CN102503523A

CN102503523A - 一种以煤矸石和纳米级无机硅树脂制造轻质保温材料的方法

Info

Publication number: CN102503523A
Application number: CN2011102947695A
Authority: CN
Inventors: 王敬尊; 王霆
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-10-08
Filing date: 2011-10-08
Publication date: 2012-06-20

Abstract

本发明提供一种为煤矸石粉或粉煤灰等粉体材料作骨料，以合成纳米级硅树脂化合物作粉体泡壁支撑材料和粘接剂，以动物多肽蛋白胶、植物粘多糖为发泡剂，使煤矸石粉等形成稳定的微空多泡体，在常温或500～800℃烧结固化，由此制造轻质、不燃、高强度的无机保温降噪建筑墙体材料。

Description

一种以煤矸石和纳米级无机硅树脂制造轻质保温材料的方法

技术领域

本发明涉及一种以煤矸石为骨料，以合成纳米级无机硅树脂为胶粘剂，以动物多肽蛋白胶、植物粘多糖和表面活性剂为复合发泡剂，制造轻质建筑保温材料的方法。

背景技术

我国是世界产煤大国，年产煤30多亿吨。在煤的开采生产过程中，伴生总煤量30-50％的煤矸石，各个煤矿造出的许多煤矸石山，不仅占据了宝贵的土地资源，且不断地污染大气和地下水源。煤矸石的综合利用，多年来一直是国家环境治理和能源生产的重大课题，目前主要开发用于制作建筑水泥和砖体材料，以及公路、坑道、土壤等的地基填料，但总消耗不到三分之一的煤矸石存量，而且由于生产制作费用和运输费用较高，其经济利用效益都较低，急需研究和开发煤矸石综合利用中高附加值新产品的制造方法。

在建筑行业中，根据国家环保节能和消防安全的要求，所有建筑物的外墙应使用高温不燃的无机保温材料，以尽快取代目前广泛使用的极易燃烧引发火灾和高毒性的聚苯乙烯、聚氨酯等有机发泡保温材料。在市售无机保温材料中目前主要有发泡水泥、加气粉煤灰砖、多空玻化微珠、陶化微珠、泡沫玻璃、膨化珍珠岩、膨化蛭石等产品，这些品种只占目前整个市场保温材料很少的部分。主要原因是这些产品制造大多需破碎、研磨并需在1000～1350℃高温烧结，耗费很大的能源；膨化珍珠岩、蛭石等产品原料来源不多；其中常温下固化发泡水的泥型材容重仍显太重，一般在400kg/m³以上，产品制作后的“成熟时间”长达数十天，其产品的强度仍不能满足建筑应用性能的需要，且建筑施工操作也有诸多不便。直接用煤矸石作骨料，制造轻质发泡保温材料，尚未见工业规模成果报道。

煤矸石的化学成分随不同的煤矿来源有很多差异。主要区分为高铝质、粘土质和砂岩质的硅酸盐三大类，本发明提供的纳米级无机硅树脂胶粘剂，可和煤矸石骨料发生化学结合，生成难溶性的Al、Fe、Ca、Mg盐，形成煤矸石粉的泡壁材料和粉体的粘结剂，与本发明提供的动物多肽蛋白胶、植物粘多糖和表面活性剂的复合发泡剂，使煤矸石粉发泡并在常温下快速固化，或较低的温度500～800℃下烧结固化成型，制成轻质、不燃和高强度的无机建筑墙体保温材料。

发明详述

本发明提供一种以纳米级硅树脂胶作为煤矸石粉的泡壁支撑材料和粉体的粘接剂，以动物多肽蛋白胶、植物粘多糖和表面活性剂组成的复合发泡剂，使煤矸石粉形成稳定的微空多泡体，在常温下固化或在较低的温度450～700℃下烧结固化成型，由此制造出轻质、不燃、高强度无机建筑保温和降噪材料。

1.本发明一方面的内容是合成了多种纳米级无机硅树脂溶胶，作为煤矸石粉泡壁的支撑材料和粘接剂，其化学结构通式如下所示：

式中：M：Na，K，Li等；

H_d：5～10％的磷酸、硫酸、碳酸、盐酸等无机酸水溶液；

M₂O∶SiO₂＝(3～5)∶(25～29)，摩尔比；

聚合度m＝10～20；

其产品具有很好的粘接性、防水性和稳定性，可作为多种粉体材料的粘接剂和泡壁的支撑材料，其制造方法实施例详述如下。在实施例中除了另有说明外，所有原材料的份数和百分数均按重量计算。

