CN108947569B - 一种高强度空心隔热建筑材料及其应用 - Google Patents

一种高强度空心隔热建筑材料及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度空心隔热建筑材料，具体制备过程如下：第一步，制备水解塑料微球；第二步，制备成型浆料；第三步，将成型浆料填充在水解塑料微球中；第四步，将填充塑料微球在80‑85℃的烘干室中烘干；第五步，制备包覆液；第六步，将填充塑料微球表面均包覆一层包覆液；第七步，将烘干后的包覆微球焙烧得到高强度多孔空心微球。本发明制备的材料内部为网状空心结构，由于多孔空心微球内部支撑结构主要是由二氧化硅和三氧化二铝制备，具有较低的导热性能，并且由于微球内部的孔道结构使得热量在经过孔空心微球后经过多个孔道的传导时，热量逐级降低，最终传递至墙体表面时热量较低，实现冬季和夏季的隔热保温作用。

Description

一种高强度空心隔热建筑材料及其应用
技术领域
本发明属于建筑材料领域，涉及一种高强度空心隔热建筑材料及其应用。
背景技术
太阳能对建筑物的热环境以及能耗起着至关重要的作用，占太阳能总能量约50％的红外线对建筑物的热效应十分明显。夏季在阳光的曝晒下，建筑物表面会持续积累能量，导致其表面和内部温度不断升高，空调等装置能耗相应增加却很难获得室内持久恒温效果，同时在冬季使用暖气情况下，室内温度升高，当室内和室外的温差较大时，室内的热量容易散出，使得室内不保温，因此建筑的隔热能力至关重要。
现有的建筑隔热通常是通过添加中空玻璃微珠的涂层实现，通过玻璃微珠的光反射实现夏季太阳光能直射在墙体表面的光能减少，进而降低墙体的温度，实现夏季隔热，但是对于冬季室内的保温则不能实现，同时在夏季阴天室外温度较高时，通过热传递也容易造成室内温度的上升，因此单纯依靠墙体表面的太阳能反射不能很好的实现建筑的隔热性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度空心隔热建筑材料及其应用，该材料内部为网状空心结构，由于多孔空心微球内部支撑结构主要是由二氧化硅和三氧化二铝制备，具有较低的导热性能，并且由于微球内部的孔道结构使得热量在经过孔空心微球后经过多个孔道的传导时，热量逐级降低，最终传递至墙体表面时热量较低，进而使得该材料制备的隔热涂层的导热系数低至0.013W(m.k)-1，实现冬季和夏季的隔热保温作用，解决了现有建筑涂料对于冬季室内的保温则不能实现，同时在夏季阴天室外温度较高时，通过热传递也容易造成室内温度的上升，因此单纯依靠墙体表面的太阳能反射不能很好的实现建筑的隔热性能的问题。
本发明以聚氯乙烯泡沫塑料微球为基体，制备空心隔热材料，由于聚氯乙烯泡沫塑料微球本身的导热系数较低，本身具有较好的隔热性能，使得制备的空心材料隔热性能较高，同时聚氯乙烯泡沫塑料微球在具有较高强度的同时，本身的质量与现有技术中玻璃微球相比质量较轻，适用于建筑施工。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种高强度空心隔热建筑材料，具体制备过程如下：
第一步，将浓度为17-20％的氢氧化钠溶液倒入反应容器中，升温至60℃，加入一定量的聚氯乙烯泡沫塑料微球，搅拌水解反应5-7h后捞出，然后在浓度为1％的盐酸溶液中浸泡30min后，接着倒入清水中反复挤压清洗至中性，同时将水解后的微球在50℃的烘箱中烘干，得到水解塑料微球；此时通过氢氧化钠的水解，使得泡沫塑料空隙中的间隔水解断裂，进而可以实现泡沫塑料中空隙的扩大，进而能够使成型后的多孔材料的空隙变大；
