CN108585924B - 一种由珍珠岩粉常温发泡制备的新型无机保温板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种由珍珠岩粉常温发泡制备的新型无机保温板及其制备方法，该无机保温板以珍珠岩粉(含珍珠岩尾砂)为主要原料，加入粘结剂、表面活性剂、发泡剂、憎水粉和无机纤维，采用常温发泡的方法制得新型无机保温板，所制备的保温板的导热系数低、抗压强度高、吸水率低、防火性能和耐久性好，制备该发泡珍珠岩无机保温板的方法工艺简单、制备条件温和、节能环保，并且还可利用废弃的珍珠岩尾矿粉，节约资源，适合大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及建筑外墙保温材料技术领域，具体涉及一种利 用珍珠岩粉常温发泡制备的保温板及其制备方法，同时提出一 种高效利用珍珠岩尾砂的方法。
背景技术
建筑能耗在全社会总能耗中占比很大，而在建筑物使用过 程中如采暖和制冷的能耗占绝大部分，主要是由外墙体热量交 换过大造成的。我国建筑领域绿色节能发展，其中最主要的手 段是对建筑物加装保温系统。保温系统主要由保温材料组成， 保温材料主要包括有机和无机保温材料。
目前，市售的主要为有机保温材料，包括聚氨酯泡沫塑料、 聚苯乙烯泡沫塑料等。有机保温材料虽保温性能优越，但是防 火性差，易发生火灾。因此当前无机保温材料是研究热点。但 目前市售的无机保温材料，普遍存在导热系数较高、抗压强度 小、吸水率大、耐久性差等缺陷。传统的膨胀珍珠岩保温板使 用膨胀珍珠岩颗粒为主要原料，虽然其具有导热系数小、耐高 温等特性，但膨胀珍珠岩的生产过程需要将珍珠岩加热至 1300℃左右使其高温膨胀，此过程耗能较大。同时，在珍珠岩 开采及生产过程中，产生了大量废弃的粒度细小尾砂，造成了 资源的严重浪费。
因此，亟需寻求一种新型常温发泡珍珠岩保温板，满足建 筑领域及社会节能环保的要求，同时也能使废弃的珍珠岩尾砂 得到有效利用。
发明内容
为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，开发出一 种新型无机保温板，该保温板利用珍珠岩粉(含珍珠岩尾砂) 为主要原料，采用全新的常温发泡的方法制备而成，所得到的 保温板保温性能好、力学性能优异、耐久性好、吸水率低，从 而完成本发明。
本发明一方面在于提供一种由珍珠岩粉常温发泡制备的新 型无机保温板，该保温板包括以下重量份的原料：
其中，珍珠岩为珍珠岩粉、珍珠岩尾砂中的一种或两种的 混合物。
其中，粘结剂为无机粘结剂，优选为水玻璃，例如模数为 1.0～3.5，波美浓度为30～60°Bé的水玻璃；发泡剂为无机发泡剂， 优选为双氧水，例如浓度为30％的双氧水。
其中，表面活性剂为阴离子型表面活性剂、阳离子型表面 活性剂和非离子型表面活性剂中的一种或几种，优选为阴离子 型表面活性剂或阳离子型表面活性剂，更优选为阳离子表面活 性剂，
其中，阴离子型表面活性剂为磺酸盐类表面活性剂，优选 为不同链长的烷基磺酸钠或烷基苯磺酸钠，例如十二烷基磺酸 钠，
其中，阳离子型表面活性剂为季铵盐类表面活性剂，优选 为不同链长的烷基三甲基溴化铵，例如十六烷基三甲基溴化铵，
其中，非离子型表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚、高碳脂 肪醇聚氧乙烯醚、蔗糖酯、聚丙二醇的环氧乙烷加成物中的一 种或几种。
