CN108101577A - 一种无机发泡保温材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，公开了一种无机发泡保温材料，由以下重量份数的原料组成：废弃陶瓷60‑80份、偏高岭土20‑40份、空心玻璃微珠3‑5份、碱性激发剂8‑15份、苯丙乳液1‑3份、双氧水5‑15份、高铁酸钠0.1‑0.5份、稳泡剂0.5‑1份、调凝剂0.5‑2份、水25‑40份。本发明产品隔热效果好，以废弃陶瓷为主要原料，具有低碳环保、节能利废等特点。

Description

一种无机发泡保温材料及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种无机发泡保温材料及其制备方法。
背景技术
当今世界环境不断恶化，能源成本不断提高，降低能耗和减少温室气体排放，已是当前高度关注的热点，为了能够有效降低建筑能耗，使用建筑保温材料已成为建筑节能降耗的重要措施。有机材料质轻、致密性好、保温效果好，是目前市场上最主要的保温材料，但是有机保温材料也存在耐久性差、易燃烧、不生态环保等缺点，相比有机保温材料，无机保温爆料具有不释放有害物质、防火阻燃、与建筑物同寿命等优点，可作为理想的建筑保温材料。另一方面，由于陶瓷产业的快速发展，废弃陶瓷(即陶瓷工业的废弃品)也日益增多，目前，对废弃陶瓷的处理方式仍然主要采取填埋的方式，这样不仅对土地、矿产资源造成浪费，还破坏环境，影响我国陶瓷工业的可持续发展。专利CN107459338A公开了一种废弃陶瓷基建筑外墙用保温发泡材料及其制备方法，该发明制备的外墙用保温发泡材料具有常温导热系数低、体积密度低、闭气孔率高、烧后体积变化小、抗压强度高等优良性能，但其生产过程需要在900～1100℃的条件下保温2-5h，耗费大量能源。CN103641508A公开了一种免烧结地聚合泡沫陶瓷的制备方法，该发明材料具有热传导率低、隔热性能好、耐火性能好、使用寿命长、耐老化等优点，但是该材料制备周期长。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种无机发泡保温材料及其制备方法，该材料热传导率低、隔热性能好，制备方法简单，不需要高温条件，制备周期短。为达到上述目的，本发明采用以下技术方案。一种无机发泡保温材料，由以下重量份数的原料组成：废弃陶瓷60-80份、偏高岭土20-40份、空心玻璃微珠3-5份、碱性激发剂8-15份、苯丙乳液1-3份、双氧水5-15份、高铁酸钠0.1-0.5份、稳泡剂0.5-1份、调凝剂0.5-2份、水25-40份。
所述废弃陶瓷是指废弃生活陶瓷、建筑陶瓷和其它陶瓷中的一种或两种及两种以上的混合物。
优选的，所述废弃陶瓷的主要化学成分为：SiO2 40-50wt％、Al2O3 35-40wt％、CaO0.1-1wt％、FeO 0.1-0.5wt％。
所述偏高岭土是由高岭土在600-800℃下煅烧所得。
优选的，所述偏高岭土的主要化学成分为：SiO260-70wt％、Al2O3 15-25wt％、CaO5-10wt％、FeO 0.5-2wt％。
所述空心玻璃微珠是一种中空的圆球粉末状轻质材料。
优选的，所述空心玻璃微珠粒径范围在5-100um之间。
所述碱性激发剂由水玻璃和三亚乙基四胺组成。
优选的，所述碱性激发剂由水玻璃和三乙基四胺按重量比10-15:1组成
优选的，所述水玻璃模数为1.0-1.8。
所述稳泡剂由月桂酰二乙醇胺、骨胶、丁基萘磺酸钠、氧化石蜡皂、十二烷基二甲基氧化胺和水组成。
