CN107759151B - 一种膨胀珍珠岩-SiO2气凝胶的轻质保温墙体材料的制备方法 - Google Patents

一种膨胀珍珠岩-SiO2气凝胶的轻质保温墙体材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种膨胀珍珠岩‑SiO2气凝胶的轻质保温墙体材料的制备方法，该方法以TEOS为前驱体，EtOH为溶剂，H2SO4和NH3·H2O为催化剂，采用酸/碱两步催化反应制备SiO2溶胶，之后将SiO2溶胶搅拌直至溶胶变为凝胶，老化，溶剂交换，表面改性，联机升温干燥，将产物再混合粉煤灰、水玻璃、聚氨酯类发泡剂和水泥加入搅拌机中，并加入适量的水，搅拌混合均匀，经过养护制备成保温砌块，自然条件下静置一段时间，之后送入蒸压反应釜养护，即可制备得到轻质保温墙体材料。本发明制备的新型粉煤灰多孔保温材料生产过程节能，主要原料为固体废弃物，造价成本低且制造出来的保温材料符合质量要求，其强度、保温性能均达标。

Description

一种膨胀珍珠岩-SiO2气凝胶的轻质保温墙体材料的制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种保温材料，具体涉及一种膨胀珍珠岩-SiO2气凝胶的轻质保温墙体材料的制备方法。
背景技术
能源消费一直是当前人类发展社会的一大难题。众所周知，建筑部门主要在能源消耗和二氧化碳排放总量方面做出贡献。满足减碳承诺的关键要素之一是降低建筑物的能源消耗。建筑节能方面节能贡献率可达40-65％。建筑围护结构及其部件的正确设计和选择是降低加热和空调负荷的重要手段。在比例方面，建筑物的能源消耗占能源消费总量的3-4％左右。一般来说，墙体保温材料被认为是影响建筑节能的重要因素。选择高效节能墙体保温材料是实现建筑节能绝缘的重要途径。
近来已经作出了相当大的努力来研究节能型新材料。轻质墙体材料(LWM)不仅具有相当的实力，而且有助于减少原料消耗量和自重。一般来说，轻质混凝土的原料包括飞灰，煤矸石，高炉渣粉和木炭。轻质混凝土已经被广泛地研究了它们众多有趣的特性，如低功率，低成本，重量轻和隔热。通常，各种填料用作水泥复合材料中的轻质骨料(LWA)，以降低单位重量，具有更好的机械和功能性能。轻质骨料包括天然材料如浮石和棕榈油壳，以及合成或加工材料，如膨胀珍珠岩(EP)，废玻璃，火山灰，膨胀页岩，发泡聚苯乙烯珠(EPS)，玻璃微球和其他一些材料。这些材料可以成功地用于开发轻质混凝土。膨胀珍珠岩(EP)是一种多孔结构材料，体积密度小，导热性好，化学稳定性好，被广泛用作轻质保温材料。
粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为： SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加，成为我国当前排量较大的工业废渣之一。大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。但粉煤灰可资源化利用，如作为混凝土的掺合料等。但是因为我国含量大，碱性强，造成相对的利用率低，或者是被限制使用。因此，研究如何更好地处理粉煤灰是很有意义的。
SiO2气凝胶是一种具有可控纳米结构，比表面积大，孔隙率大的多孔材料。SiO2气凝胶的独特结构特性使得在热，电，声和光学方面具有奇异性能的气凝胶。已经广泛研究了具有SiO2气凝胶或膨胀珍珠岩(EP)的建筑材料的节能性能。
