CN104671706A - 一种柔性复合硅酸盐保温材料及制备方法 - Google Patents

一种柔性复合硅酸盐保温材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种柔性复合硅酸盐保温材料及制备方法，属于无机保温材料技术领域。本发明的柔性复合硅酸盐保温材料是以无机纤维和海泡石为主，并加入硫酸钙晶须、二氧化硅、粘结剂、柔性剂、表面活性剂复合而成。本发明制备的复合硅酸盐保温材料不含石棉、不污染环境；可弯曲，施工方便；具有重量轻、柔性好、回弹率高、热稳定性好、导热系数低、保温绝热性能好等优点。适用于化工、石油、热电及其他企事业单位的设备、容器、管道等产品的保温。本发明的方法具有成本低、操作简单、易于大工业化等优点。

Description

一种柔性复合硅酸盐保温材料及制备方法
技术领域
本发明涉及一种柔性复合硅酸盐保温材料及制备方法，属于无机保温材料技术领域。
背景技术
我国经济快速增长，各项建设取得巨大成就，但也付出了巨大的能源消耗。在能耗中，热损耗占有相当的比重，因此近年来保温绝热材料发展迅速，在化工、石油、电力、冶金、交通、国防、建筑等行业的需求量越来越大。保温绝热材料按照构成一般可分为有机保温材料和无机保温材料，有机保温材料如聚苯乙烯，聚氨酯等虽然导热系数低，但其容易燃烧，致其应用受到了限制。
目前的无机保温材料多处于单一结构如岩棉、玻璃纤维、陶瓷纤维等材料。但是这些传统的硅酸盐保温材料由于其成型材料的内部空间不封闭，容易产生对流散热，导致保温效果不理想，而且还存在使用周期较短，易开裂、对人体危害较大等缺陷。如中国专利CN1781867所述的复合物硅酸盐保温材料成分中含有石棉，长期接触会严重威胁人类的健康。
随着社会的发展和人类环保意识的不断提高，对硅酸盐保温材料提出了更高的要求，除了满足导热系数低外，还需要粘接力更强，容易施工，耐急冷急热性能好，不发生开裂，无毒无尘无污染。现有的无机硅酸盐保温材料在许多领域还不能达到应用要求，急需开发新型的复合硅酸盐无机保温材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不含石棉的柔性复合硅酸盐保温材料及制备方法。
技术方案：
一种柔性复合硅酸盐保温材料，其组成为：无机纤维2.1-7份、海泡石粉3.2-8份、表面活性剂0.4-0.9份、硫酸钙晶须0.1-1份、二氧化硅0.05-0.2份、复合粘结剂0.8-5.2份、柔性剂0.3-1份和不高于500份的水；所述份为重量份。
所述水的含量与柔性复合硅酸盐保温材料的干燥程度相关；在柔性复合硅酸盐保温材料干燥之前，水的含量为100-500份。
采用上述原料配比制备而成的柔性复合硅酸盐保温材料（以下简称产品），具备以下优良性能：
不含石棉，不污染环境；
密度小于110kg/m3，从而使产品具备轻质性能；
导热系数小于0.05W/(m·K)，从而使产品具备优良保温性能；
压缩回弹率（表征材料弹性的一个技术指标，回弹率越高越好）大于75%，使产品具备可弯曲、柔性好、施工方便的性能；
热稳定性好，具有较高的耐热性性能。
上述组分中，海泡石是一种纤维状的含水硅酸镁轻质多孔材料，具有隔热、保温、热稳定性好等性能，本发明采用的无机纤维（水镁石纤维、岩棉、硅酸铝棉、玻璃纤维）作为一类软体保温材料，可增强保温材料的柔软性和弹性，同时又起到绝热和骨架作用。硫酸钙晶须是具有均匀的横截面、完整的外形、完善的内部结构的纤维状（须状）单晶体，是集增强纤维和超细无机填料二者的优势于一体新型无机材料，具有优异的补强增韧剂、保温、隔热、绝缘等性能。二氧化硅为无机纳米材料，起到降低材料导热系数的作用。