优选的，所述稳泡剂由月桂酰二乙醇胺、骨胶、丁基萘磺酸钠、氧化石蜡皂、十二烷基二甲基氧化胺和水按以下重量份数组成：月桂酰二乙醇胺0.2-0.3份、骨胶0.5-1份、丁基萘磺酸钠2-3份、氧化石蜡皂0.5-1份、十二烷基二甲基氧化胺0.1-0.5份、水60-100份。
更优选的，所述稳泡剂的制备方法包括以下步骤：
(1)将骨胶粉碎过80目筛，用水浸泡24h，然后加热到75-80℃熬制1-2h，制得甲液；
(2)将氧化石蜡皂粉碎后倒入反应锅中，加热至70-80℃，使石蜡熔化，制得乙液；
(3)按配方量称取水、丁基萘磺酸钠、月桂酰二乙醇胺、加入反应釜内，搅拌溶解均匀，制得丙液；
(4)将甲液、乙液和十二烷基二甲基氧化胺缓缓滴入丙液中，70-80℃下保温搅拌反应2-3h，停止加热，降至室温，既得所述稳泡剂。
所述调凝剂由糖钙、乙酸锌和赤藓糖醇组成。
优选的，所述调凝剂由糖钙、乙酸锌和赤藓糖醇按重量比1-5:2-3:1组成。
上述无机发泡保温材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将废弃陶瓷破碎、研磨后过200目筛，得废弃陶瓷粉。
(2)按配比称取废弃陶瓷粉、偏高岭土、空心玻璃微珠、碱性激发剂、苯丙乳液、高铁酸钠、调凝剂和水加入到带有搅拌装置的设备中，搅拌均匀，得地质聚合物浆体。
(3)将双氧水和稳泡剂加入地质聚合物浆体中，搅拌3-5min得到发泡浆体。
(4)将发泡浆体注入成型模具中，将模具放入温室中，在50-80℃下养护4-8h，脱模，得所述无机发泡保温材料。
本发明中空心玻璃微珠可以增加材料的流动性，易于加工，与体系相容性好，玻璃外层与碱接触可发生一定的腐蚀，与地质聚合物材料粘结强度高。三亚乙基四胺为一种有机碱，有较强的腐蚀性，可使废弃陶瓷粉和偏高岭土表面产生缺陷，提高反应速度。苯丙乳液可适当降低体系的Zeta电位而加速地质聚合物反应进程，还可以与硅氧四面体或铝氧四面体上的羟基通过缩聚反应形成互穿的网络结构，增加材料的强度和韧性。因为本发明体系中的水玻璃能抑制HO·自由基的形成和分解，影响发泡效率，因此加入高铁酸钠作为发泡的催化剂，高铁酸钠与水可产生大量的原子氧及铁离子，在加入双氧水后会提高双氧水的发泡效率。稳泡剂可增加液膜的强度和弹性，提高泡沫的稳定性。
本发明的有益效果
(1)本发明的无机发泡保温材料以废弃陶瓷为主要原料，可有效处理陶瓷工业的废弃品，实现其资源化利用，减少环境污染，具有很好的经济和社会效益。
(2)本发明制备工艺简单、生产能耗低，污染小，二氧化碳排放量低。
(3)本发明产品泡壁光滑、坚硬、强度高，耐高温、隔热效果好，干密度和导热系数低。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，本发明保护范围并不受制于本发明的实施例。
实施例1
一种无机发泡保温材料，由以下重量份数的原料组成：废弃陶瓷60份、偏高岭土40份、空心玻璃微珠3份、碱性激发剂15份、苯丙乳液1份、双氧水15份、高铁酸钠0.1份、稳泡剂1份、调凝剂0.5份、水40份。
所述废弃陶瓷是指废弃建筑陶瓷。
所述偏高岭土是由高岭土在600℃下煅烧所得。
所述碱性激发剂由模数为1.0的水玻璃和三乙基四胺按重量比10:1组成。
所述稳泡剂由以下重量份数的物质组成：月桂酰二乙醇胺0.2份、骨胶1份、丁基萘磺酸钠2份、氧化石蜡皂1份、十二烷基二甲基氧化胺0.1份、水00份。
所述调凝剂由糖钙、乙酸锌和赤藓糖醇按重量比1:3:1组成。
