CN109721312B - 一种a级不燃气凝胶聚苯保温板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种A级不燃气凝胶聚苯保温板及其制备方法，属于建筑领域，包括如下重量份的原料：胶凝材料1000～1200份、填料400～700份、气凝胶4～16份、聚苯颗粒10～36份、发泡剂5～20份、纤维2～12份、减水剂2～8份、抗裂剂1～5份、偶联剂0.4～2份和无水乙醇20～80份。本发明的A级不燃型气凝胶聚苯板克服了现有有机保温材料防火性能差、耐久性差、机械强度低等缺点，具有A级不燃、导热系数低、表观密度小、抗压强度高、抗裂性强、环保无毒等优点，适用于建筑外围护结构保温系统中。
Description
技术领域
本发明涉及建筑领域，特别是涉及一种A级不燃气凝胶聚苯保温板及其制备方法。
背景技术
热量有三种基本传递方式：传导、对流和辐射。对于保温材料而言，热传导主要由保温材料中的固体部分来完成；热对流则主要由保温材料中的气体来完成；热辐射的传递不需要任何介质。
当前，我国常用的墙体保温材料有无机保温和有机保温材料两大类，无机保温材料包括岩棉、膨胀珍珠岩、玻化微珠、泡沫混凝土等，具有A级不燃、保温效果好、强度较高等优点，但吸湿率高是通病，而且耐候性差，容重较大，限制了其应用。有机保温材料则包括挤塑板(XPS)、聚苯保温板(EPS)、聚氨酯板(PU)、泡沫酚醛板等，具有导热系数低、防水性好、容重轻等优点，但通病是防火性能差，大多是B级，且燃烧时产生大量的有毒有害气体，安全隐患大，机械强度低，应用也受到了限制。
因此，研发出一种具有导热系数低、强度高、防水防火性能好、耐候性强的保温材料成为当下建筑行业亟需解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有导热系数低、强度高、防水防火性能好、耐候性强的A级不燃气凝胶聚苯保温板及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：
一方面，本发明提供一种A级不燃气凝胶聚苯保温板，包括如下重量份的原料：胶凝材料1000～1200份、填料400～700份、气凝胶4～16份、聚苯颗粒10～36份、发泡剂5～20份、纤维2～12份、减水剂2～8份、抗裂剂1～5份、偶联剂0.4～2份和无水乙醇20～80份。所述胶凝材料为普通硅酸盐水泥、硫铝水泥、菱镁水泥中的一种。所述填料为粉煤灰、硅灰、偏高岭土、轻质碳酸钙、硅藻土中的一种或几种。还包括水600～1500份，通过加入水进行浆料制备并获得所述A级不燃气凝胶聚苯保温板。
本发明以胶凝材料和填料为主要原料，通过偶联剂对气凝胶和聚苯颗粒混合物(AG/EPS混合物)进行改性，改性后的AG/EPS混合物不仅可以赋予聚苯保温板导热系数低、防火性能好的特点，而且对于聚苯保温板质轻强度方面产生一定的促进作用。本发明通过引入改性的气凝胶，使得产品具有A级不燃、保温隔热性能优异、力学性能好、耐候性好、吸湿率低等优点，可用于建筑外墙保温系统中，解决了现有聚苯保温板燃烧等级为B级、易燃等缺点。
气凝胶(AG)是一种具有纳米多孔结构的新型材料，由90％以上的空气和不足10％的固体组成，孔隙率高达80％～99.8％，具有极大的比表面和极低的导热系数(室温导热系数可达0.013W/(m·K))。AG按成分不同可分为二氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、氧化锆气凝胶、碳气凝胶等。本发明中如不特别说明，所述气凝胶均指二氧化硅气凝胶(SiO2气凝胶)。本发明通过偶联剂对气凝胶进行改性，使用少量的气凝胶就可以使获得的聚苯保温板具有优异的性能。
进一步地，包括如下重量份的原料：胶凝材料1000～1100份、填料500～700份、气凝胶4～16份、聚苯颗粒20～36份、发泡剂5～20份、纤维2～12份、减水剂2～8份、抗裂剂1～5份、偶联剂0.5～1份和无水乙醇20～80份。
进一步地，所述气凝胶和聚苯颗粒的质量比例为AG:EPS＝1:5～10。
进一步地，所述偶联剂和无水乙醇的质量比例为1:40～80。
进一步地，所述气凝胶为疏水型SiO2气凝胶，颗粒状，粒径0.1～2.0mm。
进一步地，所述聚苯颗粒的粒径分布为1～5mm。
进一步地，所述胶凝材料为普通硅酸盐水泥、硫铝水泥、菱镁水泥中的一种，优选使用PO42.5水泥。
进一步地，所述填料为粉煤灰、硅灰、偏高岭土、轻质碳酸钙、硅藻土中的一种或几种。
