CN108774031A - 复合纤维水泥基无机外墙保温材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合纤维水泥基无机外墙保温材料及其制备方法和应用，属于建筑材料领域。无机外墙保温材料包括如下重量百分比的原料：普通硅酸盐水泥40‑70％、粉煤灰20‑50％、硅灰5‑10％、复合纤维0.5‑2.0％、复合增粘剂0.8‑2.5％、激发剂0.4‑1.8％、减水剂0.5‑2.0％、发泡剂0.2‑1.2％、聚合物乳液1.0‑2.2％、轻骨料1.0‑3.0％、可再分散胶粉0.2‑1.2％和保水助剂0.1‑0.8％。本发明的无机保温材料克服了现有技术中存在的不足，具有A级不燃防火性能、强度高、耐候耐久性好、抗裂性能好、质地轻、施工方便的特点，更兼具抗紫外、杀菌、吸音等多重功能。

Description

复合纤维水泥基无机外墙保温材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体地，涉及一种复合纤维水泥基无机外墙保温材料及其制备方法和应用。
背景技术
经过70余年的发展，外墙外保温技术被全球公认为最有效的墙体节能保温方法，对围护结构尤其是外墙保温的研究也一直是国内外建筑节能领域的研究焦点和热点之一，其中对外墙保温材料的研究更是重中之重。
目前，国内外常用的外墙保温材料主要是以聚苯乙烯板、胶粉聚苯颗粒板、泡沫酚醛塑料等有机保温材料为主，具有质地轻盈、保温隔热、吸音良好、造价低廉、施工方便等优点，在严寒地区已被广泛使用。
但有机保温材料存在着难以克服的性能缺陷，比如防火性能差、安全隐患大、使用寿命短、变形系数大、机械强度低等，极大地限制了它们的应用，因此研究新型的保温材料势在必行。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有防火性能、强度高且使用寿命长的复合纤维水泥基无机外墙保温材料及其制备方法和应用。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种复合纤维水泥基无机外墙保温材料，包括如下重量百分比的原料：普通硅酸盐水泥40-70％、粉煤灰20-50％、硅灰5-10％、复合纤维0.5-2.0％、复合增粘剂0.8-2.5％、激发剂：0.4-1.8％、减水剂0.5-2.0％、发泡剂0.2-1.2％、聚合物乳液1.0-2.2％、轻骨料1.0-3.0％、可再分散胶粉0.2-1.2％和保水助剂0.1-0.8％。
本发明以普通硅酸盐水泥、粉煤灰和硅灰为主要材料，使保温材料有较好的强度和防火性能，通过添加复合纤维和复合增粘剂并辅以助剂增加保温材料的强度和抗裂性能，通过发泡剂对浆料进行发泡，使保温材料中含有一些细小孔洞，增加保温性能，并使质地轻盈，降低施工难度，本发明的外墙保温材料还兼具耐候性好、使用寿命长，并具有抗紫外、杀菌、吸音等多重功效。
进一步地，无机外墙保温材料的优选配方还包括如下重量百分比的原料：普通硅酸盐水泥50-60％、粉煤灰25-35％、硅灰5-8％、复合纤维0.5-2.0％、复合增粘剂0.8-2.5％、激发剂：0.4-1.8％、减水剂0.5-2.0％、发泡剂0.2-1.2％、聚合物乳液1.0-2.2％、轻骨料1.0-3.0％、可再分散胶粉0.2-1.2％和保水助剂0.1-0.8％。
优选地，包括如下重量百分比的原料：普通硅酸盐水泥52％、粉煤灰32％、硅灰7％、复合纤维1.0-1.5％、复合增粘剂1.0-2.0％、激发剂0.8-1.5％、减水剂1.0-1.5％、发泡剂0.5-0.8％、聚合物乳液1.0-1.5％、轻骨料1.0-3.0％、可再分散胶粉0.5-1.0％和保水助剂0.3-0.5％。
