CN102086129A - 一种以凝灰岩为主要原料的轻质高强发泡材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以凝灰岩为主要原料的轻质高强发泡材料，由下列原料按照质量分数比制备而成：凝灰岩30~60％、珍珠岩尾粉60~0％、玻璃粉0~40％、碳化硅0.5~2.5％、磷酸钠1.5~3.5％、硼砂1.5~3.5％、水0~30％。本发明的目的在于以凝灰岩为主要原料，珍珠岩尾粉和玻璃粉为辅料，添加适量的发泡剂、稳泡剂和助熔剂，制备一种轻质高强无机发泡材料。本发明不仅为开发利用凝灰岩提供了新途径，而且有利于废物利用，保护环境，发泡温度低，制备工艺简单易行，结果稳定性好。
Description
技术领域
本发明涉及隔热保温、吸声材料领域，尤其涉及一种以凝灰岩为主要原料的轻质高强发泡材料及其制备方法。
背景技术
传统发泡材料主要有有机发泡材料和无机发泡材料。有机发泡材料具有密度小、吸水率低、弹性好的优点，广泛用于包装材料，也用于建筑隔热保温，其缺点是强度低、耐老化性差、易燃、燃烧有毒等；无机发泡材料具有良好的隔热保温、吸声和不燃特性，是较高级的保温隔热或隔音材料，其不仅可作为轻质建筑材料，还可广泛用于石油、化工、冷藏等工业领域。
目前，常用的建筑保温材料主要有聚苯乙烯、聚氨酯和酚醛树酯等有机聚合物发泡材料，这类材料隔热保温性能好、密度小、防水性能好，但是易燃，同时其所带来的环境问题也不容忽视；常用的无机保温材料主要有膨胀珍珠岩、蛭石、玻化微珠、岩棉、泡沫玻璃等，这类材料防火不燃、性能稳定，但隔热保温性能不如有机保温材料。
我国有丰富的凝灰岩、珍珠岩等非金属矿产资源，但关于凝灰岩应用的研究还比较薄弱，大量的凝灰岩资源未得到利用。另外，在珍珠岩生产过程中会产生大量的尾粉，这些尾粉未得到有效利用，不仅造成资源浪费，而且污染环境。
因此，提供一种以凝灰岩为主要原料，同时利用珍珠岩等废弃的尾粉作为原料，起到废物重新再利用，且能够很好的保护环境的轻质高强发泡材料及其制备方法，已是一个亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于以凝灰岩为主要原料，珍珠岩尾粉和玻璃粉为辅料，添加适量的发泡剂、稳泡剂和助熔剂，制备一种轻质高强无机发泡材料。本发明不仅为开发利用凝灰岩提供了新途径，而且有利于废物利用，保护环境，制备工艺简单易行，结果稳定性好。
本发明的目的是这样实现的：
一种以凝灰岩为主要原料的轻质高强发泡材料，其特征在于，由下列原料按照质量分数比制备而成：凝灰岩30~60％、珍珠岩尾粉60~0％、玻璃粉0~40％、碳化硅0.5~2.5％、磷酸钠1.5~3.5％、硼砂1.5~3.5％和水0~30％。
一种以凝灰岩为主要原料的轻质高强发泡材料，其具体制备方法如下：
（1）将凝灰岩原矿、废玻璃分别球磨至160~200目，筛分、选取160~200目珍珠岩尾粉；
（2）按质量分数凝灰岩30~60％，珍珠岩尾粉60~0％，玻璃粉0~40％，制备成基础原料；
（3）向步骤（2）制得的基础原料中填入基础原料质量分数0.5~2.5％的碳化硅作发泡剂、1.5~3.5％的磷酸钠作稳泡剂、1.5~3.5％的硼砂作为助熔剂，将步骤（2）制得的基础原料和添加剂混合球磨5~20 min，制备成混合料，料球比为1:2；
（4）向步骤（3）制得的混合料中加入质量分数为0~30％的水，制备成湿料，在2~7 MPa压力下用模具将湿料压制成坯体，将所制得的坯体放入耐热钢模具，移入程序升温炉中进行烧制。
所述的程序升温炉中的具体烧制程序为：
a、预热阶段：以10~25 ℃/min的升温速率从室温25 ℃升温至300~400 ℃，保温10~30 min；
b、发泡阶段：从预热温度以10~25 ℃/min的升温速率升温至900~1000 ℃，保温10~50 min；
c、 冷却退火阶段：以10~15 ℃/min的速率降温至500~600 ℃，并保温10~30 min，而后缓慢冷却至室温，即得到轻质高强发泡材料制品。