上述无机发泡保温材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将废弃陶瓷破碎、研磨后过200目筛，得废弃陶瓷粉。
(2)按配比称取废弃陶瓷粉、偏高岭土、空心玻璃微珠、碱性激发剂、苯丙乳液、高铁酸钠、调凝剂和水加入到带有搅拌装置的设备中，搅拌均匀，得地质聚合物浆体。
(3)将双氧水和稳泡剂加入地质聚合物浆体中，搅拌3min得到发泡浆体。
(4)将发泡浆体注入成型模具中，将模具放入温室中，在80℃下养护4h，脱模，得所述无机发泡保温材料。
实施例2
一种无机发泡保温材料，由以下重量份数的原料组成：废弃陶瓷80份、偏高岭土20份、空心玻璃微珠5份、碱性激发剂8份、苯丙乳液3份、双氧水5份、高铁酸钠0.5份、稳泡剂0.5份、调凝剂2份、水25份。
所述废弃陶瓷由废弃生活陶瓷和建筑陶瓷组成。
所述偏高岭土是由高岭土在800℃下煅烧所得。
所述空心玻璃微珠粒径范围在5-100um之间。
所述碱性激发剂由璃模数为1.8的水玻璃和三乙基四胺按重量比15:1组成。
所述稳泡剂由以下重量份数的物质组成：月桂酰二乙醇胺0.3份、骨胶0.5份、丁基萘磺酸钠3份、氧化石蜡皂0.5份、十二烷基二甲基氧化胺0.5份、水60份。所述稳泡剂的制备方法包括以下步骤：
(1)将骨胶粉碎过80目筛，用水浸泡24h，然后加热到75℃熬制2h，制得甲液；
(2)将氧化石蜡皂粉碎后倒入反应锅中，加热至70℃，使石蜡熔化，制得乙液；
(3)按配方量称取水、丁基萘磺酸钠、月桂酰二乙醇胺、加入反应釜内，搅拌溶解均匀，制得丙液；
(4)将甲液、乙液和十二烷基二甲基氧化胺缓缓滴入丙液中，80℃下保温搅拌反应2h，停止加热，降至室温，既得所述稳泡剂。
所述调凝剂由糖钙、乙酸锌和赤藓糖醇按重量比5:2:1组成。
上述无机发泡保温材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将废弃陶瓷破碎、研磨后过200目筛，得废弃陶瓷粉。
(2)按配比称取废弃陶瓷粉、偏高岭土、空心玻璃微珠、碱性激发剂、苯丙乳液、高铁酸钠、调凝剂和水加入到带有搅拌装置的设备中，搅拌均匀，得地质聚合物浆体。
(3)将双氧水和稳泡剂加入地质聚合物浆体中，搅拌5min得到发泡浆体。
(4)将发泡浆体注入成型模具中，将模具放入温室中，在50℃下养护8h，脱模，得所述无机发泡保温材料。
实施例3
一种无机发泡保温材料，由以下重量份数的原料组成：废弃陶瓷70份、偏高岭土30份、空心玻璃微珠4份、碱性激发剂12份、苯丙乳液2份、双氧水12份、高铁酸钠0.3份、稳泡剂0.8份、调凝剂1份、水35份。
所述废弃陶瓷的主要化学成分为：SiO2 47.5wt％、Al2O3 37.6wt％、CaO 0.6wt％、FeO 0.4wt％。
所述偏高岭土的主要化学成分为：SiO265.3wt％、Al2O3 20.2wt％、CaO 7.9wt％、FeO 1.3wt％。
所述空心玻璃微珠粒径范围在5-100um之间。
所述碱性激发剂由模数为1.5的水玻璃和三乙基四胺按重量比12:1组成。
所述稳泡剂由以下重量份数的物质组成：月桂酰二乙醇胺0.25份、骨胶0.7份、丁基萘磺酸钠2.5份、氧化石蜡皂0.7份、十二烷基二甲基氧化胺0.3份、水80份。所述稳泡剂的制备方法包括以下步骤：
(1)将骨胶粉碎过80目筛，用水浸泡24h，然后加热到80℃熬制1h，制得甲液；
(2)将氧化石蜡皂粉碎后倒入反应锅中，加热至80℃，使石蜡熔化，制得乙液；
