质量轻、不老化、不退色、环保、节能等优良的使用效果。 
按照上述方案制作的相变自调温外墙保温饰面砖，可适用于建筑物外墙体的保温及装饰，其有益效果为： 
1、其相变保温层选用石蜡或脂肪饱和酸作为相变材料，具有熔化潜热高，相变过程可逆性好、膨胀收缩性小、过冷或过热现象少，相变温度分别在20～50℃和10～30℃，与人们生活环境适宜温度相适应，且导热系数和比热容较大、无毒，无腐蚀性，环保效果好，从而使制成的相变保温层具有良好的蓄热特性，能有效地改善室内的温度环境，节能效果显著。 
2、该保温饰面砖在相变保温层的制作中，使用果壳型膨胀珍珠岩保温骨料及相变调温骨料作为主要材料，其容重由传统骨料的650～720kg/m3减轻至200～250kg/m3，导热系数由传统骨料的0.072～0.085W/m·K降低至0.053～0.057W/m·K，因此，制成的相变自调温外墙保温饰面砖具有闭孔率高、保温隔热性能好、抗压强度高、亲和力强、不开裂、收缩率小、施工方便等明显特点。从而使墙面砖每平方米自重仅10kg～15kg，相当于先作保温层再贴瓷砖传统做法同面积重量的1/4～1/5，由此不仅能大大减轻建筑墙体的总体重量，还能有效的避免墙面砖在使用过程中的开裂、脱落现象，有效防止安全事故发生。 
3、相变保温层中使用的相变调温骨料，采用了粘附性强、凝结强度高，并具有较强吸附性的无机盐复合材料作为相变芯料的封装壳料，并在相变芯料外部形成具有高抗压强度的硬壳，有效地解决了相变材料的封装问题，使 石蜡或脂肪饱和酸在无机盐封装壳料所形成的密闭硬壳中表现出优秀的工作稳定性能和防渗出稳定性能，克服了相变材料在循环过程中热物理性质的退化问题和相变材料易从基体的泄漏问题。 
4、该保温饰面砖采用相变保温层和无机饰面层整体压制成型，使两层材料有机的结合在一起，能够完全避免二者之间的开裂、脱落现象，而且能够可靠地提高制作精度和标准等级，并能大大减少外墙体装修施工的工作量，提高施工效率，可靠地保证工程质量，同条件下可大大缩短工期，节省材料成本和工程造价。 
具体实施方式
本发明的相变自调温外墙保温饰面砖为方形或矩形或其它多边形板块，其厚度可在1.5cm～6cm之间，它是由相变保温层和无机饰面层组成，相变保温层是由下列重量份的原料混合压制而成：果壳型膨胀珍珠岩保温骨料220～260份、相变调温骨料35～45份、水泥170～190份。其中，所述果壳型膨胀珍珠岩保温骨料采用在先获得专利权的保温骨料，其专利号为：200510107219.2(该专利申请人南阳天意保温耐火材料材料公司为本发明申请人信阳天意节能技术有限公司的原名)，其原料组成及制备方法已有详细记载，本案不再赘述。所述相变调温骨料是由相变芯料和封装壳料制成，相变芯料与封装壳料的配比按重量比为：相变芯料∶封装壳料＝2～4∶1～1.5，其中，相变芯料是由以下重量份配比的原料配制而成：石蜡或饱和脂肪酸55～60份、膨胀珍珠岩微粒30～35份和硅石烧结料5～15份，其中硅石烧结料是由石英岩、石英砂、石英砂岩、脉石英和交代硅质角岩其中任意一种硅石矿烧结制成，也可用冶金工业生产过程产生的炉渣料替代，也能够保证同样的使用效果，并可降低相变调温骨料的生产成本。在本案中，所述膨胀珍珠 岩微粒、硅石烧结料和炉渣料的粒径均为0.5～1mm。在本发明中，封装壳料是由按重量份硫酸铝40～45份、硅酸钠50～55份和乳化剂3～5份混合制成，其中乳化剂可采用KH系列硅烷偶联剂。无机饰面层是由以下重量份的原料配比制成，石英砂40～50份、碳酸钙8～15份、氧化钙8～15份、水泥8～15份、氧化硅3～5份、无机饰面层可制成单色面层或彩色面层，其外露表面可制作成光滑面或磨砂面，能够达到良好的观感效果。无机饰面层的周边比相变保温层小，以便在进行粘贴作业时，每块饰面砖之间形成规则沟缝，便于沟缝浆料的填充，提高施工效率。 
下面结合实施例对该保温饰面砖的制作方法做进一步说明。 
实施例1 