该保温板原料还包括重量份为1～8份，优选为3～6份的无机 纤维，所述无机纤维为矿物纤维、玻璃纤维中一种或两种混合 物，优选为矿物纤维，更优选为岩棉。
该保温板原料中任选地加入重量份为0.2～1.0份，优选为 0.4～0.8份的憎水粉，
其中，憎水粉优选为有机硅憎水粉。
本发明的另一方面在于提供一种制备上述新型无机保温板 的方法，该方法包括以下步骤：
步骤1、准备原料，并将原料混合均匀，得到混合物料；
步骤2、将混合物料置于模具中，理平，发泡；
步骤3、将步骤2所得产物干燥后进行烧结处理，用以提高 保温板材料的机械强度及骨架材料自身的耐水及持久特性；
步骤4、将步骤3所得产物进行防水处理，烘干后得到最终 产品。
其中，步骤1中，所述原料包括珍珠岩、无机纤维、表面活 性剂、粘结剂和发泡剂，任选地加入憎水粉、；
步骤1的具体过程为：按比例称取各原料的重量，将原料珍 珠岩、无机纤维和表面活性剂混合均匀，任选地加入憎水粉并 混合均匀，然后加入粘结剂，混合均匀，再加入发泡剂，混合 均匀，
步骤2中，所述模具为半封闭模具，优选为带盖模具，盖的 表面均匀分布孔洞，孔洞的表面积占盖的总面积的40～60％，
其中，发泡为常温发泡，优选在室温下，例如在10～30℃， 优选在20～25℃进行发泡，发泡的时间为12～36h，优选为 18～30h，
步骤3中，干燥处理为在40～80℃干燥10～36h，优选为在 45～65℃下干燥18～30h，
其中，烧结的温度为400～600℃，优选为450～550℃，例如 500℃，
其中，烧结的时间为0.5～4h，优选为0.5～2h，例如0.5h，
步骤4中，防水处理为将烧结后产物浸入防水剂溶液中 5～15分钟，所述防水剂溶液为有机硅水溶液，其中，有机硅与 水的质量比为1/70～1/30。
本发明的再一方面在于提供一种新型无机保温板的用途， 用做外墙保温板或隔热材料。
本发明所具有的有益效果为：
(1)本发明以珍珠岩粉(含尾砂)为主要原料，经过常温 发泡并烧结的方法制成新型无机保温板，克服了传统方法以膨 胀珍珠岩为原料制备保温板耗能的缺点。
(2)本发明提供的由珍珠岩粉常温发泡制备新型无机保温 板的方法，原料成本低、工艺简单、制备条件温和、节能环保， 适合工业化生产。
(3)根据本发明所提供的方法制得的新型无机保温板，其 导热系数低于0.054W/m·K，甚至低于0.052W/m·K，抗压强度 高于0.45MPa，甚至达到0.7MPa，吸水率低于4％，甚至2％， 体积密度小于200kg/m3，该保温板保温隔热性能好、耐水性优 异、机械强度高、防火性能好、耐久性好。
(4)本发明还提供了一种高效利用珍珠岩尾砂的方法，从 而使得珍珠岩尾矿粉废物利用，节约资源、保护环境，符合绿 色发展的要求。
附图说明
图1示出本发明实施例4制备的新型无机保温板的SEM图。
具体实施方式
下面通过附图和优选实施方式对本发明进一步详细说明。 通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。
本发明一方面提供一种新型常温发泡珍珠岩保温板，该保 温板包括以下重量份的原料：
根据本发明，采用珍珠岩为主要原料，珍珠岩为珍珠岩粉 和其尾砂粉中的一种或两种。
本发明主要原料为珍珠岩粉，即珍珠岩粉为保温板的骨架 材料，通过珍珠岩粉的发泡来制备保温板，珍珠岩粉的成本低 廉且资源丰富，其尾砂也可作为主要原料利用，从而使其尾砂 废物利用，节约资源，保护环境。
