CN108558344B

CN108558344B - 一种硅气凝胶防火、防水、环保保温膏的制备方法

Info

Publication number: CN108558344B
Application number: CN201810483385.XA
Authority: CN
Inventors: 郑善
Original assignee: Tianjin Longhua Ruibo Technology Co ltd
Current assignee: Tianjin Longhua Ruibo Technology Co., Ltd
Priority date: 2017-04-25
Filing date: 2017-04-25
Publication date: 2020-12-22
Anticipated expiration: 2037-04-25
Also published as: CN107089818B; CN107089818A; CN108530011B; CN108530011A; CN108558344A

Abstract

本发明属于节能环保材料技术领域，尤其涉及一种建筑以及工业节能保温用的硅气凝胶防火、防水、环保保温膏的制备方法；该保温膏在制备时加入了气凝胶前驱体，以硅溶胶、有机硅改性丙烯酸乳液作为结合剂，具备了传统材料不可比拟的隔热性能，本发明中保温膏干燥后，具有较高的机械强度，实现了防火A1级别，另外，还具有较好的防水和低成本优势，为建筑节能、环保以及工业节能提供了一种新型材料。

Description

一种硅气凝胶防火、防水、环保保温膏的制备方法

本申请是专利申请号为201710277592.5的中国发明专利(申请日：2017年04月25日、专利名称：一种硅气凝胶防火、防水、环保保温膏及其制备方法)的分案申请。

技术领域

本发明属于节能环保材料技术领域，尤其涉及一种建筑以及工业节能保温用以气凝胶前驱体为原料制备的防火、防水、环保保温膏的制备方法。

背景技术

近年来，建筑节能领域逐渐引起人们的关注，传统有机保温材料由于其易燃、燃烧时产生大量有害气体、难于降解等问题的存在，势必会逐渐淡出保温材料的舞台。而常见的无机保温材料，以水泥、石灰膏等作为胶凝材料，力学强度较高，但是导热系数高，保温效果差，且存在硬化时间较短、收缩性大等问题。此外建筑外墙保温的薄弱环节为保温材料的接缝处，会出现热桥效应，而目前常用的水泥保温砂浆存在本身的导热系数较大、保温效果差的问题，很大程度上影响着建筑保温层的厚度。

石化行业高温管线、储罐顶部等，异形散热体如泵体、阀门等设施的保温隔热同样面临较多问题。随着温度的升高，要达到温度及压力的要求，热负荷增加，运营成本升高；传统硅酸盐类保温材料结构力差，容易出现上薄下厚的现象使得管线容易出现热缝，从而带来严重的热损失。常见的用岩棉保温材料外加彩钢对罐体及管道进行保温，容易发生保温材料吸水，一方面使材料丧失了原有的保温性能，另一方面会导致罐体及管道腐蚀，而这种腐蚀往往具备较强的隐蔽性且难以检测，往往很难在第一时间觉察，容易引起突发的严重泄露事故。每年全球由于保温层下腐蚀所引发设备和管道发生故障导致的危险产品泄露、设备非正常停车甚至人员伤亡等一系列严重问题所造成的损失高达数十亿美元。此外，石化行业的浮顶罐罐顶往往是热量流失的主要部位，而由于传统保温材料厚度较大且易吸水，会出现浮顶重力过大或中心偏移，使其作用失效。许多异形散热体的保温问题至今尚无很好的解决方案。

传统保温膏，有的能够防火却不能防水；有的保温膏防火防水却导热系数偏高，因此，制备防火、防水、低碳环保的节能保温膏，解决上述问题，有着不可估量的发展前景。

专利号为201210108965.3的中国专利公布了一种高性能纳米保温膏，该保温膏采用了一种纤维状富镁粘土矿物海泡石绒，加入了玻璃微珠、气凝胶等有效成分，该保温膏具有较好的机械强度，其导热系数可以达到0.043W/m·K，但是其中使用传统的气凝胶粉体造价高，不易分散，导致成本及导热系数偏高。

专利号为201010185554.5的中国专利公布了一种低碳陶瓷墙体保温膏的制备方法，该保温膏由大量高粘结性无机粘结剂与少量优选成膜剂复配而成，选择空心陶瓷颗粒和其它阻燃材料做填料，保温膏的阻燃性能为A级，导热系数可以达到0.048w/m·k，抗压及抗拉性能良好，但是其中使用传统的气凝胶粉体造价高，不易分散，导致成本及导热系数偏高。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，为进一步降低保温膏的生产成本，降低导热系数，提高其机械强度，改善其憎水性、防火性，而提供一种硅气凝胶防火、防水、环保保温膏的制备方法。

