CN106316439A - 一种高强度防水性纳米微孔保温板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强度防水性纳米微孔保温板的制备方法,将室温固化的磷酸盐涂料浸涂或喷涂于亲水性或疏水性微孔绝热成型材料的表面，在室温条件下进行固化，获得了高性能纳米微孔保温板。与现有技术相比，本发明通过在微孔绝热成型材料表面浸涂或喷涂上一层室温固化磷酸盐涂料，可以明显提高保温板的强度及其疏水性能在高温条件下的稳定性，并且简化了制备工序，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米微孔保温板的制备方法，尤其是涉及一种高强度防水性纳米微孔保温板的制备方法。
背景技术
纳米微孔保温板是使用纳米二氧化硅，添加适当的添加剂，通过特殊工艺干压法直接压制成型的高效保温隔热材料。由于其特殊的纳米微孔结构和各类添加剂的协同综合作用，在不同的应用温度范围内最大程度地抑制了热量的传导、对流和辐射，使得这种材料大大优于其他所有的传统保温材料，如矿棉、珍珠岩、隔热砖、硅酸钙、陶瓷纤维等，也优于气凝胶毡等产品，在大多数温度范围内纳米微孔保温板的导热性甚至低于静态空气的导热性。
纳米微孔材料主要由纳米二氧化硅、金属氧化物、遮光剂、和增强纤维组成，主要成份都是亲水性材料。所以纳米微孔绝热板都是亲水性的，非常容易吸水并润湿。吸水或润湿对于纳米微孔绝热板的危害是致命的，它可以破坏其微孔结构特性，使其不再适合于作为高性能隔热材料。
为了解决这一问题，人们进行过不少工作，主要是通过添加疏水性物质来赋予纳米微孔绝热板以一定的疏水性。如USP 4,212,925提出一种用疏水剂处理的组成物，主要是通过含至少一种1-4个硅原子的有机硅化合物对纳米绝热材料组成物进行处理，使其具有疏水性。但这种疏水性处理造成粒子间的键合强度下降，使得粉体压制密实后成型材料强度下降。并且这种疏水性处理的时间较长，操作较为复杂。
USP 5,474,806提供了在疏水性微孔绝热材料表面涂布表面层的方法。它首先制备疏水性微孔板并将其加热，然后再使用涂刷或喷涂水性涂层组成物的方法，赋予材料疏水性和强度。涂布材料包括水性硅酸盐粘合剂，黏土填充的、水性漆、水性碳化硼等。
但以上方法存在着以下问题：
1.保温板的强度没有增加，甚至有下降。由于微孔绝热板的结构特性，通常制备过程中没有加入任何粘合剂的成分，材料的成型主要通过干压法，强度主要由增强纤维和材料组成物粒子之间的键合作用来赋予。对于亲水性的材料来说，粒子之间以及粒子和增强纤维之间具有一定的键合作用，成型材料有一定的强度，但不充分。而粒子经过疏水性处理后，其材料组成物粒子之间以及与增强纤维粒子之间的键合作用被大大降低，成型性更差，强度较亲水性成型材料有一定程度的下降。
2.保温板的疏水性质随温度的稳定性较差。以上专利所采用的各类物质，不管是有机硅类的疏水剂，还是硅酸盐类的物质，其耐温都不超过1000℃。当材料温度较高时，处理剂会发生分解或降解，材料将不再具有疏水性。所以很多疏水性绝热材料在加热后，就失去了疏水特性。而微孔绝热材料的主要使用用途是在高温领域，所以目前的材料和工艺不能完全满足使用要求。
3.处理时间长，操作相对复杂。
所以关于微孔绝热板的疏水化技术虽然已经取得了很大效果，但还存在很大不足。既有一定强度、又具有高温稳定疏水效果、同时操作简单的微孔绝热板研究还未见报道。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高强度防水性纳米微孔保温板的制备方法，制备得到的保温板具有较高的强度，较好的疏水抗水性，而且其疏水性在1000℃高温处理后依然能够保持。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种高强度防水性纳米微孔保温板的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