为了增强外墙保温材料的性能，所述复合纤维为按四针状氧化锌晶须：CSW：硅酸铝纤维＝(0.1-0.8)：(0.3-1.3):(0.2-1.2)重量比配合而成的混合物。本发明的复合纤维为四针状氧化锌晶须、CSW和硅酸铝纤维的混合物。
四针状氧化锌晶须(T-ZnOw)是一种直径0.02～2μm、长度0.1～300μm(平均长径比>20)的一维纳米结构，其特殊的四面体耦合非中心对称晶体结构赋予了它许多优异的力学、光学、声学等性能，是一种极具应用前景和发展前途的新功能材料。在水泥砂浆中添加一定量的T-ZnOw，能有效提高保温材料的抗压强度和耐久性，并具有一定的抗紫外、杀菌、隔音效果，满足人们对舒适住房的高要求。
脱硫石膏是燃煤电厂烟气脱硫后的副产物之一，其主要成分是CaSO4·2H2O，通过水热法可制备出平均直径2μm、平均长度100μm的脱硫石膏晶须(CSW)，其具有价格便宜(属晶须类价格最低)、化学稳定性好、耐高温性能好等特点，在聚合物、造纸、沥青、水泥和涂料行业中得到广泛应用。在水泥砂浆中添加一定量的CSW，能有效提高保温材料的抗压和抗折强度，并利用工业副产物变废为宝、节约资源、保护环境。
硅酸铝纤维具有重量轻、耐高温、热稳定性好、机械强度好、使用寿命长、价格低、无毒环保等优点，是取代石棉的新型材料。在水泥砂浆中添加一定量的硅酸铝纤维，能有效提高保温材料的抗压强度和抗拉强度。
为了增加复合材料的粘性，所述复合增粘剂为按黄原胶:CMC:粉煤灰＝(2.0-3.5):(1.0-2.4):(4.5-6.5)重量比配制而成的混合物。通过预制增粘剂可以更充分的增加粘结性能，从而使外墙保温材料的机械强度及耐候性能、耐久性能都有显著提高。
进一步地，所述发泡剂为动物蛋白、植物蛋白、阴离子表面活性剂中的一种或几种。动物蛋白可以为废弃动物角蛋白等；植物蛋白的原料可以从麦麸、玉米麸质料等物质中获得；阴离子表面活性剂可以采用K12(十二烷基硫酸钠)和/或SDBS(十二烷基苯磺酸钠)。
进一步地，所述轻骨料为聚苯颗粒。
进一步地，所述激发剂为生石灰；所述减水剂为萘系减水剂、高效聚羧酸减水剂中的一种或几种混合物；所述聚合物乳液为丙烯酸酯乳液、苯丙乳液中的一种或两种；所述保水助剂为HPMC、CMC中的一种或混合物。
进一步地，所述分散剂为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠和焦磷酸钠中的一种或多种。
进一步地，所述阻燃剂为氢氧化铝和/或氢氧化镁。
另一方面，提供一种所述的复合纤维水泥基无机外墙保温材料的制备方法，包括如下步骤：
1)将发泡剂和水按1:20的重量比例加入发泡机中预先制备泡沫，备用；
2)将所述普通硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、复合纤维、复合增粘剂、减水剂和激发剂按照配比加入混合器中搅拌预混得到复合干粉料，再按水料比0.5加入水，充分搅拌均匀得到浆料；
3)将步骤1)中制备的泡沫注入步骤2)中的浆料中进行发泡，再加入聚合物乳液，充分混合搅拌；
4)按照配比依次加入轻骨料、保水助剂和可再分散胶粉，使其与浆料充分混合后，注入模具，定型、脱模、养护，最终得到无机保温材料成品。
本发明的制备方法，通过预先制备泡沫对浆料进行发泡，可以增加外墙保温材料的内部间隙，同时各成分相互作用，从而得到保温、强度等都性能较优越的保温材料。
再一方面，提供一种复合纤维水泥基无机外墙保温材料的应用，将上述制备方法制备得到的无机保温材料成品安装到建筑外墙上。
由于采用上述技术方案，本发明至少具有以下优点：