第二步，将二氧化硅、三氧化二铝加入水中搅拌均匀，然后向其中加入膨润土、液体石蜡和表面活性剂，搅拌均匀后加入酚醛树脂粘合剂，搅拌混合30-40min后得到成型浆料；其中成型将料中各组分的重量份数如下：二氧化硅23-26份、三氧化二铝29-33份、膨润土3-7份、液体石蜡7-9份、表面活性剂0.5-0.9份、酚醛树脂粘合剂12-17、水100份；其中二氧化硅和三氧化二铝的强度和耐高温性能较高，因此在后期烧制成型过程中不会发生分解变化，并且制备的材料具有较高的强度和耐高温性能；同时加入膨润土能够提高浆料的流动性，防止浆料粘度过大结块，液体石蜡的加入能够提高浆料的稳定性，阻止浆料中固体颗粒的团聚；
第三步，将水解塑料微球和成型浆料同时加入密闭容器中，首先使用氮气冷冻，然后对密闭容器抽真空30min，除去水解塑料微球中的空气，然后停止氮气冷冻和抽真空，密闭容器中的温度在室温下慢慢升至室温，然后在室温下保持3h，在温度上升过程中，成型浆料通过压强作用进入塑胶塑料微球的孔道中，然后进行过滤得到填充塑料微球；其中每克水解塑料微球中加入成型浆料89-93mL；
第四步，将填充塑料微球在80-85℃的烘干室中烘干，此时成型浆料通过粘结剂牢固的粘结在塑料微球的孔道中；
第五步，将碳化硅粉末加入水中搅拌均匀，然后依次向其中加入氧化锆和氧化淀粉，搅拌混合后置于50℃搅拌蒸发至溶液呈粘稠状，得到包覆液；其中碳化硅和氧化锆的质量比为1：0.87-0.95,每克碳化硅粉末中加入氧化淀粉10-15g；
第六步，将填充塑料微球倒入粘稠状包覆液中，搅拌滚动，直到填充塑料微球的表面均包覆一层包覆液，然后将包覆后的填充微球置于80-85℃的烘干室中烘干，此时微球的外部包覆一层碳化硅-氧化锆壳体；
第七步，将烘干后的包覆微球置于1100-1200℃的马弗炉中焙烧3-4h后取出，得到高强度多孔空心微球，即为高强度空心隔热建筑材料，此时微球的表面包覆一层碳化硅-氧化锆壳体，同时聚氯乙烯塑料在高温下分解成气体排出，而塑料微球中填充的成型浆料则烧结成型，烧结成型后的微球由于聚氯乙烯模板的分解使得在成型微球内部形成网状多孔孔道，由此形成的多孔空心微球表面一层壳体包裹，同时内部呈网状空心结构，由于具有网状空心结构使得该微球能够实现隔热的功能，并且微球外部包覆一层碳化硅-氧化锆壳体使得微球强度高。
将制备的高强度多孔空心微球用于建筑领域中高强度隔热涂层的制备，具体制备过程如下：第一步，将丙烯酸乳液、纳米二氧化钛、滑石粉、分散剂和水加入反应容器中，搅拌混合10-15min；
第二步，然后向其中加入多孔空心微球、增稠剂、消泡剂和固化剂、搅拌均匀后得到隔热涂料；
第三步，在墙体表面涂布一层底漆后通过辊筒将隔热涂料刷图在底漆表面，得到高强度隔热涂层；其中隔热涂料中各组分的重量份如下：丙烯酸乳液21-25份、纳米二氧化钛8-11份、滑石粉3-4份、分散剂5-7份、多孔空心微球61-66份、增稠剂3-5份、消泡剂4-7份、固化剂31-35份、水100份；由于多孔空心微球内部支撑结构主要是由二氧化硅和三氧化二铝制备，具有较低的导热性能，并且由于微球内部的孔道结构使得热量在经过孔空心微球后经过多个孔道的传导时，热量逐级降低，最终传递至墙体表面时热量较低，进而实现隔热的性能，同时由于微球的外部包覆一层碳化硅-氧化锆壳体，并且微球内部通过二氧化硅和三氧化二铝支架支撑，使得微球具有较高的强度，进而使得涂层硬度高，不会由于外力的撞击破损；
本发明的有益效果：
