CN108751816A - 一种发泡粉煤灰有机聚合物改性保温材料及其制备和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种发泡粉煤灰有机聚合物改性保温材料，导热系数为0.03‑0.04W/(m·K)，包括以下原料：粉煤灰、丁基橡胶、偶联剂、发泡剂、瓷化粉、乳化剂、碳化硅和纳米二氧化硅，所述乳化剂为季铵盐阳离子乳化剂和非离子乳化剂的复合乳化剂，所述偶联剂为含双键的硅烷偶联剂；所述发泡剂选自碳黑、碳化硅、碳酸钙、白云石粉、金云母、石墨、二氧化锰、水玻璃、三氯氟甲烷、二氯二氟甲烷、二氯四氟乙烷、十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种；所述瓷化粉包括低温瓷化粉、中温瓷化粉、高温瓷化粉。本发明制备的发泡粉煤灰有机聚合物改性保温材料具有良好的柔韧性、力学性能，并且能够很好的防水防渗。

Description

一种发泡粉煤灰有机聚合物改性保温材料及其制备和应用
技术领域
本发明涉及建筑保温材料技术领域，具体涉及一种发泡粉煤灰有机聚合物改性保温材料。
背景技术
发泡矿物聚合物以粉煤灰基发泡地质聚合物为代表。粉煤灰是我国的主要工业固废之一，随着电力行业的迅速发展燃煤热电厂每年所排放的粉煤灰总量逐年增加。粉煤灰基矿物聚合物的研究随着粉煤灰利用的加强，越来越受到各国研究人员的重视。
粉煤灰基泡沫矿物聚合物具有节能、环保、利废、降低建筑成本等优点。以粉煤灰为原料，通过碱性激发剂对其进行激发并通过化学或物理等方法进行发泡可以制备出容重不同的发泡地质聚合物。有技术人员制备了容重在1000-1200kg/m3的泡沫矿物聚合物的抗压强度在2.9-9.5Mpa。另外有研究人员制备了容重在的泡沫矿物聚合物(经过1050℃的高温烧结)的抗压强度在5-32Mpa。该种材料的防火性能为A级不燃，导热系数可达到0.048W/(m·K)左右，因此其保温性和防火性都很好。另外，该材料用作墙体保温材料的操作工艺简单而且成本低廉。但发泡地质聚合物也普遍存在一些问题，例如：表面易开裂、易吸水等。这些问题在一定程度上限制了发泡地质聚合物作为墙体保温材料的使用。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供一种发泡粉煤灰有机聚合物改性保温材料及其制备和应用，其目的在于，提供一种防止其表面开裂的发泡粉煤灰保温材料，通过添加无机瓷化粉和防水有机材料，提高了材料的防火等级和防水防渗性能。
本发明提供一种一种发泡粉煤灰有机聚合物改性保温材料，导热系数为0.03-0.04W/(m·K)，包括以下原料：粉煤灰、丁基橡胶、偶联剂、发泡剂、瓷化粉、乳化剂、碳化硅和纳米二氧化硅，其中粉煤灰70-90份、丁基橡胶40-60份、偶联剂20-40份、发泡剂5-15份、瓷化粉10-30份、乳化剂10-30份、碳化硅5-15份和纳米二氧化硅1-10份；所述乳化剂为季铵盐阳离子乳化剂和非离子乳化剂的复合乳化剂，所述所述季铵盐阳离子乳化剂为十六烷基三甲基氯化铵或十六烷基溴化吡啶蝻；所述非离子乳化剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯、脂肪胺聚氧乙烯醚、烷基醇酰胺聚氧乙烷醚、嵌段聚氧乙烯-聚氧丙烯醚、乙二醇单硬脂酸酯、双硬脂酸酯、聚乙二醇双硬脂硬脂酸酯和蔗糖脂肪酸酯中的一种或几种；所述偶联剂为含双键的硅烷偶联剂；所述发泡剂选自碳黑、碳酸钙、白云石粉、金云母、石墨、二氧化锰、水玻璃、三氯氟甲烷、二氯二氟甲烷、二氯四氟乙烷、十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种；所述瓷化粉包括低温瓷化粉、中温瓷化粉、高温瓷化粉，所述低温瓷化粉选自低温玻璃粉、氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或几种，所述中温瓷化粉选自蒙脱土、云母粉、硅藻土中的一种或几种，所述高温瓷化粉选自氧化金属或高岭土。