本发明中，用于制备轻质墙体材料的原料是飞灰，膨胀珍珠岩，碱活化剂和发泡剂。使用以下材料制备二氧化硅气凝胶材料：将四乙氧基硅烷(TEOS，28％，购自天津福辰化学试剂厂)，乙醇(EtOH， 99.8％)，正己烷，硫酸(98重量％)和氢氧化铵(25重量％)购自北京化学试剂厂有限公司，三甲基氯硅烷(TMCS，98％，购自国药集团化学试剂有限公司)。所有成分都不用进一步修饰。使用自动双水蒸馏器(SZ-93型，上海雅荣有限公司)制备蒸馏水(18МΩ)。飞灰(以北京石景山火电厂为主)用作主要原料。EP(多孔结构，40 目，山东玉顺绝缘材料厂获得)用作支撑材料。通过使用一定比例混合水玻璃(MS＝2.4)和NaOH(1mol/L)来制备模量(MS)为1.6 的水玻璃。使用的发泡剂是从湖南佳德建材科技有限公司购买的FA-4 保温块水泥。
发明内容
为了克服现有的制备粉煤灰保温材料的技术存在抗压强度低，保温性能不良，吸水率偏大等问题的不足，本发明利用粉煤灰免烧砖技术，制备得到一种膨胀珍珠岩-SiO2气凝胶的轻质保温墙体材料的制备方法，不但可以提高粉煤灰利用率，符合我国节能减排的发展要求，而且制得的保温砖，保温性能良好，抗压强度大，吸水率低，达到国家《复合保温砖和复合保温砌块》GB/T-29060-2012的要求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种膨胀珍珠岩-SiO2气凝胶的轻质保温墙体材料的制备方法，所述的方法包括以下步骤：
(1)以TEOS为前驱体，EtOH为溶剂，H2SO4和NH3·H2O为催化剂，采用酸/碱两步催化反应制备SiO2溶胶；
(2)将膨胀的珍珠岩加入步骤(1)得到的SiO2溶胶中，搅拌直至溶胶变为凝胶；
SiO2气凝胶的制备中采用四乙氧基硅烷(TEOS)作为硅源，溶胶- 凝胶过程中通过硅源物质的水解和缩聚获得具有三维网络结构的氧化硅凝胶，其反应原理如下：
Figure BDA0001441554250000031
Figure BDA0001441554250000032
水解：前驱体经过反应得到单体的过程，一般需要催化剂对反应进行催化，加快反应进程。缩聚：单体进行聚合反应，形成多孔结构的凝胶的过程，一般需要催化剂对反应进行催化，加快反应进程。凝胶形成的判断依据：将盛有凝胶的容器倾斜45°，凝胶没有流动性即认为凝胶己形成。当溶胶变成凝胶后，水解和浓缩反应远未完成。此时，凝胶的二氧化硅骨架中仍包含未反应的醇盐基团。实际上，凝胶后，水解和浓缩的时间甚至是凝胶时间的好几倍。因此必须有足够的时间使网络结构强化，使网络结构表面的—OH继续缩聚反应，形成新的Si—O键。通过控制pH值和水含量可以增强骨架结构。
(3)将步骤(2)得到的凝胶在蒸馏水和乙醇中老化，并用乙醇冲洗；凝胶的形成并不意味着水解缩聚反应的终止，此时的凝胶虽然没有流动性，但是质软，骨架结构并不稳固，在凝胶孔隙内部，相关反应依旧在进行，老化的目的在于：在保证凝胶中的溶剂部分蒸发的情况下加强凝胶的骨架结构。老化后的凝胶，水仍旧保留在孔隙中，必须在干燥前去掉。把凝胶浸泡到无水乙醇中若干次，直到去掉所有的水。这一过程的时间长短和次数与形成的凝胶厚度有关。留在凝胶中的水若不能在干燥过程前去掉，将导致材料的不透明、发白以及密度增加。