(3)按配方量称取水、丁基萘磺酸钠、月桂酰二乙醇胺、加入反应釜内，搅拌溶解均匀，制得丙液；
(4)将甲液、乙液和十二烷基二甲基氧化胺缓缓滴入丙液中，70℃下保温搅拌反应3h，停止加热，降至室温，既得所述稳泡剂。
所述调凝剂由糖钙、乙酸锌和赤藓糖醇按重量比3:3:1组成。
上述无机发泡保温材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将废弃陶瓷破碎、研磨后过200目筛，得废弃陶瓷粉。
(2)按配比称取废弃陶瓷粉、偏高岭土、空心玻璃微珠、碱性激发剂、苯丙乳液、高铁酸钠、调凝剂和水加入到带有搅拌装置的设备中，搅拌均匀，得地质聚合物浆体。
(3)将双氧水和稳泡剂加入地质聚合物浆体中，搅拌4min得到发泡浆体。
(4)将发泡浆体注入成型模具中，将模具放入温室中，在70℃下养护6h，脱模，得所述无机发泡保温材料。
实施例4
一种无机发泡保温材料，由以下重量份数的原料组成：废弃陶瓷65份、偏高岭土35份、空心玻璃微珠3份、碱性激发剂14份、苯丙乳液1.8份、双氧水10份、高铁酸钠0.4份、稳泡剂0.9份、调凝剂1.3份、水30份。
所述碱性激发剂由水玻璃和三亚乙基四胺组成。
所述稳泡剂由月桂酰二乙醇胺、骨胶、丁基萘磺酸钠、氧化石蜡皂、十二烷基二甲基氧化胺和水组成。
所述调凝剂由糖钙、乙酸锌和赤藓糖醇组成。
上述无机发泡保温材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将废弃陶瓷破碎、研磨后过200目筛，得废弃陶瓷粉。
(2)按配比称取废弃陶瓷粉、偏高岭土、空心玻璃微珠、碱性激发剂、苯丙乳液、高铁酸钠、调凝剂和水加入到带有搅拌装置的设备中，搅拌均匀，得地质聚合物浆体。
(3)将双氧水和稳泡剂加入地质聚合物浆体中，搅拌4min得到发泡浆体。
(4)将发泡浆体注入成型模具中，将模具放入温室中，在60℃下养护5h，脱模，得所述无机发泡保温材料。
实施例5
一种无机发泡保温材料，由以下重量份数的原料组成：废弃陶瓷75份、偏高岭土25份、空心玻璃微珠4.5份、碱性激发剂10份、苯丙乳液2.5份、双氧水8份、高铁酸钠0.2份、稳泡剂0.7份、调凝剂1.8份、水33份。
对比例1
一种无机发泡保温材料，由以下重量份数的原料组成：废弃陶瓷70份、偏高岭土30份、空心玻璃微珠4份、水玻璃12份、苯丙乳液2份、双氧水13份、高铁酸钠0.3份、稳泡剂0.8份、调凝剂1份、水35份。
所述废弃陶瓷的主要化学成分为：SiO2 47.5wt％、Al2O3 37.6wt％、CaO 0.6wt％、FeO 0.4wt％。
所述偏高岭土的主要化学成分为：SiO265.3wt％、Al2O3 20.2wt％、CaO 7.9wt％、FeO 1.3wt％。
所述空心玻璃微珠粒径范围在5-100um之间。
所述水玻璃的模数为1.5。
所述稳泡剂由以下重量份数的物质组成：月桂酰二乙醇胺0.25份、骨胶0.7份、丁基萘磺酸钠2.5份、氧化石蜡皂0.7份、十二烷基二甲基氧化胺0.3份、水80份。所述稳泡剂的制备方法包括以下步骤：
(1)将骨胶粉碎过80目筛，用水浸泡24h，然后加热到80℃熬制1h，制得甲液；
(2)将氧化石蜡皂粉碎后倒入反应锅中，加热至80℃，使石蜡熔化，制得乙液；
(3)按配方量称取水、丁基萘磺酸钠、月桂酰二乙醇胺、加入反应釜内，搅拌溶解均匀，制得丙液；
(4)将甲液、乙液和十二烷基二甲基氧化胺缓缓滴入丙液中，70℃下保温搅拌反应3h，停止加热，降至室温，既得所述稳泡剂。
所述调凝剂由糖钙、乙酸锌和赤藓糖醇按重量比3:3:1组成。