作为本发明进一步的改进，季铵盐阳离子乳化剂和非离子乳化剂的物质的量的比为1：(2-4)。
作为本发明进一步的改进，季铵盐阳离子乳化剂和非离子乳化剂的物质的量的比为1：2：2。
作为本发明进一步的改进，瓷化粉中低温瓷化粉、中温瓷化粉、高温瓷化粉的重量比例为1：(2-4)：(2-5)。
作为本发明进一步的改进，瓷化粉中低温瓷化粉、中温瓷化粉、高温瓷化粉的重量比例为1：3：6。
作为本发明进一步的改进，包括以下重量份的原料：粉煤灰75-85份、丁基橡胶45-55份、偶联剂25-35份、发泡剂7-12份、瓷化粉15-25份、乳化剂15-25份、碳化硅10-12份和纳米二氧化硅1-7份。
作为本发明进一步的改进，包括以下重量份的原料：粉煤灰80份、丁基橡胶50份、偶联剂30份、发泡剂10份、瓷化粉22份、乳化剂20份、碳化硅10份和纳米二氧化硅5份。
作为本发明进一步的改进，按照以下步骤制备而成：
步骤一、将丁基橡胶、乳化剂、碳化硅、纳米二氧化硅和水倒入高速搅拌器混料，90℃出料，备用；
步骤二、按比例称取粉煤灰，加入发泡剂用机械搅拌搅拌均匀倒入反应釜中，机械搅拌500r/min，在60℃水浴中超声30min，加入步骤一制备得到的乳液和瓷化粉，分多次加入偶联剂，得到混合均匀的胶状液体，混合物倒入模具中硫化，然后迅速冷却至50℃，保持30min后释放压力得到板状发泡体。
步骤三、将得到的发泡体收容在80℃的烘箱中24h，进行二次发泡，然后在室温放置24h，即得。
作为本发明进一步的改进，硫化条件为170℃、10MPa硫化16min。
本发明进一步保护一种将上述发泡粉煤灰有机聚合物改性保温材料在建筑材料中的应用的应用。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过在粉煤灰添加有机聚合物材料和偶联剂，提高了聚合物和粉煤灰等无机组分在分子水平上的相容性，保证保温材料具有良好的柔韧性及力学性能，可以防止其表面开裂等问题；
2、本发明通过添加无机瓷化粉，当材料遇到300℃以上的无焰高温和500℃以上的火焰烧蚀时，能够转化为无机的中空陶瓷材料，这种形成的特殊陶瓷材料具备绝缘、隔热、隔火、隔水、抗震、热失重小等优点，能有效的保护内部材料免受大火与高温的破坏，提高了材料的防火等级；
本发明添加了有机防水材料，可以进一步提高发泡矿物聚合物材料防水、防渗等性能。
附图说明
图1为发泡粉煤灰有机聚合物改性保温材料的制备工艺图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例只是本发明的部分具有代表性的实施例，而不是全部实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施例都属于本发明的保护范围。
实施例1发泡粉煤灰有机聚合物改性保温材料的制备
原料组成：粉煤灰70份、丁基橡胶40份、硅烷偶联剂20份、碳黑2份、碳酸钙3份、低温玻璃粉2份、蒙脱土4份、氧化镁4份、十六烷基三甲基氯化铵3份、脂肪醇聚氧乙烯醚7份、碳化硅5份和纳米二氧化硅1份；
制备方法：
步骤一、将丁基橡胶、十六烷基三甲基氯化铵、脂肪醇聚氧乙烯醚、碳化硅、纳米二氧化硅和水倒入高速搅拌器混料，90℃出料，备用；
步骤二、按比例称取粉煤灰，加入碳化硅、碳酸钙用机械搅拌搅拌均匀倒入反应釜中，机械搅拌500r/min，在60℃水浴中超声30min，加入步骤一制备得到的乳液和低温玻璃粉、蒙脱土、氧化镁，分多次加入硅烷偶联剂，得到混合均匀的胶状液体，混合物倒入模具中硫化，硫化条件为170℃、10MPa硫化16min，然后迅速冷却至50℃，保持30min后释放压力得到板状发泡体。
