CN105622157A

CN105622157A - 一种泡沫陶瓷保温板及其制备方法

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Publication number: CN105622157A
Application number: CN201410687378.3A
Authority: CN
Inventors: 赵永彬; 卓锦德; 蔡晓亮
Original assignee: Shenhua Group Corp Ltd; National Institute of Clean and Low Carbon Energy
Current assignee: Shenhua Group Corp Ltd; National Institute of Clean and Low Carbon Energy
Priority date: 2014-11-25
Filing date: 2014-11-25
Publication date: 2016-06-01

Abstract

本发明涉及一种泡沫陶瓷保温板及其制备方法.该方法包括：(1)将粉煤灰、水玻璃和水进行混合，得到混合料；(2)将所得混合料和化学发泡剂在高速搅拌下混合，得到浆料；(3)将所得浆料进行成型；(4)将所得成型品以5-15℃/min的升温速度升温至900-1200℃进行烧结，然后冷却；其中，相对于100重量份的所述粉煤灰，所述水玻璃的用量为30-80重量份，所述化学发泡剂的用量为0.1-10重量份。根据本发明所述的泡沫陶瓷保温板的制备方法能够制备出密度可控、导热系数较低且抗压强度较高的保温板，适用于外墙建筑保温材料或管道保温领域。

Description

一种泡沫陶瓷保温板及其制备方法

技术领域

本发明涉及保温材料领域，具体地，涉及一种泡沫陶瓷保温板的制备方法以及由该方法制备的泡沫陶瓷保温板。

背景技术

随着我国墙体材料改革与建筑节能政策的推行，节能型建筑材料的开发和应用受到广泛的重视，国内大力发展节能、利废、保温、轻质、隔热等新型材料。建筑中使用的隔热材料主要包括无机材料和有机保温材料，其中无机材料主要有发泡水泥、岩棉、玻璃棉等，有机材料主要有聚苯乙烯、聚氨酯、酚醛树脂等泡沫板材。泡沫陶瓷是一种新型保温材料，由于其具有气孔率高，热导率低，重量轻，硬度高，抗热性能好，耐高温、耐腐蚀性及机械轻度等优良性能，也可以用于建筑保温隔热材料。目前，泡沫陶瓷保温板主要有粉末胚体发泡法和浆料发泡法。粉末发泡法主要是采用碳酸钙、氢氧化钙等发泡剂，制得生胚，再烧结获得多孔材料，而浆料发泡法是利用陶瓷悬浮液进行发泡，经过干燥脱模再烧结的工艺。上述方法工业复杂，成本高，孔径及其分布不易控制，不易连续制备大尺寸的多孔泡沫陶瓷，使其用途受限。

此外，粉煤灰是火力电厂排出的工业废弃物，其排放量随着经济的快速发展而不断增加，2013年我国粉煤灰的排放量将近4.2吨，而利用率仅为67％左右，不但占用大量土地，而且还对空气、地下水产生恶劣影响。

CN101550021A公开了一种利用粉煤灰制备轻质泡沫多孔砖的方法，其中主要是将电厂粉煤灰、活化剂和助溶剂混合，研磨成粉，再将生料与自制的泡沫加水混合搅拌形成浆料，将浆料浇注成型并干燥固化，通过高温(1050℃)处理2-3小时，获得轻质泡沫保温转。生料中粉煤灰、活化剂(如碱金属、氢氧化物等)与助溶剂(如硫酸钠、碳酸钠、玻璃粉等)的比例为75-95：2-20：3-5；表面活性剂为吐温20,40,60或80、烷基磺酸盐等；烧结温度为1050℃，其产品抗压强度达到6.2Mpa，但是其密度在700-800kg/m³之间。

CN101597178A公开了一种利用粉煤灰制备泡沫陶瓷保温板的方法，其中主要是将粉煤灰和钾长石球磨成粉，采用氧化铈为发泡剂混合成浆料，喷雾干燥后，压制成胚体，在1150-1220℃下烧结1-3h，自然冷却为泡沫陶瓷保温板。

