CN102219455B - 一种无机轻集料保温隔热板材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无机轻集料防火保温板材及其制备方法，该板材采用R2O-B2O3-SiO2系溶胶作为固化粘结剂，粘结剂组分包括：按质量分数，20％～50％R2O，4％～10％B2O3，40％～80％SiO2。制备方法包括将无机轻集料与R2O-B2O3-SiO2系溶胶固化粘结剂充分混合后，放入模具中压制成型，脱模后经200～500℃的热处理即得保温隔热板材。本发明防火性能好，与建筑物同寿命，具有良好的机械强度、较低导热系数、低吸水吸湿性、软化系数高，较好地解决了同类无机轻质保温隔热板材在耐水性方面存在的问题；制备方法工艺简单，成本低，具有良好的应用前景。

Description

一种无机轻集料保温隔热板材及其制备方法
技术领域
本发明属于保温隔热板材领域，特别涉及一种无机轻集料保温隔热板材及其制备方法。
背景技术
建筑墙体保温技术所采用的保温材料从应用上可分为有机、无机、复合型三大类。从我国多年实施节能建筑政策的实践过程看，在取得了重大经济效益和社会效益的同时，也暴露出来了令人十分担忧的问题。在这些问题中最突出的当属实施墙体保温所采用的保温材料：当前，出于技术性和经济性的简单考量，以聚苯板和聚氨酯为主的有机类外墙保温材料占据着80％以上的市场。而这些有机类保温材料最突出的问题有以下三个方面：(1)有机类保温材料易燃，存在严重的火灾安全隐患，而且在燃烧过程中释放出有毒气体，对人身体健康造成损害。(2)有机类墙体保温材料容易老化，存在保温性能衰减及脱落、开裂一系列问题。(3)以聚苯板、聚氨酯材料为代表的有机类墙体保温材料的原材料均来自于石油副产品，在国际国内石油资源日益短缺的形势下，也不适宜长期作为墙体保温材料。
大力开展无机类墙体保温新材料的研究开发工作，以替代有机类墙体保温材料不但是当务之急，更应作为可持续发展的长期战略。因此，以轻质多孔结构的无机轻集料为原料的保温板材的研究迅速升温。无机轻集料可以是膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、陶砂、膨胀矿渣珠、海泡石、玻化微珠或闭孔膨胀珍珠岩。但它们大多数是亲水性材料，容易由于其较差的耐水性从而保温板材质量下降。采用有机固化粘结剂的保温隔热板材虽然在材质的防水性能方面具有一定的优势，但这种以导热系数稍高的无机类膨胀珍珠岩为保温骨料，以易燃易老化并且具有较低机械强度和较差耐温性的有机类材料为结构性粘结材料的方式显然是兼具了有机无机材料的弱点，不具备在建筑节能领域内的实际应用前景。
粘结剂影响着保温隔热板材的强度、耐水性、老化等性能，而当前所采用的无机固化粘结剂的无机保温隔热板材比较共同的缺点在于导热系数偏高、吸水吸湿性大、软化系数低，严重地影响到无机轻集料低廉价格下带来的高效性能特点。
目前用于建筑方面的无机粘结剂主要是水玻璃系粘结剂。水玻璃是由碱金属氧化物和二氧化硅结合而成的可溶性碱金属硅酸盐材料，又称泡花碱。水玻璃可根据碱金属的种类分为钠水玻璃和钾水玻璃(在工业生产中经常用到的是钠系水玻璃)，其分子式分别为Na2O·nSiO2和K2O·nSiO2.式中的系数n称为水玻璃模数，是水玻璃中的氧化硅和碱金属氧化物的分子比（或摩尔比）。水玻璃模数是水玻璃的重要参数，一般在1.5-3.5之间。水玻璃模数越大，固体水玻璃越难溶于水，n为1时常温水即能溶解，n加大时需热水才能溶解，n大于3时需4个大气压以上的蒸汽才能溶解。水玻璃模数越大，氧化硅含量越多，水玻璃粘度增大，易于分解硬化，粘结力增大。
