CN101913838A - 低碳高效复合硅酸镁节能保温材料 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低碳高效复合硅酸镁节能保温材料，其中各原料按如下重量百分比组成：海泡石21％～27％，硅酸盐成浆棉10％～13％，珍珠岩6％～8％，硅藻土5％～7％，硅酸钠1％～3％，菱苦土1％～2％，硅酸铝高温棉14％～23％，水镁石14％～22％，高温粘结剂6％～8％，稳定剂1％～3％，渗透剂3％～4％。经检测表明：本保温材料不仅导热系数更低、使用温度更宽、粘接力更强，而且耐急冷急热性能好，不发生开裂，无毒无尘无污染。本保温材料可广泛应用于化工、石油、电力、冶金、轻工、食品、医药、交通、国防、建筑等行业。

Description

低碳高效复合硅酸镁节能保温材料

技术领域

本发明涉及一种节能保温材料，具体地说，是一种低碳高效复合硅酸镁节能保温材料。

背景技术

近年来，随着国家经济建设进入高速发展的阶段，国内化工、石油、电力、冶金、轻工、食品、医药、交通、国防等行业，对保温材料的年需求量达15亿立方。其中，对硅酸镁保温材料的市场需求已达到5亿立方，年均需求增幅高达25％以上。特别是国家对建筑业强制使用优质保温材料的政策，进一步扩大了国内对硅酸镁保温材料的需求量。而面对高速增长的市场需求和广泛应用，对硅酸镁保温材料提出了更高的要求，不仅要导热系数更低、使用温度更宽、粘接力更强，而且要求耐急冷急热性能好，不发生开裂，无毒无尘无污染。现有的硅酸镁保温材料还不能达到许多应用领域的要求。国内市场上有关于复合硅酸镁保温涂料，其使用温度仅有分别为：-40℃～700℃、-40～800℃、40～800℃、800℃的报道。

中国专利文献公开了一种“硅酸镁保温、隔热材料及其制备方法(公开号CN101139176A)。该材料各配方组分及其质量百分比为：海泡石2.5～5％、坡缕石0.0～4％、蛇纹石绒2.5～5％、硅酸钠2.0～5％、珍珠岩2.5～5％、粘结剂4.5～6.5％、钛白粉0.0～0.2％、渗透剂0.6～0.9％、工业硝酸钠0.4～0.8％、双氢磷酸铝0.4～0.8％、水75～82％、高纯硅酸铝纤维棉0.4～0.5％；其制备方法包括有：1)粘结剂的制备、2)胶泥料的制备和3)板、管型材的制备三大过程。采用该专利技术制作而成的保温材料的导热系数在常温下为0.043W/m·K、安全使用温度范围为：-45℃～800℃。它虽然应用领域广、能产生社会、经济效益，但存在的问题是：仍然采用传统的在搅拌机内注水的搅拌工艺和方法，不停的注水搅拌需要长时间的搅拌操作，使得工人的劳动强度较大、成本相对较高，且不环保节能。同时，该保温材料的导热系数高、使用温度范围小；粘结力附着力一般，有时还是需要在作业面上焊接保温材料铺件，才能将该保温材料粘结附着在一些形状较为复杂的工件上。有研究表明，如果长期身处高浓度的蛇纹石石棉环境中，对肺部可产生有害影响，因此，该保温材料不易于安全生产和劳动保护。