本发明制备的材料内部为网状空心结构，由于多孔空心微球内部支撑结构主要是由二氧化硅和三氧化二铝制备，具有较低的导热性能，并且由于微球内部的孔道结构使得热量在经过孔空心微球后经过多个孔道的传导时，热量逐级降低，最终传递至墙体表面时热量较低，进而使得该材料制备的隔热涂层的导热系数低至0.013W(m.k)-1，实现冬季和夏季的隔热保温作用，解决了现有建筑涂料对于冬季室内的保温则不能实现，同时在夏季阴天室外温度较高时，通过热传递也容易造成室内温度的上升，因此单纯依靠墙体表面的太阳能反射不能很好的实现建筑的隔热性能的问题。
本发明制备的材料由于外部包覆一层碳化硅-氧化锆壳体，并且微球内部通过二氧化硅和三氧化二铝支架支撑，使得微球具有较高的强度，抗压力值达到1.51Mpa/m2，进而使得涂层硬度高，不会由于外力的撞击破损。
本发明以聚氯乙烯泡沫塑料微球为基体，制备空心隔热材料，由于聚氯乙烯泡沫塑料微球本身的导热系数较低，本身具有较好的隔热性能，使得制备的空心材料隔热性能较高，同时聚氯乙烯泡沫塑料微球在具有较高强度的同时，本身的质量与现有技术中玻璃微球相比质量较轻，适用于建筑施工。
具体实施方式
实施例1：
一种高强度空心隔热建筑材料，具体制备过程如下：
第一步，将浓度为17％的氢氧化钠溶液倒入反应容器中，升温至60℃，加入一定量的聚氯乙烯泡沫塑料微球，搅拌水解反应5-7h后捞出，然后在浓度为1％的盐酸溶液中浸泡30min后，接着倒入清水中反复挤压清洗至中性，同时将水解后的微球在50℃的烘箱中烘干，得到水解塑料微球；
第二步，将2.3kg二氧化硅、2.9kg三氧化二铝加入10kg水中搅拌均匀，然后向其中加入0.3kg膨润土、0.7kg液体石蜡和0.05kg表面活性剂，搅拌均匀后加入1.2kg酚醛树脂粘合剂，搅拌混合30-40min后得到成型浆料；
第三步，将100g水解塑料微球和8.9L成型浆料同时加入密闭容器中，首先使用氮气冷冻，然后对密闭容器抽真空30min，除去水解塑料微球中的空气，然后停止氮气冷冻和抽真空，密闭容器中的温度在室温下慢慢升至室温，然后在室温下保持3h，在温度上升过程中，成型浆料通过压强作用进入塑胶塑料微球的孔道中，然后进行过滤得到填充塑料微球；
第四步，将填充塑料微球在80-85℃的烘干室中烘干，此时成型浆料通过粘结剂牢固的粘结在塑料微球的孔道中；
第五步，将100g碳化硅粉末加入水中搅拌均匀，然后依次向其中加入87g氧化锆和1kg氧化淀粉，搅拌混合后置于50℃搅拌蒸发至溶液呈粘稠状，得到包覆液；
第六步，将填充塑料微球倒入粘稠状包覆液中，搅拌滚动，直到填充塑料微球的表面均包覆一层包覆液，然后将包覆后的填充微球置于80-85℃的烘干室中烘干，此时微球的外部包覆一层碳化硅-氧化锆壳体；
第七步，将烘干后的包覆微球置于1100-1200℃的马弗炉中焙烧3-4h后取出，得到高强度多孔空心微球，即为高强度空心隔热建筑材料。
实施例2：
一种高强度空心隔热建筑材料，具体制备过程如下：
第一步，将浓度为20％的氢氧化钠溶液倒入反应容器中，升温至60℃，加入一定量的聚氯乙烯泡沫塑料微球，搅拌水解反应5-7h后捞出，然后在浓度为1％的盐酸溶液中浸泡30min后，接着倒入清水中反复挤压清洗至中性，同时将水解后的微球在50℃的烘箱中烘干，得到水解塑料微球；
第二步，将2.6kg二氧化硅、3.3kg三氧化二铝加入水中搅拌均匀，然后向其中加入0.7kg膨润土、0.9kg液体石蜡和0.09kg表面活性剂，搅拌均匀后加入1.7kg酚醛树脂粘合剂，搅拌混合30-40min后得到成型浆料；
第三步，将100g水解塑料微球和9.3L成型浆料同时加入密闭容器中，首先使用氮气冷冻，然后对密闭容器抽真空30min，除去水解塑料微球中的空气，然后停止氮气冷冻和抽真空，密闭容器中的温度在室温下慢慢升至室温，然后在室温下保持3h，在温度上升过程中，成型浆料通过压强作用进入塑胶塑料微球的孔道中，然后进行过滤得到填充塑料微球；