(a)将亲水性微孔绝热材料组合物在高速混合机中进行高速混合，然后通过压机在模具中压制成型，制得亲水性微孔绝热成型材料；
(b)将疏水性微孔绝热材料组合物在高速混合机中进行高速混合，然后通过压机在模具中压制成型，制得疏水性微孔绝热成型材料；
(c)采用单组份浸涂法或者双组份喷涂法将室温固化磷酸盐微孔绝热材料表面涂层组合物置于亲水性微孔绝热成型材料或疏水性微孔绝热成型材料表面，在室温下进行固化，即获得高强度防水性纳米微孔保温板。
亲水性微孔绝热材料组合物采用以下重量份含量的组分制备得到：
亲水性纳米二氧化硅包括纳米气相二氧化硅、纳米沉淀二氧化硅或硅微粉中的任意一种；
金属氧化物包括氧化铝或氧化锆中的任意一种；
遮光剂包括锐钛型二氧化钛、氧化铁或碳化硅中的任意一种；
增强纤维包括玻璃纤维、高硅氧纤维或硅酸铝纤维中的任意一种。
疏水性微孔绝热材料组合物采用以下重量份含量的组分制备得到：
疏水性纳米二氧化硅为疏水性的气相二氧化硅；
金属氧化物包括氧化铝或氧化锆中的任意一种；
遮光剂包括锐钛型二氧化钛、氧化铁或碳化硅中的任意一种；
增强纤维包括玻璃纤维、高硅氧纤维或硅酸铝纤维中的任意一种。
疏水性的气相二氧化硅优选赢创德固赛的Aerosil 974或OCI公司的KD-15。
室温固化磷酸盐微孔绝热材料表面涂层组合物采用以下重量份含量的组分制备得到：
A组分：
B组分：
单组份浸涂法是将A组分和B组分分别在高速混合机中进行分散，然后将其混合，倒出铺于塑料薄膜上形成1mm厚的单组分液膜，将亲水性微孔绝热成型材料或疏水性微孔绝热成型材料放置于液膜上，确认表面浸涂完全后再对未浸渍到的表面进行浸涂。
双组分喷涂法是将A组分和B组分分别在高速混合机中进行分散，然后采用双组分涂料喷枪将A和B组分按重量比为1：1混合喷涂于直立放置的亲水性微孔绝热成型材料或疏水性微孔绝热成型材料表面，重复数次以喷涂完全。
需要指出的是，由于室温固化磷酸盐涂层组成物也含有一定的水，如果其渗透到微孔绝热板内部会对板材结构产生影响。因此本发明避免采用传统的涂刷和水平喷涂方法。对于单组分涂层材料采用浸涂法，对于双组分涂层材料所采用垂直放置保温板，将喷枪把双组分混合液喷在微孔材料的垂直面上，以最大程度地减少水向微孔绝热材料内部的渗透。
与现有技术相比，本发明在微孔绝热材料表面喷涂上一层室温固化磷酸盐涂层，具有以下优点：
1.可以明显地提高强度。由于亲水性微孔绝热板本身不添加任何粘合剂，板的强度并不高。组成物经疏水化处理后，组成物之间的键合作用进一步被削弱，强度进一步降低。在压制成型后的微孔绝热材料表面涂上一层室温固化磷酸盐涂层后，由于涂层本身具有的较高强度(抗拉强度>15MPa)，对微孔绝热材料的总体机械强度有明显的提高，具有显著的保护作用。
2.可以提高疏水性能在高温条件下的稳定性。现有技术的疏水处理剂或涂层，在高温条件下，如200℃-700℃都会分解，不再具有疏水性。而采用室温固化磷酸盐涂层后，涂层混合组成物可以在室温条件下快速固化形成具有陶瓷结构的涂层，涂层在1000℃以下不会发生融化、分解等变化，具有持久的疏水性能，所制得的绝热板可以在1000℃以下重复使用。
3.不需要额外的干燥时间，在室温就能形成强度较高的表面防水涂层，简化了工序，降低了加工成本。