上述工艺都存在工艺过程复杂、密度难以控制、需要球磨工艺、比较耗能等问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的采用粉煤灰制备的泡沫陶瓷保温材料的过程中存在的问题，提供一种无需球磨工艺，能耗较小的制备泡沫陶瓷保温板的方法以及由该方法制备的泡沫陶瓷保温板。

本发明提供了一种泡沫陶瓷保温板的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)将粉煤灰、水玻璃和水进行混合，得到混合料；

(2)将所得混合料和化学发泡剂在高速搅拌下混合，得到浆料；

(3)将所得浆料进行成型；

(4)将所得成型品以5-15℃/min的升温速度升温至900-1200℃进行烧结，然后冷却；

其中，相对于100重量份的所述粉煤灰，所述水玻璃的用量为30-80重量份，所述化学发泡剂的用量为0.1-10重量份。

本发明还提供了由上述方法制备的泡沫陶瓷保温板。

在本发明提供的泡沫陶瓷保温板的制备方法中，采用化学发泡的方法对粉煤灰基浆料进行发泡，使得制备的泡沫陶瓷保温板的密度可控，导热系数较低，并且该方法可以降低烧结温度，无需实施研磨即可获得较好的发泡效果，从而耗能较低。

而且，根据本发明提供的所述方法，粉煤灰可以以较大的掺入量使用，从而有效解决了粉煤灰的去处问题；并且原料来源广泛，生产成本低，能耗小，可生产大尺寸泡沫陶瓷保温板。因此，本发明提供的方法具有显著的经济及环境效益。

另外，根据本发明提供的方法所制备的泡沫陶瓷保温板具有较低的导热系数、较高的抗压强度以及可控的密度，适用于外墙建筑保温材料或管道保温领域。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供的所述泡沫陶瓷保温板的制备方法包括以下步骤：

(1)将粉煤灰、水玻璃和水进行混合，得到混合料；

(3)将所得浆料进行成型；

在优选情况下，相对于100重量份的所述粉煤灰，所述水玻璃的用量为45-65重量份；所述化学发泡剂的用量为0.2-3重量份。

在步骤(1)中，水的用量没有特别的限定，只要能够使混合后得到的混合料呈浆状即可。而且，在将粉煤灰、水玻璃和水进行混合的过程中，水玻璃通常以含水的形式使用。当所述水玻璃中的水含量较高时，则额外加入的水的量可以适当降低；相反，当所述水玻璃中的水含量较低时，则额外加入的水的量可以适当增大。

在步骤(1)中，所述混合过程可以采用本领域常规的方法实施。在优选情况下，步骤(1)所述的混合过程包括：在55-65r/min的慢速搅拌下进行0.5-2min，然后在115-135r/min的快速搅拌下进行2-8min。该混合过程可以在高速搅拌机中实施。所述高速搅拌机可以为本领域常规的高速搅拌机，如由无锡建仪仪器机械有限公司提供的JJ-5型水泥胶沙搅拌机。

在本发明提供的所述方法中，所述粉煤灰可以为本领域常规的粉煤灰。在优选情况下，所述粉煤灰含有30-65重量％的SiO₂和14.6-41重量％的Al₂O₃。对于满足前述组成的粉煤灰例如可以为火电厂产生的一级或二级粉煤灰。在本发明中，所述粉煤灰的烧失量可以为1-5重量％，优选为2-4重量％。

在本发明提供的所述方法中，所述粉煤灰无需经过研磨。所述粉煤灰可以以常规的尺寸掺入使用，具体地，所述粉煤灰的粒度可以为10-45μm。

在本发明提供的所述方法中，所述水玻璃可以为常规的水玻璃。在优选情况下，所述水玻璃的模数可以为2-3，优选为2.3-2.6，最优选为2.4；固含量可以为30-40重量％，优选为32-37重量％，最优选为34.5重量％。所述水玻璃可以通过商购获得，或者通过将商购的水玻璃调制而成。调制的方法例如可以为将模数高的水玻璃用水和NaOH配置成所设定的模数和浓度。所述配置的方法已为本领域所熟知，在此不再赘述。另外，对于调制的水玻璃，优选在使用之前将其陈化12-24小时。在本发明中，所述水玻璃的用量以水玻璃溶液的重量计。