根据本发明，粘结剂起到粘结骨架材料-珍珠岩粉的作用， 本发明中的粘结剂为无机粘结剂，更优选为水玻璃。
本发明人发现，由于在制备保温板的过程中需要干燥的过 程，因此所用粘结剂需要在此过程中仍保持良好的粘结作用。 水玻璃作为粘结剂具有良好的粘结效果。水玻璃溶液在逐渐失 水之后粘度显著增大，以后可引起硬化，并且，水玻璃的胶黏 性随着模数及浓度的不同而在一定范围内变化。
根据本发明，粘结剂选为水玻璃时，所用水玻璃的模数优 选为1.0～3.5模，更优选为1.2～3.2模；所用水玻璃的波美浓度优 选为30～60°Bé，更优选为45～55°Bé。
在本发明中，要获得发泡珍珠岩保温板，需要加入发泡剂 使珍珠岩发泡造成大量孔洞。
本发明中，发泡剂优选为无机发泡剂，更优选为双氧水， 双氧水的浓度优选为20～40％，更优选为25～35％。
根据本发明，双氧水由于其强氧化性，在发泡过程中分解 出氧气，使产品内部膨胀形成气泡，因此双氧水的添加量对产 品中形成的气泡的数量具有重要影响，进而影响制成的保温板 的板材密度，从而影响其性能。
本发明中，表面活性剂的加入可对液相中珍珠岩粉等颗粒 进行分散，防止颗粒之间发生团聚结块的现象，同时可调控最 终所制备的保温板的孔径大小。
根据本发明，表面活性剂选择阴离子型、阳离子型和非离 子型表面活性剂中的一种或几种，优选地，选择阴离子型或阳 离子型表面活性剂，更优选为阳离子表面活性剂。
根据本发明，阴离子型表面活性剂优选为磺酸盐类，更优 选为不同链长的烷基磺酸钠或烷基苯磺酸钠，例如十二烷基苯 磺酸钠。
根据本发明，阳离子型表面活性剂优选为季铵盐，更优选 为不同链长的烷基三甲基溴化铵，例如十六烷基三甲基溴化铵 (CTAB)。
根据本发明，非离子型表面活性剂选择为烷基酚聚氧乙烯 醚、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、蔗糖酯、聚丙二醇的环氧乙烷加 成物中的一种或几种。
根据本发明，该无机保温板的原料还包括重量份为1～8份， 优选为3～6份的无机纤维。
根据本发明，无机纤维的加入可以提高所形成的保温板的 机械强度，如抗压强度。无机纤维选自矿物纤维、玻璃纤维中 的一种或两种的混合物，优选为矿物纤维，更优选为岩棉。所 用岩棉长度为0.1～1.5mm。
根据本发明，该无机保温板的原料中还可任选地加入重量 份为0.2～1.0份，优选为0.4～0.8份的憎水粉。
本发明中，憎水粉起憎水作用，可增强保温板的憎水性， 降低吸水率，从而提高保温板的防水性能，进而提高保温板的 耐水性和使用寿命。
本发明人发现，当加入阴离子表面活性剂时，同时加入憎 水粉，所得无机保温板的隔热性能、耐水性等比单独加阴离子 表面活性剂时更好，说明在反应过程中，阴离子表面活性剂和 憎水粉可起到协同增效的作用。而憎水粉与阳离子表面活性剂 的协同作用不太明显。因此，当采用阴离子表面活性剂时，优 选加入憎水粉。
根据本发明，所述憎水粉优选为有机硅憎水粉。有机硅憎 水粉的来源无特殊限制，可以自制，也可以使用市售产品，例 如北京中奥洁士环保科技有限公司生产的ZS-2型有机硅憎水 粉。
本发明中，珍珠岩粉为保温板提供了骨架材料；粘结剂用 于粘接骨料；表面活性剂有助于珍珠岩粉在液相中的分散，并 调控保温板的孔径；发泡剂用于造孔；无机纤维可以提高保温 板的机械强度；憎水粉可提高保温板的防水性能。