总之，本发明的解决了以往方法中微孔绝热成型材料强度不高，特别是疏水性随着微孔绝热材料在高温使用后，由于处理剂及涂层的分解，微孔绝热材料本身不再具有疏水性的问题。本发明所制得的微孔绝热板不但具有更高的强度，而且能在更高的温度范围内保持疏水性。
具体实施方式
高强度防水性纳米微孔保温板的制备方法，包括以下步骤：
(a)将亲水性微孔绝热材料组合物，在高速混合机中进行高速混合，然后通过压机在模具中压制成型，制得亲水性微孔绝热成型材料；
(b)将疏水性微孔绝热材料组合物，在高速混合机中进行高速混合，然后通过压机在模具中压制成型，制得疏水性微孔绝热成型材料；
(c)将室温固化磷酸盐微孔绝热材料表面涂层组合物采用单组份浸涂法或者双组份喷涂法置于亲水性微孔绝热成型材料或疏水性微孔绝热成型材料表面，在室温下进行固化，即可获得高强度防水性纳米微孔保温板。
其中，亲水性微孔绝热材料组合物采用以下重量份含量的组分制备得到：亲水性纳米二氧化硅40-80份；金属氧化物0-10份；遮光剂2-50份；增强纤维1-20份。使用的亲水性纳米二氧化硅可以包括纳米气相二氧化硅、纳米沉淀二氧化硅或硅微粉中的任意一种；金属氧化物为氧化铝或氧化锆中的任意一种；遮光剂为锐钛型二氧化钛、氧化铁或碳化硅中的任意一种；增强纤维为玻璃纤维、高硅氧纤维或硅酸铝纤维中的任意一种。
疏水性微孔绝热材料组合物采用以下重量份含量的组分制备得到：疏水性纳米二氧化硅40-80份；金属氧化物0-10份；遮光剂2-50份；增强纤维1-20份。使用的疏水性纳米二氧化硅为疏水性的气相二氧化硅；金属氧化物包括氧化铝或氧化锆中的任意一种；遮光剂包括锐钛型二氧化钛、氧化铁或碳化硅中的任意一种；增强纤维包括玻璃纤维、高硅氧纤维或硅酸铝纤维中的任意一种。
作为更加优选的方式，疏水性的气相二氧化硅可以采用赢创德固赛的Aerosil 974，OCI公司的KD-15中的任意一种。
室温固化磷酸盐微孔绝热材料表面涂层组合物，采用以下重量份含量的组分制备得到：A组分：氧化铝5-20份；氧化镁5-20份；无定型氧化硅0-40份；水10-40份。B组分：氢氧化镁0-20份；磷酸二氢铝10-35份；天然硅钙石0-60份；水10-40份。
单组份浸涂法是将室温固化磷酸盐微孔绝热材料表面涂层组合物的A和B组分分别在高速混合机中进行分散，然后将其混合，并倒出铺于塑料薄膜上形成约1mm厚的单组分液膜，将微孔绝热板轻轻放置于液膜上，确认表面浸涂完全后进行其他面的浸涂。
双组分喷涂法是将室温固化磷酸盐微孔绝热材料表面涂层组合物的A和B组分分别在高速混合机中进行分散，然后采用双组分涂料喷枪将A和B组分按1：1混合比喷于直立放置的微孔绝热板表面。为了保证喷涂完全，可重复数次。
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
首先准备室温固化磷酸盐微孔绝热材料表面涂层组合物，双组分组合物的配置如表1和表2所示：
表1
| A组成 | 重量份 |
| 氧化铝 | 15 |
| 氧化镁 | 15 |
| 无定型氧化硅 | 20 |
| 水 | 20 |
表2
| B组成 | 重量份 |
| 氢氧化镁 | 10 |
| 磷酸二氢铝 | 20 |
| 天然硅钙石 | 20 |
| 水 | 20 |
单组分组合物的配比将以上A和B组分按1：1的重量比进行混合。
比较例1
将亲水性微孔绝热材料组合物按照表3指定的各组分的重量份，在高速混合机中进行高速混合，然后通过压机在模具中压制成型。
表3
| 组成 | 重量份 |
| 气相二氧化硅 | 64 |
| 氧化铝 | 8 |
| 碳化硅 | 22 |
| 硅酸铝纤维 | 16 |
比较例2
将疏水性微孔绝热材料组合物按照表4指定的各组分的重量份，在高速混合机中进行高速混合，然后通过压机在模具中压制成型。