上述柔性复合硅酸盐保温材料，优选的，无机纤维选自水镁石纤维、玻璃纤维、岩棉和硅酸铝棉中的一种或两种以上。
上述柔性复合硅酸盐保温材料，优选的，表面活性剂为琥珀酸二辛酯磺酸钠或/和十二烷基磺酸钠。加入活性剂的目的是为了加快材料的润湿性能，使材料混合均匀。
上述柔性复合硅酸盐保温材料，优选的，柔性剂为丙烯酸丁酯与丙烯酸钠的共聚物。所述丙烯酸丁酯与丙烯酸钠的共聚物是由丙烯酸丁酯与丙烯酸钠通过自由基溶液聚合得到的。相较于不添加柔性剂，添加该柔性剂所制备的产品，各项性能（保温性能、轻质性能和回弹性能）均明显改善。
上述柔性复合硅酸盐保温材料，优选的，复合粘结剂由复配粘结剂和氧化锌按照5-30:1的重量配比组成；复配粘结剂由固含量为60wt%的丙烯酸酯乳液和磷酸二氢铝按照重量配比为10：2-6组成。
本发明还给出了综合性能较好的柔性复合硅酸盐保温材料的具体方案：
由水镁石纤维2.1份、硅酸铝棉1.4份、海泡石粉8份、琥珀酸二辛酯磺酸钠0.5份、硫酸钙晶须0.1份、二氧化硅0.1份、氧化锌0.3份、丙烯酸丁酯与丙烯酸钠共聚物0.3份、复配粘结剂1.5份和水250份制备而成；
所述复合粘结剂由丙烯酸酯乳液和磷酸二氢铝以按照10：2的重量比复配而成。
上述柔性复合硅酸盐保温材料的制备方法，包括下述步骤：
    （1）按比例将无机纤维、海泡石粉、表面活性剂、硫酸钙晶须、二氧化硅和水混合，静置8-12小时；
    （2）加入柔性剂和复合粘结剂混匀，形成胶凝体浆料；
（3）胶凝体浆料成型。
 本发明通过实验证明，采用“同时将所有原料混合”的方法，无法获得分散均匀的胶凝体浆料，从而导致制备而成的保温材料的保温性能、压缩回弹率和热稳定性下降。而本发明第一步的混合料，是在较高速度下的搅拌，使无机材料充分混合均匀；第二步的混合，是在较低搅拌速度下的混合获得分散均匀的胶凝体浆料（高分子材料，长时间的高速搅拌可引起聚合物的降解，无法获得分散均匀的胶凝体浆料）；从而制备出性能好的保温材料。
 上述制备方法，优选的，在步骤（1）中加入复合粘结剂中的氧化锌；在步骤（2）中加入复合粘结剂的剩余组分。将复合粘结剂分步加入，能进一步提高产品的性能。
    上述制备方法，所述胶凝体浆料成型，优选采用下述方式完成：将胶凝体浆料倒入模具中，进行干燥处理。所述干燥处理，如果只在一阶段60-90℃干燥,那么则会处理的时间比较长，如果只在一阶段>100℃干燥，温度较高，水挥发太快，会使保温材料内部出现空洞。所以，更优选的，所述干燥处理分两阶段进行：先在60-90℃温度下处理8-12小时；然后在100-120℃温度下处理4-8小时。
上述制备方法，步骤（2）中，第一次混匀，优选采用砂磨分散机，以2000-2500rpm的搅拌速率完成，
第二次混匀，优选采用砂磨分散机，以1000-1400rpm的搅拌速率完成。
本发明的有益效果：
本发明的柔性复合硅酸盐保温材料不含石棉，不污染环境；具有重量轻、柔性好、回弹率高、热稳定性好、导热系数低、保温绝热性能好等优点。可广泛适用于化工、石油、热电及其他企事业单位的设备、容器、管道等产品的保温。
本发明的方法具有成本低、操作简单、易于大工业化等优点。
具体实施方式
本发明将结合实施例作进一步描述。
实施例1
首先在混合釜中将水镁石纤维2.1kg、海泡石粉8kg、琥珀酸二辛酯磺酸钠500g、十二烷基磺酸钠400g、硫酸钙晶须0.1kg、二氧化硅100g、氧化锌677g、加入100kg水中，慢速搅拌浸泡12小时，然后调节搅拌速率2000rpm，利用砂磨分散机将上述物料混合搅拌20分钟，接着将丙烯酸丁酯与丙烯酸钠的共聚物0.3kg和复配粘结剂4kg（由丙烯酸酯乳液和磷酸二氢铝以按照10：5的重量比复配而成）加入上述物料中，调节搅拌速率1000rpm，搅拌时间60min后结束形成胶凝体浆料，将制备的浆料倒入合适的模具中，在70℃温度下干燥12小时；然后在100℃温度下干燥8小时，即得到保温材料。