(4)将步骤(3)得到的凝胶进行溶剂交换并通过TMCS和正己烷的混合物进行表面改性；溶剂交换的目的：凝胶虽然不具有流动性，但是凝胶孔隙内部充满了溶剂，一般表面张力较大或超临界参数较高，并不适合直接进行干燥，需要进行溶剂交换，用表面张力小或超临界参数低的溶剂替代。湿凝胶的表面改性(表面烷基化) 也是非常关键的措施，根据前人的研究，表面烷基化是常压干燥过程中凝胶回弹效应(spring back effect)的关键:在干燥过程的后半段，凝胶孔隙内的液体被蒸发掉后，毛细管反力便不复存在，此时凝胶颗粒表面的烷基(一般为甲基)之间存在相互排斥的作用力，使得凝胶发生回弹，体积膨胀(基本与干燥前的体积相差无几)。表面改性的目的在于对凝胶进行疏水化处理，将凝胶表面亲水的羟基替换成疏水的甲基，另一方面，若不进行表面改性处理，凝胶微粒表面亲水的羟基在一定条件下相互么间会发生脱水聚合，从而破坏己经形成的空间网络结构。表面改性其反应原理如下：
(CH3)3-Si-Cl+≡Si-OH→≡Si-O-Si-(CH3)3+HCl
(5)将步骤(4)得到的凝胶进行联机升温，在一定的压力环境下干燥，即可制备得到二氧化硅气凝胶复合膨胀珍珠岩。
干燥过程是硅气凝胶制备中另一个重要的过程。由于溶剂充满于凝胶粒子的间隙，为了得到固体凝胶，同时保持凝胶的结构不变，因此需要通过干燥去掉溶剂。但是，由于在干燥过程中，溶剂蒸发造成凝胶的收缩，在凝胶微结构中必然产生毛细压力，这一关系可用拉普拉斯方程来表示：
Δp＝2γcosθ/r
式中：Δp为毛细压力，γ为溶剂的表面张力，θ为接触角，r为毛细管半径。
从上式中可以看出为了降低Δp可以降低溶剂的表面张力或增加接触角。毛细压力的作用往往造成凝胶的开裂，而得不到完整结构的块体材料。由上式可知，增加毛细管半径、增大接触角、减少溶剂的表面张力等技术手段均可达到减小张力的目的。凝胶干燥过程中，毛细管附加压力与毛细管中溶剂的表面张力直接相关。通常，经水解和缩聚形成的醇凝胶，其网络孔洞中充满的溶剂主要是水和醇，由于水的表面张力很大，因此在干燥过程中毛细管的附加压力很大，这是造成气凝胶制备过程中开裂破碎的直接原因。如果通过溶剂替换，用表面张力小的溶剂将水和醇替换出来，这些表面张力小的溶剂蒸发干燥时，附加压力将大大减小，对实现非超临界干燥制备气凝胶很有利。因此，可以用具有极低表面张力的表面活性剂溶液进行替换，减小毛细孔中的附加压力。
(6)将二氧化硅气凝胶复合膨胀珍珠岩、粉煤灰、水玻璃、聚氨酯类发泡剂和水泥加入搅拌机中，并加入适量的水，搅拌混合均匀，经过养护制备成保温砌块，自然条件下静置一段时间，之后送入蒸压反应釜养护，即可制备得到轻质保温墙体材料。
优选的，步骤(1)中，在连续搅拌下，将摩尔比为(0.5-1.5):(4-6) 的TEOS和EtOH搅拌混合均匀，然后加入纯化水和H2SO4，调节混合溶液体系pH为2-3，搅拌20-30小时后，再加入NH3·H2O和纯化水，调节混合溶液体系pH为6-8。溶胶-凝胶过程中硅醇盐先驱体与水、乙醇等的化学配比将直接影响到最终气凝胶的性质。气凝胶的最终密度依赖于溶液中硅醇盐单体的浓缩。乙醇的加入主要起到对反应物的稀释作用，影响气凝胶的密度。但由于乙醇也作为硅源先驱体的水解产物存在，因此乙醇含量的增加会抑制水解和浓缩反应的进行，增加凝胶的时间。当浓缩反应开始的时候，溶胶开始变成坚硬的凝胶，这时，凝胶通常从模型中脱落。然而，为了防止凝胶孔内含有的液体蒸发，凝胶必须保持完全浸在乙醇中。蒸发引起凝胶的破坏，将导致劣质气凝胶的形成。