本发明所采用的技术方案为：

一种硅气凝胶防火、防水、环保保温膏，按照重量份数计，包括20～70重量份的原料A、20～50重量份的原料B、20～50重量份的原料C、1～15重量份的水A；

所述原料A，按照重量份数计，包括1～15重量份的羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、甲醇A、正己烷A、乙醇中的一种或几种的混合物、65～115重量份的气凝胶前驱体；

所述原料B，按照重量份数计，包括25～75重量份的硅溶胶、20～70重量份的有机硅改性丙烯酸乳液、10～40重量份的水B、0.05～0.5重量份的聚丙烯酰胺、1～10重量份的偶联剂A、1～13重量份的成膜助剂；原料B为粘结剂；

所述原料C，按照重量份数计，包括20～70重量份的闭孔珍珠岩、10～40重量份的硅藻土、1～15重量份的陶瓷纤维棉与木质纤维棉中的一种或两种、0.5～10重量份的膨润土或轻质碳酸钙中的一种或两种和水C，其中，水C的重量份数与所述原料C中其它组份的重量份数总和的比值为0.6～1.4。

优选的，所述硅溶胶的含水量≤70％，所述有机硅改性丙烯酸乳液的固含量≥60％；硅溶胶为纳米级的二氧化硅颗粒在水中的分散液，有机硅改性丙烯酸乳液的固含量的指乳液中有机硅改性丙烯酸固形物的含量。

优选的，所述闭孔珍珠岩的粒径为60～170目，硅藻土的粒径为50～200目。

优选的，陶瓷纤维棉的长度为0.2～3mm，木质纤维棉的长度为0.2～3mm。

优选的，所述闭孔珍珠岩的粒径为100目，硅藻土的粒径为100目。

优选的，保温膏的制备原料中还包括发泡剂，所述发泡剂的重量份数为所述原料C中除陶瓷纤维棉、木质纤维棉、水C外的其它组份的重量份数总和的1/10～1倍。

优选的，所述发泡剂为生物发泡剂、物理发泡剂中的一种。

具体来说，所述气凝胶前驱体的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备硅源和溶剂的混合溶液

取摩数3.0～4.0的硅酸钠装入反应釜中，加入硅酸钠质量1～3倍的水D进行稀释，反应釜以80～200r/min的速度搅拌30min，经200目筛过滤，得到硅酸钠溶液；

硅酸钠的水溶液俗称水玻璃，它是由不同比例的碱金属和二氧化硅所组成，其化学式为R₂O·nSiO₂，式中R₂O为碱金属氧化物，n为二氧化硅与碱金属氧化物摩尔数的比值，称为水玻璃的摩数，最常用的是硅酸钠水玻璃Na₂O·nSiO₂；

(2)溶胶

取A酸，在A酸中加入A酸金属盐和稀土A酸盐，混合均匀后，以喷淋的方式加入至步骤(1)得到的硅酸钠溶液；喷淋的同时以1200～2000r/min的速度对反应釜内的物料进行快速搅拌，控制硅酸钠溶液的pH值为1.5～3.0，控制其平均孔径为15～30纳米，得到溶胶，本步骤用时60～120min；

优选的，所述A酸为硫酸、盐酸、草酸或硝酸，用水F调节至6～15mol/L；

优选的，所述A酸金属盐为A酸锆盐或A酸铝盐；

优选的，所述稀土A酸盐为A酸铈盐、A酸钇盐或A酸镧盐；

A酸金属盐和稀土A酸盐容易吸潮，会导致计量不准确，所以为了准确定量其加入量，上述步骤(2)中所述A酸金属盐和稀土A酸盐以氧化物计，两者的摩尔比是100：1～6；步骤(2)中A酸金属盐的氧化物和硅酸钠中氧化硅的摩尔比2～5：100；例如，A酸金属盐为硫酸铝，以其氧化物计，即以氧化铝和硅酸钠中氧化硅的摩尔比为2～5：100；

(3)凝胶

取氢氧化钠或氨水，加入水E稀释至pH值为10～11.5，以喷淋的方式加入至反应釜中；喷淋的同时以1200～2000r/min的速度对反应釜内的物料进行快速搅拌，当反应釜内物料的pH值为4.5～5.5时，终止喷淋，得到凝胶，本步骤用时80～180min；

(4)老化

反应釜内以20～50r/min的速度继续搅拌3～10h，对反应釜内的物料进行老化，控制反应釜内物料温度为35～50℃；现有技术一般是采用静置的方式进行老化，耗时3～5天，并不会对凝胶进行搅拌，原因是现有技术普遍认为老化的过程中是需要静置的，静置能够便于气凝胶的结构生长；

