CN102918000A

CN102918000A - 绝热材料及其制造方法

Info

Publication number: CN102918000A
Application number: CN2011800135662A
Authority: CN
Inventors: E·普拉; L·弗鲁安; P·塔凯; J·玛希阿维
Original assignee: Kerneos SA
Current assignee: Imerys Aluminates SA
Priority date: 2010-01-13
Filing date: 2011-01-13
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2031-01-13
Also published as: AU2011206426A1; EP2523925B1; FR2955104A1; DK2523925T3; AR079900A1; CN102918000B; FR2955104B1; KR101808663B1; KR20130010046A; ES2849198T3; WO2011086333A3; RU2012134387A; WO2011086333A2; EP2523925A2; EP3792231A1; BR112012017432A2; US10160691B2; US20120286190A1; HRP20210080T1; PL2523925T3

Abstract

本发明涉及一种具有多孔结构的绝热材料，该材料以相对于该材料总重量的重量包含：4-96%水硬性粘合剂，所述水硬性粘合剂在与水接触之前特征在于所述粘合剂包含至少一种选自C3A、CA、C12A7、C11A7CaF2、C4A3$(ye’elemite)、C2A(1-x)Fx(其中x为[0，1])的相，水硬性无定形相具有0.3-15的C/A摩尔比并且使得所述相中的Al2O3累积含量为水硬性粘合剂总重量的3-70%；和4-96%至少一种填料，所述材料具有70-95体积%的孔隙率。本发明还涉及矿物泡沫在制备所述绝热材料中的用途以及制造所述矿物泡沫的方法。

Description

绝热材料及其制造方法

本发明涉及一种多孔结构绝热材料，由其获得所述绝热材料的矿物泡沫以及制备该类材料的方法。

现今对绝热材料的需求显著增加。事实上，据信法国的建筑工业占总能源耗费的约46%和二氧化碳总排放的25%。建筑能量实施规则采取措施以显著降低国内能量消耗。

为了能够达到这些目标，不仅消费者必须极大地改变其生活习惯，而且还必须实现建筑绝热技术领域中的基础变革。

此外，为了有效进行现有家用场地的革新，重要的是该新技术在与家庭所有者的预算在资金上相容的同时容易由使用者实施。

在绝热技术中，专用于内部绝热和外部绝热的技术之间存在差别，尤其是在革新市场上。

还出现了新颖的建筑技术如单壁砖和包含填充有绝热材料的框架的夹心类型的承重板的使用。

传统上使用的绝热材料的性质现今在上文所述的绝热技术中改变：

-矿物：玻璃棉、褐块石棉、蛭石，

-聚合物：发泡聚苯乙烯泡沫(EPS)和经挤出的聚苯乙烯泡沫(XPS)、聚氨酯泡沫(PU)、聚异氰脲酸酯泡沫(聚异氰脲酸酯)，

-来自植物或动物的天然来源：本体纤维素或注射纤维素、大麻、亚麻、木材(纤维、木屑、木板)、稻草、软木、棉花、椰子、羊毛、鸭羽毛。

其关于绝热的固有性能特征在于导热系数λ。当两侧之间的温差等于1度时，该系数λ对应于跨过1m²1m厚的壁的热流(λ以W/m.°C(摄氏度或开尔文)表示)。该系数越低，从绝热观点来看该材料性能更好。

所有之前所述的材料遭受缺点和使用限制。褐块石棉、玻璃棉和蛭石往往随时间“坍塌(pack down)”而导致效率损失。此外，为了满足管理能量实施的新规则(2005Thermal Regulation)，必须提高材料的厚度以实现该性能，这引起可用空间损失的问题(例如：对玻璃棉而言400mm厚…)。通过增加该材料类型的密度而改善固有效率仍是有限的。

导热率值在较低范围(对聚异氰脲酸酯而言0.029)内的聚合物遭受与成问题的再循环，尤其是为了废物处理需要从建筑材料中分离聚合物相关的缺点。此外，它们在燃烧情况下具有防火和潜在释放有毒烟雾的问题(非常特别是PU泡沫)。

所限定的天然来源的材料具有在不同批料之间“变化”的性能且由于压缩现象遭受耐久性问题。

下文为了清楚起见，采用如下约定：

除非另有说明，所有重量百分数以相对于组合物中的干燥物质重量表示。

●水泥淤浆：

本文所用水泥淤浆用于指通过加入至少一种矿物水硬性粘合剂、水和任选特定添加剂、硫酸钙和填料获得的呈其塑性状态的组合物。

●水性泡沫：

本文所用水性泡沫用于指由至少一种气体，尤其是空气，和一种溶剂(其可以为水)构成的那些泡沫。这些泡沫不含任意矿物粘合剂。

它们的起始时间特征在于其起始膨胀系数=起始时间内总体积/用于产生泡沫的溶液体积。

本文所用起始时间用于指操作者实现产生泡沫的空气夹带的时刻，如专利FR2913351(A1)中所述。

固有地不稳定性，它们还特征在于其通常通过半衰期(即获得等同于用于生产其的整个液体的一半的排料所需的时间)测量的随时间的稳定性。

这些泡沫的稳定性可以通过合适选择与泡沫稳定剂如本专利申请以及专利WO/2008/020246、WO/2006/067064和US 4,218,490中所述的链烷醇酰胺、水状胶体、蛋白质组合的表面活性剂。

●矿物泡沫：

本文所用矿物泡沫用于指以下文所定义的量包含至少一种气体(尤其是空气)，至少一种溶剂(其可以为水)，至少一种矿物水硬性粘合剂和至少一种填料(特别是细料)的泡沫。

这些泡沫如前述那些随时间变化且仅在矿物粘合剂反应而“冻结”材料结构时稳定。

●经硬化的矿物泡沫：

本文所用矿物泡沫用于指在会经由水合物网络的渗滤“冻结”矿物泡沫骨架的水硬性粘合剂反应(水合)之后最终获得的那些矿物泡沫。矿物泡沫还指通过矿物泡沫硬化得到的多孔结构绝热材料。

作为本发明的替换，绝热材料从基于包含低密度中空填料的铝水硬性粘合剂的水泥淤浆通过水泥淤浆的硬化得到。

●铝水硬性粘合剂(缩略为AHB)：

本文所用铝水硬性粘合剂用于指包含至少一种选自C3A、CA、C12A7、C11A7CaF2、C4A3$(Yee lemite)、C2A(1-x)Fx(其中x属于[0，1])的相的水硬性粘合剂，其中水硬性无定形相的C/A摩尔比为0.3-15，并且使这些相中的Al2O3积累量为水硬性粘合剂总重量的3-70重量%，优选7-50重量%，更好地为20-30重量%。

在特定实施方案中，该粘合剂还可任选以相对于粘合剂总重量的重量含有：

-0-90%，优选至多70%，甚至更优选至多50%，最优选至多40%的硫酸钙或硫酸钙来源，和

-0-10%，优选0至小于5%的波特兰水泥。同时，已开发了用于各种应用的经硬化的基于水硬性粘合剂的矿物泡沫。许多专利尤其描述了如何通过掺入水性泡沫或通过由铝金属分解原位产生气体制备多孔混凝土。

由于空气气泡网络吸收应力并抑制裂缝传播的具有改善的抗冻融性能的轻质混凝土已有充分记载和公布。尤其可以提及专利US 7,288,147。

还已知将轻质水泥淤浆用于胶粘不稳定性岩石和陆地中的油井如专利申请US 2005/126781中所述的深海沉积环境中的油井。

经硬化的矿物泡沫由GB-1,506,417已知，其由钙矾石类型的粘合剂得到，即由铝水泥和硫酸钙的混合物得到。US-4,670,055还描述了基于铝酸盐和硫酸钙的粘合剂。然而，这些粘合剂用于制备具有非常高密度的硅酸钙基泡沫块。经硬化的矿物泡沫由GB-1578470和GB-2162506已知，其由铝水泥和大量硅酸盐得到。这些矿物泡沫硬化之后得到的多孔材料遭受具有差耐机械性能和非常高的密度的缺点。

WO00/23395描述了基于铝酸钙且包含呈聚集体形式的填料的充气砂浆组合物。由这些组合物得到的绝热材料具有非常高的密度且因此在绝热方面具有不足的性能。文献RU2305087描述了基于铝酸钙、石膏和砂的经硬化的矿物泡沫。在该文献中得到的绝热材料具有高导热率和高密度。还开发了经硬化的矿物泡沫用于防火应用，其中由于其固有的非燃烧性特性或甚至耐火性能，它们提供了明显优于包含有机基体或聚合物组分的材料的优势。然而，在这些经硬化的矿物泡沫完全满足防火要求的同时，其导热率值λ对于绝热类型的应用而言仍太高，绝热类型的应用要求导热率值在20°C下小于或等于0.2W/m.°C，甚至更优选小于或等于0.15W/m.°C，甚至小于或等于0.08W/m.°C，最优选小于或等于0.045W/m.°C。如DE3227079所述，用二氧化硅衍生的材料得到0.2W/m.°C的性能。然而，该类材料遭受具有高密度(400-600kg/m³)、差机械性能和差防火性能的缺点。低导热性材料还描述于EP 2 093 201中。由水硬性石灰和水泥的混合物获得石灰基泡沫。然而，水硬性石灰的使用不幸运地导致具有非常高的密度的产物的形成。铝水泥还还描述于JP-06056497以获得该类传导性能。然而，这些材料基本基于浮石，并由于它们充气差而具有非常高的密度(800kg/m³)。并且技术上还非常难以在保持材料具有较小机械性能并保留其物理完整性，即该材料不在其自身重量下坍塌的同时在20°C下得到这些导热率值。此外，获得具有比现有技术低的密度的材料还成问题，该问题由本发明解决。