所用主要原料为凝灰岩，辅助原料为玻璃粉和珍珠岩尾粉其粒度均在160~200目。
所用的发泡剂为碳化硅，稳泡剂为磷酸钠、助熔剂为硼砂，其中碳化硅掺量0.5~2.5％，磷酸钠掺量1.5~3.5％，硼砂掺量1.5~3.5％。
混合料加水量0~30％，坯体成型压力2~7 MPa。
轻质高强发泡材料的烧制程序分为预热、发泡、冷却退火阶段，烧成温度900~1000 ℃。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、以凝灰岩、玻璃粉和珍珠岩尾粉为基础原料，为开发利用凝灰岩提供了一个良好途径，还能再利用玻璃粉和珍珠岩尾粉，充分利用了资源，保护了环境；
2、在基础原料里，只需再加入其质量分数0.5~2.5％的发泡剂碳化硅、1.5~3.5％的稳泡剂磷酸钠和1.5~3.5％的助熔剂硼砂，即可以制成发泡原料，添加剂用量和种类少，发泡温度低，工艺简单，降低了生产成本；
3、所制得发泡材料的密度0.3~0.75 g/cm3，抗压强度 2.50~7.00 MPa，密度低，抗压强度高；
4、根据使用性能要求，产品的性能指标可通过调整配料比例、发泡温度及发泡温度下保温时间等参数进行调整，即产品性能指标可调且易控；
5、所得产品保温隔热、耐火性能良好，化学性质稳定，对其它物品无腐蚀作用，无毒、无放射性伤害，不会分解或释放出有害物质。
附图说明
图为本发明的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
一种以凝灰岩为主要原料的轻质高强发泡材料，其特征在于，由下列原料按照质量分数比制备而成：凝灰岩30~60％、珍珠岩尾粉60~0％、玻璃粉0~40％、碳化硅0.5~2.5％、磷酸钠1.5~3.5％、硼砂1.5~3.5％和水0~30％。
一种以凝灰岩为主要原料的轻质高强发泡材料，其具体制备方法如下：
（1）将凝灰岩原矿、废玻璃分别球磨至160~200目，筛分、选取160~200目的珍珠岩尾粉；
（2）按质量分数凝灰岩30~60％，珍珠岩尾粉60~0％，玻璃粉0~40％，制备成基础原料；
（3）向步骤（2）制得的基础原料中填入基础原料质量分数0.5~2.5％的碳化硅作发泡剂、1.5~3.5%的磷酸钠作稳泡剂、1.5~3.5％的硼砂作助熔剂。将步骤（2）制得的基础原料和添加剂混合球磨5~20 min，制备成混合料，料球比为1:2；
（4）向步骤（3）制得的混合料中加入质量分数为0~30％的水，制备成湿料，在2~7MPa压力下用模具将湿料压制成坯体，将所制得的坯体放入耐热钢模具，移入程序升温炉中进行烧制。
所述的程序升温炉中的具体烧制程序为：
a、预热阶段：从室温25 ℃以10~25 ℃/min的升温速率升温至300~400 ℃，保温10~30 min；
b、发泡阶段：从预热温度以10~25 ℃/min的升温速率升温至900~1000 ℃，保温10~50 min；
c、冷却退火阶段：以10~15 ℃/min的速率降温至500~600 ℃，并保温10~30 min，而后缓慢冷却至室温，即得到轻质高强发泡材料制品。
所用主要原料为凝灰岩，辅助原料为玻璃粉和珍珠岩尾粉，其粒度均在160~200目。
所用的发泡剂为碳化硅，稳泡剂为磷酸钠、助熔剂为硼砂，其中碳化硅掺量为0.5~2.5％，磷酸钠掺量为1.5~3.5%，硼砂掺量为1.5~3.5％。
混合料加水量为0~30％，坯体成型压力2~7 MPa。
轻质高强发泡材料的烧制程序分为预热、发泡、冷却退火阶段，烧成温度900~1000 ℃。
实施例1：
（1）将凝灰岩原矿、废玻璃分别球磨至160~200目，筛分、选取160~200目的珍珠岩尾粉；
（2）按质量分数岩凝灰岩55％，珍珠岩尾粉5％，玻璃粉40％，制备成基础原料；
（3）向步骤（2）制得的基础原料中加入基础原料质量分数1.00％的碳化硅做发泡剂、2.5％的磷酸钠做稳泡剂、2.5％的硼砂做助熔剂，将步骤（2）制得的基础原料和添加剂混合球磨10 min，制备成混合料，料球比为1:2；