(5)溶剂置换

在反应釜内进行持续搅拌60～180min，同时加入与步骤(4)反应釜内老化物料同体积的置换溶剂，以置换出剩余的水分；现有技术担心搅拌会破坏其结构，一般不会在置换时进行搅拌，会采取静置处理，导致耗时较长；本发明提供的制备方法在溶剂置换时进行搅拌60～180min，能够极大缩短置换周期，微观结构并没有受到破坏；

优选的，所述的置换溶剂为甲醇B、丙酮、正己烷B或庚烷的一种或几种的混合物；

(6)表面修饰

在反应釜内进行持续搅拌，同时继续加入与步骤(4)反应釜内老化物料同体积的偶联剂B；经过搅拌60～180min，得到包覆有置换溶剂和偶联剂B的稀土增韧硅气凝胶前驱体，即为气凝胶前驱体；

上述步骤(6)表面修饰加入的偶联剂B将气凝胶微孔内的水置换出来，偶联剂B填充进气凝胶微孔内，能够提高微孔结构的稳定性，提高孔径大小的平均性；此外，通过对加入不同的偶联剂B进行表面修饰后，能够调整气凝胶疏水性、亲水性功能。

优选的，上述步骤(6)中所述偶联剂B为六甲基二硅氮烷、双(三甲硅基)乙酰胺、甲氧基三甲基硅烷、二甲氧基二甲基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷和甲基三甲氧基烷的一种或几种。

上述采用常温常压工艺生产的气凝胶前驱体是一种结构可控的轻质多孔非晶态无机纳米材料，具有连续三维网状结构，其孔隙率高达80％以上，平均孔径为20nm左右，比表面积大于500㎡/g，密度小于70kg/m³，常温常压下导热系数小于0.020W/(m·K)，比静止空气的热导率0.022W/(m·K)还低，是目前难得的低成本、产业化、低导热率的固体材料。

优选的，上述步骤(5)或步骤(6)中所述的搅拌为在反应釜内进行搅拌。

优选的，所述搅拌为反应釜中心提供快速的顺向搅拌(高速剪切盘)，反应釜中心的外围提供折流板来实现的。

优选的，所述水A、水B、水C、水D、水E、水F为去离子水，所述羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、甲醇A、正己烷A、乙醇为工业级。

一种硅气凝胶防火、防水、环保保温膏的制备方法，包括以下步骤：

(1)原料A的制备：取65～115重量份的气凝胶前驱体，加入1～15重量份的羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、甲醇A、正己烷A、乙醇中的一种或几种的混合物，搅拌均匀，搅拌转速为50～200r/min，搅拌时间为20～60min，得原料A；

(2)原料B的制备：取25～75重量份的硅溶胶、20～70重量份的有机硅改性丙烯酸乳液、10～40重量份的水B、0.05～0.5重量份的聚丙烯酰胺、1～10重量份的偶联剂A、1～13重量份的成膜助剂，搅拌均匀，搅拌转速为50～200r/min，搅拌时间为20～60min，得原料B；

(3)原料C的制备：取20～70重量份的闭孔珍珠岩、10～40重量份的硅藻土、1～15重量份的陶瓷纤维棉与木质纤维棉中的一种或两种、0.5～10重量份的膨润土或轻质碳酸钙中的一种或两种和水C，水C的重量份数与所述原料C中其它组份的重量份数总和的比值为0.6～1.4，搅拌均匀，搅拌转速为50～200r/min，搅拌时间为20～60min，得原料C；

(4)保温膏的制备：将20～70重量份的原料A、20～50重量份的原料B、20～50重量份的原料C、1～15重量份的水A，搅拌均匀，搅拌转速为50～200r/min，搅拌时间为20～60min，捏合机捏合，捏合转速为50～200r/min，捏合时间为20～60min。

优选的，保温膏的制备方法中还包括发泡处理步骤，发泡过程为：在所述步骤(4)所得的物料混合物中加入所述原料C中除陶瓷纤维棉、木质纤维棉、水C外的其它组份的重量份数总和的1/10～1倍的发泡剂进行发泡处理，发泡完毕的产品采用捏合机捏合后得到保温膏成品。