由经硬化的水泥基矿物泡沫得到的材料的固有绝热性能将随着材料中气泡比例变大而更高且所述气泡尽可能细并且不连接而避免了热桥。且对于给定孔隙尺寸分布的孔隙体积的增加，绝热特性还有利于导致该材料的柔性增加，这说明了防火性经硬化的矿物泡沫如何达到该限制。

最后，一种制备绝热的经硬化的矿物泡沫的方法描述于专利EP0 121 524，该方法包括通过用空气机械发泡聚乙烯醇和分散剂的水溶液提供水性泡沫料流并随后加入包含氧化镁和偏硼酸钡的水溶液的水性泡沫料流。在该专利中，能够通过组合使用聚乙烯醇和偏硼酸钠或偏硼酸钡提供稳定的水性泡沫。此时硼酸盐作为聚乙烯醇的交联剂起作用，能够固定包含在材料中的空气气泡的尺寸。因此存在水性泡沫的化学稳定。

因此，需要在考虑到操作者和使用者的安全且能获得加工性、机械性能、低密度和绝热的良好平衡的同时，同时有效易于实施且成本有效的新方法。

本申请人惊奇地发现特定的铝水硬性粘合剂组合物可以以细碎泡沫，尤其是以气泡形式或以低密度中空填料形式掺入大量空气并在粘合剂硬化之后获得具有低导热率和高机械强度，尤其是高压缩强度的材料。因此，可以由具有优异的绝热性能以及还有足以使该材料用于许多应用(尤其要求原位放置所述材料)的短期机械强度的经硬化的水泥基矿物泡沫获得多孔结构材料。

该压缩强度值不能在使用基本由波特兰水泥构成的粘合剂时得到。本发明涉及一种多孔结构绝热材料，其以与材料总重量相比的重量包含：

a)4-96%通过水硬性粘合剂水合获得的水泥基体，该水硬性粘合剂在与水接触之前特征在于其包含至少一种选自C3A、CA、C12A7、C11A7CaF2、C4A3$(Yee lemite)、C2A(1-x)Fx(其中x属于[0,1])的相，水硬性无定形相具有0.3-15的C/A摩尔比并且使得这些相的Al2O3积累量为水硬性粘合剂总重量的3-70重量%，优选7-50重量%，优选20-30重量%，

b)4-96%至少一种填料，优选细料，

所述材料有利地具有在20°C下小于或等于0.2W/m°C，更好地小于或等于0.15W/m°C，优选小于或等于0.08W/m°C，甚至更优选小于或等于0.045W/m°C，最优选小于或等于0.04W/m°C的导热系数。

优选，本发明绝热材料的粘合剂此外相对于粘合剂总重量还包含：

-0-90%，优选至多70%，甚至更优选至多50%，最优选至多40%硫酸钙或硫酸钙来源，和

-0%至小于5%波特兰水泥。

优选水泥基体占多孔结构绝热材料的10-80重量%，更好地20-60重量%。

本文所用“水硬性粘合剂的水合”用于指水硬性粘合剂与水接触，其中水与水硬性粘合剂重量比通常为0.1-0.7，优选0.15-0.5。

有利地，本发明矿物泡沫通过使用水作为溶剂制备且该重量比为本发明矿物泡沫的特征。

该水合可在如下所述制备水泥淤浆时或在通过在制备矿物泡沫时引入水或水性溶剂的任意时间进行。

本发明还涉及一种制备绝热材料或经硬化的矿物泡沫的方法，其中该方法包括生产下文所述的包含低密度中空填料的矿物泡沫或水泥淤浆和固化或硬化的步骤，这取决于所用添加剂花费不同的时间。

本发明还涉及能够在硬化后获得绝热材料的矿物泡沫，以及制备该矿物泡沫的方法。

此外，本发明涉及能够在硬化后获得绝热材料的包含低密度中空填料的水泥淤浆，以及制备该水泥淤浆的方法。

为了获得可以与绝热类型的应用相容的导热率值，不仅需要在起始状态形成非常细的水性泡沫，而且还可行的是具有水硬性基体，其能够获得矿物泡沫，该矿物泡沫一方面具有足够的加工性以允许其放置且另一方面非常早期生长水合物网络以在奥斯特瓦德熟化现象出现之前稳定其塑性构造中的矿物泡沫。

本申请人发现铝水硬性粘合剂AHB的使用特别适合获得泡沫加工性能和水合物网络早期生长之间的平衡。

在替代方案中，这些性能可以通过使用分散于基于该铝水硬性粘合剂AHB的水泥淤浆的低密度中空填料而得到。

在优选方案中，这些性能通过使用选自反应性填料的填料而改善。

在粘合剂AHB与水接触时显示出的非常高的潜在水硬性的这些相立即导致大量小尺寸的水合物(其可具有亚微米至微米尺寸)核，这：

-首先在一定时间内稳定了其塑性相中的矿物泡沫(因此防止奥斯特瓦德熟化)，其取决于所需加工性可调节为5-30分钟，甚至大于30分钟，

-其次，能够通过渗滤形成矿物水合骨架，其保证了机械性能的早期获取并允许提供本发明经硬化的矿物泡沫和/或本发明绝热材料。

使用包含硫酸钙或硫酸钙来源的水硬性粘合剂是特别有意义，从而促进钙矾石型和水合氧化铝相的生产，其有利于增强经硬化的矿物泡沫的机械性能且还改善后者的防火性二者。

这些粘合剂由于提供高的早期机械强度而特别有意义。在24小时，本发明材料具有其最终机械强度的至少80%，在其粘合剂基本由波特兰水泥构成的那些材料的情况下并非如此。

这些粘合剂还能够控制和限制硬化时该材料的收缩率。

使用本发明水硬性粘合剂AHB能够获得不含聚合物，尤其是EPS、XPS、PU和PIR类型聚合物的经硬化的矿物泡沫，这些经硬化的矿物泡沫具有预期的导热率和良好防火性能。

因此，该类型的水硬性粘合剂AHB能够改善该材料的防火性，这表现为相对于基于EPS、XPS、PU和PIR类型聚合物的泡沫的明显改善。

此外，使用该类型的水硬性粘合剂AHB改善了矿物泡沫生产在工业条件下的可靠性，因为对奥斯特瓦德熟化的敏感度变得问题较少且表面活性剂和泡沫稳定剂体系的优化因此变得较不重要。

作为非限制性实例，本发明粘合剂可含有铝水泥和磺基铝酸钙类型的水泥，其可任选与硫酸钙来源一起。

市售铝水泥的非限制性实例包括例如由Kerneos公司销售的Secar71、Secar 51、Fondu水泥、Ternal RG、Ternal EV和由Calucem，CementosMolins公司和日本的TMC和Denka公司销售的铝水泥。市售磺基铝水泥的非限制性实例包括例如由CTS销售的Rapidset，由Italcementi公司销售的Alipré水泥，由Polarbear和Lionhead销售的磺基铝酸钙。

本发明铝水硬性粘合剂AHB由于其反应性而能快速生长出水合物网络，其渗滤、冻结气泡直径并形成经硬化的矿物泡沫的矿物骨架。该现象在用于获得水性泡沫的任何试剂，即任何发泡剂、加气剂或气体产生剂时存在。事实上，似乎本发明基本机理对应于由于形成水合物获得的矿物稳定化，水合物在早期冻结了气体或空气内容物。因此，由此获得具有小尺寸的非常均匀分布的气泡的经硬化的矿物泡沫。

因此，本发明与现有技术，尤其是专利EP 0 121 524中所述的经硬化的矿物泡沫组合物的不同在于水硬性粘合剂AHB的具体选择。事实上，所用矿物化合物的高反应性能够获得具有超优异品质的经硬化的矿物泡沫而不需要例如使用聚乙烯醇+硼酸盐组合。为此，本发明矿物泡沫以及经硬化的矿物泡沫和多孔结构绝热材料优选不含聚乙烯醇+硼酸盐组合。

与处理表面活性剂体系的优化以限制奥斯特瓦德熟化的现有技术相比，本发明因此能管理早期矿物体系的固化并尤其克服奥斯特瓦德熟化，其导致气泡尺寸增加和因此导热系数增加和机械强度降低。

与通过相关选择与聚合物或本领域熟练技术人员熟知的其他水性泡沫稳定剂如蛋白质、天然或合成来源的聚合物组合的表面活性剂获得的水性泡沫稳定性或矿物泡沫稳定性的改善相比，根据本发明使用与硫酸钙结合或未结合的水硬性粘合剂AHB的高反应性获得的经硬化的矿物泡沫或水泥淤浆的稳定化能以可靠和显著的方式获得具有在固化后导致在保持良好机械强度特性的同时具有较低导热率的多孔结构绝热材料的细和均匀气泡网络的经硬化的矿物泡沫。