现有的水玻璃系粘结剂的硬化剂方案主要有二氧化碳硬化水玻璃、有机酯硬化水玻璃、氟硅酸钠硬化水玻璃等。这些硬化剂对水玻璃系的保温隔热板材的耐水性有一定的提高，但是对于建筑节能市场要求的保温隔热板材具有高耐候性是远远不够的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种无机轻集料保温隔热板材及其制备方法，该板材防火性能好，与建筑物同寿命，具有良好的机械强度、较低导热系数、低吸水吸湿性、软化系数高；制备方法工艺简单，成本低，具有良好的应用前景。
本发明的一种无机轻集料保温隔热板材，其特征在于：该板材采用R2O-B2O3-SiO2系溶胶作为固化粘结剂，粘结剂组分包括：按质量分数，20%～50%R2O，4%～10%B2O3，40%～80%SiO2，其中R为Li、Na或K。
本发明的一种无机轻集料保温隔热板材的制备方法，包括：
（1）将水玻璃、硼酸或硼砂、水以及水玻璃中碱金属对应的碱按重量比100:6~12:20~200:4~7搅拌混合均匀，加热至60℃~80℃进行0.5~4h的保温热处理得R2O-B2O3-SiO2系溶胶先驱液，将溶胶先驱液加水搅拌，进行水解缩聚得R2O-B2O3-SiO2系溶胶固化粘结剂；
（2）将上述溶胶固化粘结剂与与无机轻集料按质量比1:0.5～5充分混合后，放入模具中压制成型，脱模后经200～500℃的热处理即得无机轻集料保温隔热板材。
所述步骤（2）中的无机轻集料为膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、陶砂、膨胀矿渣珠、海泡石、玻化微珠或闭孔膨胀珍珠岩，松散堆积密度为70~160kg/m3。
本发明的R2O-B2O3-SiO2系溶胶固化粘结剂是经过溶解过程、熟化热处理过程以及水解缩聚过程制得。先将硼酸或硼砂及水玻璃中碱金属对应的碱加入到水玻璃中溶解并搅拌混合均匀。这是一个溶解过程，与水玻璃原液相比所得液体无明显变化。然后将其加热到60℃~80℃，并在该温度下进行0.5~4h的保温热处理，此时得到的是R2O-B2O3-SiO2系溶胶先驱液。这是一个发生了化学反应的过程，其主要现象是无色透明液体变浑浊了，变粘稠了。最后将R2O-B2O3-SiO2系溶胶先驱液加水搅拌，进行水解缩聚形成一种富含多硼酸盐、多硅酸盐及硅酸胶体纳米粒子的R2O-B2O3-SiO2三元溶胶。所得的R2O-B2O3-SiO2三元溶胶与其先驱液相比变澄清了。
本发明的R2O-B2O3-SiO2系溶胶固化粘结剂，是从高化学稳定性高耐久性碱金属硼硅系玻璃及其内秉结构特征的角度出发的。这种粘结剂对于保温隔热板材的耐水性有所提高的关键在于硼元素，经200～500℃的中低温热处理时，一定条件下B3+有夺取游离氧形成硼氧四面体的趋势，使结构趋向紧密，即硼能提高玻璃的低温黏度。
有益效果
（1）本发明防火性能好，与建筑物同寿命，具有良好的机械强度、较低导热系数、低吸水吸湿性、软化系数高，较好地解决了同类无机轻质保温隔热板材在耐水性方面存在的问题；
（2）制备方法工艺简单，成本低，具有良好的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
以松散堆积密度为120kg/m3的膨胀珍珠岩为轻集料，R2O-B2O3-SiO2系溶胶固化粘结剂按重量份计的配方为钠系水玻璃100，硼酸6，水50，氢氧化钠7，其中水玻璃的模数为2.5，波美度为50°Bé。将这些原料搅拌混合均匀，加热至60℃进行0.5h的保温热处理得R2O-B2O3-SiO2系溶胶先驱液，将溶胶先驱液加水搅拌，进行水解缩聚获得R2O-B2O3-SiO2系溶胶粘结剂，此时粘结剂主要成分质量分数为：R2O 30%，B2O3 6%，SiO2 64%。然后将膨胀珍珠岩送入转动的转筒中，粘结剂与膨胀珍珠岩的质量比为1:0.5，膨胀珍珠岩在转筒中不断搅动与雾状粘结剂充分接触，从出料口出料，放入模具中以压缩比为2进行压制成型，脱模后经500℃热处理即可获得采用R2O-B2O3-SiO2系溶胶固化粘结剂的膨胀珍珠岩基保温隔热板材。