溶胶凝胶过程中，在室温下，水解和浓缩反应进行相当缓慢，经常需要若干天才能完成。因此，需要加入酸性或碱性催化剂。催化剂的数量和类型对最终气凝胶材料的微结构、物理性能光学性能等方面起重要作用。酸性催化剂可以是任何质子酸，如盐酸。碱性催化剂通常用氨水或氨水和氟化铵。催化剂含量的不同，对溶胶-凝胶过程中水解和缩聚反应造成直接的影响。水解速率随溶液酸碱度的增加而加快，缩聚速率则在中性或碱性溶液中较快，在pH>8.5时，缩聚形成的硅氧键会重新溶解，而高pH值下(pH>8.5)形成硅氧键的溶解和再缩聚会直接影响胶质颗粒的大小，表面状况及网络结构等。酸性条件下水解反应速度大于缩聚反应，形成多分支弱交联聚合物状凝胶。碱性条件下水解反应速度小于缩聚反应，形成相对致密的胶质颗粒构成的网络。酸性催化剂制成的气凝胶通常在超临界干燥过程中具有更大的收缩量，与碱性催化剂相比具有更差的透明性。针对不同催化条件下水解与缩聚反应相对速率的较大差异，使得溶胶-凝胶过程中水解和缩聚分别在强酸和弱碱催化条件下发生，则有利于网络结构的控制，进而得以制备出低密度的凝胶。典型的酸或碱催化TEOS形成凝胶为一步法凝胶。二步法则用先聚化的TEOS作为硅源。先聚化的 TEOS通过加热含有一定化学计量的水和酸催化剂的TEOS的乙醇溶液制得；溶液通过蒸发除去，留下含有高分子量硅烷氧基氧化物的粘性流体；这种材料在乙醇中再溶解，碱性条件下与添加的水反应，直到凝胶开始发生。这种方法制得的凝胶为酸碱二步催化凝胶。制备中这一微小条件变化大大改变了最终气凝胶产品的质量。一步法碱性催化气凝胶与二步法相比具有更好的机械性能，但是更脆。然而，二步法气凝胶有更小更窄的孔大小分布，并且更加清晰。
优选的，步骤(2)中，在1000-1300℃高温条件下加热珍珠岩，得到膨胀的珍珠岩。气凝胶单体制备的保温材料价格偏高，力学性能不够达标，直接添加应用在粉煤灰制作的保温材料上性价比低，而且结合程度也不理想。所以我们利用膨胀珍珠岩的多孔性质，在气凝胶制作的过程中与其耦合，在膨胀珍珠岩的内外表面吸附上气凝胶，这样在将改性后的膨胀珍珠岩当做轻质骨料来制作多孔材料，结合程度高，还可以降低材料的吸水性能，降低导热系数。
优选的，步骤(3)中，将凝胶在100％蒸馏水中浸泡20-30小时，然后50％乙醇水溶液中浸泡20-30小时，最后在100％乙醇浸泡20-30 小时，整个过程控制体系温度为25-50度。
这是多步溶剂交换-表面改性法制备二氧化硅气凝胶的方法，该方法在凝胶形成后采用低表面张力的溶剂多次替换湿凝胶孔洞中的水相溶液，之后进行表面改性处理使凝胶表面硅羟基烷基化，改性后孔洞表面嫁接疏水基团，水相被排出，毛细管力将减小，避免干燥时凝胶过度收缩和结构坍塌，最后经常压干燥制得二氧化硅气凝胶。对凝胶表面进行羟基烷基化处理不仅可有效防止结构的破坏，而且得到的气凝胶呈疏水性，可避免在使用中受到环境水分的影响，提高气凝胶的性能稳定性。老化过程中凝胶发生的结构变化对于常压干燥过程具有重要的影响，凝胶网络骨架强度越大，它承受毛细管压力的能力就越强，利于获得结构完整的高品质SiO2气凝胶。可通过不同方法对醇凝胶网络骨架进行增强，如在母醇中老化凝胶，或将凝胶浸入硅烷氧化物中。此外，由于凝胶体内还残留有氨水，若不将其去除，则在使用三甲基氯硅烷对凝胶表面进行改性时，改性剂中的Cl-可以与氨水中的NH4+发生反应，生成的白色结晶体NH4CI(熔点为338℃，常压干燥中无法将其分解)存留在凝胶体内，严重影响了气凝胶的透光率及密度，因此，老化液中的母醇可以将其溶解并带出凝胶体外。