与现有技术包含大量硅酸盐的矿物泡沫相比，本发明经硬化的矿物泡沫具有较低密度与高机械强度。

作为本发明的替换，孔隙率可由水泥淤浆中存在低密度中空填料，任选与水性泡沫一起提供。

本发明系统不可忽略的额外优点为具有良好短期机械强度(尤其通过3小时后的如下压缩强度值表示)：

-λ值小于0.08W/m°C的材料的CS值大于0.2MPa，优选大于0.3MPa，甚至更优选大于或等于0.5MPa。

-λ值为0.08-0.2W/m°C的材料的CS值大于0.8MPa，优选大于1MPa，甚至更优选大于1.5MPa。

本发明系统特征在于在24小时后的如下压缩强度值：

-λ值小于0.08W/m°C的材料的CS值大于0.3MPa，优选大于或等于0.5MPa。

-λ值为0.08-0.2W/m°C的材料的CS值大于1MPa，优选大于1.5MPa。

本发明绝热材料还特征在于收缩率值小于500μm/m，优选小于400μm/m，有利地小于300μm/m，甚至更优选小于200μm/m。该收缩率根据NF EN 128 08-4标准所教导的方法测量。

该性能有利地提供在填充中空元件时与墙壁的良好粘合性和随时间更好的稳定性的本发明材料。在原位放置泡沫：建筑物翻新、复合板构造时，该性能特别重要，从而避免了热桥的形成。

最后，本发明矿物泡沫的其他优点为允许调节固化时间。这与基本包含作为粘合剂的波特兰水泥的矿物泡沫相比是有利的，后者在早期不固有地生长如此高的水合物核。

基于波特兰水泥的矿物泡沫(不含促进剂体系)通常具有超过2小时的固化时间。

本发明矿物泡沫和水泥淤浆可具有短至5分钟(快速固化)或长达30分钟的加工性。因此，本发明矿物泡沫具有可容易调节至5-30分钟的值或甚至超过30分钟的值的加工性。固化时间可调节这一事实的优点在于对于制备预制物来说，20-30分钟的快速固化是有意义的，而对于需要原位放置矿物泡沫的应用来说，较长的固化时间，超过30分钟或甚至超过1小时或2小时的固化时间可能使有利的。因此，可以得到加工性大于1小时或甚至大于2小时的水硬性粘合剂AHB，同时在加工性时期之后保持持久的机械性能获取动力学。小尺寸水合物在加工性时期沉淀使得矿物泡沫稳定而不影响其塑性特性，其对本领域熟练技术人员是已知的。

加工性时间和机械性能获取之间的平衡可容易地通过使用对本领域熟练技术人员已知和下文所述的促进剂/阻滞剂添加剂体系调节。

其余描述指显示如下内容的附图：

在图1中显示了制备本发明水性泡沫或矿物泡沫的设备的图像；

在图2a)-2c)中显示了本发明多孔结构绝热材料或经硬化的矿物泡沫的照片(2a)、基于波特兰水泥且不含硬化促进剂的材料(2b)和基于波特兰水泥且含硬化促进剂的材料(2c)；和

在图3a和3b中显示了图2a材料截面的光学显微镜图像(x5)。

图4-10显示了实施例3-7和9的材料截面的光学显微镜图像(x5)。

此外，本发明多孔结构绝热材料或经硬化的矿物泡沫具有单独或组合的如下特性：

-它具有70-95%，优选80-95%的孔隙体积；

-它具有小于或等于500Kg/m³，优选小于或等于300Kg/m³的密度。有利地，它具有可为80-250Kg/m³的密度；

-它具有小于500μm，优选小于400μm，有利地小于300μm的泡孔平均尺寸。该类泡孔尺寸通过材料截面的光学显微镜法观测；

-它在3小时时具有大于或等于0.2MPa，优选大于或等于0.3MPa，甚至更优选大于或等于0.5MPa的压缩强度Cs，

-它具有在600°C，优选900°C，甚至更优选1200°C下3小时的防火性。

令人惊奇地，与现有技术经硬化的矿物泡沫类型材料相比，本发明绝热材料在保持非常好的机械强度的同时可具有高孔隙体积和低密度。这些性能的组合是由于特定铝水硬性粘合剂组合物的选择，该组合物能够在保持提供强粘合的矿物网络的同时引入大量空气气泡或大量中空填料。

水硬性粘合剂AHB可以相对于水硬性粘合剂总重量的重量包含：

-10-90重量%，优选10-70重量%，甚至更优选10-50重量%，最优选20-40重量%硫酸钙。

-水硬性粘合剂AHB还可包含0-10重量%波特兰水泥，优选0重量%至小于5重量%波特兰水泥，甚至更优选2重量%至小于5重量%波特兰水泥。

-水硬性粘合剂还可包含一种或多种包括选自发泡剂和泡沫交联剂、硬化促进剂、硬化阻滞剂、流变改性剂和保水剂、分散剂和超塑化剂的添加剂，优选所述添加剂占水硬性粘合剂总重量的至多15重量%，优选至多10重量%，通常5重量%或更少。

尤其是选自硬化促进剂和硬化阻滞剂的硬化时间控制试剂可相对于水硬性粘合剂总重量为0.05-15重量%，优选0.1-10重量%。

填料或细料(通常粒度小于100μm的填料)通常选自硅粉，高炉矿渣，钢矿渣，粉煤灰，石灰石填料，颗粒状二氧化硅，包括火成或沉淀二氧化硅在内的二氧化硅，稻壳中回收的二氧化硅，硅藻土二氧化硅，碳酸钙，硅酸钙，硫酸钡，变高岭石，钛、铁、锌、铬、锆、镁金属氧化物，各种形式的氧化铝(水合或未水合)，氧化铝中空珠粒，氮化硼，锌钡白，偏硼酸钡，煅烧、标准或发泡粘土，珍珠岩，蛭石，浮石，流纹岩，耐酸灰，滑石，云母，任选中空的玻璃珠粒或发泡玻璃颗粒，硅酸盐泡沫颗粒，硅石气凝胶，砂，碎沙砾，沙砾，鹅卵石，黑金刚石，碳化硅，刚玉，橡胶颗粒，木材，稻草。

根据本发明，细料为其组分具有小于100微米的尺寸的矿物填料。

-经硬化的矿物泡沫还可包含一种或多种其他组分如在制备粘合剂或矿物泡沫时引入的添加剂，优选所述添加剂占材料总重量的至多15重量%，通常3-10%。这些添加剂可选自发泡剂和泡沫稳定剂、硬化促进剂、硬化阻滞剂、流变改性剂和保水剂、分散剂或超塑化剂。

-经硬化的矿物泡沫或水泥淤浆还可含有其他添加剂如在制备粘合剂或矿物泡沫时或通过喷雾或浸渍于经硬化的矿物泡沫上全部或部分引入的防水剂以及热塑性或热固性聚合物。在使用时，这些添加剂通常占多孔结构绝热材料总重量的0.5-25重量%，优选1-15重量%。

-本发明经硬化的矿物泡沫或水泥淤浆还可包含纤维或微纤维，例如纤维素、聚乙烯醇、聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚硅氧烷、金属和/或玻璃纤维，天热来源的纤维如大麻纤维、椰子纤维、棉纤维、木材纤维；优选具有20μm至6mm的长度和10-800μm的直径。

-将这些纤维引入粘合剂组合物或矿物泡沫且其可占多孔结构绝热材料总重量的至多2重量%。

-本发明多孔结构绝热材料优选具有小于或等于500Kg/m³，优选小于或等于300Kg/m³的密度。有利地，它们具有可以为80-250Kg/m³的密度。

优选本发明绝热材料与绝热材料总重量相比含有1-40%，有利地5-30重量%低密度中空填料。

在一个实施方案中，多孔结构绝热材料有利地以与材料总重量相比的重量具有如下组成：

a)50-96%，优选70-96%，甚至更优选90-96%如上文所定义的水硬性粘合剂AHB，含有：

-10-90%，优选10-70%，甚至更优选10-50%，甚至更优选20-40重量%硫酸钙，和

b)1-40%至少一种选自反应性填料的材料，

c)0.5-5%选自反应性填料活化剂的材料，

d)0-2%，优选0-1%纤维或微纤维，和

e)0-15%选自发泡剂和稳定剂或泡沫交联剂、硬化促进剂、硬化阻滞剂、流变改性剂和保水剂、分散剂和超塑化剂的添加剂。

在本发明另外的实施方案中，多孔结构绝热材料有利地以与材料总重量相比的重量具有如下组成：

a)50-96%，优选70-96%，甚至更优选90-96%如上文所定义的水硬性粘合剂AHB，其含有：

b)1-80%，优选1-60%，有利地1-40%至少一种选自低密度中空填料的材料，

c)0-2%，优选0-1%纤维或微纤维，和

d)0-15%选自发泡剂和稳定剂或泡沫交联剂、硬化促进剂、硬化阻滞剂、流变改性剂和保水剂、分散剂和超塑化剂的添加剂。

在一个实施方案中，多孔结构绝热材料以与材料总重量相比的重量具有如下组成：

-0重量%至小于5重量%波特兰水泥,

b)4-50%，优选4-30%，甚至更优选4-10%细料，

c)0-2%，优选0-1%纤维或微纤维，和

d)0-15%选自发泡剂和稳定剂或泡沫交联剂、硬化促进剂、硬化阻滞剂、流变改性剂和保水剂、分散剂和超塑化剂的添加剂。本发明材料可具有开孔或闭孔结构，通常既有开孔又有闭孔。

