CN106478077A - 一种建筑用多孔保温陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种建筑用多孔保温陶瓷材料及其制备方法，由包含如下质量百分含量的组分组成：固相粉料65‑98.8wt％，增强纤维1‑15wt％，发泡体系0.1‑10wt％，交联体系0.1‑10wt％，采用发泡工艺与注凝成型相结合的方法制备内部结构均匀、保温性能和抗热震性能良好的多孔保温陶瓷，密度为0.55‑0.60g/cm3，气孔率为65‑75％，常温下抗热震性能为32‑37次，导热系数为0.044‑0.0554W/(m2·K)，抗弯强度为12.5‑18.2MPa，抗压强度为15.2‑19.5Mpa，达到了建筑用保温材料的性能指标，在建筑节能方面具有广阔的应用市场。

Description

一种建筑用多孔保温陶瓷材料及其制备方法
技术领域
本发明属于新型无机非金属材料领域，具体涉及一种建筑用多孔保温陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
建筑节能是当前我国节能领域里的重要议题，为了节约能源和保护环境，对建筑材料的隔热保温性能要求愈来愈高。目前，我国的建筑节能使用较多的是有机保温材料，其优点是质轻、可加工性好、保温隔热效果好，但缺点是不耐老化、稳定性差、易燃烧、安全性和生态环保性差；无机保温材料因可以弥补上述缺陷而成为新型保温材料的研究热点。因此，开发既有墙地砖装饰优点，又有保温材料性能的新型墙体材料，对于建筑物节能具有重要意义。
多孔陶瓷作为一种新型无机非金属材料，因其密度低、耐高温及耐腐蚀能力强、比表面积高、强度适中、热导率低等特性，受到的关注与日俱增，已成为陶瓷材料领域的研究热点，并被广泛应用于隔热保温、过滤吸附、吸声隔音、生物医学材料及环保建材等领域，其轻质和隔热性能使其在建筑节能领域具有广阔的应用前景。轻质外墙砖与泡沫陶瓷是两种重要的建筑节能用多孔陶瓷材料，轻质外墙砖被用于薄抹灰外墙外保温系统的表面装饰，具有成本低和施工简便的特点；泡沫陶瓷作为无机类保温材料，具有优良的防火及隔热性能。
目前，多孔陶瓷的制备方法主要有：发泡法、溶胶凝胶法、添加造孔剂法、有机前驱体浸渍法、凝胶注模法、自蔓延高温合成法、泡沫前驱体反应法、有机泡沫堆积法、颗粒堆积法、微波加热法、分相滤出法、固-气共晶法、木材热解构架法等；CN104829264A公开了一种资源节约型多孔陶瓷的制备方法，将煤矿石、造孔剂、烧成改良剂破碎混合，湿法球磨，然后将玄武岩纤维加入混合物中继续搅拌，成型干燥，采用无压坯烧结工艺，在可控温场的隧道窑内烧制，生成含均匀封闭微孔的轻质玄武岩纤维增强陶瓷制品；CN102050636A一种玄武岩纤维增强多孔陶瓷制品及利用煤矿石制备该制品的方法，通过球磨、过筛、混和、成型、干燥、烧成、冷却和纯化等一系列处理手段制备出性价比优良的多孔陶瓷；此外，还有大量国内外文献对多孔陶瓷材料及其改性进行相关研究和报道。但是，目前多孔陶瓷材料普遍具有韧性低、脆性大、易开裂的缺点，限制了此类材料的应用范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种建筑用多孔保温陶瓷材料及其制备方法，采用发泡工艺与注凝成型相结合的方法制备了内部结构均匀，保温性能和抗热震性能良好的多孔保温陶瓷，克服现有技术中多孔陶瓷材料在使用过程中易出现粉化和开裂现象，以及强度不够等缺陷。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种建筑用多孔保温陶瓷材料，由包含如下质量百分含量的组分组成：固相粉料65-98.8wt％，增强纤维1-15wt％，发泡体系0.1-10wt％，交联体系0.1-10wt％。
所述的固相粉料含陶瓷粉体和烧结助剂，所述的陶瓷粉体为高岭土、铝矾土和硅微粉的混合物，所述的烧结助剂为氧化钇或氧化锆，其中，高岭土：铝矾土：硅微粉：烧结助剂质量比为1:3:1:(0.2-0.5)。