实施例1

合成出上述1中通式表述的一种纳米级无机硅树脂水溶胶(I)，作为煤矸石粉体常温固化的泡壁支撑材料和粘接剂，其工业制造方法具体描述如下。

在模数2.5～2.8的100份工业硅酸钠水溶液中，加入50～100份水，在室温强力搅拌下，把10～20份浓度为5～10％的无机酸水溶液，作为聚合催化剂，以喷雾或细流的方法缓慢加入，控制催化剂溶液加入速度，使在溶液中发生缩聚反应时瞬间出现的乳白色胶体能迅速消失为佳；催化剂溶液加完后反应即完成，可合成出150～200份的纳米级硅树脂水溶胶(I)，以此作为煤矸石粉的泡壁支撑材料和粘接剂。缩聚反应的催化剂为5～10％的无机酸水溶液，如磷酸、硫酸、碳酸、盐酸等；产品的外观为微有乳白色的粘稠液体，质量特征控制摩尔比如下：M₂O∶SiO₂＝(3～6)∶(20～30)摩尔比；聚合度m＝10～20；含固量：15～25％，相对密度1.1～1.2；凝固点＜-10℃；pH：11～12。本法合成的纳米级硅树脂水溶胶化合物，其特点具有良好粘接性、强度高、防水性能好、高温不燃，可在常温下快速固化，产品质量可控，性能稳定，在-10～50℃储藏一年不变质。

实施例2

一种作为煤矸石粉泡壁支撑材料和粘接剂的纳米级无机硅树脂水溶胶(II)制作方法，选用50份模数2.6～2.8的硅酸钠水溶液，加30～50份水，把5～10份无机酸水溶液(浓度为5～10％)催化剂和5～10份氟硅酸钠混合，作为缩合促聚剂，以喷雾或细流的方法缓慢加入，控制缩合促聚剂溶液加入速度，使在溶液中发生缩聚反应时瞬间出现的乳白色胶体能迅速消失为佳；催化剂溶液加完后反应即完成，搅拌均匀生成纳米级硅树脂溶胶(II)，此产品可加快发泡煤矸石粉在常温的固化速度。

实施例3

一种作为煤矸石粉泡壁支撑材料和粘接剂的固体硅树脂胶(III)制作方法：选用50份模数3.5～3.7的固体硅酸钠，加10～20份高岭土，10～20份钠玻璃粉作助粘接剂，加10份明矾作缩聚催化剂，磨细混匀，制成固体硅树脂胶粘接剂(III)，与煤矸石粉通过发泡结合，在较低的温度下烧结固化成型材，可有效地增强煤矸石多空体的强度；焙烧固化温度可降低到450～700℃，优选500～600℃。

2.本发明另一内容是制作复合发泡剂的方法，其详细的制法说明如下：

实施例精选动物蛋白胶粉为30～40份，20～30份的松香酸钠，10～20份的海藻胶，3～5份的12烷基硫酸钠，0.5～1.5份烷基酰胺(优选尼纳儿)，加60份水，加热溶解，搅拌均匀而成。产品的主要性能指标：外观为棕黄色液体，pH 7～8；固含量30～40％；相对密度～1.0；凝固点＜-10℃；产品发泡能力强，1公斤发泡剂的发泡量300～500L；泡沫稳定性好，泡体一般可稳定4h。

3.本发明用于骨料的煤矸石需经粉碎并磨成粒度直径为0.1～2.0mm的细粉。也可用粉煤灰、高岭土、炉灰等其它沙石的细粉料，以及各种经过预发泡和焙烧的玻化多空微粒、陶化多空微球、膨化珍珠岩、膨化蛭石、泡沫玻璃等，均需磨成粒度直径为0.1～2.0mm的细粉，优选0.3～1.0mm，取代煤矸石粉作骨料，制成容重更轻的无机保温材料。