表4
| 组成 | 重量份 |
| 疏水性气相二氧化硅 | 64 |
| 氧化铝 | 8 |
| 碳化硅 | 22 |
| 硅酸铝纤维 | 16 |
实施例1
将单组分组合物铺于塑料薄膜上形成约1mm厚的单组分液膜。将比较例1中的亲水性微孔绝热板的一个面轻轻放置于液膜上，确认表面浸涂完全后再进行反面面的浸涂。30分钟内就可表干，24小时后进行测试评价，结果见表5。
实施例2
采用双组分涂料喷枪将A和B组分按重量比1：1混合制成的双组份组合物喷涂于直立放置的比较例1的亲水性微孔绝热板表面。正面喷涂完之后喷涂反面。板在喷涂30分钟内就可表干，24小时后用于评价，结果见表5。
实施例3
将单组分组合物铺于塑料薄膜上形成约1mm厚的单组分液膜。将比较例2中的疏水性微孔绝热板的一个面轻轻放置于液膜上，确认表面浸涂完全后再进行反面面的浸涂。30分钟内就可表干，24小时后进行测试评价，结果见表5。
实施例4
采用双组分涂料喷枪将A和B组分按重量比1：1混合制成的双组份组合物喷涂于直立放置的比较例2的疏水性微孔绝热板表面。正面喷涂完之后喷涂反面。板在喷涂30分钟内就可表干，24小时后用于评价，结果见表5。
表5
*：+代表不好；++代表有提高；+++代表有很大提高。
实施例5
室温固化的磷酸盐涂料的制备：
制备室温固化磷酸盐微孔绝热材料表面涂层组合物，双组分组合物的配置如表6和表7所示：
表6
| A组成 | 重量份 |
| 氧化铝 | 5 |
| 氧化镁 | 20 |
| 无定型氧化硅 | 0 |
| 水 | 40 |
表7
| B组成 | 重量份 |
| 氢氧化镁 | 0 |
| 磷酸二氢铝 | 10 |
| 天然硅钙石 | 15 |
| 水 | 40 |
单组分组合物的配比将以上A和B组分按1：1的重量比进行混合。
微孔绝热材料的制备：
将亲水性微孔绝热材料组合物按照表8指定的各组分的重量份，在高速混合机中进行高速混合，然后通过压机在模具中压制成型。
表8
将疏水性微孔绝热材料组合物按照表9指定的各组分的重量份，在高速混合机中进行高速混合，然后通过压机在模具中压制成型。
表9
采用单组份浸涂法将室温固化磷酸盐微孔绝热材料表面涂层组合物置于亲水性微孔绝热成型材料或疏水性微孔绝热成型材料表面，具体来说，是将A组分和B组分分别在高速混合机中进行分散，然后将其混合，倒出铺于塑料薄膜上形成1mm厚的单组分液膜，将亲水性微孔绝热成型材料或疏水性微孔绝热成型材料放置于液膜上，确认表面浸涂完全后再对未浸渍到的表面进行浸涂，最后在室温下进行固化，即获得高强度防水性纳米微孔保温板
实施例6
室温固化的磷酸盐涂料的制备：
制备室温固化磷酸盐微孔绝热材料表面涂层组合物，双组分组合物的配置如表10和表11所示：
表10
| A组成 | 重量份 |
| 氧化铝 | 20 |
| 氧化镁 | 5 |
| 无定型氧化硅 | 40 |
| 水 | 10 |
表11
| B组成 | 重量份 |
| 氢氧化镁 | 20 |
| 磷酸二氢铝 | 30 |
| 天然硅钙石 | 0 |
| 水 | 10 |
单组分组合物的配比将以上A和B组分按1：1的重量比进行混合。
亲水性或疏水性微孔绝热材料的制备：
将亲水性微孔绝热材料组合物按照表12指定的各组分的重量份，在高速混合机中进行高速混合，然后通过压机在模具中压制成型。
表12
| 组成 | 重量份 |
| 纳米沉淀二氧化硅 | 80 |
| 氧化铝 | 0 |
| 氧化铁 | 50 |
| 高硅氧纤维 | 1 |
将疏水性微孔绝热材料组合物按照表13指定的各组分的重量份，在高速混合机中进行高速混合，然后通过压机在模具中压制成型。
表13
| 组成 | 重量份 |