本发明还涉及作为获得本发明多孔结构绝热材料(经硬化的矿物泡沫)前体起作用的矿物泡沫。

上述用于制备多孔结构绝热材料的本发明矿物泡沫可具有单独或组合的如下特性：

●它包含：

-至少一种如上文所述的水硬性粘合剂AHB，任选含有硫酸钙和/或任选含有波特兰水泥，

-至少一种填料，优选细料，

-至少一种水性和/或非水性溶剂，和

-至少一种气体如空气、二氧化碳或氮气。

本发明还涉及一种作为获得本发明多孔结构绝热材料(经硬化的矿物泡沫)前体起作用的含有中空填料的水泥淤浆。

上述用于制备多孔结构绝热材料的本发明含有中空填料的水泥淤浆可具有单独或组合的如下特性：

●它包含：

-至少一种水硬性粘合剂AHB，任选含有硫酸钙和/或任选含有波特兰水泥，

-至少一种低密度中空填料，

-至少一种水性和/或非水性溶剂。

在本发明水泥淤浆或矿物泡沫中，低密度中空填料以与水泥淤浆或矿物泡沫中干燥物质总重量相比为1-80%，优选1-60%，有利地1-40%，最优选5-30重量%的量引入。

用于实施本发明的矿物泡沫和水泥淤浆的组合物有利地包含如上文所定义的铝水硬性粘合剂。

优选粘合剂包含相对于粘合剂总重量为10-90重量%的硫酸钙。

此外，有利地，这些矿物泡沫或水泥淤浆组合物还含有至少一种选自反应性填料的填料。它们还可含有低密度中空填料。

本文所用反应性填料用于指参与水硬性粘合剂水合反应的填料。根据本发明，称为“反应性填料”的材料种类既不包括波特兰水泥也不包括硅酸钙。

优选，用于制备本发明经硬化的矿物泡沫材料的矿物泡沫或水泥淤浆组合物包含1-30重量%，优选1.5-15%，有利地2-10%的至少一种选自反应性填料的填料，其中该百分数相对于矿物泡沫中干燥物质总重量。

有利地，用于制备本发明经硬化的矿物泡沫材料的矿物泡沫或水泥淤浆组合物包含与矿物泡沫组合物总重量相比为0.5-5重量%的至少一种反应性填料活化化合物。

本文所用反应性填料活化化合物用于指选自碱金属和碱土金属盐，尤其是碱金属和碱土金属碳酸盐和硫酸盐的化合物。除了上文所述的反应性填料和低密度中空填料外，本发明矿物泡沫组合物可含有化学惰性的填料或细料。它们有利地占矿物泡沫或水泥淤浆干燥物质重量的10-70重量%。

在特定实施方案中，粘合剂还可任选含有相对于粘合剂总重量为0%至小于5%的波特兰水泥。

硅酸钙为波特兰水泥的一种组分，并且传统地根据组合物重量占40-60%的波特兰水泥。

有利地，本发明粘合剂可含有0%至小于3重量%，最优选至小于2重量%的碱金属和碱土金属硅酸盐，其中该组分单独使用或作为波特兰水泥的组分掺入。

它们可含有以相对于矿物泡沫或水泥淤浆重量的两种材料的累积重量%为0重量%至小于5重量%的氢氧化钙和氧化钙。

要用于本发明粘合剂的合适的反应性填料或细料(通常粒度小于100μm的填料)尤其包括：硅粉，高炉矿渣，钢矿渣，粉煤灰，变高岭石，包括火成或沉淀二氧化硅在内的二氧化硅，稻壳中回收的二氧化硅，硅藻土二氧化硅，各种形式的氧化铝(水合或未水合)，氧化铝中空珠粒，煅烧、标准或发泡粘土，硅石气凝胶，火山灰。在可以以反应性填料用于本发明的化学材料中，部分以不同粒度存在。在这些材料的现有粒度中，部分对应于化学惰性结构。将反应性填料用于本发明预期涉及实际能够使该材料参与水硬性粘合剂的水合反应的形式的材料。在存在时，波特兰水泥不属于反应性填料的种类。

本发明所用反应性填料优选具有小于或等于30μm，有利地小于或等于15μm的中径D₅₀。

本发明所用反应性填料优选具有小于或等于80μm，有利地小于或等于35μm的中径D₉₀。

本文所用中径D_x小于或等于yμm用于指x%颗粒具有小于yμm的直径。使用Malvern类型的激光粒度计进行测量。

非反应性填料或细料(通常粒度小于100μm的填料)通常选自石灰石填料，颗粒状二氧化硅，碳酸钙，硫酸钡，钛、铁、锌、铬、镁金属氧化物，氮化硼，锌钡白，偏硼酸钡，珍珠岩，蛭石，浮石，流纹岩，耐酸灰，滑石，云母，任选中空的玻璃珠粒或发泡玻璃颗粒，硅酸盐泡沫颗粒，砂，碎沙砾，沙砾，鹅卵石，黑金刚石，碳化硅，刚玉，橡胶颗粒，木材，稻草。

包含中空填料的矿物泡沫或淤浆组合物还特征在于：

●它还可以优选包含选自表面活性剂、加气剂和/或气体产生剂的化合物，

●它具有可以调节至5-30分钟的加工性或大于30分钟的加工性，

-溶剂占矿物泡沫总重量的10-40重量%，优选20-30重量%，

●它还可以包含一种或多种选自发泡剂和稳定剂或泡沫交联剂、硬化促进剂、硬化阻滞剂、流变改性剂和保水剂、分散剂和超塑化剂的添加剂，

●它还可以包含选自防水剂、纤维、热塑性或热固性聚合物的其他添加剂。

根据本发明合适的矿物泡沫组合物有利地以与矿物泡沫总重量相比的重量具有如下组成：

-50-80%，优选60-70%水硬性粘合剂AHB10，对于40%，优选20-30%溶剂，

-2-10%，优选2-5%细料，和任选

-0.1-15%，优选3-10%选自发泡剂和稳定剂或泡沫交联剂，硬化促进剂，硬化阻滞剂，流变改性剂和保水剂，分散剂和超塑化剂的添加剂，

其中尤其使：

-0.1-2%发泡剂，

-0.1-2%交联剂，

-0.1-2%分散剂，

-0.1-10%硬化促进剂或阻滞剂。

本发明还涉及一种制备如上所述的矿物泡沫的方法。制备泡沫的方法和设备是已知的且例如描述于专利US2005/0,126,781和US 4,731,389中。

本发明方法包括如下步骤：

a)由至少包含水和至少一种选自发泡剂、加气剂和气体产生剂的化合物的组合物制备水性泡沫，

b)制备水泥淤浆，包括

-使粘合剂与溶剂和任选至少一种选自表面活性剂、加气剂和气体产生剂的化合物混合，

c)将一种或多种填料全部或部分引入水性泡沫和/或水泥淤浆，

d)使水性泡沫和淤浆混合在一起。

根据另外的实施方案，矿物泡沫可根据包括如下步骤的制备方法制备：

a)制备水泥淤浆，包括

-使粘合剂与溶剂和任选至少一种选自表面活性剂、加气剂和气体产生剂的化合物混合在一起，

b)在使空气和水泥淤浆的接触表面最大的同时，使气体注入淤浆，

c)在步骤a)之中或之后或在步骤b)之中或之后将一种或多种填料所有或部分掺入。

根据另外的实施方案，本发明含有中空填料的水泥淤浆可根据包括如下步骤的制备方法制备：

a)制备水泥淤浆，包括

-使粘合剂AHB与溶剂混合在一起，

b)将至少一种低密度中空填料掺入淤浆，

当用于制备本发明含有中空填料的矿物泡沫或水泥淤浆时，可以将反应性填料活化化合物引入水泥淤浆或与填料一起引入。

在上文所述所有三个实施方案中，可以将添加剂如固化活化剂等所有或部分引入淤浆或泡沫或在与泡沫和淤浆组合之后引入。

使空气和水泥淤浆之间的接触表面最大可以例如通过使用静态混合器进行。此外，与气体同时将填料所有或部分引入淤浆增加了气体和淤浆之间的接触表面。

根据另外的实施方案，矿物泡沫可在制备包含水硬性粘合剂AHB、任选含有硫酸钙、溶剂和任选填料的水泥淤浆时在不加入表面活性剂下通过简单的空气携带而产生，其可以在制备淤浆时或在该步骤之后全部或部分引入。

最后，本发明涉及矿物泡沫或经硬化的矿物泡沫在制备如下绝热材料中作为多孔结构绝热材料的用途：

-制备包含至少一种基于矿物泡沫或经硬化的矿物泡沫的绝热层的预制板，

-通过原位放置所述矿物泡沫填充设备中建筑物元件如墙壁、天花板、空心砌砖、门、导管中的中空部分，

-通过原位放置与管道下表面接触的泡沫而制备干燥坑，

-通过原位放置所述矿物泡沫而在户外施用面向建筑物的具有绝热功能的单层。

当将经硬化的矿物泡沫用于制备专用于这些应用(绝热)的材料时，在20°C下小于或等于0.045W/m.°C的导热系数是特别有利的。

本发明还涉及本申请中的矿物泡沫或经硬化的矿物泡沫在如下应用中作为绝热耐火材料的用途：

-制备耐火砖，

-通过原位放置所述矿物泡沫制备整体混凝土。

当将矿物泡沫或经硬化的矿物泡沫用于制备专用于绝热防火的应用的材料时，结构通常通过使用之前所述的轻质填料而加强以限制燃烧后的收缩率并提高机械强度。

此外，在本申请中在20°C下小于或等于0.2W/m°C，优选小于或等于0.15W/m°C的导热系数是足够的。

优选，本发明粘合剂为钙矾石粘合剂。本文所用钙矾石粘合剂用于指其组分在使用的标准条件下在水合时得到作为主要水合物的钙矾石的水硬性粘合剂，钙矾石为具有式3CaO,Al₂O₃.3CaSO₄.32H₂O的三磺基铝酸钙。含有硫酸钙的粘合剂AHB通过水合导致钙矾石的形成。为此，本发明水硬性粘合剂AHB相对于水硬性粘合剂总重量包含优选10-90重量%，优选10-70%，甚至更优选10-50%，最优选20-40%的硫酸钙。