4.制作无机轻质板材的工艺操作实施例如下。

实施例1

把本发明发泡剂和水按1∶20～40比例混合，然后用市售高速制泡机强力搅拌制泡，直至泡沫颗粒细小均匀、泡沫体积不再增加，即制好发泡体；再将60份煤矸石粉，加10～20份粘接剂(I)，预搅拌制成均匀的骨料浆体；按发泡剂∶骨料浆体＝1∶100～300份的比例把骨料浆体加到制好的发泡体中，搅拌均匀后，即刻浇注在不同规格的模具中成板材，在室温下固化，即成轻质保温墙体板材。

实施例2

将60份煤矸石粉骨料粉，加30～50份水搅拌，再加10～20份粘接剂(II)，制成均匀的骨料浆体；把本发明发泡剂和水按1∶20～40比例混合，然后用市售高速制泡机强力搅拌制泡，直至泡沫颗粒细小均匀、泡沫体积不再增加为止；按发泡剂∶骨料浆＝1∶100～300重量比例加入，搅拌均匀后即刻在不同规格的模具中浇注成板材型，常温固化，即成轻质保温墙体板材。

实施例3

取60份煤矸石骨料粉，加约5～10份固体粘接剂(III)，30～50份水搅拌，制成均匀的骨料浆体；把本发明发泡剂和水按1∶20～40比例混合，然后用市售高速制泡机强力搅拌制泡，直至泡沫颗粒细小均匀、泡沫体积不再增加为止。按发泡剂∶骨料浆＝1∶100～300重量比例加入，搅拌均匀后浇注在不同规格的模具中成板材型，在高温500～700℃烧结固化，优选500～600℃，即成轻质保温墙体板材。

实施例4

将60份粒度直径为0.1～2.0mm煤矸石骨料粉，加约20～30份固体硅树脂粘接剂(III)，30～50份水搅拌，制成均匀的骨料浆体，在高温固500～800℃雾化，优选500～600℃，一次发泡烧结成的玻化或陶质多空微球；再取60份粒径0.1～2mm一次发泡制成的多空微球，加10～20份粘接剂(I)，预搅拌制成均匀的骨料浆体，按发泡剂∶骨料浆体＝1∶100～300份比例加入制好的发泡体中，作二次发泡，搅拌均匀后即刻浇注在不同规格的模具中成板材，在室温下固化，即成轻质保温墙体板材。

5.煤矸石制造轻质墙体保温材料工艺流程示例：

5.本发明制成的轻质墙体材料，容重80～300kg/m³，抗压强度大于0.6Mpa，导热系数0.080W/(m.k)，耐温-50～800℃；施工厚度3-5厘米，板材重5～15kg/m²。产品符合国标GB/T11968-1997一等品和A级防火建材。

6.如用本发明的(I)号胶粘剂在成型的板材表面喷施或浸泡一次，可进一步增强板材的机械强度。

Claims

1.一种以煤矸石做骨料制备建筑轻体保温墙体材料的方法，其特征是以本发明合成的纳米级无机硅树脂作泡壁支撑材料和粉体粘接剂，以动物多肽蛋白胶和植物粘多糖作和表面活性剂作复合发泡剂，使煤矸石粉或粉煤灰等其它粉体，高度分散成微孔多泡体，在室温下快速固化，或在较低的温度下烧结固化，制成多空、轻体、不燃的建筑无机保温材料。

2.按照权利1要求所述方法，作为煤矸石粉泡壁支撑材料和粉体粘接剂的无机硅树脂(I)的合成方法，其特征在于取100份模数2.5～2.8的工业硅酸盐(Na，K，Li的盐，优选硅酸钠)水溶液，加入50～100份水，在室温强力搅拌下，把10～30份5～10％无机酸水溶液催化剂以喷雾或细流的方法缓慢加入，控制反应速度，使在溶液中局部瞬间出现的乳白色胶体能迅速消失为佳；反应完成后的制成纳米级无机硅树脂(I)。

3.按照权利1要求所述方法，其合成纳米级无机硅树脂(I)特征在于外观为微有乳白色的粘稠液体，质量标准特征摩尔比控制如下：M₂O∶SiO₂＝(3～5)∶(25～29)；聚合度m＝10～20；含固量：20～25％，用于制作多空轻质建筑保温材料的常温固化剂。