随着老化温度的升高，气凝胶密度先减小后增大，在40℃时达到最小值。这是因为当老化温度较低时，抑制了老化液中的TEOS与水的水解缩聚反应，使新形成的硅氧键与凝胶网络之间交联较弱，骨架增强效果较差，且低温使凝胶表面羟基数较多，干燥时易发生不可逆的缩合，导致气凝胶密度较大。当温度逐渐上升时，凝胶继续发生水解缩合，并与凝胶网络结构相互交联，使得骨架强度足以抵抗干燥时的毛细管作用力，以获得成块性好且密度较低的气凝胶。温度过高时，凝胶孔洞中少量乙醇的挥发较快，选成孔洞内部压力增大，破坏了凝胶结构，增加了凝胶收缩率，从而导致气凝胶密度逐渐增大。随着老化时间的升高，气凝胶密度先减小后增大，在24小时时达到最小值。这是因为足够的时间可以供凝胶继续水解和缩聚，使尽量多的经基之间能聚合形成网络，骨架之间的连通性增强，从而强度得到提高，凝胶体积收缩降低，因此气凝胶密度也减小；然而，若老化时间过长会使凝胶体积密度增加，这也是不可取的。
优选的，步骤(4)中，步骤(4)中，首先将凝胶在摩尔比为 (0.5-1.5)：(4-6)：(3-5)的TMCS：EtOH：正己烷混合溶液中浸泡20-30 小时，然后在摩尔比为1:(4-10)的TMCS：正己烷混合溶液中浸泡 20-30小时，然后在摩尔比为1：(8-10)的TMCS：正己烷混合溶液中浸泡20-30小时，最后用100％正己烷清洗2-3次，每次清洗20-30 小时。随着改性剂TMCS浓度的增加，气凝胶与水之间的接触角增大，疏水性增强。这是由于当TMCS浓度的增加，气凝胶骨架上的亲水的羟基数量减少，而疏水的硅甲基数量增多的缘故。随着改性剂 TMCS浓度的增加，SiO2气凝胶密度随之减小，比表面积随之增大。这是由于羟基之间的相互缩合而引起SiO2气凝胶的不可逆收缩和体积收缩减小的缘故。随着表面改性时间的延长，气凝胶与水之间的接触角增大，疏水性增强，密度随之减小，比表面积随之增大。时间不足会造成改性不完全，影响气凝胶的性能。若改性时间过长，其改性产物HCl对凝胶结构具有破坏作用，使密度反而增大。结合具体实验可知，上述数据为较佳的实验范围。
优选的，步骤(5)中，首先将凝胶在室温下自然风干24-48小时，然后60℃干燥24-48小时，然后80℃干燥12-24小时，然后100 ℃干燥8-24小时，然后120℃干燥4-12小时，然后140℃干燥2-6小时，然后160℃干燥2-5小时，然后180℃干燥1-4小时，然后200℃干燥1-3小时，然后220℃干燥1-2小时，全部常压。由于湿凝胶孔洞内有不同溶剂，它们的饱和蒸汽压和沸点各不相同，所以在常压下使用分级干燥的模式，即在不同的温度下逐级升温干燥，以减少湿凝胶干燥时所受到的破坏力。
优选的，步骤(6)中，按照重量份数计，所述的二氧化硅气凝胶复合膨胀珍珠岩为15-25份，粉煤灰50-70份，水玻璃2-5份，聚氨酯类发泡剂1-2份，水泥10-15份。
优选的，步骤(6)中，保温砌块在自然条件下静置0.5-1h，蒸压反应釜中在1.2-1.8MPa压力下养护6-8小时。