在本发明相变自调温外墙保温饰面砖的制作中，相变保温层各原料的配比可以是：果壳型膨胀珍珠岩保温骨料220份、相变调温骨料35份、水泥170份。相变芯料与封装壳料的配比按重量比为：相变芯料∶封装壳料＝2∶1；相变芯料制备中各原料的重量份配比为：石蜡55份、膨胀珍珠岩微粒30份、多硅石烧结料5份；封装壳料制作中各原料的重量份配比为：硫酸铝40份、硅酸钠50份、乳化剂3份。在无机饰面层的制作中，其各原料的重量份配比可以是：石英砂40份、碳酸钙8份、氧化钙8份、水泥8份、氧化硅3份。 
该保温饰面砖的制作可按下述方法进行：取硅矿石，硅矿石可选用石英砂、石英岩、脉石英、交代硅角岩和石英砂岩等其中任意一种，将选用的硅石置入烧结炉内进行烧结，烧结温度为1100～1200℃，保温1～2小时，烧结成多孔体状的烧结料，然后在常温下冷却，粉碎过筛，制成粒径为0.5～1mm的多孔体硅石烧结微粒料；而后按所述配比取石蜡置于搅拌机内加热乳化，加热温度控制在60～80℃，待石蜡熔化为乳化液后，按所述配比加入粒径为 0.5～1mm的膨胀珍珠岩微粒和制备的多孔体硅石烧结料微粒料，搅拌均匀，使石蜡乳化液充分渗入并充满膨胀珍珠岩微粒和多孔体硅石烧结微粒料的孔隙中后，送入烘干设备中进行低温烘干，烘干温度控制在45～50℃，烘干时间2～3小时，即制成相变芯料；同时按所述配比分别取硫酸铝和硅酸钠和乳化剂，并置入反应釜内进行加热，加热温度控制在80～100℃范围内，并混合搅拌均匀后，制成浆状封装壳料；然后，按所述配比取制备的相变芯料与浆状封装壳料置入搅拌机内进行混合搅拌，使浆状封装壳料均匀的裹敷在相变芯料表面，取出后置入烘干炉内，在35～45℃低温条件下烘干，使封装壳料在相变芯料外部形成一层硬壳，即制成相变调温骨料。完成相变调温骨料的制备之后，即可进行相变保温层的压制成型，其方法是按所述配比取制备的相变调温骨料、果壳型膨胀珍珠岩保温骨料及水泥，置入搅拌机内进行搅拌，在搅拌过程中可按三种原料的总量以每立方米原料加水120公斤的比例陆续加水，搅拌混合均匀，制成相变保温层湿料。在进行相变保温层湿料制备时，可同时进行无机饰面层湿料的制备，其方法是：按所述配比分别称取无机饰面层原料，包括石英砂、氧化钙、碳酸钙和氧化硅，并将石英砂、氧化钙和碳酸钙粉碎过筛分别制成粒度为180～230目的粉末，按原料∶水＝100∶10～50的重量比加水，搅拌均匀制成无机饰面层湿料。最后进行保温饰面砖的复合压制成型，即按相变保温层湿料∶无机饰面层湿料＝100∶5～20重量配比，将无机饰面层湿料均匀摊铺在压制模具底部，再将相变保温层湿料倒入压制模具，通过压力机压制，压制成型为一体结构的保温饰面砖湿坯，然后将保温饰面砖湿坯置于烘干炉内，在45～70℃温度条件下，低温烘干5～12小时，天气好时，也可将保温饰面砖湿坯置于通风处自然凉干，即制成本发明的相变自调温外墙保温饰面砖成品。 
实施例2 
在本发明相变自调温外墙保温饰面砖的制作中，相变保温层各原料的配比也可以是：果壳型膨胀珍珠岩保温骨料240份、相变调温骨料40份、水泥180份。相变芯料与封装壳料的配比按重量比为：相变芯料∶封装壳料＝3∶1.2；相变芯料制备中各原料的重量份配比为：石蜡57份、膨胀珍珠岩微粒33份、炉渣料10份；封装壳料制作中各原料的重量份配比为：硫酸铝42、硅酸钠53份、乳化剂4份。在无机饰面层的制作中，其各原料的重量份配比可以是：石英砂45份、碳酸钙11份、氧化钙11份、水泥11份、氧化硅4份；其制作方法与实施例1基本相同，区别仅在于：在相变调温骨料的制备中，可用炉渣料替代硅石烧结料，并将炉渣料粉碎制成粒度为0.5～1mm的微粒。 
实施例3 
在本发明相变自调温外墙保温饰面砖的制作中，各原料的配比还可以是：果壳型膨胀珍珠岩保温骨料260份、相变调温骨料45份、水泥190份。相变芯料与封装壳料的配比按重量比为：相变芯料∶封装壳料＝4∶1.5；相变芯料制备中各原料的重量份配比为：饱和脂肪酸60份、膨胀珍珠岩微粒35份、炉渣料15份；封装壳料制作中各原料的重量份配比为：硫酸铝45份、硅酸钠55份、乳化剂5份。在无机饰面层的制作中，其各原料的重量份配比可以是：石英砂50份、碳酸钙15份、氧化钙15份、水泥15份、氧化硅5份；其制作方法与实施例1基本相同，区别仅在于：在相变调温骨料的制备中，可用饱和脂肪酸替代石蜡，用炉渣料替代硅石烧结料，并将炉渣料粉碎制成粒度为0.5～1mm的微粒。 