（4）向步骤（3）制得的混合料中加入质量分数为20％的水，制备成湿料，在3.75 MPa压力下用模具将湿料压制成坯体，将所制得的坯体放入耐热钢模具，移入程序升温炉中进行烧制。
所述的程序升温炉中的具体烧制程序为：
a、预热阶段：从室温25 ℃以20 ℃/min的升温速率升温至300 ℃，保温20 min；
b、发泡阶段：从预热温度以20 ℃/min的升温速率升温至980℃，保温30min；
c、冷却退火阶段：以10℃/min的速率降温至600 ℃，并保温20 min，而后缓慢冷却至室温，即得到轻质高强发泡材料制品。
所制得的发泡材料泡径均匀，密度0.46 g/cm3，抗压强度3.60 MPa。
实施例2：
（1）将凝灰岩原矿、废玻璃分别球磨至160~200目，筛分、选取160~200目的珍珠岩尾粉；
（2）按质量分数岩凝灰岩50％，珍珠岩尾粉10％，玻璃粉40％，制备成基础原料；
（3）向步骤（2）制得的基础原料中加入基础原料质量分数1.00％的碳化硅做发泡剂、2.5％的磷酸钠做稳泡剂、2.5％的硼砂做助熔剂，将步骤（2）制得的基础原料和添加剂混合球磨10 min，制备成混合料，料球比为1:2；
（4）向步骤（3）制得的混合料中加入质量分数为20％的水，制备成湿料，在3.75 MPa压力下用模具将湿料压制成坯体，将所制得的坯体放入耐热钢模具，移入程序升温炉中进行烧制。
a、预热阶段：从室温25 ℃以20 ℃/min的升温速率升温至300 ℃，保温20 min；
b、发泡阶段：从预热温度以20 ℃/min的升温速率升温至975 ℃，保温30min；
c、 冷却退火阶段：以10 ℃/min的速率降温至600 ℃，并保温20 min，而后缓慢冷却至室温，即得到轻质高强发泡材料制品。
所制得的发泡材料泡径均匀，密度0.46 g/cm3，抗压强度3.60 MPa。
实施例3：
（1）将凝灰岩原矿、废玻璃分别球磨至160~200目，筛分、选取160~200目的珍珠岩尾粉；
（2）按质量分数岩凝灰岩55％，珍珠岩尾粉5％，玻璃粉40％，制备成基础原料；
（3）向步骤（2）制得的基础原料中填入基础原料质量分数0.5％的碳化硅做发泡剂、2.5％的磷酸钠做稳泡剂、2.5％的硼砂做助熔剂，将步骤（2）制得的基础原料和添加剂混合球磨10 min，制备成混合料，料球比为1:2；
（4）向步骤（3）制得的混合料中加入质量分数为20％的水，制备成湿料，在3.75 MPa压力下用模具将湿料压制成坯体，将所制得的坯体放入耐热钢模具，移入程序升温炉中进行烧制。
a、预热阶段：从室温25 ℃以20 ℃/min的升温速率升温至300 ℃，保温20 min；
b、发泡阶段：从预热温度以20 ℃/min的升温速率升温至970 ℃，保温30 min；
c、 冷却退火阶段：以10 ℃/min的速率降温至600 ℃，并保温20 min，而后缓慢冷却至室温，即得到轻质高强发泡材料制品。
所制得的发泡材料泡径均匀，密度0.65 g/cm3，抗压强度6.00 MPa。
实施例4：
（1）将凝灰岩原矿、废玻璃分别球磨至160~200目，筛分、选取160~200目的珍珠岩尾粉；
（2）按质量分数岩凝灰岩45％，珍珠岩尾粉15％，玻璃粉40％，制备成基础原料；
（3）向步骤（2）制得的基础原料中填入基础原料质量分数1.00％的碳化硅做发泡剂、2.5％的磷酸钠做稳泡剂、2.5％的硼砂做助熔剂，将步骤（2）制得的基础原料和添加剂混合球磨10 min，制备成混合料，料球比为1:2；
（4）向步骤（3）制得的混合料中加入质量分数为20％的水，制备成湿料，在3.75 MPa压力下用模具将湿料压制成坯体，将所制得的坯体放入耐热钢模具，移入程序升温炉中进行烧制。
a、预热阶段：从室温25 ℃以20 ℃/min的升温速率升温至300 ℃，保温20 min；
b、发泡阶段：从预热温度以20 ℃/min的升温速率升温至980℃，保温30 min；
c、 冷却退火阶段：以10 ℃/min的速率降温至600 ℃，并保温20 min，而后缓慢冷却至室温，即得到轻质高强发泡材料制品。