优选的，保温膏制备过程中所有的固体物料的混合都用行星搅拌机搅拌物料。

本发明的工作原理是：

气凝胶又称蓝烟，其具有以下特性：1、气凝胶的内部分布有若干无穷多的纳米孔和气孔壁，空气在纳米气孔内不能够自由流动，相对地吸附在气孔壁上，气凝胶材料处于类似真空状态，有效减少对流传热，热量在固体材料中传递能沿着气孔壁传递；这些气孔壁构成了无穷长的热传导路径，这将显著减少热量传导；2、气凝胶内部存在无穷多的气孔壁，气孔壁相当于无穷多的隔热挡板，可以实现对光和热的反射，从而大幅度降低辐射传热；3、气凝胶能有效地透过太阳光，并阻止环境温度的红外热辐射，成为一种理想的透明隔热材料，使材料的热导率大大降低；

基于上述气凝胶的特性，选择合适的结合剂，将气凝胶与工业、建筑保温用保温膏制作材料结合，不仅可以增强工业、建筑保温用保温膏的机械强度，还能够有效降低其导热系数，提高其保温隔热能力，提高憎水率，改善工业与建筑保温用保温膏表面与墙体或其它材料的结合能力。

本发明的有益效果在于：

1、目前，建筑的保温性能以保温板进行计算，由于保温板和保温板之间的连接处存在热桥效应，会将内外界的热量导通，需要通过保温砂浆隔绝热量导通，而现有的保温砂浆的导热系数都高于0.06w/m.k，这样会增大保温材料的使用厚度，而伴随着建筑材料的弧形或异型连接处越来越多，这些连接部位都需要填充保温砂浆，如何将保温板和保温板之间采用介质的导热系数降低到0.046w/m.k以下并且介质具有良好的耐火性能，一直是本领域的技术难题；

本发明选择硅溶胶、有机硅改性丙烯酸乳液等材料作为结合剂，以气凝胶前驱体为核心原材料，制备可用于工业及建筑节能的保温膏，由于气凝胶材料具备纳米三维结构，可有效延长固体热传导路径、抑制气体对流传热、减少热辐射的特点，将其做成气凝胶保温膏，本发明中产品的导热系数可以达到0.040～0.046w/m.k，保温膏的导热系数明显降低，该保温膏具备了传统材料不可比拟的隔热性能；

2、现有的保温膏中气凝胶以粉体的形式加入，气凝胶粉体在制备过程中必须经过干燥处理，其干燥处理是在高温高压下采用超临界干燥工艺完成，其生产条件苛刻，工艺复杂，危险性大，生产装置投资大，制备效率低，其原材料以高价的硅醇为主，成本高；

本发明保温膏中的气凝胶以气凝胶前驱体的形式加入，未经过干燥处理步骤，生产成本低；另外，气凝胶前驱体是在常温常压下制备，工艺简单稳定，安全性高，工艺过程从传统的300h降至30h，同样产能的生产装置投资仅为传统方法的1/20，原材料价格比传统硅源低100倍以上，产品成本仅为传统方法的1/10；

3、本发明中产品为无机保温材料，采用本发明中产品可以减薄保温材料厚度，同时加大了建筑使用面积；

4、本发明中保温膏干燥后，具有较高的机械强度，抗压强度大于0.4Mpa，抗拉强度大于0.1MPa；

5、实现了防火A1级别，防火性能明显提升；

6、具有较好的防水和低成本优势，为建筑节能、环保以及工业节能提供了一种新型材料；

7、本发明中采用的木质纤维棉为多孔材料，起到增强隔热效果和保温的作用，陶瓷纤维棉起到整体拉伸的作用；

8、本发明中水选用去离子水，羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、甲醇、正己烷、乙醇选用工业级，进一步降低生产成本；

9、与传统保温砂浆制备工艺不同，本发明在保温膏的制备过程中采用了发泡处理工艺，使保温膏中含泡，进一步增强保温性能；在发泡处理时，泡的周围为物料，经过发泡处理后的保温膏物料更加的松散；另外，同样采用本发明中方法制备保温膏，经过发泡处理后的保温膏与不经发泡处理后的保温膏相比，导热系数下降0.005w/m.k，导热系数明显降低；

10、在传统的保温砂浆的制备过程中，物料的搅拌均采用传统的搅拌机，其搅拌叶呈螺旋形，容易出现物料搅拌不均匀的现象；本发明中固体物料采用行星搅拌机搅拌物料，转速快并且多角度翻转物料，物料混合的非常均匀，生产出的产品质地均一，保温、抗折、抗压等性能性能更佳；

11、本发明中气凝胶前驱体制备的工作原理是：气凝胶前驱体的制备方法中，凝胶过程中加入的A酸金属盐和稀土A酸盐，能够达到增韧和提高硅气凝胶耐热性的效果；老化和溶剂置换步骤均是在搅拌的状态下进行，大大提高了反应效率，压缩了工艺时间，适合产业化；