中国专利文献还公开了一种“微孔硅酸镁保温材料及其生产方法(公开号CN1097182A)，该硅酸镁保温材料的各组分及其重量百分比为：海泡石粉1～3％，珍珠岩粉1～3％，石棉2～6％，快速渗透剂0.5～1.5％，乳胶1～3％，硅胶2～6％，水80～93％，各组分总和为100％，将各组分充分搅拌均匀后再烘干就可获得微孔硅酸镁保温材料，经加工后可制成板、管、毡、异型壳体等各种成型保温材料。它的导热系数在常温下为0.052W/m·K，适用温度范围为：-40℃～600℃，有一定的抗压、抗拉强度和弹性。但存在的问题是：仍然采用传统的在搅拌机内注水的搅拌工艺和方法，不停的注水搅拌需要长时间的搅拌操作，使得工人的劳动系数较强、成本相对较高，且不环保节能。同时，该保温材料的导热系数高、使用温度范围小、粘结力附着力一般，有时还需要将保温材料成型在施工材料表面，才能进行后续的施工，没有提及该保温材料在急冷急热情况下的性能如何，没有提及该保温材料能否回收循环再使用。石棉本身并无毒害，但是石棉具有微小的石棉纤维，当石棉纤维被吸入人体内，就会附着并沉积在肺部，造成肺部疾病，如：石棉肺，胸膜和腹膜的皮间瘤。这些肺部疾病往往会有很长的潜伏期(肺癌一般15-20年、间皮瘤20-40年)，严重时引起肺癌。石棉已被国际癌症研究中心肯定为致癌物。因此，该保温材料不易于安全生产和劳动保护。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种不仅导热数更低、使用温度范围更宽、粘结力附着力更强，耐急冷急热性能好，成本低、无毒无尘无污染的低碳高效复合硅酸镁节能保温材料。

实现本发明的技术方案是：在传统的技术配方基础上添加了水镁石纤维、硅藻土和菱苦土，即采用海泡石、硅酸盐成浆棉、珍珠岩、硅藻土、硅酸钠、菱苦土为基料，复合其它硅酸盐轻质材料，配加高温粘结剂、渗透剂和稳定剂，生产的复合硅酸镁系列节能保温材料。

本保温材料的各原料组分按如下重量百分配比：

海泡石21％～27％，硅酸盐成浆棉10％～13％，珍珠岩6％～8％，硅藻土5％～7％，硅酸钠1％～3％，菱苦土1％～2％，硅酸铝高温棉14％～23％，水镁石14％～22％，高温粘结剂6％～8％，稳定剂1％～3％，渗透剂3％～4％。

优选配比为：

海泡石21％～25％，硅酸盐成浆棉10％～12％，珍珠岩6％～8％，硅藻土6％～7％，硅酸钠1％～2％，菱苦土1％～2％，硅酸铝高温棉17％～23％，水镁石19％～22％，高温粘结剂7％～8％，稳定剂1％～2％，渗透剂3.5％～4％。

最佳配比为：

海泡石21％，硅酸盐成浆棉10％，珍珠岩6％，硅藻土6％，硅酸钠2％，菱苦土1％，硅酸铝高温棉20％，水镁石20％，高温粘结剂8％，稳定剂2％，渗透剂4％。

所述稳定剂是液体盐基钡锌混合物，盐基∶钡锌＝1∶2重量份。

所述渗透剂是快T、JFC或JFC-M。

所述高温粘结剂是831胶或磷酸二氢铝。

所述保温材料在-50℃～1000℃温度范围使用。

本发明中：具体配方在传统的技术配方基础上添加了水镁石纤维、硅藻土及菱苦土。水镁石、硅藻土、菱苦土作为一种软体保温材料，可以增强保温材料的柔软性。硅藻土的孔隙度大、吸收性强、化学性质稳定、耐磨、耐热、有优异的表面性能、增容、增稠以及提高附着力，能缩短干燥时间、降低成本，同时，它不含有毒化学物质，除具不燃、隔音、防水、重量轻以及优异的隔热保温效果外，还有除湿、除臭、净化室内空气等作用；菱苦土具有高度耐火绝缘性能，它膨胀而不产生收缩和裂缝，有较好的抗裂性能；水镁石是一种天然矿物纤维，它具有无色、无味、无致癌物的特点，增加材料的柔韧度，提高绝热效果，它可代替石棉和海泡石给于调节复合保温材料的热胀冷缩，防止开裂。上述材料如果用量过多，会使组成的保温材料过于柔软，硬度不够，影响施工性能：用量过少，则会降低保温材料的柔软性，作为保温板材使用，会使其防折断性能下降，同样也不利于施工。本发明采用的具体用量为：水镁石14％～22％，硅藻土5％～7％、菱苦土1％～2％。

硅酸盐成浆棉和硅酸铝高温棉，作为无性保温材料有利于提高保温材料的强度和耐高温(硅酸铝高温棉可耐高温1200℃)，而且保温性能非常好，用于调节复合保温材料的柔软性。在本发明采用的具体用量为：硅酸盐成浆棉10％～13％、硅酸铝高温棉14％～23％。