在步骤(2)中，优选地，所述混合的过程包括：在115-135r/min的高速搅拌下进行1-2min。该混合过程可以在高速搅拌机中实施。所述高速搅拌机可以为本领域常规的高速搅拌机，如由无锡建仪仪器机械有限公司提供的JJ-5型水泥胶沙搅拌机。

在本发明提供的所述方法中，所述化学发泡剂可以为本领域常规使用的化学发泡剂产品，例如可以为双氧水或铝粉。最优选地，所述化学发泡剂为双氧水。所述双氧水的浓度可以为25-30重量％。所述双氧水可以为市售产品，产品规格为LR。在本发明中，当所述化学发泡剂为双氧水时，所述化学发泡剂的用量以双氧水溶液的重量计。

根据本发明的一种优选实施方式，所述泡沫陶瓷保温板的制备方法还包括：在步骤(1)和/或步骤(2)的混合过程中引入稳泡剂，也即在将粉煤灰、水玻璃和水混合的过程中，和/或在将步骤(1)所得混合料与化学发泡剂混合的过程中引入稳泡剂。进一步优选地，相对于100重量份的所述粉煤灰，所述稳泡剂的用量为0.3-1重量份，更优选为0.4-0.8重量份。

在本发明中，所述稳泡剂可以为本领域常规使用的稳泡剂。在优选情况下，所述稳泡剂为硬脂酸盐，更优选为硬脂酸钙、硬脂酸铝和硬脂酸镁中的至少一种。

在步骤(3)中，所述成型的过程可以根据本领域常规的方法实施，具体地，可以将步骤(2)所得浆料倒入模具中进行注模成型，脱模，然后依次进行养护、干燥和切割，以获得要求形状的成型品。

在步骤(4)中，所述烧结过程可以在较低的温度下实施，也可以在较低的温度下实施。优选地，所述烧结过程在较低的温度下实施，具体地的低温烧结过程可以包括：将所述成型品升温至900-1000℃烧结1-3h。

在步骤(4)中，烧结后的冷却的过程可以采用自然冷却的方式。

本发明还提供了由上述方法制备的泡沫陶瓷保温板。该泡沫陶瓷保温板具有较低的导热系数、较高的抗压强度以及可控的密度，适用于外墙建筑保温材料或管道保温领域。具体地，该泡沫陶瓷保温板的干密度通常为200-800kg/cm³，导热系数为0.12W/m·k以下(如0.08-0.12W/m·k)，抗压强度为1.2MPa以上(如1.2-10MPa)。

以下通过实施例对本发明作进一步说明。

在以下实施例和对比例中，所采用的测试设备、部分原料以及测试方法如下：

(1)测试设备

所用搅拌器为JJ-5型水泥胶沙搅拌机，符合JC-T729-2005标准，购自无锡建仪仪器机械有限公司。

水泥标准固化养护箱型号为HBY-40A，购自无锡建仪仪器机械有限公司。

抗压强度测试仪型号为TYE-300D，购自无锡建仪仪器机械有限公司。

导热系数测定仪型号为IMDRY3001-X，购自天津英贝尔科技发展有限公司。

(2)原料

双氧水为市售产品，规格为LR，浓度为27.5重量％。

粉煤灰为火电厂产生的一级或二级粉煤灰。

水玻璃的配制：将工业产品水玻璃通过用水和NaOH配置成模数为2.4、固含量为34.5重量％的溶液，并在使用前陈化24小时。

稳泡剂：硬脂酸钙(CaSt)，购自国药公司；硬脂酸铝(AlSt)，购自国药公司。

(3)测试方法

干密度测试：取试件一组3块，尺寸为40mm×40mm×40mm，应逐块量取长、宽、厚三个方向的轴线尺寸，并应精确至1mm，计算试件的体积V。应将标准养护室养护28d的三块试件放在温度为80℃±2℃干燥箱内烘干至恒质量(M₀)。当试件冷却至室温后，应称取试件烘干质量M₀，精确至1g。