所述的增强纤维为玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维中的一种或两种个以上组合，长度为2-10mm。
所述的发泡体系由发泡剂、稳泡剂和去离子水组成，所述的发泡剂为棕榈酸甘油酯，所述的稳泡剂为聚乙烯醇和硬脂酸甘油酯的混合物，其中，发泡剂：稳泡剂：去离子水质量比为1：(0.5-2):15。
所述的交联体系为水基凝胶体系，由交联剂、分散剂和溶剂组成，所述的交联剂为戊二醛或丙烯酸酯，所述的分散剂为聚丙烯酸铵、聚氧乙烯醚、聚羧酸氨中的一种，所述的溶剂为乙醇或乙二醇，其中，交联剂：分散剂和溶剂质量比为1：(0.2-1)：10。
一种建筑用多孔保温陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将称量好的固相粉料破碎混合，湿法球磨18-24h，然后将增强纤维加入混合物中继续搅拌10-30min；然后加入发泡体系在温度为110-150℃下发泡0.5-1.5h；然后加入交联体系反应0.5-2h形成高固相低粘度浆料，固含量为55-70wt％；
(2)将步骤(1)中的浆料浇筑于模具中，在温度为110-150℃加热0.5-1h，凝固成型为三维多孔网状结构的素坯体，冷却后脱模；
(3)将步骤(2)中的素坯体放置于烧结炉中，在高纯氮气气氛中，先快速升温至1000-1200℃保温1-3h，再缓慢升温至1300-1500℃，进行烧结1-12h，烧结完毕降温至600-1000℃保温1-5h，最后随炉冷却得到三维网状结构的多孔保温陶瓷材料。
本发明具有如下优点：
本发明制备的建筑用多孔保温陶瓷材料孔径大小均一，分布均匀，密度为0.55-0.60g/cm3，气孔率为65-75％，常温下抗热震性能为32-37次，导热系数为0.044-0.0554W/(m2·K)，抗弯强度为12.5-18.2MPa，抗压强度为15.2-19.5Mpa，保温性能和抗热震性能良好，达到了建筑用保温材料的性能指标，在建筑节能方面具有广阔的应用市场；采用发泡工艺与注凝成型相结合成型工艺简单，大大降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
一种建筑用多孔保温陶瓷材料，由包含如下质量百分含量的组分组成：固相粉料65wt％，增强纤维15wt％，发泡体系10wt％，交联体系10wt％。
固相粉料含陶瓷粉体和烧结助剂，陶瓷粉体为高岭土、铝矾土和硅微粉的混合物，烧结助剂为氧化钇，其中，高岭土：铝矾土：硅微粉：烧结助剂质量比为1:3:1:0.2；增强纤维为玻璃纤维，长度为2-10mm；发泡体系由发泡剂、稳泡剂和去离子水组成，发泡剂为棕榈酸甘油酯，稳泡剂为聚乙烯醇和硬脂酸甘油酯的混合物，其中，发泡剂：稳泡剂：去离子水质量比为1：0.5:15；交联体系为水基凝胶体系，由交联剂、分散剂和溶剂组成，交联剂为戊二醛，分散剂为聚丙烯酸铵，溶剂为乙醇，其中，交联剂：分散剂和溶剂质量比为1：0.2：10。
一种建筑用多孔保温陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将称量好的固相粉料破碎混合，湿法球磨18h，然后将增强纤维加入混合物中继续搅拌10min；然后加入发泡体系在温度为110℃下发泡0.5h；然后加入交联体系反应0.5h形成高固相低粘度浆料，固含量为55wt％；(2)将步骤(1)中的浆料浇筑于模具中，在温度为110℃加热0.5h，凝固成型为三维多孔网状结构的素坯体，冷却后脱模；(3)将步骤(2)中的素坯体放置于烧结炉中，在高纯氮气气氛中，先快速升温至1000℃保温1h，再缓慢升温至1300℃，进行烧结1h，烧结完毕降温至600℃保温1h，最后随炉冷却得到三维网状结构的多孔保温陶瓷材料。
实施例2
一种建筑用多孔保温陶瓷材料，由包含如下质量百分含量的组分组成：固相粉料98.8wt％，增强纤维1wt％，发泡体系0.1wt％，交联体系0.1wt％。