实施例2
首先在混合釜中将水镁石纤维2kg、岩棉2Kg、玻璃纤维3Kg、海泡石粉3.2kg、琥珀酸二辛酯磺酸钠300g、十二烷基磺酸钠400g、硫酸钙晶须1kg、二氧化硅50g、氧化锌200g、加入500kg水中，慢速搅拌浸泡8小时，然后调节搅拌速率2500rpm，利用砂磨分散机将上述物料混合搅拌40分钟，接着将丙烯酸丁酯与丙烯酸钠的共聚物1.0kg和复配粘结剂（由丙烯酸酯乳液和磷酸二氢铝以按照10：2的重量比复配而成；丙烯酸酯乳液的固含量为60wt%）5kg加入上述物料中，调节搅拌速率1400rpm，搅拌时间40min后结束形成胶凝体浆料，将制备的浆料倒入合适的模具中，在90℃温度下干燥8小时；然后在120℃温度下干燥4小时，即得到保温材料。
实施例3
首先在混合釜中将岩棉2Kg、硅酸铝棉1.4Kg、海泡石粉6kg、琥珀酸二辛酯磺酸钠400g、硫酸钙晶须0.5kg、二氧化硅200g、氧化锌100g、加入250kg水中，慢速搅拌浸泡7小时，然后调节搅拌速率2200rpm，利用砂磨分散机将上述物料混合搅拌30分钟，接着将丙烯酸丁酯与丙烯酸钠的共聚物0.6kg和复配粘结剂5.4kg（由丙烯酸酯乳液和磷酸二氢铝以按照10：6的重量比复配而成）加入上述物料中，调节搅拌速率1200rpm，搅拌时间30min后结束形成胶凝体浆料，将制备的浆料倒入合适的模具中，在80℃温度下干燥10小时；然后在110℃温度下干燥7小时，即得到保温材料。
实施例4
首先在混合釜中将水镁石纤维2.1kg、硅酸铝棉1.4Kg、海泡石粉8kg、琥珀酸二辛酯磺酸钠500g、硫酸钙晶须0.1kg、二氧化硅100g、氧化锌300g、加入250kg水中，慢速搅拌浸泡12小时，然后调节搅拌速率2000rpm，利用砂磨分散机将上述物料混合搅拌20分钟，接着将丙烯酸丁酯与丙烯酸钠的共聚物0.3kg和复配粘结剂（由丙烯酸酯乳液和磷酸二氢铝以按照10：2的重量比复配而成；丙烯酸酯乳液的固含量为60wt%）1.5kg加入上述物料中，调节搅拌速率1000rpm，搅拌时间60min后结束形成胶凝体浆料，将制备的浆料倒入合适的模具中，在70℃温度下干燥12小时；然后在100℃温度下干燥8小时，即得到保温材料。
对比例1-1、对比例1-2、对比例1-3
表1
  无机纤维 海泡石 表面活性剂 硫酸钙晶须 二氧化硅 柔性剂 复配粘结剂
对比例1-1 同实施例4 同实施例4 同实施例4 0 同实施例4 同实施例4 同实施例4
对比例1-2 同实施例4 同实施例4 同实施例4 同实施例4 同实施例4 0 同实施例4
对比例1-3 同实施例4 同实施例4 同实施例4 同实施例4 0 同实施例4 同实施例4
按照表1准备原料，采用实施例4的制备方法制备保温材料。
对比例2-1
采用实施例4的原料，将所有原料同时加入容器中，然后调节搅拌速率2000rpm，利用砂磨分散机将上述物料混合搅拌20分钟，接着调节搅拌速率1000rpm，搅拌时间60min后结束形成胶凝体浆料，将制备的浆料倒入合适的模具中，在70℃温度下干燥12小时；然后在100℃温度下干燥8小时，即得到保温材料。
对比例2-2