12、本发明中气凝胶前驱体制备方法与现有技术相比，其优势有以下几点：

(1)近年来，现有技术中有一些关于常温差压下制备气凝胶的相关报道和专利文献，但是大多是停留在实验室制备阶段，工艺过程较长，同时工艺实施范围过窄，难以实现大规模产业化生产和应用；本发明提供了常温常压下的制备方法，一改现有技术相对静止的工艺，在关键工艺过程施加搅拌，加速实现了气凝胶的水解、缩聚与修饰，实现了30h内合成气凝胶前驱体的工艺，提供了一种工业上批量制备稀土增韧气凝胶的方法，为气凝胶的大量制造与使用提供了前提；

(2)现有技术中阻碍气凝胶发展的原因之一是气凝胶具有网状结构，但是该结构的边缘较薄、较脆，抗压强度低，容易受压坍塌，导致性能不稳定；本发明用加入稀土A酸盐和A酸金属盐，改善了该材料的韧性，提高了气凝胶的强度；

(3)现有技术制备的气凝胶的使用温度偏低，一般在500℃以下使用还比较稳定，500℃以上会导致气凝胶的内部结构变化，导致导热系数下降；本发明用加入稀土A酸盐和A酸金属盐，改善了该材料的耐温性能，提高了气凝胶的耐热温度。

13、气凝胶前驱体的三维立体结构在其性能发挥过程中起着重要的作用，如果气凝胶前驱体中的孔被粘结剂堵住就无法发挥作用；

传统的气凝胶在高温高压下制备，如果后期不经特殊处理，多孔的三维立体空间容易被粘结剂或其它原料堵住而失效，进而使其丧失隔热效果，另外，气凝胶多孔的三维立体空间联合在一起会起到更好的隔热效应，被粘结剂分隔开之后会将气凝胶内部的三维立体空间割裂成孤岛，进而产生孤岛效应，降低气凝胶的隔热效果；

采用本发明中方法制备的气凝胶前驱体内含有置换溶剂，置换溶剂占据气凝胶前驱体内多孔的三维立体空间，粘结剂或其它原料无法侵入多孔中占据其三维立体空间，保温板干燥过程中，置换溶剂挥发，溶剂挥发完毕后气凝胶内仍然能够保持多孔的三维立体结构，克服了孔被堵引起的失效及孤岛效应，因此，其隔热性能更强。

总之，与传统材料相比，本发明中产品的导热系数热系数明显降低并实现了实现了A1级防火，具有较高的机械强度、较好的防水和低成本优势。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

一、实施例1～8

1、一种硅气凝胶防火、防水、环保保温膏的配方，按照重量份数计，包括20～70重量份的原料A、20～50重量份的原料B、20～50重量份的原料C、1～15重量份的水A，实施例1～8中各组分的具体用量见表1；

原料A，按照重量份数计，包括1～15重量份的羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、甲醇A、正己烷A、乙醇中的一种或几种的混合物、65～115重量份的气凝胶前驱体；

原料B，按照重量份数计，包括25～75重量份的硅溶胶、20～70重量份的有机硅改性丙烯酸乳液、10～40重量份的水B、0.05～0.5重量份的聚丙烯酰胺、1～10重量份的偶联剂A、1～13重量份的成膜助剂；

原料C，按照重量份数计，包括20～70重量份的闭孔珍珠岩、10～40重量份的硅藻土、1～15重量份的陶瓷纤维棉与木质纤维棉中的一种或两种、0.5～10重量份的膨润土或轻质碳酸钙中的一种或两种和水C，其中，水C的重量份数与原料C中其它组份的重量份数总和的比值为0.6～1.4；

实施例1～8中原料A、B、C中各组分的具体用量见表2。

其中，实施例中采用的水A、水B、水C为去离子水，羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、甲醇A、正己烷A、乙醇采用工业级；硅溶胶的含水量≤70％，有机硅改性丙烯酸乳液的固含量≥60％；闭孔珍珠岩的粒径为60～170目；硅藻土的粒径为50～200目；陶瓷纤维棉的长度为0.2～3mm，木质纤维棉的长度为0.2～3mm，具体参数见表3。

表1实施例1～8中保温膏的各组分具体用量明细表

表2实施例1～8中原料A、B、C中各组分的具体用量明细表

表3实施例1～8中组分的具体参数明细表

2、一种硅气凝胶防火、防水、环保保温膏的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(2)原料B的制备：取25～75重量份的硅溶胶、20～70重量份的有机硅改性丙烯酸乳液、10～40重量份的水B、0.05～0.5重量份的聚丙烯酰胺、1～10重量份的偶联剂A、1～13重量份的成膜助剂，混合后搅拌均匀，搅拌转速为50～200r/min，搅拌时间为20～60min,得原料B；