上述无机发泡保温材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将废弃陶瓷破碎、研磨后过200目筛，得废弃陶瓷粉。
(2)按配比称取废弃陶瓷粉、偏高岭土、空心玻璃微珠、碱性激发剂、苯丙乳液、高铁酸钠、调凝剂和水加入到带有搅拌装置的设备中，搅拌均匀，得地质聚合物浆体。
(3)将双氧水和稳泡剂加入地质聚合物浆体中，搅拌4min得到发泡浆体。
(4)将发泡浆体注入成型模具中，将模具放入温室中，在70℃下养护6h，脱模，得所述无机发泡保温材料。
对比例2
一种无机发泡保温材料，由以下重量份数的原料组成：废弃陶瓷70份、偏高岭土30份、空心玻璃微珠4份、碱性激发剂12份、苯丙乳液2份、双氧水13份、稳泡剂0.8份、调凝剂1份、水35份。
所述废弃陶瓷的主要化学成分为：SiO2 47.5wt％、Al2O3 37.6wt％、CaO 0.6wt％、FeO 0.4wt％。
所述偏高岭土的主要化学成分为：SiO265.3wt％、Al2O3 20.2wt％、CaO 7.9wt％、FeO 1.3wt％。
所述空心玻璃微珠粒径范围在5-100um之间。
所述碱性激发剂由模数为1.5的水玻璃和三乙基四胺按重量比12:1组成
所述稳泡剂由以下重量份数的物质组成：月桂酰二乙醇胺0.25份、骨胶0.7份、丁基萘磺酸钠2.5份、氧化石蜡皂0.7份、十二烷基二甲基氧化胺0.3份、水80份。所述稳泡剂的制备方法包括以下步骤：
(1)将骨胶粉碎过80目筛，用水浸泡24h，然后加热到80℃熬制1h，制得甲液；
(2)将氧化石蜡皂粉碎后倒入反应锅中，加热至80℃，使石蜡熔化，制得乙液；
(3)按配方量称取水、丁基萘磺酸钠、月桂酰二乙醇胺、加入反应釜内，搅拌溶解均匀，制得丙液；
(4)将甲液、乙液和十二烷基二甲基氧化胺缓缓滴入丙液中，70℃下保温搅拌反应3h，停止加热，降至室温，既得所述稳泡剂。
所述调凝剂由糖钙、乙酸锌和赤藓糖醇按重量比3:3:1组成。
上述无机发泡保温材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将废弃陶瓷破碎、研磨后过200目筛，得废弃陶瓷粉。
(2)按配比称取废弃陶瓷粉、偏高岭土、空心玻璃微珠、碱性激发剂、苯丙乳液、高铁酸钠、调凝剂和水加入到带有搅拌装置的设备中，搅拌均匀，得地质聚合物浆体。
(3)将双氧水和稳泡剂加入地质聚合物浆体中，搅拌4min得到发泡浆体。
(4)将发泡浆体注入成型模具中，将模具放入温室中，在70℃下养护6h，脱模，得所述无机发泡保温材料。
对比例3
一种无机发泡保温材料，由以下重量份数的原料组成：废弃陶瓷70份、偏高岭土30份、空心玻璃微珠4份、碱性激发剂12份、苯丙乳液2份、双氧水13份、高铁酸钠0.3份、调凝剂1份、水35份。
所述废弃陶瓷的主要化学成分为：SiO2 47.5wt％、Al2O3 37.6wt％、CaO 0.6wt％、FeO 0.4wt％。
所述偏高岭土的主要化学成分为：SiO265.3wt％、Al2O3 20.2wt％、CaO 7.9wt％、FeO 1.3wt％。
所述空心玻璃微珠粒径范围在5-100um之间。
所述碱性激发剂由模数为1.5的水玻璃和三乙基四胺按重量比12:1组成
所述调凝剂由糖钙、乙酸锌和赤藓糖醇按重量比3:3:1组成。
上述无机发泡保温材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将废弃陶瓷破碎、研磨后过200目筛，得废弃陶瓷粉。