珍珠岩，作为一种轻质保温材料，在本发明中起添加作用，并且因其自身呈空心微粒，可以在保温材料中构成微量气流通道，有利于提高保温性能。如果用量过多，会使组成的保温材料产生开裂，降低折弯性能；用量过少同样会造成保温材料内部气流通道减少，不利于保温性能。本发明采用的具体用量为：珍珠岩6％～8％。

碳酸钠作为一种粘结剂成份，主要用于提高保温材料的粘结性能，及调节保温材料的热胀冷缩性能，本发明采用的具体用量为：硅酸钠1％～3％。

高温粘结剂，主要作用是在高温中保持优良的粘结性能，可以采用磷酸二氢铝或831胶等。本发明采用的具体用量为：高温粘结剂6％～8％。

此外，本发明中还根据技术要求，加入21％～27％的海泡石(硅酸镁)粉，一种软体保温材料，在本发明中起发松作用，增强保温材料的柔软性，并且耐高温性极好，可以耐1700℃高温；1％～2％的菱苦土，用于支撑骨料，可以提高复合材料的凝固力，及结合强度，增强材料强度；1％～3％的稳定剂，本发明采用添加功能性的复合稳定剂，具体是：液体盐基钡锌混合物，其中盐基∶钡锌＝1∶2(重量份)，其优越的热稳定性和润滑性、抗光老性，能提高无机填料的保温性能；3％～4％的渗透剂，如快T(磺化琥珀酸二辛酯钠盐)、JFC(脂肪醇聚氧乙烯醚)或JFC-M(以聚氧乙烯醚化合物为主体，酌加若干高效渗透剂复配而成)，能够帮助海泡石、硅酸盐成浆棉在水中互相渗透，是表面活性剂或有机或无机溶剂。

本发明低碳高效复合节能硅酸镁系列保温材料，是以非金属矿、无机纤维和粒状无机原料为基料，复合其它硅酸盐轻质材料，配加添加剂、耐高温粘接剂和稳定剂合成的最新型保温材料。本发明的保温材料经中国测试技术研究院、国家能源部电力建设研究所、公安部四川消防科研所、四川建材科研院等单位检测，各项技术指标均到达和超过了国家规定标准，属国内最新一代保温材料。

本发明的产品具有以下特征：

1、表面密度(P)：180±20kg/m3，远远低于国标，属轻质保温材料；

2、导热系数(λ)：0.041w/m.k(0.037Kcal/m.h.℃)；

3、吸收率(λ)：≤0.5％；

4、线收缩率(H)：≤2％；

5、酸碱度(PH值)：7～7.5；

6、憎水率：≥90％；

7、抗折射度(R)：≥0.3kPa；

8、抗压强度(o)：≥0.3kPa；

9、安全使用温度：-50℃～+1000℃；+800℃～+1700℃；

10、燃烧性能级别：不然性A级；

11、生态环保性能：透气、可回收循环使用；

12、耐冻融：从温室骤冷至零下195℃，加温至零上600℃，120小时内重复两次。试件外形表面无裂痕、鼓泡、剥离及变色现象。

本发明的低碳高效复合硅酸镁节能保温材料有益效果表现在：

1、具有良好的保温性能。该材料保温性能特别优越，常温下的导热系数降至0.035W/m·K～0.041W/m·K。与本发明最接近的现有技术：中国专利文献CN101139176A提供的保温材料导热系数在常温下为0.043W/m·K，CN1097182A提供的保温材料导热系数在常温下为0.052W/m·K。本发明常温下的导热系数远小于CN1097182A提供的保温材料的导热系数；与CN101139176A提供的保温材料的导热系数尽管差别不大，但是要达到同等的保温隔热效果，本发明要节约工程投资15％～25％。

2、使用范围广。与本发明最接近的现有技术：中国专利文献CN101139176A提供的保温材料使用温度范围为-45℃～800℃，CN1097182A提供的保温材料使用温度范围为-40℃～600℃的使用范围，本发明提5～6∶4～5高了保冷和保温的使用范围，保温材料达到-50℃～+1000℃的温度范围，大大超越了上述两者的使用温度范围。而且，本发明的保温材料达到+800℃～+1700℃的温度范围，且均有良好适应性。特别在高温状态下，保温性能更加明显。同时，该产品在液氮温度下经受剧冷试验(-195℃)不发生变形和开裂，在喷灯下加热，仍然完好无损。因而解决了低温状态下保冷问题。由此证明该材料具有耐急冷急热性能的没有可比的保温材料。