步骤三、将得到的发泡体收容在80℃的烘箱中24h，进行二次发泡，然后在室温放置24h，即得发泡粉煤灰有机聚合物改性保温材料，得率为74％。
实施例2发泡粉煤灰有机聚合物改性保温材料的制备
原料组成：粉煤灰90份、丁基橡胶60份、硅烷偶联剂40份、石墨15份、氢氧化铝3份、云母粉12份、高岭土12份、十六烷基溴化吡啶蝻6份、脂肪胺聚氧乙烯醚26份、碳化硅15份和纳米二氧化硅10份；
制备方法：
步骤一、将丁基橡胶、十六烷基溴化吡啶蝻、脂肪胺聚氧乙烯醚、碳化硅、纳米二氧化硅和水倒入高速搅拌器混料，90℃出料，备用；
步骤二、按比例称取粉煤灰，加入石墨用机械搅拌搅拌均匀倒入反应釜中，机械搅拌500r/min，在60℃水浴中超声30min，加入步骤一制备得到的乳液和氢氧化铝、云母粉、高岭土，分多次加入硅烷偶联剂，得到混合均匀的胶状液体，混合物倒入模具中硫化，硫化条件为170℃、10MPa硫化16min，然后迅速冷却至50℃，保持30min后释放压力得到板状发泡体。
步骤三、将得到的发泡体收容在80℃的烘箱中24h，进行二次发泡，然后在室温放置24h，即得发泡粉煤灰有机聚合物改性保温材料，得率为83％。
实施例3发泡粉煤灰有机聚合物改性保温材料的制备
原料组成：粉煤灰80份、丁基橡胶50份、硅烷偶联剂30份、水玻璃10份、氢氧化铝3份、硅藻土9份、氧化铝10份、十六烷基三甲基氯化铵5份、嵌段聚氧乙烯-聚氧丙烯醚15份、碳化硅10份和纳米二氧化硅5份；
制备方法：
步骤一、将丁基橡胶、十六烷基三甲基氯化铵、嵌段聚氧乙烯-聚氧丙烯醚、碳化硅、纳米二氧化硅和水倒入高速搅拌器混料，90℃出料，备用；
步骤二、按比例称取粉煤灰，加入水玻璃用机械搅拌搅拌均匀倒入反应釜中，机械搅拌500r/min，在60℃水浴中超声30min，加入步骤一制备得到的乳液和氢氧化铝、硅藻土、氧化铝，分多次加入硅烷偶联剂，得到混合均匀的胶状液体，混合物倒入模具中硫化，硫化条件为170℃、10MPa硫化16min，然后迅速冷却至50℃，保持30min后释放压力得到板状发泡体。
步骤三、将得到的发泡体收容在80℃的烘箱中24h，进行二次发泡，然后在室温放置24h，即得发泡粉煤灰有机聚合物改性保温材料，得率为91％。
对照例1按照专利ZL 201610330889.9“一种自保温墙体用石膏基复合材料及其制备方法”制备
按重量比称取半水石膏粉31份、水泥5份、粉煤灰15份、生石灰4份、矿粉2份、膨胀硅胶3份、微硅粉1份、改性添加剂3份、微发泡剂0.05份和水36份；
所采用的改性添加剂为：按重量份数计，由纤维素醚1份、减水剂20份、有机硅防水剂9份、丙烯酸乳液15份、抗碱剂7份、氯化钙10份、碳酸锂8份、草酸钠11份、氢氧化钠15份和石蜡4份组成。
一种自保温墙体用石膏基复合材料，所采用的微发泡剂为：由十二烷基醇醚硫酸钠35份和硬脂酸钙65份组成。
所采用的减水剂为：标准聚羧酸母液，不含缓凝组分，固含量为40％。
所采用的纤维素醚为：延迟溶解型羟丙基甲基纤维素醚，加水拌合后前3min的动力粘度值小于2000mPa·s，加水拌合后8min的动力粘度值可达100000mPa·s以上。
所采用的有机硅防水剂为二甲基硅油乳液。
其制备方法为：
(1)将称好的改性添加剂、微发泡剂和水混合后搅拌15～30秒得到均匀水剂；
(2)将称好的半水石膏粉、水泥、粉煤灰、生石灰、矿粉、膨胀硅胶和微硅粉混合后加入之前得到的水剂中，快速搅拌50～70秒得到石膏混合料；
(3)将石膏混合料倒入指定模具,静置10～15min后脱模，自然养护1～2天，再放入蒸养房内在80±5℃下蒸养8小时后自然晾干。
测试例1性能指标的测定
结果见表1.