(3)原料C的制备：取20～70重量份的闭孔珍珠岩、10～40重量份的硅藻土、1～15重量份的陶瓷纤维棉与木质纤维棉中的一种或两种、0.5～10重量份的膨润土或轻质碳酸钙中的一种或两种和水C，水C的重量份数与原料C中其它组份的重量份数总和的比值为0.6～1.4，搅拌均匀，搅拌转速为50～200r/min，搅拌时间为20～60min,得原料C；

(4)保温膏的制备：将20～70重量份的原料A、20～50重量份的原料B、20～50重量份的原料C、1～15重量份的水A，搅拌均匀，搅拌转速为50～200r/min，搅拌时间为20～60min，捏合机捏合，捏合转速为50～200r/min，捏合时间为20～60min；具体参数见表4。

表4实施例1～8中保温膏制备方法中各参数明细表

3、气凝胶改性膨胀珍珠岩保温板中采用的气凝胶前驱体，具体制备步骤如下：

(1)制备硅源和溶剂的混合溶液

取摩数3.0～4.0的水玻璃装入反应釜中，加入水玻璃质量1～3倍的水D进行稀释，反应釜以80～200r/min的速度搅拌30min，经200目筛过滤，得到水玻璃溶液；

(2)溶胶

取A酸，在A酸中加入A酸金属盐和稀土A酸盐，混合均匀后，以喷淋的方式加入至步骤(1)得到的水玻璃溶液；喷淋的同时以1200～2000r/min的速度对反应釜内的物料进行快速搅拌，控制pH值至1.5～3.0停止喷淋，喷淋时间控制在60～120min，得到溶胶；

A酸为硫酸、盐酸、草酸或硝酸，用水F调节其浓度至6～15mol/L；

A酸金属盐为A酸锆盐或A酸铝盐，稀土A酸盐为A酸铈盐、A酸钇盐或A酸镧盐；

A酸金属盐和稀土A酸盐以氧化物计，两者的摩尔比是100：1～6；

A酸金属盐的氧化物和水玻璃溶液中氧化硅的摩尔比2～5：100；

(3)凝胶

取氢氧化钠或氨水，加入水E稀释至pH值为10～11.5，以喷淋的方式加入至步骤(2)反应釜内所得溶胶中；喷淋的同时以1200～2000r/min的速度对反应釜内的物料进行快速搅拌，当反应釜内物料的pH值为4.5～5.5时，喷淋用时80～180min，得到凝胶；

(4)老化

反应釜内以20～50r/min的速度继续搅拌3～10h，对反应釜内的物料进行老化，控制反应釜内物料温度为35～50℃；

(5)溶剂置换

在反应釜内搅拌的同时加入与步骤(4)反应釜内老化物料同体积的置换溶剂，以置换出剩余的水分，搅拌60～180min；

置换溶剂为甲醇B、丙酮、正己烷B或庚烷的一种或几种的混合物；

(6)表面修饰

在反应釜内进行持续搅拌，同时继续加入与步骤(4)反应釜内老化物料同体积的偶联剂B，经过搅拌60～180min，表面修饰后得到包覆有置换溶剂和偶联剂B的稀土增韧硅气凝胶前驱体，即为气凝胶前驱体；

步骤(5)或步骤(6)中的搅拌是在反应釜中心提供快速的顺向搅拌，反应釜中心的外围提供折流板；

偶联剂B为六甲基二硅氮烷、双(三甲硅基)乙酰胺、甲氧基三甲基硅烷、二甲氧基二甲基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷和甲基三甲氧基烷的一种或几种的混合物；水D、水E、水F为去离子水。

气凝胶前驱体的制备方法中各实施例的变量参数及具体数值见表5。

表5实施例1～8中气凝胶前驱体的制备方法中步骤(1)～(6)采用的具体参数

保温膏制备过程中所有的固体物料的混合都用行星搅拌机搅拌物料。

实施例9～16

分别设置实施例1～8的对比组实施例9～16，实施例9～16的配方中还包括发泡剂并在保温膏的制备完毕后发泡处理；其余部分，实施例9同实施例1，实施例10同实施例2，实施例11同实施例3，实施例12同实施例4，实施例13同实施例5，实施例14同实施例6，实施例15同实施例7，实施例16同实施例8；