4.按照权利1要求所述其合成另一种硅树脂(II)胶的方法，特征在于取50份模数2.6～2.8的硅酸钠水溶液，30～50份水，加5～10份氟硅酸钠，搅拌均匀生成纳米级无机硅树脂溶胶(II)，作煤矸石粉体骨料的泡壁支撑材料和粉体粘接剂，可加快制作多空轻质建筑保温材料的常温下的固化速度。

5.按照权利1要求所述要求合成另一种无机硅树脂(III)的方法，其特征在于取50份模数3.5～3.7的固体硅酸钠，加5～10％钠玻璃粉，加10份明矾，磨细混匀成固体无机硅树脂粘接剂(III)，较低温度烧结固化，作为粉体骨料的泡壁支撑材料和粘接剂，制作多空轻质建筑保温材料。

6.按照权利1要求所述合成复合发泡剂的方法，其特征在于精选动物蛋白胶粉为30～40份，20～30份的松香酸钠，10～20份的海藻胶，3～5份的12烷基硫酸钠，0.5～1.5份烷基酰胺(优选尼纳儿)，加60份水，加热溶解，搅拌均匀而成。产品的主要性能指标：产品外观为棕黄色液体，pH 7～8；固含量30～40％；相对密度～1.0；凝固点＜-10℃；产品发泡能力强，1公斤发泡剂的发泡量300～500L；泡沫稳定性好，一般＞4h稳定不变。产品外观为棕黄色液体，可把煤矸石粉体发泡制成稳定的高度分散微孔体。

7.按照权利1要求所述制作煤矸石发泡方法，其特征在于将60份煤矸石骨料粉，加约20～30份无机硅树脂粘接剂(II)，30～50份水搅拌，制成均匀的骨料浆体，加入本发明权利要求5的发泡剂，按发泡剂∶骨料浆＝1∶100～300重量比例加入发泡，搅拌均匀后在模具中浇注成板型材，在室温快速固化即成无机轻质保温材料。

8.按照权利1要求所述制作煤矸石发泡方法方法，其特征在于将60份煤矸石骨料粉，加约20～30份无机硅树脂粘接剂(III)，30～50份水搅拌，制成均匀的骨料浆体，按发泡剂∶骨料浆＝1∶100～300比例加入本发明权利要求5的发泡剂，搅拌均匀后在不同规格的模具中浇注成板材型，在500～800℃烧结固化，优选500-600℃，即成无机轻质保温墙体板材。

9.按照权利1要求所述制作煤矸石发泡墙体材料制作方法，其特征在于将60份煤矸石骨料粉，加约20～30份无机硅树脂粘接剂(III)，30～50份水搅拌，制成均匀的骨料浆体，在较低温度500～800℃雾化一次发泡，优选450-600℃，烧结固化成玻化或陶质微球；再取60份这种一次发泡的多空微球，加10～20份粘接剂(I)，预搅拌制成均匀的骨料浆体，按发泡剂∶骨料浆体＝1∶100～300比例加入本发明权利要求5的发泡剂，作二次发泡，搅拌均匀后即刻浇注在不同规格的模具中成板材型，在室温下快速固化，即成容重更轻质的建筑保温材料。

10.按照权利1所述要求制作煤矸石发泡方法，其特征在于把煤矸石粉磨成粒度直径为0.1～2.0mm的骨料，优选0.3～1.0mm。

11.按照权利1所述制作轻质煤矸石保温材料的方法，其特征是用本发明的(I)号胶粘剂在成型的板材表面喷施或浸泡一次，可进增强板材的机械强度。

12.按照权利1所述高温烧结制作轻质发泡建筑墙体方法，其特征在于控制烧结温度在500～800℃固化，优选500-600℃。

13.按照权利1所述制作轻质发泡建筑墙体方法，其特征是选用的骨料粉可用粉煤灰、高岭土、炉灰、沙石、火山灰、硅藻土，以及各种经过预发泡处理的多空玻化微球、多空陶化微珠，膨化珍珠岩、膨化蛭石、泡沫玻璃等，把它们制成粒度直径为0.1～2.0mm和不同配比的微粉混合物，取代或部分取代煤矸石粉作骨料，制作无机不燃的轻质保温墙体材料。