表1性能测试结果
由上表可知，本发明制备的发泡粉煤灰有机聚合物改性保温材料不仅具有极好的保温性能(导热系数0.03W/m·K)和防火等级(A级)，同时解决了该类发泡矿物聚合物保温材料常见的开裂问题，其抗压强度高，具有很好的力学性能，明显优于对照例制备的保温材料。
本领域的技术人员在不脱离权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下，还可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本发明的范围并不仅限于以上的说明，而是由权利要求书的范围来确定的。

Claims (10)

1.一种发泡粉煤灰有机聚合物改性保温材料，其特征在于，导热系数为0.03-0.04W/(m·K)，包括以下原料：粉煤灰、丁基橡胶、偶联剂、发泡剂、瓷化粉、乳化剂、碳化硅和纳米二氧化硅，其中粉煤灰70-90份、丁基橡胶40-60份、偶联剂20-40份、发泡剂5-15份、瓷化粉10-30份、乳化剂10-30份、碳化硅5-15份和纳米二氧化硅1-10份；所述乳化剂为季铵盐阳离子乳化剂和非离子乳化剂的复合乳化剂，所述所述季铵盐阳离子乳化剂为十六烷基三甲基氯化铵或十六烷基溴化吡啶蝻；所述非离子乳化剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯、脂肪胺聚氧乙烯醚、烷基醇酰胺聚氧乙烷醚、嵌段聚氧乙烯-聚氧丙烯醚、乙二醇单硬脂酸酯、双硬脂酸酯、聚乙二醇双硬脂硬脂酸酯和蔗糖脂肪酸酯中的一种或几种；所述偶联剂为含双键的硅烷偶联剂；所述发泡剂选自碳黑、碳酸钙、白云石粉、金云母、石墨、二氧化锰、水玻璃、三氯氟甲烷、二氯二氟甲烷、二氯四氟乙烷、十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种；所述瓷化粉包括低温瓷化粉、中温瓷化粉、高温瓷化粉，所述低温瓷化粉选自低温玻璃粉、氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或几种，所述中温瓷化粉选自蒙脱土、云母粉、硅藻土中的一种或几种，所述高温瓷化粉选自氧化金属或高岭土。
2.根据权利要求1所述一种发泡粉煤灰有机聚合物改性保温材料，其特征在于，所述季铵盐阳离子乳化剂和非离子乳化剂的物质的量的比为1：(2-4)。
3.根据权利要求1所述一种发泡粉煤灰有机聚合物改性保温材料，其特征在于，所述季铵盐阳离子乳化剂和非离子乳化剂的物质的量的比为1：2：2。
4.根据权利要求1所述一种发泡粉煤灰有机聚合物改性保温材料，其特征在于，所述瓷化粉中低温瓷化粉、中温瓷化粉、高温瓷化粉的重量比例为1：(2-4)：(2-5)。
5.根据权利要求1所述一种发泡粉煤灰有机聚合物改性保温材料，其特征在于，所述瓷化粉中低温瓷化粉、中温瓷化粉、高温瓷化粉的重量比例为1：3：6。
6.根据权利要求1所述一种发泡粉煤灰有机聚合物改性保温材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：粉煤灰75-85份、丁基橡胶45-55份、偶联剂25-35份、发泡剂7-12份、瓷化粉15-25份、乳化剂15-25份、碳化硅10-12份和纳米二氧化硅1-7份。
7.根据权利要求1所述一种发泡粉煤灰有机聚合物改性保温材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：粉煤灰80份、丁基橡胶50份、偶联剂30份、发泡剂10份、瓷化粉22份、乳化剂20份、碳化硅10份和纳米二氧化硅5份。
8.根据权利要求1所述一种发泡粉煤灰有机聚合物改性保温材料，其特征在于，按照以下步骤制备而成：
步骤一、将丁基橡胶、乳化剂、碳化硅、纳米二氧化硅和水倒入高速搅拌器混料，90℃出料，备用；
步骤二、按比例称取粉煤灰，加入发泡剂用机械搅拌搅拌均匀倒入反应釜中，机械搅拌500r/min，在60℃水浴中超声30min，加入步骤一制备得到的乳液和瓷化粉，分多次加入偶联剂，得到混合均匀的胶状液体，混合物倒入模具中硫化，然后迅速冷却至50℃，保持30min后释放压力得到板状发泡体；
步骤三、将得到的发泡体收容在80℃的烘箱中24h，进行二次发泡，然后在室温放置24h，即得。
9.根据权利要求8所述一种发泡粉煤灰有机聚合物改性保温材料，其特征在于，所述硫化条件为170℃、10MPa硫化16min。
10.一种根据上述任一权利要求所述的一种发泡粉煤灰有机聚合物改性保温材料在建筑材料中的应用。
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