首先在混合釜中将水镁石2kg、岩棉2Kg、玻璃纤维3Kg、海泡石粉3.2kg、琥珀酸二辛酯磺酸钠300g、十二烷基磺酸钠400g、硫酸钙晶须1kg、二氧化硅50g、氧化锌200g、加入水400kg水中，慢速搅拌浸泡8小时，然后调节搅拌速率2500rpm，利用砂磨分散机将上述物料混合搅拌40分钟，接着将丙烯酸丁酯与丙烯酸钠的共聚物1.0kg和复配粘结剂（由丙烯酸酯乳液和磷酸二氢铝以按照10：2的重量比复配而成；丙烯酸酯乳液的固含量为60wt%）5kg加入上述物料中，调节搅拌速率1400rpm，搅拌时间40min后结束形成胶凝体浆料，将制备的浆料倒入合适的模具中，100-120℃温度下处理4-8小时，即得到保温材料。
性能试验
对实施例、对比例制备的保温材料进行性能检测，检测结果如表2所示；
表2
  导热系数W/(m·K) 密度Kg/m3 压缩回弹率%
实施例1 0.045 101 90
实施例2 0.048 75 75
实施例3 0.041 93 84
实施例4 0.041 81 77
对比例1-1 0.071 89 62
对比例1-2 0.064 85 57
对比例1-3 0.059 83 78
对比例2-1 0.073 81 54
对比例2-2 0.069 81 62
根据表2的数据可以得出，实施例4制备的柔性复合硅酸盐保温材料的综合性能最好。

Claims (10)

1. 一种柔性复合硅酸盐保温材料，其组成为：无机纤维2.1-7份、海泡石粉3.2-8份、表面活性剂0.4-0.9份、硫酸钙晶须0.1-1份、二氧化硅0.05-0.2份、复合粘结剂0.8-5.2份、柔性剂0.3-1份和不高于500份的水；所述份为重量份。
2. 根据权利要求1所述的柔性复合硅酸盐保温材料，其特征在于，柔性剂为丙烯酸丁酯与丙烯酸钠的共聚物。
3. 根据权利要求1或2所述的柔性复合硅酸盐保温材料，其特征在于，无机纤维选自水镁石纤维、玻璃纤维、岩棉和硅酸铝棉中的一种或两种以上。
4. 根据权利要求1或2所述的柔性复合硅酸盐保温材料，其特征在于，表面活性剂为琥珀酸二辛酯磺酸钠或/和十二烷基磺酸钠。
5. 根据权利要求1或2所述的柔性复合硅酸盐保温材料，其特征在于，复合粘结剂由复配粘结剂和氧化锌按照5-30:1的重量配比组成；复配粘结剂由固含量为60wt%的丙烯酸酯乳液和磷酸二氢铝按照重量配比为10：2-6组成。
6. 根据权利要求1或2所述的柔性复合硅酸盐保温材料，其特征在于，
由水镁石纤维2.1份、硅酸铝棉1.4份、海泡石粉8份、琥珀酸二辛酯磺酸钠0.5份、硫酸钙晶须0.1份、二氧化硅0.1份、氧化锌0.3份、丙烯酸丁酯与丙烯酸钠共聚物0.3份、复配粘结剂1.5份和水250份制备而成；
所述复配粘结剂由丙烯酸酯乳液和磷酸二氢铝以按照10：2的重量比复配而成。
7. 一种权利要求1-6中任意一项所述的柔性复合硅酸盐保温材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
    （1）按比例将无机纤维、海泡石粉、表面活性剂、硫酸钙晶须、二氧化硅和水混合，静置8-12小时；
    （2）加入柔性剂和复合粘结剂混匀，形成胶凝体浆料；
胶凝体浆料成型。
8. 根据权利要求7的制备方法，其特征在于，所述胶凝体浆料成型是指将胶凝体浆料倒入模具中，进行干燥处理；所述干燥处理，分二阶段进行：先在60-90℃温度下处理8-12小时；然后在100-120℃温度下处理4-8小时。
9. 根据权利要求7或8的制备方法，其特征在于，在步骤（1）中加入复合粘结剂中的氧化锌；在步骤（2）中加入复合粘结剂的剩余组分。
10. 根据权利要求7或8的制备方法，其特征在于，
步骤（2）中，第一次混匀，采用砂磨分散机，以2000-2500rpm的搅拌速率完成，
第二次混匀，采用砂磨分散机，以1000-1400rpm的搅拌速率完成。
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