本发明还提供上述新型常温发泡珍珠岩保温板的制备方 法，该方法包括以下步骤：
步骤1、准备原料，并将原料混合均匀，得到混合物料；
根据本发明，在步骤1中的原料包括珍珠岩、表面活性剂、 粘结剂和发泡剂，任选地加入无机纤维和憎水粉。
在本发明中，步骤1的具体操作过程为：
步骤(1)、按比例称取各原料的重量；
步骤(2)、将珍珠岩、表面活性剂混合均匀，任选地加入 无机纤维、憎水粉混合均匀；
步骤(3)、向步骤(2)所得产物中加入粘结剂，并混合均 匀；
步骤(4)、向步骤(3)所得产物中加入发泡剂，并混合均 匀。
根据本发明，步骤1中，优选可将固体原料过筛处理。
根据本发明，在步骤1中，可使用搅拌的方式使原料混合均 匀，搅拌速度为200～1500r/min，搅拌时间为1～15min。
根据本发明，在步骤(4)中，向步骤(3)所得产物中加 入发泡剂，搅拌可使发泡剂均匀分散在混合物中，从而在发泡 过程中产生分布均匀致密的气泡。
步骤2、将混合物料置于模具中，理平，发泡。
根据本发明，将步骤1所得混合物料置于模具中理平，发泡， 优选的，将模具置于室温条件下进行发泡。此时，发泡剂如双 氧水在常温下会分解产生氧气，氧气逐渐聚集在物料内部形成 孔隙，在表面活性剂的作用下，气孔被均匀分散，形成均匀的 孔洞。
根据本发明，发泡模具选择为半封闭模具，优选为带盖模 具，更优选为盖上带孔的模具，例如在盖的表面均匀分布有孔 洞，孔洞的总面积占盖的总面积的40～60％。盖子的封闭作用可 以在物料发泡空间内产生气压，该气压可以抑制物料内部盐分 的迁移，从而抑制泛霜。但如果完全封闭，则又使模具内部气 压过大，使坯体塌模，抑制发泡，故使用半封闭的模具。根据 本发明，发泡过程为常温发泡，优选在室温下，例如在10～30℃， 更优选在20～25℃进行发泡。
根据本发明，发泡剂优选为双氧水，在室温条件下，双氧 水分解速率缓慢，产生氧气速率低，为保证发泡完全，发泡时 间为12～36h，优选为18～30h，更优选为24h。
在本发明中，采用发泡剂双氧水在常温下进行发泡的工艺 操作简单，制备条件温和，节能环保，克服了制备高温膨胀珍 珠岩耗能的缺点。
在本发明中，发泡剂的添加量对所形成的保温板的板材密 度有重要影响，发泡剂适量的情况下，形成的气泡均匀致密且 气泡大小适中。
步骤3、将步骤2所得产物干燥后进行烧结处理；
根据本发明，将步骤2所得的发泡后的产物干燥处理；
本发明中，发泡后的产物中含有水分，需要经过干燥处理， 否则对后续的烧结过程产生影响，进而影响最终保温板的性能。 所以在烧结前先进行干燥处理，但干燥温度太高，板材容易坍 塌，干燥温度太低，会导致板材干燥不完全，进而影响其性能。
根据本发明，对发泡后产物进行干燥处理的条件为在 40～80℃干燥10～36h，优选为在45～65℃干燥12～30h，例如在 60℃恒温干燥24h。
本发明人发现，在步骤3中，对干燥处理后的板材脱模，此 时板材的机械强度例如抗压强度较低，为提高其机械强度，需 要对产物进行烧结处理，在烧结过程中，原料之间在高温下生 成的封闭多孔结构填充了珍珠岩发泡后的粒间孔隙，消除了热 对流，同时表面活性剂分解，产生微孔隙，从而既降低了保温 板的导热系数也提高了保温板的软化系数，并提高骨架材料自 身的耐水性和耐持久特性。
根据本发明，烧结具体条件为将干燥后的产物置于马弗炉 中进行烧结，烧结结束后随炉冷却，其中，烧结温度为 400～500℃，优选为450～500℃，更优选为500℃。