试验研究结果表明，与水玻璃、水玻璃加氟硅酸钠硬化剂的粘结体系相比，采用R2O-SiO2-B2O3系溶胶固化粘结剂的膨胀珍珠岩基保温隔热板材的耐水性有明显改善作用，如表1、2所示。采用R2O-SiO2-B2O3系溶胶固化粘结剂的膨胀珍珠岩基保温隔热板材在经过500℃的热处理后，其软化系数达到了0.8以上，在沸水中蒸煮24h的失重率也不到1%。
表1不同热处理温度下几种固化粘结剂的软化系数对比
Figure GDA00001741507800041
表2不同热处理温度下几种固化粘结剂的失重率对比
Figure GDA00001741507800042
采用本发明的R2O-B2O3-SiO2系溶胶固化粘结剂的膨胀珍珠岩基保温隔热板材性能的检测结果如下：
  项目   性能数据
  容重   260kg/m3
  导热系数   0.075W/mK
  抗压强度   0.75MPa
  软化系数   80.6%
  失重率   1.7%
实施例2
以松散堆积密度为130kg/m3的玻化微珠为轻集料，R2O-B2O3-SiO2系溶胶固化粘结剂按重量份计的配方为钾系水玻璃100，硼砂8，水50，氢氧化钾3，其中水玻璃的模数为2.5，波美度为50°Bé。将这些原料搅拌混合均匀，加热至80℃进行4h的保温热处理得R2O-B2O3-SiO2系溶胶先驱液，将溶胶先驱液加水搅拌，进行水解缩聚获得R2O-B2O3-SiO2系溶胶粘结剂，此时粘结剂主要成分质量分数为：R2O 40%，B2O3 8%，SiO2 52%。然后将玻化微珠送入搅拌池中，粘结剂与玻化微珠的质量比为1:1，玻化微珠在转筒中不断搅动与雾状粘结剂充分接触，从出料口出料，放入模具中以压缩比为2进行压制成型，脱模后经200℃的热处理即可获得采用R2O-B2O3-SiO2系溶胶固化粘结剂的玻化微珠基保温隔热板材。
采用本发明的R2O-B2O3-SiO2系溶胶固化粘结剂的玻化微珠基保温隔热板材性能的检测结果如下：
  项目   性能数据
  容重   280kg/m3
  导热系数   0.078W/mK
  抗压强度   0.74MPa
  软化系数   82.3%
  失重率   0.9%
实施例3
以松散堆积密度为75kg/m3的玻化微珠为轻集料，R2O-B2O3-SiO2系溶胶固化粘结剂按重量份计的配方为钾系水玻璃100，硼砂7，水50，氢氧化钾4，其中水玻璃的模数为2.5，波美度为50°Bé。将这些原料搅拌混合均匀，加热至70℃进行2h的保温热处理得R2O-B2O3-SiO2系溶胶先驱液，将溶胶先驱液加水搅拌，进行水解缩聚获得R2O-B2O3-SiO2系溶胶粘结剂，此时粘结剂主要成分质量分数为：R2O 40%，B2O3 8%，SiO2 52%。然后将玻化微珠送入搅拌池中，粘结剂与玻化微珠的质量比为1:2，玻化微珠在转筒中不断搅动与雾状粘结剂充分接触，从出料口出料，放入模具中以压缩比为2进行压制成型，脱模后经200℃的热处理即可获得采用R2O-B2O3-SiO2系溶胶固化粘结剂的玻化微珠基保温隔热板材。
采用本发明的R2O-B2O3-SiO2系溶胶固化粘结剂的玻化微珠基保温隔热板材性能的检测结果如下：
  项目   性能数据
  容重   250kg/m3
  导热系数   0.072W/mK
  抗压强度   0.71MPa
  软化系数   83.4%
  失重率   0.8%
实施例4