(2)按配比称取废弃陶瓷粉、偏高岭土、空心玻璃微珠、碱性激发剂、苯丙乳液、高铁酸钠、调凝剂和水加入到带有搅拌装置的设备中，搅拌均匀，得地质聚合物浆体。
(3)将双氧水和稳泡剂加入地质聚合物浆体中，搅拌4min得到发泡浆体。
(4)将发泡浆体注入成型模具中，将模具放入温室中，在70℃下养护6h，脱模，得所述无机发泡保温材料。
性能测试
对实施例1-5以及对比例1-3得到的发泡保温材料进行性能参数测试，结果见下表1。
表1性能测试结果
序号 表观密度/kg/m3 导热系数/W/m·k 抗压强度/MPa 抗拉强度/MPa
实施例1 110 0.041 1.3 0.33
实施例2 135 0.051 1.1 0.32
实施例3 105 0.039 1.5 0.41
实施例4 120 0.045 1.4 0.37
实施例5 125 0.049 1.4 0.39
对比例1 108 0.040 1.1 0.31
对比例2 140 0.056 1.0 0.30
对比例3 140 0.055 0.9 0.26
应当说明的是，上述实施例仅为本发明的优选实施方式，并不用于限定本发明，依照实施例所记载的技术方案进行的修改，以及对其中部分技术特征进行等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种无机发泡保温材料，由以下重量份数的原料组成：废弃陶瓷60-80份、偏高岭土20-40份、空心玻璃微珠3-5份、碱性激发剂8-15份、苯丙乳液1-3份、双氧水5-15份、高铁酸钠0.1-0.5份、稳泡剂0.5-1份、调凝剂0.5-2份、水25-40份。
2.根据权利要求1所述的无机发泡保温材料，其特征在于，所述空心玻璃微珠粒径范围在5-100um之间。
3.根据权利要求1所述的无机发泡保温材料，其特征在于，所述碱性激发剂由水玻璃和三亚乙基四胺组成。
4.根据权利要求1所述的无机发泡保温材料，其特征在于，所述稳泡剂由月桂酰二乙醇胺、骨胶、丁基萘磺酸钠、氧化石蜡皂、十二烷基二甲基氧化胺和水组成。
5.根据权利要求4所述的无机发泡保温材料，其特征在于，所述稳泡剂的制备方法包括以下步骤：
(1)将骨胶粉碎过80目筛，用水浸泡24h，然后加热到75-80℃熬制1-2h，制得甲液；
(2)将氧化石蜡皂粉碎后倒入反应锅中，加热至70-80℃，使石蜡熔化，制得乙液；
(3)按配方量称取水、丁基萘磺酸钠、月桂酰二乙醇胺、加入反应釜内，搅拌溶解均匀，制得丙液；
(4)将甲液、乙液和十二烷基二甲基氧化胺缓缓滴入丙液中，70-80℃下保温搅拌反应2-3h，停止加热，降至室温，既得所述稳泡剂。
6.根据权利要求1所述的无机发泡保温材料，其特征在于，所述调凝剂由糖钙、乙酸锌和赤藓糖醇组成。
7.一种权利要求1-6任一所述的无机发泡保温材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将废弃陶瓷破碎、研磨后过200目筛，得废弃陶瓷粉；
(2)按配比称取废弃陶瓷粉、偏高岭土、空心玻璃微珠、碱性激发剂、苯丙乳液、高铁酸钠、调凝剂和水加入到带有搅拌装置的设备中，搅拌均匀，得地质聚合物浆体；
(3)将双氧水和稳泡剂加入地质聚合物浆体中，搅拌3-5min得到发泡浆体；
(4)将发泡浆体注入成型模具中，将模具放入温室中，在50-80℃下养护4-8h，脱模，得所述无机发泡保温材料。
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