根据本发明，烧结时间为0.5h～3h，优选为0.5h～2h，更优 选为0.5h。
步骤4、将步骤3所得产物进行防水处理，烘干后得到最终 产品。
根据本发明，烧结结束后需要对板材进行防水处理，以降 低产品的吸水率，提高保温板的防水性能。
根据本发明，对产物进行防水处理具体为将烧结后的板材 在防水剂溶液中浸泡一定时间。
根据本发明，防水剂溶液优选为有机硅水溶液，其中，有 机硅与水的质量比为1/70～1/30。
本发明发现，有机硅水溶液为胶体溶液，将烧结后的产物 浸入有机硅水溶液中，会在板材表面产生胶体或沉淀，从而阻 塞或切断产物板材表面的毛细空隙，阻断渗水通道，从而使板 材发挥防水作用，进而提高保温板的防水性能，降低吸水率。
根据本发明，产物在防水剂溶液中的浸入时间为5～15分 钟。
最后将浸泡后的板材置于烘箱中烘干，烘干温度优选为 60～80℃，烘干后冷却后得到最终产物珍珠岩保温板，最后包 装入库。
本发明提供的发泡珍珠岩保温板具有较低的导热系数、优 异的抗压强度、良好的防水性能和阻燃性能，符合节能环保要 求。
本发明还提供一种上述发泡珍珠岩保温板的用途，用作外 墙保温板或隔热材料。
实施例
参考以下实施例进一步详细描述本发明，但是本发明的保 护范围不限于以下具体实施例。
实施例1
将50份珍珠岩粉或其尾砂粉、0.6份十二烷基磺酸钠、0.8 份有机硅憎水粉混合均匀，再加入42份模数为3.2模水玻璃、4 份双氧水混合搅拌均匀，得到混合物料；
将获得的混合物料注于模具之中，理平，盖上带孔的盖子 发泡24小时；
将发泡后的产物置于恒温烘箱中，在60℃烘干24小时，烘 干结束后脱模，将脱模后的板材置于马弗炉中，在500℃烧结30 分钟；
将烧结好的板材置于浸入有机硅/水＝1/60的有机硅溶液中 10分钟，最后将浸后的板材在60℃的恒温干燥箱中烘干，得到 最终产品。
该样品的各项性能指标如下:密度＝150kg/m3，抗压强度 ＝0.56MPa，导热系数＝0.054W/(m·K)，体积吸水率＝4％，不燃。
实施例2
将50份珍珠岩粉或其尾砂粉、0.6份十二烷基磺酸钠、0.8 份有机硅憎水粉混合均匀，再加入42份模数为1.2模水玻璃、4 份双氧水后混合搅拌均匀，得到混合物料；
将获得的混合物料注于模具之中，理平，盖上带孔的盖子 发泡24小时；
将发泡后的产物置于恒温烘箱中，在60℃烘干24小时，烘 干结束后脱模，将脱模后的板材置于马弗炉中，在500℃烧结30 分钟；
将烧结好的板材置于浸入有机硅/水＝1/60的有机硅溶液中 10分钟，最后将浸后的板材在60℃的恒温干燥箱中烘干。
该样品的各项性能指标如下:密度＝170kg/m3，抗压强度＝ 0.7MPa，导热系数＝0.052W/(m·K)，体积吸水率＝4％，不燃。
实施例3：
将50份珍珠岩粉或其尾矿粉、42份模数为3.2模的水玻璃、 0.2份CTAB、4份岩棉混合均匀；再加入4份双氧水混合搅拌均 匀，得到混合物料；
将获得的混合物料注于模具之中，理平，盖上带孔的盖子 发泡24小时；
将发泡后的产物置于恒温烘箱中，在60℃烘干24小时，烘 干结束后脱模，将脱模后的板材置于马弗炉中，在500℃烧结30 分钟；
将烧结好的板材置于浸入有机硅/水＝1/60的有机硅溶液中 10分钟，最后将浸后的板材在60℃的恒温干燥箱中烘干，得到 最终产品。