本发明的优点是：在粉煤灰中加入了水玻璃，针对钠离子含量高的特点，运用地聚物合成技术，将中的钠离子转变为地聚物合成过程中激发剂的一部分，将铝硅酸盐作为激发对象，使得所加入的原料发生解聚-缩聚反应，形成一种性能优良的无机高分子聚合物材。同时利用膨胀珍珠岩的多孔性质，在气凝胶制作的过程中与其耦合，在膨胀珍珠岩的内外表面吸附上气凝胶，这样在将改性后的膨胀珍珠岩当做轻质骨料来制作多孔材料，结合程度高，还可以降低材料的吸水性能，降低导热系数。上述原料经过发泡剂发泡，制备成坯材，经反应釜后制备成抗压强度可达1Mpa以上，导热系数0.06(W/(m·K)以下，体积吸水率降低到10％以内。不用烧结因而能降低能耗，减少污染，提高了生产效率，而且大量使用，克服同类材料制备的保温砖生产工艺复杂，用量低，保温效果差等的不足。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步的说明：
实施例1：
(1)以TEOS为前驱体，EtOH为溶剂，H2SO4和NH3·H2O为催化剂，在连续搅拌下，将摩尔比为1:5的TEOS和EtOH搅拌混合均匀，然后加入纯化水和H2SO4，调节混合溶液体系pH为2.5，搅拌30小时后，再加入NH3·H2O和纯化水，调节混合溶液体系pH为6；
(2)在1200℃高温条件下加热珍珠岩，得到膨胀的珍珠岩，将膨胀的珍珠岩加入步骤(1)得到的SiO2溶胶中，搅拌直至溶胶变为凝胶；
(3)将步骤(2)得到的凝胶在100％蒸馏水中浸泡24小时，然后 50％乙醇水溶液中浸泡24小时，最后在100％乙醇浸泡24小时，整个过程控制体系温度为38度；
(4)将步骤(3)得到的凝胶在摩尔比为1:5:5的TMCS：EtOH：正己烷混合溶液中浸泡24小时，然后在摩尔比为1:7的TMCS：正己烷混合溶液中浸泡24小时，然后在摩尔比为1：9的TMCS：正己烷混合溶液中浸泡24小时，最后用100％正己烷清洗3次，每次清洗12小时；
(5)将步骤(4)得到的凝胶在室温下自然风干30小时，然后60℃干燥30小时，然后80℃干燥20小时，然后100℃干燥20小时，然后120℃干燥10小时，然后140℃干燥4小时，然后160℃干燥3小时，然后180℃干燥3小时，然后200℃干燥2小时，然后220℃干燥1小时，全部常压；
(6)按照重量份数计，取二氧化硅气凝胶复合膨胀珍珠岩为20份，粉煤灰60份，水玻璃3份，聚氨酯类发泡剂1份，水泥10份和适量的水加入搅拌机中，搅拌混合均匀，经过养护制备成保温砌块，自然条件下静置1h，之后送入蒸压反应釜养护，蒸压反应釜中在1.6MPa压力下养护6小时，即可制备得到轻质保温墙体材料。
实施例2：
(1)以TEOS为前驱体，EtOH为溶剂，H2SO4和NH3·H2O为催化剂，在连续搅拌下，将摩尔比为0.5:6的TEOS和EtOH搅拌混合均匀，然后加入纯化水和H2SO4，调节混合溶液体系pH为3.5，搅拌24小时后，再加入NH3·H2O和纯化水，调节混合溶液体系pH为7.5；
(2)在1000℃高温条件下加热珍珠岩，得到膨胀的珍珠岩，将膨胀的珍珠岩加入步骤(1)得到的SiO2溶胶中，搅拌直至溶胶变为凝胶；
(3)将步骤(2)得到的凝胶在100％蒸馏水中浸泡30小时，然后 50％乙醇水溶液中浸泡30小时，最后在100％乙醇浸泡30小时，整个过程控制体系温度为40度；
(4)将步骤(3)得到的凝胶在摩尔比为0.5:4:3的TMCS：EtOH：正己烷混合溶液中浸泡20小时，然后在摩尔比为1:4的TMCS：正己烷混合溶液中浸泡20小时，然后在摩尔比为1：8的TMCS：正己烷混合溶液中浸泡20小时，最后用100％正己烷清洗2次，每次清洗20小时；
(5)将步骤(4)得到的凝胶在室温下自然风干24小时，然后60℃干燥24小时，然后80℃干燥12小时，然后100℃干燥8小时，然后120℃干燥4小时，然后140℃干燥2小时，然后160℃干燥2小时，然后180℃干燥1小时，然后200℃干燥1小时，然后220℃干燥1小时，全部常压；