1、一种硅气凝胶防火、防水、环保保温膏的配方，按照重量份数计，包括20～70重量份的原料A、20～50重量份的原料B、20～50重量份的原料C、1～15重量份的水A、发泡剂；发泡剂的重量份数为闭孔珍珠岩、硅藻土、膨润土、轻质碳酸钙的重量份数总和的1/10～1；若原料C中未添加膨润土，膨润土的重量份数以0计算，若原料C中未添加轻质碳酸钙，轻质碳酸钙的重量份数以0计算；发泡剂为生物发泡剂、物理发泡剂中的一种，实施例9～16中各组分的具体用量见表6、表7；

表6实施例9～16中保温膏的各组分具体用量明细表

表7实施例9～16中原料A、B、C中各组分的具体用量明细表

2、一种硅气凝胶防火、防水、环保保温膏的制备方法，包括以下步骤：

(4)保温膏的制备：将20～70重量份的原料A、20～50重量份的原料B、20～50重量份的原料C、1～15重量份的水A，搅拌均匀，搅拌转速为50～200r/min，搅拌时间为20～60min，捏合机捏合，捏合转速为50～200r/min，捏合时间为20～60min；

(5)发泡处理:在步骤(4)所得的物料混合物中加入闭孔珍珠岩、硅藻土、膨润土、轻质碳酸钙的重量份数总和的1/10～1倍重量份的发泡剂进行发泡处理；若原料C中未添加膨润土，膨润土的重量份数以0计算，若原料C中未添加轻质碳酸钙，轻质碳酸钙的重量份数以0计算；发泡完毕的产品采用捏合机捏合，捏合转速为50～200r/min，捏合时间为20～60min，得到保温膏成品，实施例9～16中具体参数见表8。

表8实施例9～16中保温膏制备方法中各参数明细表

二、性能检测

本发明中产品呈膏状，对实施例1～16中的成试块后的产品进行检测，具体检测方法如下，具体检测结果见表9、表10。

(1)根据GB/T 10294中规定的方法对实施例1～16中的保温膏产品的导热系数进行检测；

(2)根据GB/T 11969中规定的方法对实施例1～16中的保温膏产品的抗压强度进行检测；

(3)根据GB/T 11969中规定的方法对实施例1～16中的保温膏产品的抗折强度进行检测；

(4)根据GB/T16401-1996中规定的方法对实施例1～16中的保温膏产品的体积吸水率进行检测；

(5)根据GB8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》中平板状建筑材料中的规定的方法对实施例1～16的产品的燃烧性能进行检测；

表9实施例1～8中产品的检测结果

表10实施例9～16中产品的检测结果

由表9、10中数据可知，本发明中保温膏干燥后，产品的导热系数可以达到0.040～0.045w/m.k，保温膏的导热系数明显降低；经过发泡处理后的保温膏与不经发泡处理后的保温膏相比，导热系数下降0.005w/m.k；抗压强度大于0.4Mpa，抗拉强度大于0.1MPa，具有较高的机械强度；防火等级达到了A1级，防火性能非常好。

本发明中产品的使用方法与传统保温砂浆的使用方法相同。

本发明中出现的“憎水”，广义上是指制品抵抗环境中水分对其主要性能产生不良影响的能力。在国际“保温材料憎水性试验方法”的“术语定义”中，规定为反映材料耐水渗透的一个性能指标，已经规定方式、一定流量的水流喷淋后，试样中未透水部分的体积百分率来表示。

以上对本发明的16个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims

1.一种硅气凝胶防火、防水、环保保温膏的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）原料A的制备：取65～115重量份的气凝胶前驱体，加入1～15重量份的羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、甲醇A、正己烷A、乙醇中的一种或几种的混合物，搅拌均匀，得原料A；

（2）原料B的制备：取25～75重量份的硅溶胶、20～70重量份的有机硅改性丙烯酸乳液、10～40重量份的水B、0.05～0.5重量份的聚丙烯酰胺、1～10重量份的偶联剂A、1～13重量份的成膜助剂，搅拌均匀，得原料B；

（3）原料C的制备：取20～70重量份的闭孔珍珠岩、10～40重量份的硅藻土、1～15重量份的陶瓷纤维棉与木质纤维棉中的一种或两种、0.5～10重量份的膨润土或轻质碳酸钙中的一种或两种和水C，水C的重量份数与所述原料C中其它组份的重量份数总和的比值为0.6～1.4，搅拌均匀，得原料C；