该样品的各项性能指标如下:密度＝180kg/m3，抗压强度 ＝0.45MPa，导热系数＝0.050W/(m·K)，体积吸水率＝2％，不 燃。
图1为所制得的新型无机保温板的SEM图，其中，图中黑色 箭头所指为岩棉，从图1中可以看出，岩棉在保温板内部呈纤维 状存在，且分布均匀，无团聚现象，对提高板材机械强度具有 重要作用。
对比例1
将50份珍珠岩粉或其尾矿粉、0.6份十二烷基磺酸钠，42 份模数为3.2模水玻璃、4份双氧水后混合搅拌均匀，得到混合 物料；
将获得的混合物料注于模具之中，理平，盖上带孔的盖子 发泡24小时；
将发泡后的产物置于恒温烘箱中，在60℃烘干24小时，烘 干结束后脱模，将脱模后的板材置于马弗炉中，在500℃烧结30 分钟；
将烧结后的板材置于浸入有机硅/水＝1/60的有机硅溶液中 10分钟，最后将浸后的板材在60℃的恒温干燥箱中烘干，得到 最终产品。
该样品的各项性能指标如下:密度＝150kg/m3，抗压强度 ＝0.35MPa，导热系数＝0.059W/(m·K)，体积吸水率＝4.2％，不 燃。
对比例2
将50份珍珠岩粉或其尾矿粉、42份模数为3.2模的水玻璃、 0.2份CTAB、4份岩棉后搅拌均匀；再加入4份双氧水后搅拌均 匀，得到混合物料；
将获得的混合物料注于模具之中，理平，盖上带孔的盖子 发泡24小时；
将发泡后的产物置于恒温烘箱中，在45℃烘干24小时，烘 干结束后脱模，将脱模后的板材置于马弗炉中，在500℃烧结50 分钟；
将烧结好的板材置于浸入有机硅/水＝1/50的有机硅溶液中15分钟，最后将浸后的板材在60℃的恒温干燥箱中烘干，得到 最终产品。
该样品的各项性能指标如下:密度＝190kg/m3，抗压强度＝ 0.40MPa，导热系数＝0.054W/(m·K)，体积吸水率＝3％，不燃。
综上，本发明通过采用珍珠岩粉(含尾砂)常温发泡的方 法制备得到导热系数低、抗压强度高、吸水率低、防火性能和 耐久性好的珍珠岩保温板。
以上结合优选实施方式和范例性实例对本发明进行了详细 说明。不过需要声明的是，这些具体实施方式仅是对本发明的 阐述性解释，并不对本发明的保护范围构成任何限制。在不超 出本发明精神和保护范围的情况下，可以对本发明技术内容及 其实施方式进行各种改进、等价替换或修饰，这些均落入本发 明的保护范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。
Claims (1)
1.一种由珍珠岩粉常温发泡制备新型无机保温板的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将50份珍珠岩粉或其尾砂粉、0.6份十二烷基磺酸钠、0.8份有机硅憎水粉混合均匀，再加入42份模数为1.2模水玻璃、4份双氧水后混合搅拌均匀，得到混合物料；
将获得的混合物料注于模具之中，理平，盖上带孔的盖子发泡24小时；
将发泡后的产物置于恒温烘箱中，在60℃烘干24小时，烘干结束后脱模，将脱模后的板材置于马弗炉中，在500℃烧结30分钟；
将烧结好的板材置于浸入有机硅/水＝1/60的有机硅溶液中10分钟，最后将浸后的板材在60℃的恒温干燥箱中烘干。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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