(1)本发明以普通硅酸盐水泥、粉煤灰和硅灰为主要材料，使保温材料有较好的强度和防火性能，通过添加复合纤维和复合增粘剂并辅以助剂增加保温材料的强度和抗裂性能，通过发泡剂对浆料进行发泡，使保温材料中含有一些细小孔洞，再配以轻骨料，可增加保温性能，并使质地轻盈，降低施工难度，本发明的外墙保温材料还兼具耐候性好、使用寿命长，并具有抗紫外、杀菌、吸音等多重功效。
(2)本发明的制备方法简单，使用方便，质地较轻、可大大降低施工难度，并保证外墙保温材料的综合性能。
(3)本发明的粉煤灰和硅灰都属于工业废渣，成本低廉，绿色环保，综合性能优异，并在一定程度上达到了“以废治废”的目的，社会和经济效益显著。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明不局限于下述实施例，任何在本发明的启示下得出的与本发明相同或相近似的产品，均在保护范围之内。(注：实施例中各原料的配比均为重量份数)
实施例1：
1)将植物蛋白0.5重量份和水按1:20的比例加入发泡机中预先制备泡沫，备用；
2)将所述普通硅酸盐水泥70重量份、粉煤灰20重量份、硅灰5重量份、复合纤维0.5重量份、复合增粘剂0.8重量份、高效聚羧酸减水剂0.5重量份和生石灰0.4重量份按照配比加入混合器中搅拌预混得到复合干粉料，再按水料比0.5加入水，充分搅拌均匀得到浆料；
3)将步骤1)中制备的泡沫注入步骤2)中的浆料中进行发泡，再加入丙烯酸酯乳液1.0重量，充分混合搅拌；
4)按照配比依次加入聚苯颗粒1.0重量份、HPMC 0.2重量份和可再分散胶粉0.1重量份，使其与浆料充分混合后，注入100×100×100模具中，定型、脱模、养护，最终得到无机保温材料产品1。
实施例2：
1)将植物蛋白0.5重量份和水按1:20的比例加入发泡机中预先制备泡沫，备用；
2)将所述普通硅酸盐水泥40重量份、粉煤灰50重量份、硅灰5重量份、复合纤维0.5重量份、复合增粘剂0.8重量份、高效聚羧酸减水剂0.5重量份和生石灰0.4重量份按照配比加入混合器中搅拌预混得到复合干粉料，再按水料比0.5加入水，充分搅拌均匀得到浆料；
3)将步骤1)中制备的泡沫注入步骤2)中的浆料中进行发泡，再加入丙烯酸酯乳液1.0重量，充分混合搅拌；
4)按照配比依次加入聚苯颗粒1.0重量份、HPMC 0.2重量份和可再分散胶粉0.1重量份，使其与浆料充分混合后，注入100×100×100模具中，定型、脱模、养护，最终得到无机保温材料产品2。
实施例3：
1)将动物蛋白0.5重量份和水按1:20的比例加入发泡机中预先制备泡沫，备用；
2)将所述普通硅酸盐水泥50重量份、粉煤灰25.3重量份、硅灰8重量份、复合纤维2.0重量份、复合增粘剂2.5重量份、萘系减水剂2.0重量份和生石灰1.8重量份按照配比加入混合器中搅拌预混得到复合干粉料，再按水料比0.5加入水，充分搅拌均匀得到浆料；
3)将步骤1)中制备的泡沫注入步骤2)中的浆料中进行发泡，再加入苯丙乳液2.2重量，充分混合搅拌；
4)按照配比依次加入聚苯颗粒3.0重量份、HPMC 0.8重量份和可再分散胶粉1.2重量份，使其与浆料充分混合后，注入100×100×100模具中，定型、脱模、养护，最终得到无机保温材料产品3。
实施例4：
1)将阴离子表面活性剂1.2重量份和水按1:20的比例加入发泡机中预先制备泡沫，备用；
2)将所述普通硅酸盐水泥60重量份、粉煤灰30重量份、硅灰5重量份、复合纤维0.5重量份、复合增粘剂0.8重量份、高效聚羧酸减水剂0.5重量份和生石灰0.4重量份按照配比加入混合器中搅拌预混得到复合干粉料，再按水料比0.5加入水，充分搅拌均匀得到浆料；
3)将步骤1)中制备的泡沫注入步骤2)中的浆料中进行发泡，再加入丙烯酸酯乳液1.0重量，充分混合搅拌；