3、可塑性强。该复合硅酸镁保温材料可任意造形，对阀体、异形管、死角、旋转体、泵类特别有效。解决了不规则设备及部件，由于预制麻烦、不易保温的技术难题，大大增加了保温复盖率，给保温领域带来新的使用价值。

4、不燃烧性能好。不燃烧是保温材料应具备的另一重要性质，本发明的保温材料抗燃烧性能极好。试验表明：在喷灯下加热(1700℃)不燃，据检测，用硅酸镁材料涂抹在三块200×25×10毫米木炭上，或用5mm木板制成三个200×200×200毫米木箱上，要求涂抹完整，无裂纹，孔隙，干燥后置于50公斤木材中点火燃烧。木材烧尽后，内中木炭火木箱完好。锯开木炭和木箱，无着火和燃烧痕迹。确认该材料为“不燃性材料”。

5、粘接性能好，施工方便，不需要其他辅助材料，大大节约人力、物力和财力，且易于检查渗漏和修补。经检测，本发明的保温材料的粘结强度为0.25kg/cm²，证明该保温材料适用于任何载体，只需涂敷在载体表面，保温层不会因自身重量而脱落。这一性能还为工业上原无法保温或不易保温的旋转体(如造纸厂蒸球)、经常开关的炉门、有振动的部件等等的保温隔热带来新的希望，对锥体、倒运面的保温亦带来方便，解决了工厂长期不易解决的难题，扩大了保温节能范围。在建筑墙体上使用，由于该材料自身粘结好，还具有一定韧性，能承受碰撞，因而能实现“保温层整体密封”，大大减少了热能的缝隙穿漏损失，具有重要隔热价值。同时，在保温材料的表面装饰任何材料，不会脱落、开裂，且保温保冷效果不变，性能稳定。

相比CN101139176A和CN1097182A，本发明完全不需要其他辅助材料和辅助手段，即可对任何载体进行保温隔热，施工工艺更加简单，只需用泥工或一般人员稍加培训，掌握一定技巧即可施工，大大降低了施工困难，大大节约了人力、物力和财力，减少工程的造价，直接节约工程费用20～50％。施工时，保温材料的使用率高，几乎没有损耗，全部利用，与其它保温材料相比损失量为零。同时，本保温材料可反复回收利用。设备检修时，卸下的保温材料，可以完全回收进行科学配方再利用，而其效果性能不变。

一般保温材料若遇设备、管道渗漏，往往难以断定部位，因保温层厚而且与壁面接触部分为“搭接”，渗漏可沿二者壁面下流而难以判断渗漏点，极为麻烦。但是本发明的保温材料是粘连型的保温材料，渗漏液不可能沿壁面下流，而只会直接穿透浸湿保温层，这样十分易于发现渗漏点。检修时只须“挖”掉一小块，修好后只需要再在此处涂抹本发明的保温材料即可恢复原状。

6、安全生产和劳动保护。由于本发明的保温材料无毒无尘，不刺激人体，加之PH值在7～7.5，对人体皮肤不刺激，因而利于环境保护和劳动保护。相比CN101139176A和CN1097182A，本发明采用的所有原材料无色、无味、无致癌物，不含有毒化学物质，不刺激皮肤，粉尘和纤维含量小，并且能保持施工现场的清洁。

7、使用寿命长、不老化，具有防腐功能。本发明的保温材料是以天然的无机纤维矿物质、无机粒状材料为原料的产品，抗老化性能强，经使用证明：在露天管道上使用，保温层无脱落开裂现象，封闭良好。检测时，在50公斤木材中燃烧仍完好无损，无裂缝出现，在取样试验中，用酸、碱、油、水中浸泡两年以上，该保温材料未溶解、未脱落、未腐蚀，因此确定为不老化、不变质性能稳定的最新一代保温材料。产品PH＝7～7.5，与设备紧密粘结，整个保温层处于密封状态，隔绝设备与空气、水及其它物体的接触，成了无机油漆，对设备自然防腐。