所制得的发泡材料泡径均匀，密度0.43 g/cm3，抗压强度3.50 MPa。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、以凝灰岩、废玻璃粉和珍珠岩尾粉为基础原料，为开发利用凝灰岩提供了一个良好途径，还能再利用废玻璃粉和珍珠岩尾粉，充分利用了资源，保护了环境；
2、在基础原料里，只需再加入其质量分数0.5~2.5％的发泡剂碳化硅、1.5~3.5％的稳泡剂磷酸钠、1.5~3.5％的助熔剂硼砂就可以制成发泡原料，添加剂用量和种类少，发泡温度低，工艺简单，降低了生产成本；
3、所制得发泡材料的密度0.3~0.75 g/cm3，抗压强度 2.50~7.00 MPa，密度低，抗压强度高；
4、根据使用性能要求，产品的性能指标可通过调整配料比例、发泡温度及发泡温度下保温时间等参数进行调整，即产品性能指标可调且易控；
5、所得产品保温隔热、耐火性能良好，化学性质稳定，对其它物品无腐蚀作用，无毒、无放射性伤害，不会分解或释放出有害物质。
以上实施例仅用于说明本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代和改进等，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围之内。
Claims (7)
1.一种以凝灰岩为主要原料的轻质高强发泡材料，其特征在于，由下列原料按照质量分数比制备而成：凝灰岩30~60％、珍珠岩尾粉60~0％、玻璃粉0~40％、0.5~2.5％的碳化硅、1.5~3.5％的磷酸钠、1.5~3.5％的硼砂和0~30％的水。
2.如权利要求1所述的一种以凝灰岩为主要原料的轻质高强发泡材料，其具体制备方法如下：
（1）将凝灰岩原矿、废玻璃分别球磨至160~200目，筛分、选取160~200目珍珠岩尾粉；
（2）按质量分数凝灰岩30~60％，珍珠岩尾粉60~0％，玻璃粉0~40％，制备成基础原料；
（3）向步骤（2）制得的基础原料中加入基础原料质量分数0.5~2.5％的碳化硅作发泡剂、1.5~3.5％的磷酸钠作稳泡剂、1.5~3.5％的硼砂作助熔剂，将步骤（2）制得的基础原料和添加剂混合球磨5~20 min，制备成混合料，料球比为1:2；
（4）向步骤（3）制得的混合料中加入质量分数为0~30％的水，制备成湿料，在2~7 MPa压力下用模具将湿料压制成坯体，将所制得的坯体放入耐热钢模具，移入程序升温炉中进行烧制。
3.根据权利要求2所述的一种以凝灰岩为主要原料的轻质高强发泡材料的制备方法，其特征在于：所述的程序升温炉中的具体烧制程序为：
a、预热阶段：以10~25 ℃/min的升温速率从室温25 ℃升温至300~400 ℃，保温10~30 min；
b、发泡阶段：从预热温度以10~25 ℃/min的升温速率升温至900~1000 ℃，保温10~50 min；
c、冷却退火阶段：以10~15 ℃/min的速率降温至500~600 ℃，并保温10~30 min，而后缓慢冷却至室温，即得到轻质高强发泡材料制品。
4.根据权利要求1所述的一种以凝灰岩为主要原料的轻质高强发泡材料，其特征在于：所用主要原料为凝灰岩，辅助原料为玻璃粉和珍珠岩尾粉，其粒度均在160~200目。
5.根据权利要求1所述的一种以凝灰岩为主要原料的轻质高强发泡材料，其特征在于：所用的发泡剂为碳化硅，稳泡剂为磷酸钠、助熔剂为硼砂，其中碳化硅掺量0.5~2.5％，磷酸钠掺量1.5~3.5％，硼砂掺量1.5~3.5％。
6.根据权利要求2所述的一种以凝灰岩为主要原料的轻质高强发泡材料的制备方法，其特征在于：混合料加水量为0~30％，坯体成型压力2~7 MPa。
7.根据权利要求3所述的一种以凝灰岩为主要原料的轻质高强发泡材料的制备方法，其特征在于：轻质高强发泡材料的烧制程序分为预热、发泡、冷却退火阶段，烧成温度900~1000 ℃。
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