硫酸钙来源于天然或合成来源的化合物或选自硬石膏、熟石膏、石膏及其组合的副产物的处理。使用包含高度反应性材料的水硬性粘合剂AHB能获得具有非常低的粘合剂比的矿物泡沫、水泥淤浆和绝热材料，与组合物总重量相比例如小于20%，优选小于10%，或甚至4重量%。

取决于应用，本发明多孔结构绝热材料优选包含至多70重量%填料，甚至更优选至多60%填料。

因此，本发明水硬性粘合剂可主要包含铝水泥和(或)磺基铝酸钙水泥。然而，它们可包含，优选以相对于水硬性粘合剂总重量为5重量%的最大量包含波特兰水泥作为次要组分。

本发明材料还具有优异的防火性能。可观测到该性能在使用钙矾石粘合剂时更明显，因为钙矾石分子机构中存在大量结合水。

优选，本发明水硬性粘合剂包含硬化时间控制添加剂如硬化促进剂或硬化阻滞剂。它们相对于水硬性粘合剂总重量为0.1-15重量%,优选0.1-10重量%。

本发明中使用的硬化促进剂可具有任何已知类型。它们的使用能调节矿物泡沫或水泥淤浆的加工性能。作为示例性实例应提及单独或组合使用的铝酸钠、硅酸钠、铝酸钾、硫酸铝、碳酸钾，锂盐如氢氧化锂、硫酸锂和碳酸锂。

本发明中使用的硬化阻滞剂可具有任何已知类型并尤其作为示例性实例应提及单独或组合使用的柠檬酸、酒石酸、葡萄糖酸盐和硼酸及其盐。

保水剂和流变改性剂可在包括纤维素醚、瓜尔胶醚、淀粉醚、缔合型聚合物，通过生物发酵得到的聚合物如黄原酸胶、威兰胶…的种类中选择。

为了限制水分转移至经硬化的矿物泡沫的内侧(这显著提高了导热系数且因此显著降低了绝热效率)，有意义的是将引入的防水剂所有或部分在其制备过程中或通过经硬化的矿物泡沫的浸渍掺入矿物泡沫或水泥淤浆物质。作为示例，应提及合适防水剂的非限制性实例为：

-聚二甲基硅氧烷类型的硅油，其可以被官能化或不含Si-H、Si(OMe)、Si(OEt)类型的反应性基团，由这些油得到的含水乳液，例如如专利US 5,373,079所述；

-有机硅烷如专利US 2,005,018,217,4中所述的三烷氧基硅烷和硅氮烷；

-烃基硅羧基酸盐如甲基硅羧基酸钾；

-链烷烃、硬脂酸酯和油酸酯类型的蜡、植物油及其衍生物如由Novance销售。

取决于这些防水剂的性质，其以纯净或稀释于溶剂或分散或乳化于水中使用。

为了增强经硬化的矿物泡沫的机械性能，有意义的是在制备矿物泡沫或水泥淤浆的过程中将液体形式或粉末形式的聚合物如聚乙烯醇、聚酰胺、胶乳引入。

本文所用胶乳用于指通过选自苯乙烯、苯乙烯衍生物、乙烯、乙酸乙烯基酯、氯乙烯、偏氯乙烯、丙酸乙烯基酯、正丁酸乙烯基酯、月桂酸乙烯基酯、戊酸乙烯基酯和硬脂酸乙烯基酯，EOVA°9-11、(甲基)丙烯酰胺、甲基丙烯酸的(C₁-C₂₀)烷基酯、甲基丙烯酸与具有1-12个碳原子的链烷醇的(C₂-C₂₀)链烯基酯(如丙烯酸和甲基丙烯酸的甲基酯、乙基酯、正丁基酯、异丁基酯、叔丁基酯和2-乙基己基酯)，腈，丙烯腈，二烯(如1,3-丁二烯、异戊二烯)，带有两个乙烯基、两个亚乙烯基或两个亚烷基的单体的烯属不饱和单体的自由基聚合得到的一种或多种聚合物的乳液。

还可以设计以在制备矿物泡沫或水泥淤浆的过程中或通过喷雾或浸渍于经硬化的矿物泡沫上而将一些热固化或可光交联的聚合物全部或部分引入。

合适的热固性聚合物(其在热或辐射的作用下交联)的实例作为非限制性实例包括聚氨酯、环氧化物和聚酯。

本发明中所用填料通常为用作填充试剂的惰性材料。在尤其有利的实施方案中，设计在矿物泡沫中使用反应性填料。在另一有利的方案中，设计在矿物泡沫或水泥淤浆中使用低密度中空填料。该填料可为矿物或有机性质的。该矿物填料可例如选自硅粉，高炉矿渣，钢矿渣，粉煤灰，石灰石填料，颗粒状二氧化硅，火成或沉淀二氧化硅形式的二氧化硅，稻壳中回收的二氧化硅，硅藻土二氧化硅，碳酸钙，硫酸钡，变高岭石，钛、铁、锌、铬、锆、镁金属氧化物，各种形式的氧化铝(水合或未水合)，氧化铝中空珠粒，氮化硼，锌钡白，偏硼酸钡，煅烧、标准或发泡粘土，珍珠岩，蛭石，浮石，流纹岩，耐酸灰，滑石，云母，任选中空的玻璃珠粒或发泡玻璃颗粒，硅石气凝胶，硅酸盐泡沫颗粒，砂，碎沙砾，沙砾和/或鹅卵石。有机填料可选自有机聚合物珠粒(聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷)，橡胶颗粒，木材如软木粉，填料木材，稻草和/或聚苯乙烯片。

优选使用低密度中空填料。优选，填料具有比新鲜砂浆密度(其小于3)低的密度。低密度中空填料通常具有小于0.5，优选小于0.1，有利地小于0.05的密度。中空填料尺寸优选为10μm至2.5mm。优选使用疏水填料，例如碳酸钙。细填料，即平均直径D90小于或等于5μm，优选小于1μm的填料使矿物泡沫增强。优选，本发明材料包含平均直径(D90)小于或等于5μm的填料。

作为泡沫玻璃颗粒，应提及以商标

销售的堆密度作为粒度的函数为140-530Kg/m³的玻璃颗粒。例如标准粒度为4-8mm的颗粒具有180kg/m³的堆密度，而粒度为0.1–0.3mm的颗粒具有400kg/m³的密度。还应提及粒度为0.25-4mm的泡沫玻璃颗粒以及粒度更高(0–72mm)的以商标

销售的颗粒。

作为中空玻璃珠粒，应提及粒度为20-110μm且密度为约100kg/m³的由3M、Potters PQ和Akzo Nobel Expancel公司销售的玻璃珠粒。

要用作煤胞的是由Trelleborg Fillite、Potters PQ、Omega Minerals公司销售的产品。这些填料为粒度为0–0.5mm的煤胞，其堆密度为350-450kg/m³。

作为硅酸盐泡沫颗粒，应提及颗粒

20，其为非常轻质且性质上疏水的颗粒。

要用作发泡粘土的例如为粒度为0–4mm且堆密度为约200kg/m³的那些。

浮石或轻石为具有通常小于1的低密度的高度多孔火山石。优选，浮石具有0.3-8mm的粒度。该产品由Quick Mix公司销售。

根据本发明使用的发泡粘土优选具有1-8mm的粒度和280-650kg/m³的堆密度。这些产品由Maxit Fibo和Liapor公司销售。可选择经表面处理的发泡粘土以减低水需求。

根据本发明使用的发泡页岩优选具有2-8mm的粒度。这些产品由Berwilit公司销售。

根据本发明使用的珍珠岩优选具有0-6mm的粒度和39-95kg/m³的堆密度。该产品例如由Knauf和Pavatex公司销售。

根据本发明使用的蛭石优选具有0-2mm的粒度和60-160kg/m³的堆密度。该产品例如由Isola-mineralwolle Werke、CMMP和Reppel公司销售。

根据本发明使用的流纹岩优选具有10-350μm的粒度和180-350kg/m³的堆密度。该产品例如由Lafarge Noblite公司销售。

还可使用其他类型的添加剂，例如保水剂和流变改性剂，其可选自纤维素醚、瓜尔胶醚、淀粉醚、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、缔合型聚合物、通过生物发酵获得的聚合物如黄原酸胶、威兰胶、火成二氧化硅、沉淀二氧化硅、锂皂石、膨润土、锂蒙脱石…的种类。

