CN106116282A - 一种无机泡沫材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种无机泡沫材料及其制备方法。本发明以硅灰、粉煤灰和碱激发剂为原料，调节混合物中的各组分的比例(摩尔比)：SiO2/Al2O3＝10～100，SiO2/Na2O＝1～20，Al2O3/Na2O＝1～10，H2O/Na2O＝1～30，充分搅拌混合后，根据对强度等指标的具体要求加入小于10wt％的聚丙烯纤维；然后，将混合物注入模具，在相对湿度为50％到100％之间对混合物进行热处理，热处理的温度范围为室温(RT)到700℃；在高温度保温10‑100分钟后，制得具有不同性能指标的无机泡沫保温材料。本发明制备的无机泡沫材料具有良好的防火性能、绝热性能、较低的表观密度以及较低的成本，所以是一种可以推广应用的新型保温材料。

Description

一种无机泡沫材料及其制备方法
技术领域
本发明属于节能建筑材料领域，具体涉及一种利用工业废弃物制备无机保温泡沫的技术。
背景技术
随着人们生活水平的提高，对居住环境舒适度的追求也越来越高。尤其是在高纬度和低纬度居民区，维持合适的室内温度消耗了大量的能源，而目前大量使用的化石燃料不可再生，且燃烧产生大量废气。进入新世纪以来，能源安全问题已经成了世界各国共同面对的挑战，能源危机的警钟早已敲响，严重影响了人类的生存发展。
为了保证居住环境的舒适，同时提高能源利用效率，世界各国都意识到了节能建筑的重要性，并且从多个方面着手研发新型建筑材料。隔热保温泡沫材料(分为有机和无机两类)就是重要的发展方向之一。由于有机泡沫材料的火灾隐患突出，无机泡沫材料有替代有机材料的趋势。
目前的无机泡沫材料大多为泡沫混凝土，相关的专利大都利用水泥、工业废弃物、一些功能添加剂等为原料，通过物理或化学发泡的途径制备泡沫混凝土。例如拉法基公司的泡沫混凝土专利(CN 102753498A)，通过发泡添加剂制备无机泡沫材料使得工艺复杂，同时也增加了成本。本发明利用钢铁工业废弃物——硅灰为成孔剂，控制温度和硅灰用量从而得到不同密度和孔径分布的无机泡沫材料。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种无机泡沫材料及其制备方法，本发明所用的原材料是工业废弃物(粉煤灰等)且不需要外加发泡剂，所以，本发明在消耗工业废弃物的同时也具有明显的成本优势。本发明制备的无机泡沫材料具有良好的防火性能、绝热性能、较低的表观密度以及较低的成本，是一种可以推广应用的新型保温材料。
技术方案：本发明的一种无机泡沫材料采用粉煤灰、硅灰、碱激发剂组成原材料混合物，经过碱激发剂的混合、热处理而得到目标无机泡沫材料；其中各无机组分和水的摩尔比如下：SiO2/Al2O3＝10～100，SiO2/Na2O＝1～20，Al2O3/Na2O＝1～10，H2O/Na2O＝1～30；所述的原材料混合物中还加入不大于10wt％的聚丙烯纤维。
本发明的无机泡沫材料的制备方法为：
将配置好的原材料混合物充分搅拌混合后，放入模具中，磨具深度为1-2000mm；在相对湿度为50％到100％之间对放入模具的混合物进行热处理，热处理的升温速度为1-200℃/min，最高温度范围为700℃，保温10-100分钟；
SiO2和Al2O3在碱激发剂的作用下发生聚合反应，硅灰作为发泡剂；
其中：
原材料混合物搅拌时间为10-50分钟；
原材料混合物搅拌温度为10-100℃；
原材料混合物搅拌速率为100-3000r/min。
所述的原材料混合物，还加入不大于10wt％的聚丙烯纤维，对于加入聚丙烯纤维的样品，热处理温度控制在150℃以内。
有益效果：本发明在消耗工业废弃物的同时也具有明显的成本优势。制备的无机泡沫材料具有良好的防火性能、绝热性能、较低的表观密度以及较低的成本，是一种可以推广应用的新型保温材料。
附图说明
图1为本发明实施例1中，所得的无机泡沫的光学照片和SEM照片；
图2为本发明实施例2中，所得的无机泡沫的光学照片和SEM照片。
具体实施方式
利用粉煤灰、硅灰等工业废弃物为原材料，在碱激发剂的作用下制备了无机泡沫材料。根据实际工程要求，添加一定量的聚丙烯纤维以提高泡沫材料的机械强度。该无机泡沫材料采用粉煤灰、硅灰、碱激发剂和聚丙烯纤维组成，经过碱激发剂的混合、热处理而得到目标无机泡沫材料；其中各无机组分和水的摩尔比如下：SiO2/Al2O3＝10～100，SiO2/Na2O＝1～20，Al2O3/Na2O＝1～10，H2O/Na2O＝1～30；
具体包括以下步骤：
1.将粉煤灰(I、II、III级均可)、硅灰、碱激发剂(硅酸钠)按照比例混合，得到混合物中的各无机组分和水的比例(摩尔比)如下：SiO2/Al2O3＝10～100，SiO2/Na2O＝1～20，Al2O3/Na2O＝1～10，H2O/Na2O＝1～30；
2.在一定的温度(10-100℃)和转速(100-3000r/min)下将步骤1中的混合物搅拌10-50分钟；
3.根据实际工程对强度等指标的具体要求，向上述混合物中加入一定量的聚丙烯纤维(0-10％)，以增加产品的力学强度；
4.将配置好的混合物充分搅拌混合后，放入模具中，磨具深度为1-2000mm；
5.在相对湿度为50％-100％之间对放入模具的混合物进行热处理。根据不同的目的，升温速度控制在1-200℃/min，最高温度控制在室温到700℃，保温时间在10-100分钟；
6.待浆体固化冷却到室温即可脱模并切割成所需要的最终尺寸。
下面结合实施例对本发明进行详细的描述：
本发明实施例所选用的粉煤灰为一级灰，其成分如表格1所示，所选用的硅灰的化学成分如表格2所示。碱激发剂模数为1.5。
实施例1：
按照表格3中的摩尔比称量各种原材料，共计300克，先将粉煤灰和碱激发剂混合，并且在室温下搅拌(500r/min)60分钟，最后加入硅灰，再继续搅拌15分钟得到均一的浆体。把上述浆料注入一个长方体聚乙烯模具，然后在300℃，相对湿度90％的条件下保温30分钟。冷却后即得到无机泡沫产品。
实施例2：
按照表格3中的摩尔比称量硅灰、粉煤灰和碱激发剂，共计250克，然后再称量总重0.5％的聚丙烯纤维。先将粉煤灰和碱激发剂混合，并且在室温下搅拌(500r/min)30分钟，最后加入硅灰，再继续搅拌15分钟得到均一的浆体。把上述浆料注入一个长方体聚乙烯模具，然后在100℃，相对湿度90％的条件下保温20分钟。冷却后即得到无机泡沫产品。
实施例3：
按照表格4中的摩尔比称量各种原材料，共计350克，先将粉煤灰和碱激发剂混合，并且在室温下搅拌(500r/min)60分钟，最后加入硅灰，再继续搅拌15分钟得到均一的浆体。把上述浆料注入一个长方体聚乙烯模具，然后在250℃，相对湿度90％的条件下保温30分钟。冷却后即得到无机泡沫产品。
实施例4：
按照表格5中的摩尔比称量各种原材料，共计300克，先将粉煤灰和碱激发剂混合，并且在室温下搅拌(500r/min)60分钟，最后加入硅灰，再继续搅拌15分钟得到均一的浆体。把上述浆料注入一个长方体聚乙烯模具，然后在500℃，相对湿度90％的条件下保温30分钟。冷却后即得到无机泡沫产品。
表格1粉煤灰化学成分
表格2硅灰的化学成分
表格3混合物化学成分
表格4混合物化学成分
表格5混合物化学成分