(6)按照重量份数计，取二氧化硅气凝胶复合膨胀珍珠岩为15份，粉煤灰50份，水玻璃2份，聚氨酯类发泡剂1份，水泥10份和适量的水加入搅拌机中，搅拌混合均匀，经过养护制备成保温砌块，自然条件下静置0.5h，之后送入蒸压反应釜养护，蒸压反应釜中在1.2MPa压力下养护6小时，即可制备得到轻质保温墙体材料。
实施例3：
(1)以TEOS为前驱体，EtOH为溶剂，H2SO4和NH3·H2O为催化剂，在连续搅拌下，将摩尔比为1.5:4的TEOS和EtOH搅拌混合均匀，然后加入纯化水和H2SO4，调节混合溶液体系pH为3，搅拌30小时后，再加入NH3·H2O和纯化水，调节混合溶液体系pH为8；
(2)在1300℃高温条件下加热珍珠岩，得到膨胀的珍珠岩，将膨胀的珍珠岩加入步骤(1)得到的SiO2溶胶中，搅拌直至溶胶变为凝胶；
(3)将步骤(2)得到的凝胶在100％蒸馏水中浸泡20小时，然后 50％乙醇水溶液中浸泡20小时，最后在100％乙醇浸泡20小时，整个过程控制体系温度为25度；
(4)将步骤(3)得到的凝胶在摩尔比为1.5:6:5的TMCS：EtOH：正己烷混合溶液中浸泡30小时，然后在摩尔比为1:10的 TMCS：正己烷混合溶液中浸泡30小时，然后在摩尔比为1： 10的TMCS：正己烷混合溶液中浸泡30小时，最后用100％正己烷清洗2次，每次清洗30小时；
(5)将步骤(4)得到的凝胶在室温下自然风干36小时，然后60℃干燥48小时，然后80℃干燥24小时，然后100℃干燥24小时，然后120℃干燥12小时，然后140℃干燥6小时，然后160℃干燥5小时，然后180℃干燥4小时，然后200℃干燥3小时，然后220℃干燥2小时，全部常压；
(6)按照重量份数计，取二氧化硅气凝胶复合膨胀珍珠岩为25份，粉煤灰70份，水玻璃5份，聚氨酯类发泡剂2份，水泥15份和适量的水加入搅拌机中，搅拌混合均匀，经过养护制备成保温砌块，自然条件下静置1h，之后送入蒸压反应釜养护，蒸压反应釜中在1.8MPa压力下养护8小时，即可制备得到轻质保温墙体材料。
将实施例1、2和3得到的轻质保温墙体材料使用CMT4304通用测试仪测量轻质墙体材料轻质墙体材料样品的机械性能。化学结构用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR，ModelFrontier)进行。使用差示扫描量热计(DSC，DSC214Polyma)以恒定氮气流以10℃/min的加热速率以50ml/min的流速获得热性能。通过热重分析(TGA，America TA instrumentQ5000)，使用恒定氮气流以50ml/min的流速测定热稳定性。通过接触角分析仪(CAA，型号JC2000D)研究了材料的疏水性。通过激光闪光法测量热扩散率，并且使用等式(1)，其中λ是导热系数，α是热扩散系数，ρ是使用阿基米德法获得的体积密度， Cp是通过多重曲线法测量的热容量。
λ＝α·ρ·Cp(1)
通过上述方法检测得到的结论：
轻质保温墙体材料堆积密度范围为322kg/m3至353kg/m3，抗压强度值为0.74MPa至1.16MPa。通过FT-IR数据验证，SiO2-气凝胶和EP的结构在复合材料中保持不变。在机械和热性能方面，轻质保温墙体材料具有重量轻(335kg/m3)和适当的抗压强度(1.06MPa)。轻质保温墙体材料导热率为0.050W/(m·K)至0.062W/(m·K)。因此，轻质保温墙体材料具有良好的热性能，表明其可用于建筑材料的节能。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (3)