还可使用分散剂，例如木素磺酸盐、萘磺酸盐、蜜胺磺酸盐、酪蛋白、改性聚羧酸酯，包含膦酸盐单元、磷酸酯和膦酸酯的聚合物。

矿物泡沫或含有中空填料的水泥淤浆由水泥淤浆得到。水泥淤浆可即用制备，即仅在使用之间制备。此时，可使水硬性粘合剂组分首先与硬化时间控制试剂和任选填料和/或其他添加剂混合在一起以形成粉末状混合物，然后使由此得到的混合物与水或溶剂混合以形成水泥淤浆。

还可以使用即用型水性淤浆，即事先制备的淤浆。此时，该淤浆应被稳定化而显示出高寿命，即至少一个月，甚至更优选两个月，优选3个月或更长，甚至更优选至少6个月以保证储存寿命或运输时间。

本文所用“寿命”用于指组分保持固体产品的水性或非水性悬浮体形式、不同程度的流体，即能够通过简单的机械搅拌回到水性或非水性悬浮体状态而不固化的持续时间。

水相淤浆应稳定(或延迟)数月。为此例如可以使用硼酸及其悬浮于水中的一种盐。因此需要开始固化以在使用之前“释放”含在淤浆中的水泥。为此，通常使用如下材料，其能够“释放”阻滞的铝水泥和任选能够加速水泥固化的催化剂如石灰和氢氧化锂的混合物。专利EP 0241 230和EP0 113 593公开了该类型的系统。

为了获得本发明矿物泡沫，上文描述的水泥淤浆可以与包含至少一种选自发泡剂、加气剂和气体产生剂的化合物的水性泡沫组合。可以使用装置，如图1所示用于制备水性泡沫。将水和发泡剂或加气剂的混合物1借助计量泵2泵送并与气体3共注入混合设备5如静态混合器(或填充有珠粒的管)。由气体来源3收集气体如空气、氮气或二氧化碳。注入气体的流动速度使用流量计4监测。根据另外的实施方案，气体和水的混合物、发泡剂和/或加气剂的混合物流动通过数个具有直径连续减少的珠粒的珠粒搅拌器5和6。最后，水性泡沫在容器7回收。

根据本发明另外的实施方案，向水泥淤浆直接加入至少一种选自发泡剂、加气剂和气体产生剂的化合物，然后将气体注入该淤浆从而形成矿物泡沫。气体注入通过使气体和淤浆之间的交互表面最大而进行，从而得到大量且稳定的矿物泡沫。可使用的装置如图1所述，用添加的水泥淤浆替代水和发泡剂或加气剂的组合。

根据另外的实施方案，矿物泡沫可在制备包含水硬性粘合剂AHB、溶剂、填料，优选反应性填料或低密度中空填料或例如填料(其可以制备淤浆时或在该步骤之后全部或部分引入)的水泥淤浆时在不加入表面活性剂下通过空气携带而产生。

根据另外的实施方案，将中空填料掺入水泥淤浆从而产生孔隙。

由此获得的矿物泡沫或水泥淤浆可直接用于制备本发明多孔结构绝热材料(或经硬化的矿物泡沫)。本发明矿物泡沫或水泥淤浆或经硬化的矿物泡沫有利地不需要任何化学处理，尤其任何昂贵的水热处理。本发明多孔结构绝热材料可因此不经任何化学或水热处理获得。

根据本发明，可合适地使用传统用于使水泥发泡的任意发泡剂，如阴离子型、非离子型表面活性剂及其组合。可任选加入用于使水性泡沫稳定的添加剂。稳定化添加剂可为专利WO/2008/020246、WO/2006/067064和US 4,218,490中所述的液体形式或固体颗粒形式的表面活性剂或聚合物、长链醇如链烷醇酰胺、水状胶体，蛋白质。本发明泡沫可不包含任意发泡剂或泡沫稳定剂。

加气剂为可以通过由于搅拌而导致湍动使截留的空气气泡稳定的化合物。作为加气剂，应提及树木天然树脂、硫酸盐或磺酸盐化合物、合成清洁剂和有机脂肪酸。

根据本发明使用的气体产生剂可例如选自产生氮气、氧气、氢气、二氧化碳、一氧化碳、氨气或甲烷的化合物。专利US 2005/0,126,781提及多种气体产生剂，其可以根据本发明使用。作为示例性实例应提及含有肼或偶氮基团的化合物如肼、偶氮二酰胺、偶氮二异丁腈、对甲苯磺酰肼、对甲苯磺酰基氨基脲、碳酰肼、p-p'-氧连二(苯磺酰肼)及其组合。不含任意肼或偶氮基团的产生氮气的试剂的实例包括有机或无机酸铵盐、羟胺硫酸盐、脲及其组合。产生氧气的试剂的实例例如为传统用于清洁剂领域的漂白剂如过氧化物、过碳酸盐、过硫酸盐、过氧碳酸盐。本发明材料(经硬化的矿物泡沫)或矿物泡沫或含有中空填料的水泥淤浆特别可用于改善设备的绝热和防火。事实上，材料(经硬化的矿物泡沫)或矿物泡沫或水泥淤浆可用于制备包含至少一个基于该材料(经硬化的矿物泡沫)的绝热层的预制板如：

-用于制备从外侧替代用于绝热系统的聚苯乙烯板的板，

-用于制备夹心板，其中将矿物泡沫或含有中空填料的水泥淤浆引入建筑材料(木材、胶合板、聚苯乙烯、灰泥、混凝土)的两个墙壁之间，

-用于制备承重或不承重的绝热预加墙壁或空心砌砖和要用于建筑物的砖，

-用于制备替代内侧具有玻璃纤维或PU的复合板的板，用于房屋的内部绝热。

材料(经硬化的矿物泡沫)或矿物泡沫或含有中空填料的水泥淤浆还可用于原位放置矿物泡沫以填充设备中建筑物元件如墙壁、天花板、空心砌砖、门、导管…中的中空部分。

材料或矿物泡沫还可用于原位放置矿物泡沫作为与干燥坑用管道连接的下表面。

材料或矿物泡沫或含有中空填料的水泥淤浆还可以用于以对打灰建筑物具有绝热功能的单层原位施用在外侧的矿物泡沫，其中该单层可用美学整理涂层覆盖。

本发明材料或矿物泡沫或含有中空填料的水泥淤浆还尤其可用于制备用于耐火应用的绝热混凝土或砖，包括生产耐火砖和原位放置制备整体混凝土用矿物泡沫。

最后，本发明矿物泡沫或含有中空填料的水泥淤浆可用作即用混凝土，由其获得用于如下应用的绝热材料：

-结构体、双头螺栓、横墙和单墙元件中的板，由此能减少连接处的热桥，

-外部混凝土壳，能减少建筑物各楼层之间的热桥，

-石质平台上的板，

-双墙填充物，

-屋顶和阶地绝热。

实施例

I-方案的定义

I.1–导热率和热收缩率的测定

-在20°C下导热率λ的测量

导热率值根据标准EN12667：2001“Thermal performance of buildingmaterials and products.Determination of thermal resistance by means ofguarded hot plates and heat flow meter methods.Products of high andmedium thermal resistance”测量。

I.2-压缩强度的测定

在3和24小时之后根据标准EN 196-1测定100x100x100mm混凝土立方体的压缩强度。

I.3-根据标准EN 993-1测定混凝土的表观孔隙率

I.3.1-装置

-装有用于接收样品的篮的固定设备的称重天平0.1g

-真空进料斗

-具有压力计的真空泵

-在20°C下的水瓶

-在20°C下的水桶

I.3.2-程序

-使该样品在60°C(土建)或110°C(耐火材料)下在烘箱中干燥24小时

-称重干燥样品(P1)

-将样品引入真空进料斗

-产生真空和控制压力计(<50毫巴)

-在保持吸入的同时，使水缓慢引入真空进料斗直到用2cm水覆盖样品(在真空下使样品浸没)

-保持吸入至水冒泡结束(=>从孔隙中除去空气)

-关闭真空进料斗阀并使该泵关闭

-使浸渍在真空下进行并保持最少3小时(样品的脱气时间)

-使进料斗达到大气压力

-取出样品以测试并用湿海绵除去过量水(不使样品干燥)

-称重水饱和样品(P2)

-称称重天平与盘中的水饱和样品的皮重

-将样品引入悬于称重天平下的金属性篮

-使整体浸入桶的约10cm水下

-读取重量(P3)，其能测量水重量变化且因此样品体积(水饱和样品上的浮力测量)

孔隙率(%)=(水饱和重量–干重)/体积x100

孔隙率(%)=(P2–P1)/P3*100

I-4：通过比重瓶方法测定真密度和表观孔隙率

I-4-1：装置

-Pycnometer Micromeritics ACCUPYC II 1340

-+/-0.0001g的Mettler类型精确称重天平

-瓶+压力调节氦气(最小99.995%)1.5巴(21.5psi)

I-4-2：有效性范围-精确度

-测量范围：>0.2g/cm³

-测量精确度：0.05%

I-4-3：程序

制备样品：

应将样品在60°C下置于烘箱中(最少2h)，然后使其冷却从而除去水并且更快速稳定而测量(5个相同的连续测量)。

称样品支撑单元的皮重并填充至2/3。保存准确物质。将该单元引入比重瓶并盖上盖子。

通过计算机程序开始测量循环。

结果：

固体的真密度(g/cm³)测定基于已知存在于单元中的材料物质占据的体积的测量。

结果对应于在设备置信区间(0.02%体积变化)内5个最后结果的平均值。

计算机结果以0.01g/cm³表示该值。

孔隙率(%)=1-(1/测量的堆密度–1/真密度)x100

I-5：通过光学显微法测量孔隙直径

用可硬化的树脂(环氧树脂)浸渍经硬化的矿物泡沫以可以在光学显微镜下观测。在硬化12h之后，使样品与约4cm*4cm的盘横切切割，其中厚度为0.05-3mm。样品横截面的观测在放大X5下进行。