Claims (5)

1.一种相变自调温外墙保温饰面砖，该保温饰面砖是由相变保温层和无机饰面层压制成型为一体结构，其中，无机饰面层料是由以下重量份配比的原料制成，石英砂40～50份、碳酸钙8～15份、氧化钙8～15份、水泥8～15份、氧化硅3～5份；其特征在于：相变保温层是由下列按重量份配比的原料混合压制而成：果壳型膨胀珍珠岩保温骨料220～260份、相变调温骨料35～45份、水泥170～190份；所述相变调温骨料是由相变芯料和封装壳料制成，相变芯料与封装壳料的配比按重量比为：相变芯料∶封装壳料＝2-4∶1～1.5，其中，相变芯料是由以下重量份配比的原料配制而成：石蜡或饱和脂肪酸55～60份、膨胀珍珠岩微粒30～35份和硅石烧结料或炉渣料5～15份；封装壳料是由按重量份配比的硫酸铝40～45份、硅酸钠50～55份和乳化剂3～5份混合制成。
2.根据权利要求1所述的相变自调温外墙保温饰面砖，其特征在于：所述乳化剂采用KH系列硅烷偶联剂。
3.根据权利要求1所述的相变自调温外墙保温饰面砖，其特征在于：所述硅石烧结料是由石英岩、石英砂、石英砂岩、脉石英和交代硅质角岩其中任意一种硅石矿烧结制成。
4.根据权利要求1所述的相变自调温外墙保温饰面砖，其特征在于：所述膨胀珍珠岩微粒、硅石烧结料和炉渣料的粒径均为0.5～1mm。
5.一种用于权利要求1所述相变自调温外墙保温饰面砖的制作方法，其特征在于：它是按以下步骤进行：
(1)制备硅石烧结料：
a)取硅石矿置入烧结炉内进行烧结，烧结温度为1100～1200℃，保温1～2小时，烧结成多孔体状的烧结料，然后在常温下冷却，粉碎过筛，制成粒度为0.5～1mm的多孔体硅石烧结微粒料备用；
b)取炉渣料，将其粉碎过筛，制成粒度为0.5～1mm的多孔体硅质炉渣微粒料备用；
(2)制备相变芯料：按所述配比取石蜡或饱和脂肪酸、粒度为0.5～1mm的膨胀珍珠岩微粒和制备的多孔体硅矿石烧结微粒料或多孔体硅质炉渣微粒料，先将石蜡置于搅拌机内加热乳化，加热温度为60～80℃，然后按所述配比加入膨胀珍珠岩微粒和制备的多孔体硅石烧结微粒料或炉渣微粒料，充分搅拌均匀后，再送至烘干设备中进行低温烘干，烘干温度为45～50℃，烘干时间2～3小时，制成相变芯料备用；
(3)制备封装壳料：按所述配比分别取硫酸铝、硅酸钠和乳化剂，置入反应釜内进行加热，加热温度控制在80～100℃，并混合搅拌均匀后，制成浆状封装壳料备用；
(4)制备相变调温骨料：按所述配比取制备的相变芯料与浆状封装壳料置入搅拌机内进行混合搅拌，使浆状封装壳料均匀的裹敷在相变芯料表面，然后取出并置入烘干炉内，在35～45℃低温条件下烘干，封装壳料在相变芯料外部形成一层硬壳，制成相变调温骨料备用；
(5)制备相变保温层湿料：按所述配比取相变保温层原料，包括果壳型膨胀珍珠岩保温骨料、相变调温骨料及水泥，将相变保温层原料置入搅拌机内，并按每立方米保温层原料加水100～120公斤的比例注入水，搅拌均匀，制成相变保温层湿料备用；
(6)制备无机饰面层湿料：按所述配比分别称取饰面层原料，包括石英砂、氧化钙、碳酸钙、水泥和氧化硅，并粉碎过筛制成粒度为180～230目粉末，均匀混合后，按原料∶水＝100∶10～50的重量比加水，搅拌均匀制成无机饰面层湿料备用；
(7)复合压制成型：按相变保温层湿料∶无机饰面层湿料＝100∶5～20重量配比，将无机饰面层湿料均匀摊铺在压制模具底部，再将相变保温层湿料倒入压制模具，通过压力机压制，压制成型为一体结构的保温饰面砖湿坯，然后将保温饰面砖湿坯置于烘干炉内，在45～70℃温度条件下，低温烘干5～12小时，即制成相变自调温外墙保温饰面砖成品。
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