干密度应按下式计算：

r_{0} = \frac{M_{0}}{V} \times 10^{6}

式中：

r₀——干密度(kg/m³)

M₀——试件烘干质量(g)

V——试件的体积(mm³)

该组试件的干密度值应为3块试件干密度的平均值，精确至1kg/m³。

抗压强度测试：成型条件为室温且相对湿度为(50±10)％。成型之后，将样品转移至水泥标准养护箱中，在标准养护条件(20±2℃，相对湿度100％)下放置24小时。然后将样品脱模继续养护在恒温恒湿养护箱并根据GB/T17671-1999测试其抗压强度。

采用稳态法原理测定。按照国标GB/T10295-2008，测试导热系数。样品尺寸为边长为300mm、厚度大于20mm的试样个数为2块。将试样放入电热鼓风干燥箱中，在105±2℃温度下连续烘干4h，立即将试样取出，放入干燥器中冷却至室温，然后测定导热系数。

实施例1-7

本实施例用于说明本发明提供的所述泡沫陶瓷保温板及其制备方法。

将水玻璃加入到粉煤灰中，利用搅拌器先以55r/min慢速搅拌1分钟，再以115r/min快速搅拌5分钟，接着加入化学发泡剂双氧水和稳泡剂，并以135r/min快速搅拌1分钟进行发泡，得到浆料。将所得浆料注入模具中进行成型，然后依次进行脱模、养护、干燥和切割。将切割所得样品放置到烧结炉中以预定的升温速度升温至目标温度进行烧结，然后自然冷却降温，从而制得粉煤灰基泡沫陶瓷保温板A1-A8。各个实施例中所采用的物料及其用量和部分实施条件如表1所示，所得粉煤灰基泡沫陶瓷保温板的测试结果如表2所示。

对比例1

按照实施例1的方法制备粉煤灰基泡沫陶瓷保温板，所不同的是，采用物理发泡剂FP-180动物蛋白发泡剂(购自山东临沂科泰建筑新技术应用有限公司)代替实施例中所采用的双氧水，从而制得粉煤灰基泡沫陶瓷保温板D1。对比例中所采用的物料及其用量和部分实施条件如表1所示，所得粉煤灰基泡沫陶瓷保温板的测试结果如表2所示。

表1

表2

保温板	干密度(kg/m³)	抗压强度(MPa)	导热系数(W/m·k)
				A1	220	1.53	0.08809
D1	286	0.35	0.132
				A2	230	1.21	0.09020
A3	330	2.62	0.09110
				A4	295	3.10	0.09502

A5	660	5.72	0.11630
				A6	300	4.89	0.1050
A7	785	9.8	0.1190

由上表2的结果可以看出，根据本发明所述的泡沫陶瓷保温板的制备方法能够制备出密度可控、导热系数较低且抗压强度较高的保温板，适用于外墙建筑保温材料或管道保温领域。

Claims

1.一种泡沫陶瓷保温板的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)将粉煤灰、水玻璃和水进行混合，得到混合料；

(3)将所得浆料进行成型；

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1)中，所述混合的过程包括：在55-65r/min的慢速搅拌下进行0.5-2min，然后在115-135r/min的快速搅拌下进行2-8min。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述粉煤灰含有30-65重量％的SiO₂和14.6-41重量％的Al₂O₃。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述粉煤灰为火电厂产生的一级或二级粉煤灰。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述水玻璃的模数为2-3，固含量为30-40重量％。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(2)中，所述混合的过程包括：在115-135r/min的高速搅拌下进行1-2min。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述化学发泡剂为双氧水或铝粉。

8.根据权利要求1所述的方法；其中，所述方法还包括：在步骤(1)和/或步骤(2)的混合过程中引入稳泡剂。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，相对于100重量份的所述粉煤灰，所述稳泡剂的用量为0.3-1重量份。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述稳泡剂为硬脂酸盐。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(4)中，将所述成型品升温至900-1000℃烧结1-3h。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的方法制备的泡沫陶瓷保温板。