II-本发明组合物的实施例以及本发明绝热材料的导热率和压缩强度的评价

II.A.实施例1：

II.A.1-粘合剂的制备

将如下组分加入容器中：

使用电力混合器使各组分以低速度(刻度1)混合30秒，然后以高速度(刻度5)混合1分钟30秒。由此得到水泥淤浆。

II.A.2-水性泡沫的生产

在盆中混合如下产品：

-6g发泡剂

SL400-L(具有20000-120000道尔顿的蛋白质)，

-0.40g纤维素醚，

-80g水。

使用电力混合器使整个混合物以高速度混合5分钟直到得到均匀和紧密水性泡沫。

II.A.3-矿物泡沫的制备

将20克水性泡沫借助电力混合器以中等速度(刻度3)并保持3分钟而掺入上文制备的水泥淤浆。

II.A.4-矿物泡沫的浇灌和干燥

将矿物泡沫浇入4cm*4cm*16cm之前用脱模油润滑的模具中。

II.A.5-矿物泡沫组合物

组合物	量(重量份)	%(重量)
			粘合剂	94.5	66.8%
水	38.6(21.2+17.4)	27.3%
			发泡剂	1.3	0.9%
交联剂	1.4	1%
			填料	5.2	3.7%
其他添加剂	0.4(0.3+0.1)	0.3%

II.A.6-所得绝热材料的表征

-密度：125Kg/m³.

-压缩强度，3小时：Cs=0.3MPa

-导热系数：λ=0.044W/m.°C

-由于奥斯特华德熟化而没有缺陷

-孔隙率>90%

II.B.实施例2：本发明绝热材料与基于波特兰水泥52.5R的绝热材料的比较

IIB.1-粘合剂的制备

将如下组分加入容器中：

使用电力混合器使各组分以低速度(刻度1)混合30秒，然后以高速度(刻度5)混合1分钟30秒。

II.B.2-水性泡沫的生产

在盆中混合如下产品：

-5g发泡剂

SL400-L(20000-120000道尔顿的蛋白质)，

-80g水。

II.B.3-制备矿物泡沫

将20克水性泡沫借助电力混合器以中等速度(刻度3)并保持3分钟而掺入100g粘合剂。

本发明矿物泡沫均更容易以水性泡沫获得容易掺入粘合相并且整体为均匀的。

难以获得矿物泡沫2的对比评价，因为该粘合剂不足以流动。

II.B.4-矿物泡沫的浇灌和干燥

将矿物泡沫浇入4cm*4cm*16cm之前用脱模油润滑的模具中。

此后，使矿物泡沫在23°C和60%RH下干燥24h以获得本发明多孔结构绝热材料。

与未倒塌的主要基于铝水泥L2的本发明矿物泡沫(图2a)相反，可以观测到用对比粘合剂LC1得到的主要基于波特兰水泥的矿物泡沫倒塌(图2b)。图2c)为主要基于波特兰水泥LC2的绝热材料。可以观测到较少的倒塌，但在获得的多孔结构绝热材料中还有高度不均匀性。

II.B.5-本发明多孔结构绝热材料的表征

孔隙体积和密度的测量：

使用比重瓶测量多孔结构绝热材料的密度，其中该测量与通过水孔隙计获得结果比较。两种方法可测得包含铝水泥-、硫酸钙-和波特兰水泥-基粘合剂的本发明绝热材料的密度为0.29且孔隙体积为85%。

绝热材料孔隙直径的测量：

用可硬化的树脂(环氧树脂)浸渍经硬化的矿物泡沫以可以在光学显微镜下观测。在硬化12h之后，使样品与约4cm*4cm*的盘横切切割，其中厚度为0.05-3mm。

样品横截面的观测在放大X5下进行且示于图3a)和3b)。

如图2a-2c所示，经硬化的本发明矿物泡沫(L2.图2a)具有优异的机械性能，而仅基于波特兰水泥的经硬化的矿物泡沫(LC1.图2b和LC2.图3b)在使淤浆与水性泡沫接触时倒塌。

经硬化的本发明矿物泡沫(L2.图3a)包含规则分布(4-5个气泡/mm²)和规则大小的气泡，而对比例LC1的经硬化的矿物泡沫(图3b)具有不均匀的气泡大小和气泡分布。

II.C.实施例3：含中空填料的钙矾石型粘合剂及与波特兰水泥52.5R基材料的比较

II.C.1-粘合剂的制备

将如下组分加入容器中：

(*)为具有如下特性的发泡珍珠岩类型的中空填料：

粒度：0–2.5mm

密度：80-100kg/m³

II.C.2-水性泡沫的生产

在盆中混合如下产品：

-4g发泡剂Empicol ESC/3L(月桂基聚氧乙烯醚硫酸钠)，

-0.1g黄原酸胶，

-0.1g硫酸锂，

-92.8g水。

使用电力混合器使整个混合物以高速度混合5分钟直到得到密度为50kg.m³的均匀和紧密水性泡沫。

II.C.3-制备矿物泡沫

将30克水性泡沫借助电力混合器以中等速度(刻度3)并保持3分钟而掺入上文制备的100g水泥淤浆。

II.C.4-矿物泡沫的浇灌和干燥

将矿物泡沫浇入4cm*4cm*16cm或10cm*10cm*10cm的聚苯乙烯模具中。

此后，使矿物泡沫在23°C和60%RH下干燥24h以得到本发明多孔结构绝热材料。

与未倒塌的主要基于含反应性填料和中空填料的铝水泥L3的本发明矿物泡沫相反，可以观测到用对比粘合剂LC3得到的主要基于波特兰的矿物泡沫倒塌。

II.C.5-矿物泡沫组合物(含反应性填料和中空填料的粘合剂L3)

II.C.6-所得绝热材料的表征

-密度：194Kg/m³.

-孔隙率：91%

-压缩强度，3小时：0.5MPa，24小时：Cs=0.8MPa

-导热系数：λ=0.07W/m.°C

由于矿物泡沫倒塌而不能得到含有波特兰水泥LC4的矿物泡沫的对比分析。该倒塌的原因是由于该体系的低反应性。

绝热材料孔隙直径的测量：

图4显示尺寸范围约为100-550μm的孔隙。

II.D.实施例4：低浓度粘合剂，不含普通波特兰水泥(OPC)，含反应性填料和中空填料

II.D.1-粘合剂的制备

将如下组分加入容器中：

(*)

所有实施例中使用的矿渣的特性如下：

比表面(Blaine)：2900cm²/g

真密度：2.913g/cm³

粒度(μm)：

使用电力混合器使各组分以低速度(刻度1)混合30秒，然后以高速度(刻度5)混合1分钟30秒。由此得到矿物泡沫。

II.D.2-水性泡沫的生产

在盆中混合如下产品：

-4g发泡剂Empicol ESC/3L(月桂基聚氧乙烯醚硫酸钠)，

-0.1g黄原酸胶，

-0.1g硫酸锂，

-92.8g水。

II.D.3-制备矿物泡沫

将15克水性泡沫借助电力混合器以中等速度(刻度3)并保持3分钟而掺入上文制备的100g水泥淤浆。

IID.4-矿物泡沫组合物

组合物	%(重量)
		粘合剂L3	9.27
中空填料	3.56
		反应性填料	7.13
填料	50.88
		水	28.12
发泡剂	0.52
		其他添加剂	0.63

II.D.4-所得绝热材料的表征

-密度：232Kg/m³.

-压缩强度，3小时：Cs=0.2MPa

-导热系数：λ=0.0712W/m.°C

-孔隙率：86%

由于矿物泡沫倒塌而不能得到具有波特兰水泥的矿物泡沫LC5的对比分析。该倒塌的原因是由于该体系的低反应性。

绝热材料孔隙直径的测量：

在图5中，可以观测到尺寸小于300μm的孔隙。

II.E.实施例5：在含反应性填料和中空填料的淤浆中原位产生泡沫

II.E.1-粘合剂的制备

将如下组分加入容器中：

(*)参见实施例4

II.E.2-矿物泡沫的浇灌和干燥

如II.D.2的相同方法。

II.E.3-矿物泡沫组合物

II.E.4-所得绝热材料的表征

-密度：287Kg/m³.