8、社会效益和经济效益极高。按1万m³硅酸镁计，采用本发明制得的保温材料使用后，每年可节约煤30万吨，可供30个年耗煤1万吨的大厂使用，若全国年使用5000万m³米硅酸保温材料，年节约煤达15亿吨煤。相当于全国煤炭产量的20％，因此直接费用、连锁效益均十分可观。本发明可以广泛应用于化工、石油、电力、冶金、轻工、食品、医药、机械、电子、冶金、纺织、交通、建筑、民用及军事工业等各领域使用。该产品具有保温隔热、保冷防冻、防火、防水、防腐、抗静电、隔音、可塑性强、可任意造型等突出优点，广泛用于热力设备的保温隔热、防水、防水、防腐，特别是在异型设备和建筑墙体上使用，效果更为显著。与国内外同类产品相比，综合造价可降低20％～50％，是目前国内保温材料行业中，质量和综合性价比最优的新型保温材料。

具体实施方式

本发明技术方案内容和以下的具体实施方式，仅是实验得出的较佳取值范围，并非精确极值，适当偏离本发明区间端值，也能够得到与本发明基本相同效果，同样属于本发明保护的范围。

实施例1：

以每一立方产品的配方是按上述技术方案百分比算，总量为100％。

本保温材料，各原料组分按重量百分配比为：取海泡石21％，硅酸盐成浆棉13％，珍珠岩6％，硅藻土7％，硅酸钠1％，菱苦土1％，硅酸铝高温棉23％，水镁石14％，831胶8％，液体盐基钡锌混合物(其中盐基∶钡锌＝1∶2重量份)2％，快T(磺化琥珀酸二辛酯钠盐)4％。制备液体盐基钡锌混合物：取盐基1重量份，钡锌2重量份。

本发明低碳高效复合硅酸镁节能保温材料的具体生产步骤如下：

1)按以上原料配方，所述配方采用电脑精选原材料进行配方。并将所有物料进行筛选、剔除杂质，粉碎物料至规定大小。

2)将海泡石、硅酸盐成浆棉加入快T，再加入80℃～120℃的开水，海泡石、硅酸盐成浆棉和快T的重量与水的重量比为1～3∶7～9(重量份)，浸泡30至60分钟，得到浸泡热料。

3)将硅酸铝高温棉、水镁石、菱苦土和液体盐基钡锌混合物加水，硅酸铝高温棉、水镁石、菱苦土和液体盐基钡锌混合物的重量与水的重量比为5～6∶4～5(重量份)，电加热至80℃～120℃，搅拌30至40分钟，得到电加热料。

4)将2)、3)中得到的浸泡料、电加热料混合，加入珍珠岩、硅藻土、硅酸钠、831胶和水，浸泡料、电加热料和珍珠岩、硅藻土、硅酸钠和831胶的重量与水的重量比为1～3∶7～9(重量份)，电加热至150℃～200℃，搅拌10～20分钟。

5)消泡1小时～2小时。

6)消泡后可以直接得到稠糊浆体状的涂料，直接装罐得到成品；也可以根据不同需要，将保温材料进行后期制作，制得各式各样的板、毡等。

实施例2：

以每一立方产品的配方是按上述技术方案的百分比算，总量为100％，

本保温材料，各原料组分按重量百分配比为：取海泡石25％，硅酸盐成浆棉10％，珍珠岩6％，硅藻土6％，硅酸钠2％，菱苦土2％，硅酸铝高温棉17％，水镁石19％，磷酸二氢铝：7％，液体盐基钡锌混合物(其中盐基∶钡锌＝1∶2重量份)3％，快T(磺化琥珀酸二辛酯钠盐)3％。

生产方法同实施例一，将本实施例2配方的物料进行筛选、除杂质、粉碎、混合、电加热、搅拌而成。

实施例3：

以每一立方产品的配方是按上述技术方案的百分比算，总量为100％。

本保温材料，各原料组分按重量百分配比为：取泡石27％，硅酸盐成浆棉12％，珍珠岩8％，硅藻土5％，硅酸钠1％，菱苦土1％，硅酸铝高温棉14％，水镁石22％，831胶6％，液体盐基钡锌混合物(盐基∶钡锌＝1∶2重量份)1％，JFC-M(以聚氧乙烯醚化合物为主体，酌加若干高效渗透剂复配而成)3％。