固相粉料含陶瓷粉体和烧结助剂，陶瓷粉体为高岭土、铝矾土和硅微粉的混合物，烧结助剂为氧化锆，其中，高岭土：铝矾土：硅微粉：烧结助剂质量比为1:3:1:0.5；增强纤维为芳纶纤维，长度为2-10mm；发泡体系由发泡剂、稳泡剂和去离子水组成，发泡剂为棕榈酸甘油酯，稳泡剂为聚乙烯醇和硬脂酸甘油酯的混合物，其中，发泡剂：稳泡剂：去离子水质量比为1：2:15；交联体系为水基凝胶体系，由交联剂、分散剂和溶剂组成，交联剂为丙烯酸酯，分散剂为聚氧乙烯醚，溶剂为乙二醇，其中，交联剂：分散剂和溶剂质量比为1：1：10。
一种建筑用多孔保温陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将称量好的固相粉料破碎混合，湿法球磨24h，然后将增强纤维加入混合物中继续搅拌30min；然后加入发泡体系在温度为150℃下发泡1.5h；然后加入交联体系反应2h形成高固相低粘度浆料，固含量为70wt％；(2)将步骤(1)中的浆料浇筑于模具中，在温度为150℃加热1h，凝固成型为三维多孔网状结构的素坯体，冷却后脱模；(3)将步骤(2)中的素坯体放置于烧结炉中，在高纯氮气气氛中，先快速升温至1200℃保温3h，再缓慢升温至1500℃，进行烧结12h，烧结完毕降温至1000℃保温5h，最后随炉冷却得到三维网状结构的多孔保温陶瓷材料。
实施例3
一种建筑用多孔保温陶瓷材料，由包含如下质量百分含量的组分组成：固相粉料80wt％，增强纤维10wt％，发泡体系5wt％，交联体系5wt％。
固相粉料含陶瓷粉体和烧结助剂，陶瓷粉体为高岭土、铝矾土和硅微粉的混合物，烧结助剂为氧化钇，其中，高岭土：铝矾土：硅微粉：烧结助剂质量比为1:3:1:0.3；增强纤维为玄武岩纤维，长度为2-10mm；发泡体系由发泡剂、稳泡剂和去离子水组成，发泡剂为棕榈酸甘油酯，稳泡剂为聚乙烯醇和硬脂酸甘油酯的混合物，其中，发泡剂：稳泡剂：去离子水质量比为1：1:15；交联体系为水基凝胶体系，由交联剂、分散剂和溶剂组成，交联剂为戊二醛，分散剂为聚羧酸氨，溶剂为乙醇，其中，交联剂：分散剂和溶剂质量比为1：0.5：10。
一种建筑用多孔保温陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将称量好的固相粉料破碎混合，湿法球磨20h，然后将增强纤维加入混合物中继续搅拌20min；然后加入发泡体系在温度为130℃下发泡1h；然后加入交联体系反应1h形成高固相低粘度浆料，固含量为65wt％；(2)将步骤(1)中的浆料浇筑于模具中，在温度为130℃加热0.8h，凝固成型为三维多孔网状结构的素坯体，冷却后脱模；(3)将步骤(2)中的素坯体放置于烧结炉中，在高纯氮气气氛中，先快速升温至1100℃保温2h，再缓慢升温至1400℃，进行烧结8h，烧结完毕降温至800℃保温3h，最后随炉冷却得到三维网状结构的多孔保温陶瓷材料。
实施例4
一种建筑用多孔保温陶瓷材料，由包含如下质量百分含量的组分组成：固相粉料75wt％，增强纤维13wt％，发泡体系6wt％，交联体系6wt％。
固相粉料含陶瓷粉体和烧结助剂，陶瓷粉体为高岭土、铝矾土和硅微粉的混合物，烧结助剂为氧化锆，其中高岭土：铝矾土：硅微粉：烧结助剂质量比为1:3:1:0.4；增强纤维为玻璃纤维和芳纶纤维的混合物，长度为2-10mm；发泡体系由发泡剂、稳泡剂和去离子水组成，发泡剂为棕榈酸甘油酯，稳泡剂为聚乙烯醇和硬脂酸甘油酯的混合物，其中发泡剂：稳泡剂：去离子水质量比为1：1.5:15；交联体系为水基凝胶体系，由交联剂、分散剂和溶剂组成，交联剂为丙烯酸酯，分散剂为聚丙烯酸铵，溶剂为乙二醇，其中交联剂：分散剂和溶剂质量比为1：0.6：10。