| OCI公司KD-15 | 80 |
| 氧化锆 | 0 |
| 氧化铁 | 50 |
| 玻璃纤维 | 1 |
采用双组份喷涂法将室温固化磷酸盐微孔绝热材料表面涂层组合物置于亲水性微孔绝热成型材料或疏水性微孔绝热成型材料表面，具体来说，将A组分和B组分分别在高速混合机中进行分散，然后采用双组分涂料喷枪将A和B组分按重量比为1：1混合喷涂于直立放置的亲水性微孔绝热成型材料或疏水性微孔绝热成型材料表面，重复数次以喷涂完全，最后在室温下进行固化，即获得高强度防水性纳米微孔保温板。
Claims (9)
1.一种高强度防水性纳米微孔保温板的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
(a)将亲水性微孔绝热材料组合物在高速混合机中进行高速混合，然后通过压机在模具中压制成型，制得亲水性微孔绝热成型材料；
(b)将疏水性微孔绝热材料组合物在高速混合机中进行高速混合，然后通过压机在模具中压制成型，制得疏水性微孔绝热成型材料；
(c)采用单组份浸涂法或者双组份喷涂法将室温固化磷酸盐微孔绝热材料表面涂层组合物置于亲水性微孔绝热成型材料或疏水性微孔绝热成型材料表面，在室温下进行固化，即获得高强度防水性纳米微孔保温板。
2.根据权利要求1所述的高强度防水性纳米微孔保温板的制备方法，其特征在于，所述的亲水性微孔绝热材料组合物采用以下重量份含量的组分制备得到：
3.根据权利要求2所述的高强度防水性纳米微孔保温板的制备方法，其特征在于：
所述的亲水性纳米二氧化硅包括纳米气相二氧化硅、纳米沉淀二氧化硅或硅微粉中的任意一种；
所述的金属氧化物包括氧化铝或氧化锆中的任意一种；
所述的遮光剂包括锐钛型二氧化钛、氧化铁或碳化硅中的任意一种；
所述的增强纤维包括玻璃纤维、高硅氧纤维或硅酸铝纤维中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的高强度防水性纳米微孔保温板的制备方法，其特征在于，所述的疏水性微孔绝热材料组合物采用以下重量份含量的组分制备得到：
5.根据权利要求4所述的高强度防水性纳米微孔保温板的制备方法，其特征在于：
所述的疏水性纳米二氧化硅为疏水性的气相二氧化硅；
所述的金属氧化物包括氧化铝或氧化锆中的任意一种；
所述的遮光剂包括锐钛型二氧化钛、氧化铁或碳化硅中的任意一种；
所述的增强纤维包括玻璃纤维、高硅氧纤维或硅酸铝纤维中的任意一种。
6.根据权利要求4或5所述的高强度防水性纳米微孔保温板的制备方法，其特征在于，所述的疏水性的气相二氧化硅优选赢创德固赛的Aerosil 974或OCI公司的KD-15。
7.根据权利要求1所述的高强度防水性纳米微孔保温板的制备方法，其特征在于，所述的室温固化磷酸盐微孔绝热材料表面涂层组合物采用以下重量份含量的组分制备得到：
A组分：
B组分：
8.根据权利要求7所述的高强度防水性纳米微孔保温板的制备方法，其特征在于，所述的单组份浸涂法是将A组分和B组分分别在高速混合机中进行分散，然后将其混合，倒出铺于塑料薄膜上形成1mm厚的单组分液膜，将亲水性微孔绝热成型材料或疏水性微孔绝热成型材料放置于液膜上，确认表面浸涂完全后再对未浸渍到的表面进行浸涂。
9.根据权利要求7所述的高强度防水性纳米微孔保温板的制备方法，其特征在于，所述的双组分喷涂法是将A组分和B组分分别在高速混合机中进行分散，然后采用双组分涂料喷枪将A和B组分按重量比为1：1混合喷涂于直立放置的亲水性微孔绝热成型材料或疏水性微孔绝热成型材料表面，重复数次以喷涂完全。
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