以松散堆积密度为150kg/m3的膨胀蛭石为轻集料，R2O-B2O3-SiO2系溶胶固化粘结剂按重量份计的配方为锂系水玻璃100，硼砂4，水50，氢氧化锂7，其中水玻璃的模数为2.5，波美度为50°Bé。将这些原料搅拌混合均匀，加热至65℃进行1h的保温热处理得R2O-B2O3-SiO2系溶胶先驱液，将溶胶先驱液加水搅拌，进行水解缩聚获得R2O-B2O3-SiO2系溶胶粘结剂，此时粘结剂主要成分质量分数为：R2O 25%，B2O3 4%，SiO2 71%。然后将膨胀蛭石送入搅拌池中，粘结剂与膨胀蛭石的质量比为1:3，膨胀蛭石在转筒中不断搅动与雾状粘结剂充分接触，从出料口出料，放入模具中以压缩比为2进行压制成型，脱模后经300℃的热处理即可获得采用R2O-B2O3-SiO2系溶胶固化粘结剂的膨胀蛭石基保温隔热板材。
采用本发明的R2O-B2O3-SiO2系溶胶固化粘结剂的膨胀蛭石基保温隔热板材性能的检测结果如下：
  项目   性能数据
  容重   300kg/m3
  导热系数   0.073W/mK
  抗压强度   0.89MPa
  软化系数   83.5%
  失重率   1.3%
实施例5
以松散堆积密度为120kg/m3的膨胀珍珠岩为轻集料，R2O-B2O3-SiO2系溶胶固化粘结剂按重量份计的配方为钠系水玻璃100，硼砂12，水50，氢氧化钠4，其中水玻璃的模数为2.5，波美度为50°Bé。将这些原料搅拌混合均匀，加热至75℃进行3h的保温热处理得R2O-B2O3-SiO2系溶胶先驱液，将溶胶先驱液加水搅拌，进行水解缩聚获得R2O-B2O3-SiO2系溶胶粘结剂，此时粘结剂主要成分质量分数为：R2O 35%，B2O3 10%，SiO2 55%。然后将膨胀珍珠岩送入搅拌池中，粘结剂与膨胀珍珠岩的质量比为1:5，膨胀珍珠岩在转筒中不断搅动与雾状粘结剂充分接触，从出料口出料，放入模具中以压缩比为2进行压制成型，脱模后经500℃的热处理即可获得采用R2O-B2O3-SiO2系溶胶固化粘结剂的膨胀珍珠岩基保温隔热板材。
采用本发明的R2O-B2O3-SiO2系溶胶固化粘结剂的膨胀珍珠岩基保温隔热板材性能的检测结果如下：
  项目   性能数据
  容重   268kg/m3
  导热系数   0.072W/mK
  抗压强度   0.79MPa
  软化系数   81.7%
  失重率   1.1%
实施例6
以松散堆积密度为140kg/m3的陶砂为轻集料，R2O-B2O3-SiO2系溶胶固化粘结剂按重量份计的配方为钾系水玻璃100，硼酸12，水50，氢氧化钾4，其中水玻璃的模数为2.5，波美度为50°Bé。将这些原料搅拌混合均匀，加热至75℃进行4h的保温热处理得R2O-B2O3-SiO2系溶胶先驱液，将溶胶先驱液加水搅拌，进行水解缩聚获得R2O-B2O3-SiO2系溶胶粘结剂，此时粘结剂主要成分质量分数为：R2O 20%，B2O3 5%，SiO2 75%。然后将陶砂送入转动的转筒中或者搅拌池中，粘结剂与陶砂的质量比为1:1，陶砂在转筒中不断搅动与雾状粘结剂充分接触，从出料口出料，放入模具中以压缩比为2压制成型，脱模后经200的热处理即可获得采用R2O-B2O3-SiO2系溶胶固化粘结剂的陶砂基保温隔热板材。
采用本发明的R2O-B2O3-SiO2系溶胶无机固化粘结剂的陶砂基保温隔热板材性能的检测结果如下：
  项目   性能数据
  容重   290kg/m3
  导热系数   0.078W/mK
  抗压强度   0.92MPa
  软化系数   82.3%
  失重率   0.9%
实施例7
以松散堆积密度为130kg/m3的海泡石为轻集料，R2O-B2O3-SiO2系溶胶固化粘结剂按重量份计的配方为钠系水玻璃100，硼酸12，水20，氢氧化钠4，其中水玻璃的模数为2.5，波美度为50°Bé。将这些原料搅拌混合均匀，加热至60℃进行0.5h的保温热处理得R2O-B2O3-SiO2系溶胶先驱液，将溶胶先驱液加水搅拌，进行水解缩聚获得R2O-B2O3-SiO2系溶胶粘结剂，此时粘结剂主要成分质量分数为：R2O 20%，B2O3 5%，SiO2 75%。然后将海泡石送入转动的转筒中，粘结剂与海泡石的质量比为1:3，海泡石在转筒中不断搅动与雾状粘结剂充分接触，从出料口出料，放入一定的模具中以压缩比为2压制成型，脱模后经300℃的热处理即可获得采用R2O-B2O3-SiO2系溶胶固化粘结剂的海泡石基保温隔热板材。