4)按照配比依次加入聚苯颗粒1.0重量份、HPMC 0.2重量份和可再分散胶粉0.1重量份，使其与浆料充分混合后，注入100×100×100模具中，定型、脱模、养护，最终得到无机保温材料产品4。
实施例5：
1)将阴离子表面活性剂0.8重量份和水按1:20的比例加入发泡机中预先制备泡沫，备用；
2)将所述普通硅酸盐水泥52重量份、粉煤灰32重量份、硅灰7重量份、复合纤维1.0重量份、复合增粘剂1.0重量份、萘系减水剂1.0重量份和生石灰0.8重量份按照配比加入混合器中搅拌预混得到复合干粉料，再按水料比0.5加入水，充分搅拌均匀得到浆料；
3)将步骤1)中制备的泡沫注入步骤2)中的浆料中进行发泡，再加入丙烯酸酯乳液1.0重量，充分混合搅拌；
4)按照配比依次加入聚苯颗粒2.0重量份、HPMC 0.5重量份和可再分散胶粉0.9重量份，使其与浆料充分混合后，注入100×100×100模具中，定型、脱模、养护，最终得到无机保温材料产品5。
对比例1：
1)将阴离子表面活性剂0.8重量份和水按1:20的比例加入发泡机中预先制备泡沫，备用；
2)将所述普通硅酸盐水泥52重量份、粉煤灰32重量份、硅灰7重量份、萘系减水剂1.0重量份和生石灰0.8重量份按照配比加入混合器中搅拌预混得到复合干粉料，再按水料比0.5加入水，充分搅拌均匀得到浆料；
3)将步骤1)中制备的泡沫注入步骤2)中的浆料中进行发泡，再加入丙烯酸酯乳液1.0重量，充分混合搅拌；
4)按照配比依次加入聚苯颗粒2.0重量份、HPMC 0.5重量份和可再分散胶粉0.9重量份，使其与浆料充分混合后，注入100×100×100模具中，定型、脱模、养护，最终得到无机保温材料产品6。
对比例2：
1)将所述普通硅酸盐水泥52重量份、粉煤灰32重量份、硅灰7重量份、萘系减水剂1.0重量份和生石灰0.8重量份按照配比加入混合器中搅拌预混得到复合干粉料，再按水料比0.5加入水，充分搅拌均匀得到浆料；
2)在步骤1)的浆料中再加入丙烯酸酯乳液1.0重量，充分混合搅拌；
3)按照配比依次加入聚苯颗粒2.0重量份、HPMC 0.5重量份和可再分散胶粉0.9重量份，使其与浆料充分混合后，注入模具中，定型、脱模、养护，最终得到无机保温材料产品7。
上述实施例和对比例中的重量份数优选以Kg(千克)计，也可以以g(克)或t(吨)计，只要保证混合均匀就能达到本发明的目的。
上述实施例中的复合纤维按四针状氧化锌晶须：CSW：硅酸铝纤维＝0.1：1.0:0.3重量比配制得到的效果最佳，当四针状氧化锌晶须、CSW和硅酸铝纤维重量比在(0.1-0.8)：(0.3-1.3):(0.2-1.2)范围内也是能达到相似的效果.本发明的复合纤维对保温材料可以起到增韧、提高抗压、抗折强度以及耐久性的作用。
上述实施例中的复合增粘剂按黄原胶:CMC:粉煤灰＝3.0:1.0:6.0重量比配制而成的混合物，当黄原胶、CMC和粉煤灰重量比在(2.0-3.5):(1.0-2.4):(4.5-6.5)范围内也是能达到相似的效果，本发明的复合增粘剂对保温材料主要起到增稠、提高水泥早期强度作用。
上述实施例中使用的发泡剂中，动物蛋白可以为废弃动物角蛋白；植物蛋白的原料可以从麦麸、玉米麸质料等物质中获得；阴离子表面活性剂可以采用K12(十二烷基硫酸钠)和/或SDBS(十二烷基苯磺酸钠)。主要是对保温材料进行发泡处理形成气泡提高保温性能。
按照JC/T 2357-2016泡沫混凝土制品性能试验方法,对上述实施例1-5和对比例1、2所制的无机外墙保温涂料进行性能试验如下：
表1无机外墙保温材料性能测试结果
检测项目 产品1 产品2 产品3 产品4 产品5 产品6 产品7