（4）保温膏的制备：将20～70重量份的原料A、20～50重量份的原料B、20～50重量份的原料C、1～15重量份的水A，搅拌均匀后，捏合机捏合；

所述气凝胶前驱体的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备硅源和溶剂的混合溶液

取模数3.0～4.0的硅酸钠装入反应釜中，加入硅酸钠质量1～3倍的水D进行稀释，反应釜以80～200r/min的速度搅拌30min，经200目筛过滤，得到硅酸钠溶液；

（2）溶胶

取A酸，在A酸中加入A酸金属盐和稀土A酸盐，混合均匀后，以喷淋的方式加入至步骤（1）得到的硅酸钠溶液；喷淋的同时以1200～2000r/min的速度对反应釜内的物料进行快速搅拌，控制硅酸钠溶液的pH值为1.5～3.0，得到溶胶；所述A酸为硫酸、盐酸、草酸或硝酸，用水调节至6～15mol/L;所述稀土A酸盐为A酸铈盐、A酸钇盐或A酸镧盐；

（3）凝胶

取氢氧化钠或氨水，加入水E稀释至pH值为10～11.5，以喷淋的方式加入至反应釜中；喷淋的同时以1200～2000r/min的速度对反应釜内的物料进行快速搅拌，当反应釜内物料的pH值为4.5～5.5时，终止喷淋，得到凝胶；

（4）老化

反应釜内以20～50r/min的速度继续搅拌3～10h，对反应釜内的物料进行老化，控制反应釜内物料温度为35～50摄氏度；

（5）溶剂置换

在反应釜内进行持续搅拌60～180min，同时加入与步骤（4）反应釜内老化物料同体积的置换溶剂，以置换出剩余的水分；

（6）表面修饰

在反应釜内进行持续搅拌，同时继续加入与步骤（4）反应釜内老化物料同体积的偶联剂B；经过搅拌60～180min，得到包覆有置换溶剂和偶联剂B的稀土增韧硅气凝胶前驱体，即为气凝胶前驱体。

2.根据权利要求1所述的一种硅气凝胶防火、防水、环保保温膏的制备方法，其特征在于，还包括发泡处理步骤，发泡过程为：在所述步骤（4）所得的物料混合物中加入所述原料C中除陶瓷纤维棉、木质纤维棉、水C外的其它组份的重量份数总和的1/10～1倍的发泡剂进行发泡处理，发泡完毕的产品采用捏合机捏合后得到保温膏成品。

3.根据权利要求2所述的一种硅气凝胶防火、防水、环保保温膏的制备方法，其特征在于，保温膏的制备原料中还包括发泡剂，所述发泡剂的重量份数为所述原料C中除陶瓷纤维棉、木质纤维棉、水C外的其它组份的重量份数总和的1/10～1倍。

4.根据权利要求1所述的一种硅气凝胶防火、防水、环保保温膏的制备方法，其特征在于，制备的保温膏，按照重量份数计，包括20～70重量份的原料A、20～50重量份的原料B、20～50重量份的原料C、1～15重量份的水A；

所述原料B，按照重量份数计，包括25～75重量份的硅溶胶、20～70重量份的有机硅改性丙烯酸乳液、10～40重量份的水B、0.05～0.5重量份的聚丙烯酰胺、1～10重量份的偶联剂A、1～13重量份的成膜助剂；

所述原料C，按照重量份数计，包括20～70重量份的闭孔珍珠岩、10～40重量份的硅藻土、1～15重量份的陶瓷纤维棉与木质纤维棉中的一种或两种、0.5～10重量份的膨润土或轻质碳酸钙中的一种或两种和水C；其中，水C的重量份数与所述原料C中其它组份的重量份数总和的比值为0.6～1.4。

5.根据权利要求1所述的一种硅气凝胶防火、防水、环保保温膏的制备方法，其特征在于，所述硅溶胶的含水量≤70%，所述有机硅改性丙烯酸乳液的固含量≥60%。

6.根据权利要求1所述的一种硅气凝胶防火、防水、环保保温膏的制备方法，其特征在于，所述闭孔珍珠岩的粒径为60～170目，硅藻土的粒径为50～200目。

7.根据权利要求1所述的一种硅气凝胶防火、防水、环保保温膏的制备方法，其特征在于，陶瓷纤维棉的长度为0.2～3mm，木质纤维棉的长度为0.2～3mm。

8.根据权利要求2所述的一种硅气凝胶防火、防水、环保保温膏的制备方法，其特征在于，所述发泡剂为生物发泡剂、物理发泡剂中的一种。

9.根据权利要求1所述的一种硅气凝胶防火、防水、环保保温膏的制备方法，其特征在于，所述水A、水B、水C、水D、水E为去离子水，所述羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、甲醇A、正己烷A、乙醇为工业级。