本实施例的R2O-B2O3-SiO2系溶胶无机固化粘结剂的海泡石基保温隔热板材性能的检测结果如下：
  项目   性能数据
  容重   270kg/m3
  导热系数   0.078W/mK
  抗压强度   0.78MPa
  软化系数   84.1%
  失重率   0.8%
实施例8
以松散堆积密度为160kg/m3的膨胀矿渣珠为轻集料，R2O-B2O3-SiO2系溶胶固化粘结剂按重量份计的配方为钠系水玻璃100，硼酸12，水200，氢氧化钠4，其中水玻璃的模数为2.5，波美度为50°Bé。将这些原料搅拌混合均匀，加热至80℃进行2h的保温热处理得R2O-B2O3-SiO2系溶胶先驱液，将溶胶先驱液加水搅拌，进行水解缩聚获得R2O-B2O3-SiO2系溶胶粘结剂，此时粘结剂主要成分质量分数为：R2O 20%，B2O3 5%，SiO2 75%。然后将膨胀矿渣珠为送入转动的转筒中，粘结剂与膨胀矿渣珠为的质量比为1:4，膨胀矿渣珠为在转筒中不断搅动与雾状粘结剂充分接触，从出料口出料，放入模具中以压缩比为2压制成型，脱模后经500℃的热处理即可获得采用R2O-B2O3-SiO2系溶胶固化粘结剂的膨胀矿渣珠为基保温隔热板材。
采用本发明的R2O-B2O3-SiO2系溶胶无机固化粘结剂的膨胀矿渣珠基保温隔热板材性能的检测结果如下：
  项目   性能数据
  容重   290kg/m3
  导热系数   0.078W/mK
  抗压强度   0.96MPa
  软化系数   85.32%
  失重率   1.4%

Claims (3)

1.一种无机轻集料保温隔热板材，其特征在于：该板材采用R2O-B2O3-SiO2系溶胶作为固化粘结剂，粘结剂组分包括：按质量分数，20%～50%R2O，4%～10%B2O3，40%～80%SiO2，质量分数总和为100%，其中R为Li、Na或K。
2.一种如权利要求1所述的无机轻集料保温隔热板材的制备方法，包括：
（1）将水玻璃、硼酸或硼砂、水以及水玻璃中碱金属对应的碱按重量比100:6～12:20～200:4～7搅拌混合均匀，加热至60℃～80℃进行0.5～4h的保温热处理得R2O-B2O3-SiO2系溶胶先驱液，将溶胶先驱液加水搅拌，进行水解缩聚得R2O-B2O3-SiO2系溶胶固化粘结剂；
（2）将上述溶胶固化粘结剂与无机轻集料按质量比1:0.5～5充分混合后，放入模具中压制成型，脱模后经200～500℃的热处理即得无机轻集料保温隔热板材。
3.根据权利要求2的一种无机轻集料保温隔热板材的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中的无机轻集料为膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、陶砂、膨胀矿渣珠、海泡石或玻化微珠，松散堆积密度为70～160kg/m3。
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CN101740160A (zh) * 2009-11-20 2010-06-16 湖南利德电子浆料有限公司 金属铝基板厚膜电路用介质浆料及其制备方法
CN101863622A (zh) * 2009-04-15 2010-10-20 李胜春 一种掺杂纳米氧化物的红色焊料玻璃及其制备方法

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