第四步，将填充塑料微球在80-85℃的烘干室中烘干，此时成型浆料通过粘结剂牢固的粘结在塑料微球的孔道中；
第五步，将100g碳化硅粉末加入水中搅拌均匀，然后依次向其中加入95g氧化锆和1.5kg氧化淀粉，搅拌混合后置于50℃搅拌蒸发至溶液呈粘稠状，得到包覆液；
第六步，将填充塑料微球倒入粘稠状包覆液中，搅拌滚动，直到填充塑料微球的表面均包覆一层包覆液，然后将包覆后的填充微球置于80-85℃的烘干室中烘干，此时微球的外部包覆一层碳化硅-氧化锆壳体；
第七步，将烘干后的包覆微球置于1100-1200℃的马弗炉中焙烧3-4h后取出，得到高强度多孔空心微球，即为高强度空心隔热建筑材料，此时微球的表面包覆一层碳化硅-氧化锆壳体，同时聚氯乙烯塑料在高温下分解成气体排出，而塑料微球中填充的成型浆料则烧结成型，烧结成型后的微球由于聚氯乙烯模板的分解使得在成型微球内部形成网状多孔孔道，由此形成的多孔空心微球表面一层壳体包裹，同时内部呈网状空心结构，由于具有晚装空心结构使得该微球能够实现隔热的功能，并且微球外部包覆一层碳化硅-氧化锆壳体使得微球强度高。
对比例1：
一种高强度空心隔热建筑材料，具体制备过程如下：
第一步，将浓度为17％的氢氧化钠溶液倒入反应容器中，升温至60℃，加入一定量的聚氯乙烯泡沫塑料微球，搅拌水解反应5-7h后捞出，然后在浓度为1％的盐酸溶液中浸泡30min后，接着倒入清水中反复挤压清洗至中性，同时将水解后的微球在50℃的烘箱中烘干，得到水解塑料微球；
第二步，将2.3kg二氧化硅、2.9kg三氧化二铝加入10kg水中搅拌均匀，然后向其中加入0.3kg膨润土、0.7kg液体石蜡和0.05kg表面活性剂，搅拌均匀后加入1.2kg酚醛树脂粘合剂，搅拌混合30-40min后得到成型浆料；
第三步，将100g水解塑料微球和8.9L成型浆料同时加入密闭容器中，首先使用氮气冷冻，然后对密闭容器抽真空30min，除去水解塑料微球中的空气，然后停止氮气冷冻和抽真空，密闭容器中的温度在室温下慢慢升至室温，然后在室温下保持3h，在温度上升过程中，成型浆料通过压强作用进入塑胶塑料微球的孔道中，然后进行过滤得到填充塑料微球；
第四步，将填充塑料微球在80-85℃的烘干室中烘干，此时成型浆料通过粘结剂牢固的粘结在塑料微球的孔道中；
第七步，将烘干后的填充塑料微球置于1100-1200℃的马弗炉中焙烧3-4h后取出，得到高强度多孔空心微球，即为高强度空心隔热建筑材料。
对实施例1-2和对比例1制备的高强度多孔空心微球进行抗压能力测试，结果如下表所示：
表1：实施例1-2和对比例1制备的高强度多孔空心微球的抗压力值
Figure BDA0001783315440000081
由表1可知，包覆碳化硅-氧化锆壳体后的高强度多孔空心微球的抗压力值达到1.51Mpa/m2。
实施例3：
将制备的高强度多孔空心微球用于建筑领域中高强度隔热涂层的制备，具体制备过程如下：第一步，将2.1kg丙烯酸乳液、0.8kg纳米二氧化钛、0.3kg滑石粉、0.5kg分散剂和10kg水加入反应容器中，搅拌混合10-15min；
第二步，然后向其中加入6.1kg实施例1制备的多孔空心微球、0.3kg增稠剂、0.4kg消泡剂和3.1kg固化剂、搅拌均匀后得到隔热涂料；
第三步，在墙体表面涂布一层底漆后通过辊筒将隔热涂料刷图在底漆表面，得到高强度隔热涂层。
实施例4：
高强度隔热涂层的制备方法与实施例3相同，将实施例3中对应的实施例1制备的多孔空心微球更换成对比例1制备的多孔空心微球。
实施例5：
高强度隔热涂层的制备方法与实施例3相同，将多孔空心微球更换成玻璃微球。
对实施例3-5的高强度隔热涂层进行导热系数的测试，结果如表2所示：
表2:实施例3-5制备的高强度隔热涂层的导热系数