一种建筑用多孔保温陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将称量好的固相粉料破碎混合，湿法球磨22h，然后将增强纤维加入混合物中继续搅拌30min；然后加入发泡体系在温度为150℃下发泡1h；然后加入交联体系反应2h形成高固相低粘度浆料，固含量为68wt％；(2)将步骤(1)中的浆料浇筑于模具中，在温度为150℃加热0.5h，凝固成型为三维多孔网状结构的素坯体，冷却后脱模；(3)将步骤(2)中的素坯体放置于烧结炉中，在高纯氮气气氛中，先快速升温至1200℃保温1.5h，再缓慢升温至1500℃，进行烧结10h，烧结完毕降温至900℃保温3h，最后随炉冷却得到三维网状结构的多孔保温陶瓷材料。
本发明制备的建筑用多孔保温陶瓷材料孔径大小均一，分布均匀，密度为0.55-0.60g/cm3，气孔率为70-75％，常温下抗热震性能为32-37次，导热系数为0.044-0.0554W/(m2·K)，抗弯强度为12.5-18.2MPa，抗压强度为15.2-19.5MPa；上述实施例测试数据说明该材料保温性能和抗热震性能良好，达到了建筑用保温材料的性能指标，在建筑节能方面具有广阔的应用市场。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种建筑用多孔保温陶瓷材料，其特征在于，由包含如下质量百分含量的组分组成：固相粉料65-98.8wt％，增强纤维1-15wt％，发泡体系0.1-10wt％，交联体系0.1-10wt％。
2.一种如权利要求1所述的建筑用多孔保温陶瓷材料，其特征在于，所述的固相粉料含陶瓷粉体和烧结助剂，所述的陶瓷粉体为高岭土、铝矾土和硅微粉的混合物，所述的烧结助剂为氧化钇或氧化锆，其中，高岭土：铝矾土：硅微粉：烧结助剂质量比为1:3:1:(0.2-0.5)。
3.一种如权利要求1所述的建筑用多孔保温陶瓷材料，其特征在于，所述的增强纤维为玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维中的一种或两种以上组合，长度为2-10mm。
4.一种如权利要求1所述的建筑用多孔保温陶瓷材料，其特征在于，所述的发泡体系由发泡剂、稳泡剂和去离子水组成，所述的发泡剂为棕榈酸甘油酯，所述的稳泡剂为聚乙烯醇和硬脂酸甘油酯的混合物，其中，发泡剂：稳泡剂：去离子水质量比为1：(0.5-2):15。
5.一种如权利要求1所述的建筑用多孔保温陶瓷材料，其特征在于，所述的交联体系为水基凝胶体系，由交联剂、分散剂和溶剂组成，所述的交联剂为戊二醛或丙烯酸酯，所述的分散剂为聚丙烯酸铵、聚氧乙烯醚、聚羧酸氨中的一种，所述的溶剂为乙醇或乙二醇，其中，交联剂：分散剂和溶剂质量比为1：(0.2-1)：10。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的建筑用多孔保温陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将称量好的固相粉料破碎混合，湿法球磨18-24h，然后将增强纤维加入混合物中继续搅拌10-30min；然后加入发泡体系在温度为110-150℃下发泡反应0.5-1.5h；然后加入交联体系反应0.5-2h形成高固相低粘度浆料；
(2)将步骤(1)中的浆料浇筑于模具中，在温度为110-150℃加热0.5-1h，凝固成型为素坯体，冷却后脱模；
(3)将步骤(2)中的素坯体放置于烧结炉中，在高纯氮气气氛中，先快速升温至1000-1200℃保温1-3h，再缓慢升温至1300-1500℃，进行烧结1-12h，烧结完毕降温至600-1000℃保温1-5h，最后随炉冷却得到三维网状结构的多孔保温陶瓷材料。
7.一种如权利要求6所述的建筑用多孔保温陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述的高固相低粘度浆料的固含量为55-70wt％。
8.一种如权利要求6所述的建筑用多孔保温陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述的素坯体三维多孔网状结构。
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