Claims (4)

1.一种无机泡沫材料，其特征在于该无机泡沫材料采用粉煤灰、硅灰、碱激发剂组成原材料混合物，经过碱激发剂的混合、热处理而得到目标无机泡沫材料；其中各无机组分和水的摩尔比如下：SiO2/Al2O3＝10～100，SiO2/Na2O＝1～20，Al2O3/Na2O＝1～10，H2O/Na2O＝1～30。
2.如权利要求1所述的无机泡沫材料的，其特征在于，所述的原材料混合物中还加入不大于10wt％的聚丙烯纤维。
3.一种如权利要求1所述的无机泡沫材料的制备方法，其特征在于，该无机泡沫材料的制备方法为：
将配置好的原材料混合物充分搅拌混合后，放入模具中，磨具深度为1-2000mm；在相对湿度为50％到100％之间对放入模具的混合物进行热处理，热处理的升温速度为1-200℃/min，最高温度范围为700℃，保温10-100分钟；SiO2和Al2O3在碱激发剂的作用下发生聚合反应，硅灰作为发泡剂；
其中：
原材料混合物搅拌时间为10-50分钟；
原材料混合物搅拌温度为10-100℃；
原材料混合物搅拌速率为100-3000r/min。
4.根据权利要求3所述的无机泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述的原材料混合物，还加入不大于10wt％的聚丙烯纤维，对于加入聚丙烯纤维的样品，热处理温度控制在150℃以内。
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