1.一种膨胀珍珠岩-SiO2气凝胶的轻质保温墙体材料的制备方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)以TEOS为前驱体，EtOH为溶剂，H2SO4和NH3·H2O为催化剂，采用酸/碱两步催化反应制备SiO2溶胶；
(2)将膨胀的珍珠岩加入步骤(1)得到的SiO2溶胶中，搅拌直至溶胶变为凝胶；
(3)将步骤(2)得到的凝胶在蒸馏水和乙醇中老化，并用乙醇冲洗；
(4)将步骤(3)得到的凝胶进行溶剂交换并通过TMCS和正己烷的混合物进行表面改性；
(5)将步骤(4)得到的凝胶进行联机升温，干燥，即可制备得到二氧化硅气凝胶复合膨胀珍珠岩；
(6)将二氧化硅气凝胶复合膨胀珍珠岩、粉煤灰、水玻璃、聚氨酯类发泡剂和水泥加入搅拌机中，并加入适量的水，搅拌混合均匀，经过养护制备成保温砌块，自然条件下静置，之后送入蒸压反应釜养护，即可制备得到轻质保温墙体材料；
其中，
步骤(1)中，在连续搅拌下，将摩尔比为(0.5-1.5):(4-6)的TEOS和EtOH搅拌混合均匀，然后加入纯化水和H2SO4，调节混合溶液体系pH为2-3，搅拌20-30小时后，再加入NH3·H2O和纯化水，调节混合溶液体系pH为6-8；
步骤(2)中，在1000-1300℃高温条件下加热珍珠岩，得到膨胀的珍珠岩；
步骤(3)中，将凝胶在100％蒸馏水中浸泡20-30小时，然后50％乙醇水溶液中浸泡20-30小时，最后在100％乙醇浸泡20-30小时，整个过程控制体系温度为25-50度；
步骤(4)中，首先将凝胶在摩尔比为(0.5-1.5)：(4-6)：(3-5)的TMCS：EtOH：正己烷混合溶液中浸泡20-30小时，然后在摩尔比为1:(4-10)的TMCS：正己烷混合溶液中浸泡20-30小时，然后在摩尔比为1：(8-10)的TMCS：正己烷混合溶液中浸泡20-30小时，最后用100％正己烷清洗2-3次，每次清洗20-30小时；
步骤(5)中，首先将凝胶在室温下自然风干24-48小时，然后60℃干燥24-48小时，然后80℃干燥12-24小时，然后100℃干燥8-24小时，然后120℃干燥4-12小时，然后140℃干燥2-6小时，然后160℃干燥2-5小时，然后180℃干燥1-4小时，然后200℃干燥1-3小时，然后220℃干燥1-2小时，全部常压。
2.如权利要求1所述的一种膨胀珍珠岩-SiO2气凝胶的轻质保温墙体材料的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，按照重量份数计，所述的二氧化硅气凝胶复合膨胀珍珠岩为15-25份，粉煤灰50-70份，水玻璃2-5份，聚氨酯类发泡剂1-2份，水泥10-15份。
3.如权利要求1所述的一种膨胀珍珠岩-SiO2气凝胶的轻质保温墙体材料的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，保温砌块在自然条件下静置0.5-1h，蒸压反应釜中在1.2-1.8MPa压力下养护6-8小时。
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