生产方法同实施例一，将本实施例3配方的物料进行筛选、除杂质、粉碎、混合、电加热、搅拌而成。

实施例4：

以每一立方产品的配方是按上述技术方案的百分比算，总量为100％。

本保温材料，各原料组分按重量百分配比为：取海泡石21％，硅酸盐成浆棉13％，珍珠岩6％，硅藻土6％，硅酸钠3％，菱苦土1％，硅酸铝高温棉23％，水镁石14％，831胶7.5％，液体盐基钡锌混合物(其中盐基∶钡锌＝1∶2重量份)2％，JFC(脂肪醇聚氧乙烯醚)3.5％。

生产方法同实施例一，将本实施例4配方的物料进行筛选、除杂质、粉碎、混合、电加热、搅拌而成。

实施例5：

以每一立方产品的配方是按上述技术方案的百分比算，总量为100％。

本保温材料，各原料组分按重量百分配比为：取海泡石21％，硅酸盐成浆棉10％，珍珠岩6％，硅藻土6％，硅酸钠2％，菱苦土1％，硅酸铝高温棉20％，水镁石20％，831胶或磷酸二氢铝8％，液体盐基钡锌混合物(其中盐基∶钡锌＝1∶2重量份)2％，快T(磺化琥珀酸二辛酯钠盐)4％。

生产方法同实施例一，将本实施例5配方的物料进行筛选、除杂质、粉碎、混合、电加热、搅拌而成。

本发明保温材料，原料可以采用市售“新料”，为降低成本，也可以采用原有废弃保温材料经分选出的“旧料”，并且“新料”与“旧料”可以混合搭配使用。本发明具体组分中的水镁石、硅藻土、菱苦土、硅酸盐成浆棉和硅酸铝高温棉，都可以重复使用。因此，可以对所述材料的废料进行回收利用，如回收利用使用过的硅酸盐成浆棉或硅酸铝高温废棉，以降低本发明保温材料的制造成本。

本发明保温材料样品经德阳市旌阳区质量技术监督局抽样，送至四川省建材科研院进行检验，其检验结果见表一。

表一本发明保温材料样品检验结果

Claims (7)

1.一种低碳高效复合硅酸镁节能保温材料，其特征在于：该材料各原料按如下重量百分比组成：

海泡石21％～27％，硅酸盐成浆棉10％～13％，珍珠岩6％～8％，硅藻土5％～7％，硅酸钠1％～3％，菱苦土1％～2％，硅酸铝高温棉14％～23％，水镁石14％～22％，高温粘结剂6％～8％，稳定剂1％～3％，渗透剂3％～4％。

2.根据权利要求1所述的复合硅酸镁节能保温材料，其特征在于：所述各原料按如下重量百分比组成：

海泡石21％～25％，硅酸盐成浆棉10％～12％，珍珠岩6％～8％，硅藻土6％～7％，硅酸钠1％～2％，菱苦土1％～2％，硅酸铝高温棉17％～23％，水镁石19％～22％，高温粘结剂7％～8％，稳定剂1％～2％，渗透剂3.5％～4％。

3.根据权利要求1所述的复合硅酸镁节能保温材料，其特征在于：所述各原料按如下重量百分比组成：

海泡石21％，硅酸盐成浆棉10％，珍珠岩6％，硅藻土6％，硅酸钠2％，菱苦土1％，硅酸铝高温棉20％，水镁石20％，高温粘结剂8％，稳定剂2％，渗透剂4％。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的复合硅酸镁节能保温材料，其特征在于：所述稳定剂是液体盐基钡锌混合物，盐基∶钡锌＝1∶2重量份。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的复合硅酸镁节能保温材料，其特征在于：所述渗透剂是快T、JFC或JFC-M。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的复合硅酸镁节能保温材料，其特征在于：所述高温粘结剂是831胶或磷酸二氢铝。

7.根据权利要求1所述的复合硅酸镁节能保温材料，其特征在于：所述保温材料在-50℃～1000℃温度范围使用。