-压缩强度，3小时：Cs<0.2MPa，24小时：Cs=0.2MPa

-导热系数：λ＝0.0821W/m.°C

-孔隙率：88.5%

绝热材料孔隙直径的测量：可以在图6中观测到的孔隙尺寸基本小于200μm。

II.F.实施例6：高粘合剂比，含OPC，含中空填料和含或不含反应性填料

II.F.1-粘合剂的制备

将如下组分加入容器中：

(*)参见实施例4

II.F.2-水性泡沫的生产

在盆中混合如下产品：

-4g发泡剂Empicol ESC/3L(月桂基聚氧乙烯醚硫酸钠)，

-0.1g黄原酸胶，

-0.1g硫酸锂，

-92.8g水。

II.F.3-制备矿物泡沫

II.F.4-矿物泡沫的浇灌和干燥

与相同II.C.4。

II.F.5-矿物泡沫组合物(含有矿渣和中空填料的粘合剂1以及含有中空填料且不含矿渣的粘合剂1)

II.F.6-所得绝热材料的表征

-密度：含粘合剂L6194Kg/m³

含粘合剂L7143Kg/m³

-孔隙率：含粘合剂L691%

含粘合剂L794%

-压缩强度，3小时：

含粘合剂L6Cs=0.2MPa

含粘合剂L7Cs<0.2MPa

-导热系数：

含粘合剂L6λ=0.053W/m.°C

含粘合剂L7λ=0.045W/m.°C

绝热材料孔隙直径的测量：

含粘合剂L6：在图7中观测到的孔隙尺寸基本小于400μm。

含粘合剂L7：在图8中观测到的孔隙尺寸基本小于350μm。

II.G.实施例7：高粘合剂比，不含OPC，含硅石气凝胶类型的中空填料

II.G.1-制备粘合剂

将如下组分加入容器中

II.G.2-水性泡沫的生产

在盆中混合如下产品：

-4g发泡剂Empicol(月桂基聚氧乙烯醚硫酸钠)，

-0.1g硫酸锂，

-92.8g水。

II.G.3-制备矿物泡沫

II.G.4-矿物泡沫的浇灌和干燥

与相同II.C。

II.G.5-矿物泡沫组合物

II.G.6-所得绝热材料的表征

-密度：236Kg/m³.

-孔隙率：90.3%

-压缩强度，3和24小时：Cs<0.2MPa，Cs，28天=0.4MPa

-导热系数：λ=0.061W/m.°C

绝热材料孔隙直径的测量：在图9中，在图上观测到的孔隙尺寸为450μm。

II.H.实施例8：高粘合剂比，含OPC，硅粉类型的反应性填料

II.H.1-制备粘合剂

将如下组分加入容器中

(*)参见实施例4

II.H.2-水性泡沫的生产

在盆中混合如下产品：

-1g发泡剂Glucopon CSUP 600(烷基聚葡糖苷醚)，

-0.3gGluadin(小麦蛋白水解物)，

-0.3g碳酸锂，

-0.1g纤维素醚H300P2，

-98.3g水。

II.H.3-制备矿物泡沫

II.H.4-矿物泡沫的浇灌和干燥

与相同II.C.4。

II.H.5-矿物泡沫组合物

II.H.6-所得绝热材料的表征

-密度：不含矿渣212Kg/m³。含矿渣300Kg/m³

-孔隙率：不含矿渣90.3%，含矿渣80%

-压缩强度，3小时：Cs<0.2MPa，Cs，24小时：0.5MPa含矿渣和<0.5MPa不含矿渣。Cs，28天不含矿渣：0.6MPa

-导热系数：λ=W/m.°C，含矿渣：0.102W/m.°C

II.I.实施例9：高粘合剂比，含有OPC，硅粉类型+疏水剂的反应性填料

II.I.1-制备粘合剂

将如下组分加入容器中

II.I.2-水性泡沫的生产

在盆中混合如下产品：

-7g发泡剂600(动物蛋白质)，

-0.3g碳酸锂，

-92.7g水。

II.I.4-矿物泡沫的浇灌和干燥

与II.C.4相同。

II.I.5-矿物泡沫组合物

II.I.6-所得绝热材料的表征

-密度：214Kg/m³，

-孔隙率：90.1%，

-压缩强度，3小时：Cs<0.2MPa，Cs，28天：0.7MPa

-导热系数：λ=0.0545W/m.°C。

可以在图10上观测到的孔隙直径基本小于300μm。

II.J.实施例10：具有中空填料的无泡沫淤浆

II.J.1-制备粘合剂

将如下组分加入容器中

(*)参见实施例4

II.J.2-所得绝热材料的表征

机械强度

在24h的反射(Mpa)	1.3	-
			在3h的反射(Mpa)	1.5	0.9
压缩强度(3h Mpa)	2.3	-
			压缩强度24h(Mpa)	3.1	1.3

Claims

1.一种多孔结构绝热材料，以与所述材料总重量相比的重量包含：

a)4-96%通过水硬性粘合剂水合获得的水泥基体，所述水硬性粘合剂在与水接触之前特征在于其包含至少一种选自C3A、CA、C12A7、C11A7CaF2、C4A3$(Yee lemite)、C2A(1-x)Fx(其中x属于[0，1])的相，水硬性无定形相具有0.3-15的C/A摩尔比并且使得这些相的Al2O3积累量为水硬性粘合剂总重量的3-70重量%，

b)4-96%至少一种填料,

所述材料具有70-95%的孔隙体积。

2.根据权利要求1的多孔结构绝热材料，其具有小于500μm/m的收缩率。

3.根据权利要求1或2的多孔结构绝热材料，其具有在3小时时大于或等于0.2MPa的压缩强度Cs和在20°C下小于或等于0.2W/m.°C的导热系数。

4.根据权利要求1-3中任一项的多孔结构绝热材料，其含有与所述材料总重量相比为1-80重量%的低密度中空填料。

5.一种可用于制备根据权利要求1-4中任一项的材料的矿物泡沫，包含：

-水硬性粘合剂，其在与水接触之前特征在于其包含至少一种选自C3A、CA、C12A7、C11A7CaF2、C4A3(Yee lemite)、C2A(1-x)Fx(其中x属于[0,1])的相，水硬性无定形相具有0.3-15的C/A摩尔比并且使得这些相的Al2O3积累量为水硬性粘合剂总重量的3-70重量%，

-1-30重量%至少一种选自反应性填料的填料，所述百分数相对于所述矿物泡沫中的干燥物质总重量，

-至少一种水性和/或非水性溶剂，和

-气体如空气、二氧化碳或氮气。

6.一种可用于制备根据权利要求1-4中任一项的材料的矿物泡沫，包含：

-水硬性粘合剂，其在与水接触之前特征在于其包含至少一种选自C3A、CA、C 12A7、C 11A7CaF2、C4A3(Yee lemite)、C2A(1-x)Fx(其中x属于[0,1])的相，水硬性无定形相具有0.3-15的C/A摩尔比并且使得这些相的Al2O3积累量为水硬性粘合剂总重量的3-70重量%，和0重量%至小于5重量%的波特兰水泥，

-至少一种水性和/或非水性溶剂，和

-气体如空气、二氧化碳或氮气。

7.一种可用于制备根据权利要求1-4中任一项的材料的矿物泡沫，包含：

-1-80重量%至少一种选自中空填料的填料，所述百分数相对于所述矿物泡沫干燥物质总重量，

-至少一种水性和/或非水性溶剂，和

-气体如空气、二氧化碳或氮气。

8.根据权利要求5-7中任一项的矿物泡沫，其此外包含选自发泡剂、加气剂和/或气体产生剂的化合物。

9.一种可用于制备根据权利要求1-4中任一项的材料的水泥淤浆，包含：

-至少一种水硬性粘合剂，其在与水接触之前特征在于其包含至少一种选自C3A、CA、C12A7、C11A7CaF2、C4A3(Yee lemite)、C2A(1-x)Fx(其中x属于[0,1])的相，水硬性无定形相具有0.3-15的C/A摩尔比并且使得这些相的Al2O3积累量为水硬性粘合剂总重量的3-70重量%，

-至少一种低密度中空填料，

-至少一种水性和/或非水性溶剂。

10.根据权利要求5-9中任一项的矿物泡沫或水泥淤浆，其中所述粘合剂包含与粘合剂总重量相比为10-90重量%硫酸钙。

11.根据权利要求5-10中任一项的矿物泡沫或水泥淤浆，其中所述溶剂为水且水/水硬性粘合剂重量比为0.1-0.7。

12.根据权利要求5-11中任一项的矿物泡沫或水泥淤浆，其包含至少一种反应性填料和与组合物总重量相比为0.5-5重量%的至少一种反应性填料活化化合物。

13.一种制备根据权利要求4-8和10-12中任一项的矿物泡沫的方法，包括如下步骤：

b)制备水泥淤浆，包括

d)使水性泡沫和淤浆混合在一起。

14.一种制备根据权利要求4-8和10-12中任一项的矿物泡沫的方法，包括如下步骤：

a)制备水泥淤浆，包括

b)通过使空气和水泥淤浆之间的接触表面最大，使气体注入淤浆，例如通过使用静态混合器，

c)将一种或多种填料所有或部分在步骤a)之中或之后掺入。

15.一种制备根据权利要求9-12中任一项的水泥淤浆的方法，包括如下步骤：

a)制备水泥淤浆，包括

-使粘合剂与溶剂混合在一起，

b)将至少一种低密度中空填料掺入淤浆，

c)将一种或多种填料所有或部分在步骤a)之中或之后或在步骤b)之中或之后掺入。

16.根据权利要求5-12中任一项的矿物泡沫或水泥淤浆或根据权利要求1-4中任一项的经硬化的矿物泡沫在制备如下绝热材料中作为组分的用途：

-制备包含至少一种基于矿物泡沫的绝热层的预制板，

-制备夹心板，

-通过原位放置与管道下表面接触的泡沫而制备干燥坑，

17.根据权利要求5-12中任一项的矿物泡沫或水泥淤浆或根据权利要求1-4中任一项的经硬化的矿物泡沫在如下制备中作为耐火材料的用途：

-制备耐火砖，

-通过原位放置所述矿物泡沫制备整体混凝土。