实施例3 实施例4 实施例5
导热系数W(m.k)<sup>-1</sup> 0.013 0.098 0.782
由表2可知，通过添加多孔空心微球的隔热涂层的导热系数低至0.013W(m.k)-1,而直接添加普通的玻璃微球后的导热系数达到0.782W(m.k)-1，因此添加多孔空心微球的隔热涂层具有良好的隔热性能。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种高强度空心隔热建筑材料，其特征在于，具体制备过程如下：
第一步，将浓度为17-20％的氢氧化钠溶液倒入反应容器中，升温至60℃，加入一定量的聚氯乙烯泡沫塑料微球，搅拌水解反应5-7h后捞出，然后在浓度为1％的盐酸溶液中浸泡30min后，接着倒入清水中反复挤压清洗至中性，同时将水解后的微球在50℃的烘箱中烘干，得到水解塑料微球；
第二步，将二氧化硅、三氧化二铝加入水中搅拌均匀，然后向其中加入膨润土、液体石蜡和表面活性剂，搅拌均匀后加入酚醛树脂粘合剂，搅拌混合30-40min后得到成型浆料；成型浆料中各组分的重量份数如下：二氧化硅23-26份、三氧化二铝29-33份、膨润土3-7份、液体石蜡7-9份、表面活性剂0.5-0.9份、酚醛树脂粘合剂12-17、水100份；
第三步，将水解塑料微球和成型浆料同时加入密闭容器中，首先使用氮气冷冻，然后对密闭容器抽真空30min，除去水解塑料微球中的空气，然后停止氮气冷冻和抽真空，密闭容器中的温度在室温下慢慢升至室温，然后在室温下保持3h，在温度上升过程中，成型浆料通过压强作用进入水解塑料微球的孔道中，然后进行过滤得到填充塑料微球；每克水解塑料微球中加入成型浆料89-93mL；
第四步，将填充塑料微球在80-85℃的烘干室中烘干，此时成型浆料通过粘结剂牢固的粘结在塑料微球的孔道中；
第五步，将碳化硅粉末加入水中搅拌均匀，然后依次向其中加入氧化锆和氧化淀粉，搅拌混合后置于50℃搅拌蒸发至溶液呈粘稠状，得到包覆液；碳化硅和氧化锆的质量比为1：0.87-0.95,每克碳化硅粉末中加入氧化淀粉10-15g；
第六步，将填充塑料微球倒入粘稠状包覆液中，搅拌滚动，直到填充塑料微球的表面均包覆一层包覆液，然后将包覆后的填充微球置于80-85℃的烘干室中烘干，此时微球的外部包覆一层碳化硅-氧化锆壳体；
第七步，将烘干后的包覆微球置于1100-1200℃的马弗炉中焙烧3-4h后取出，得到高强度多孔空心微球，即高强度空心隔热建筑材料。
2.一种根据权利要求1所述的高强度空心隔热建筑材料的应用，其特征在于，将制备的高强度空心隔热建筑材料用于建筑领域中高强度隔热涂层的制备。
3.根据权利要求2所述的一种高强度空心隔热建筑材料的应用，其特征在于，高强度隔热涂层的制备过程如下：
第一步：将丙烯酸乳液、纳米二氧化钛、滑石粉、分散剂和水加入反应容器中，搅拌混合10-15min；
第二步，然后向其中加入多孔空心微球、增稠剂、消泡剂和固化剂、搅拌均匀后得到隔热涂料；
第三步，在墙体表面涂布一层底漆后通过辊筒将隔热涂料刷涂在底漆表面，得到高强度隔热涂层。
4.根据权利要求3所述的一种高强度空心隔热建筑材料的应用，其特征在于，隔热涂料中各组分的重量份如下：丙烯酸乳液21-25份、纳米二氧化钛8-11份、滑石粉3-4份、分散剂5-7份、多孔空心微球61-66份、增稠剂3-5份、消泡剂4-7份、固化剂31-35份、水100份。
5.根据权利要求3所述的一种高强度空心隔热建筑材料的应用，其特征在于，高强度隔热涂层的导热系数低至0.013W(m.k)-1。
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