导热系数(W/(m.k)) 0.065 0.062 0.057 0.055 0.051 0.072 0.083
抗压强度MPa 0.14 0.18 0.24 0.26 0.31 0.10 0.07
干密度kg/m3 215 205 193 184 175 222 238
阻燃等级 A1 A1 A1 A1 A1 A1 A1
空气隔声性能dB 44 46 47 49 50 41 39
由表1可知，本发明的实施例1～5制备的产品1～5导热系数、抗压强度均能达到保温材料的标准要求，阻燃等级为A1级，而且本发明的工业废料(粉煤灰和硅灰)占有较大比重，可以大大降低产品的成本；而对比例1、2制备的产品6、7的导热系数较高，难以满足保温材料的保温性能指标，而且强度较低，说明在不使用复合纤维和复合增粘剂的情况下制备得到的保温材料的性能明显偏低，充分说明了本发明各原料配方的配比的合理性和优异性。
综上所述，本发明的无机保温材料克服了现有技术中存在的不足，具有A级不燃防火性能、强度高、耐候耐久性好、抗裂性能好、质地轻、施工方便的特点，更兼具抗紫外、杀菌、吸音等多重功能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种复合纤维水泥基无机外墙保温材料，其特征在于，包括如下重量百分比的原料：
2.根据权利要求1所述的复合纤维水泥基无机外墙保温材料，其特征在于，包括如下重量百分比的原料：
3.根据权利要求2所述的复合纤维水泥基无机外墙保温材料，其特征在于，包括如下重量百分比的原料：
4.根据权利要求1至3任一所述的复合纤维水泥基无机外墙保温材料，其特征在于，所述复合纤维为按四针状氧化锌晶须：CSW：硅酸铝纤维＝(0.1-0.8)：(0.3-1.3):(0.2-1.2)重量比配合而成的混合物。
5.根据权利要求1至3任一所述的复合纤维水泥基无机外墙保温材料，其特征在于，所述复合增粘剂为按黄原胶:CMC:粉煤灰＝(2.0-3.5):(1.0-2.4):(4.5-6.5)重量比配制而成的混合物。
6.根据权利要求1至3任一所述的复合纤维水泥基无机外墙保温材料，其特征在于，所述发泡剂为动物蛋白、植物蛋白、阴离子表面活性剂中的一种或几种。
7.根据权利要求1至3任一所述的复合纤维水泥基无机外墙保温材料，其特征在于，所述轻骨料为聚苯颗粒。
8.根据权利要求1至3任一所述的复合纤维水泥基无机外墙保温材料，其特征在于，所述激发剂为生石灰；
所述减水剂为萘系减水剂、高效聚羧酸减水剂中的一种或几种混合物；
所述聚合物乳液为丙烯酸酯乳液、苯丙乳液中的一种或两种；
所述保水助剂为HPMC、CMC中的一种或混合物。
9.一种权利要求1至8任一所述的复合纤维水泥基无机外墙保温材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将发泡剂和水按1:20的重量比例加入发泡机中预先制备泡沫，备用；
2)将所述普通硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、复合纤维、复合增粘剂、减水剂和激发剂按照配比加入混合器中搅拌预混得到复合干粉料，再按水料比0.5加入水，充分搅拌均匀得到浆料；
3)将步骤1)中制备的泡沫注入步骤2)中的浆料中进行发泡，再加入聚合物乳液，充分混合搅拌；
4)按照配比依次加入轻骨料、保水助剂和可再分散胶粉，使其与浆料充分混合后，注入模具中，定型、脱模、养护，最终得到无机保温材料成品。
10.一种复合纤维水泥基无机外墙保温材料的应用，其特征在于，将权利要求权利9所述的制备方法制备得到的无机保温材料成品安装到建筑外墙上。
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