进一步地，所述发泡剂为阴离子表面活性剂、动物蛋白类发泡剂、植物蛋白类发泡剂、双氧水、铝粉的一种。
进一步地，所述纤维为聚丙烯纤维，长度为3～12mm。
进一步地，所述减水剂为聚羧酸类高效减水剂。
进一步地，所述抗裂剂为羟丙基甲基纤维素(HPMC)。
进一步地，所述偶联剂为硅烷偶联剂，优选为KH550。
另一方面，提供一种所述的A级不燃气凝胶聚苯保温板的制备方法，包括如下步骤：
1)气凝胶和聚苯颗粒的分散改性：首先按比例加入气凝胶和聚苯颗粒，并混合均匀制得AG/EPS混合物，将偶联剂和无水乙醇按稀释比1:40～80配成的偶联剂醇溶液均匀喷洒在AG/EPS混合物上，干燥备用；
2)干料的预混：按配比将胶凝材料、填料、纤维、发泡剂、减水剂、抗裂剂在搅拌釜内预混合搅拌均匀；
3)浆料的形成：按水灰比0.30～0.70往预混合好的干料中加水并不断快速搅拌，控制时间，然后缓缓加入步骤1)分散改性后的AG/EPS混合物上，同时降低搅拌速度(主要是为了防止颗粒飞溅和破裂)，最后充分混合搅拌。
进一步地，所述步骤3)中快速搅拌的时间为30～60s；充分混合搅拌的时间为30～60s。
本发明的A级不燃型气凝胶聚苯保温板，制作工艺简单，该气凝胶聚苯保温板容重小，保温性能优异，且强度高，耐候性好，防火防水性能好，通过在聚苯颗粒中引入气凝胶并进行分散改性，即可使传统的聚苯保温板的燃烧等级从B级提高为A级，同时提高了机械性能和耐久性，拓展了市面上聚苯保温板、挤塑板等有机保温材料的使用范围。
采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：
本发明的A级不燃型气凝胶聚苯保温板克服了现有有机保温材料防火性能差、耐久性差、机械强度低等缺点，具有A级不燃、导热系数低、表观密度小、抗压强度高、抗裂性强、环保无毒等优点，适用于建筑外围护结构保温系统中。
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
通过以下配方制备聚苯保温板产品1：
PO42.5硅酸盐水泥1000份、粉煤灰700份、疏水型SiO2气凝胶16份、聚苯颗粒10份、动物蛋白类发泡剂20份、聚丙烯纤维12份、聚羧酸类高效减水剂8份、HPMC 1份、硅烷偶联剂0.4份，无水乙醇80份，水600份。
实施例2
通过以下配方制备聚苯保温板产品2：
PO42.5硅酸盐水泥1200份、粉煤灰400份、疏水型SiO2气凝胶4份、聚苯颗粒36份、动物蛋白类发泡剂5份、聚丙烯纤维2份、聚羧酸类高效减水剂8份、HPMC 5份、硅烷偶联剂2份，无水乙醇20份，水1500份。
实施例3
通过以下配方制备聚苯保温板产品3：
PO42.5硅酸盐水泥1100份、粉煤灰500份、疏水型SiO2气凝胶4份、聚苯颗粒20份、动物蛋白类发泡剂15份、聚丙烯纤维6份、聚羧酸类高效减水剂5份、HPMC 5份、硅烷偶联剂1份，无水乙醇20份，水1200份。
实施例4
通过以下配方制备聚苯保温板产品4：
PO42.5硅酸盐水泥1100份、硅灰600份、疏水型SiO2气凝胶4份、聚苯颗粒36份、动物蛋白类发泡剂15份、聚丙烯纤维6份、聚羧酸类高效减水剂5份、HPMC 2.5份、硅烷偶联剂0.5份，无水乙醇40份，水1200份。
实施例5
通过以下配方制备聚苯保温板产品5：
PO42.5硅酸盐水泥1100份、粉煤灰650份、疏水型SiO2气凝胶7份、聚苯颗粒35份、动物蛋白类发泡剂10份、聚丙烯纤维10份、聚羧酸类高效减水剂5份、HPMC 3份、硅烷偶联剂0.8份，无水乙醇60份，水1000份。
将上述实施例1～5中的原料配方按照如下方法进行混合制备聚苯保温板1～5，具体为：
1)气凝胶和聚苯颗粒的分散改性：首先按比例加入气凝胶和聚苯颗粒，并混合均匀制得AG/EPS混合物，将偶联剂和无水乙醇按稀释比1:40～80配成的偶联剂醇溶液均匀喷洒在AG/EPS混合物上，自然干燥备用；
2)干料的预混：按配比将PO42.5硅酸盐水泥、填料、聚丙烯纤维、动物蛋白类发泡剂、聚羧酸类高效减水剂、HPMC在搅拌釜内预混合搅拌均匀；
3)浆料的形成：按水灰比0.30～0.70往预混合好的干料中加水并不断快速搅拌，控制时间30～60s，然后缓缓加入步骤1)分散改性后的AG/EPS混合物上，同时降低搅拌速度(主要是为了防止颗粒飞溅和破裂)，最后充分混合搅拌30～60s。
对比例1
通过以下配方制备聚苯保温板产品6：
PO42.5硅酸盐水泥1100份、粉煤灰650份、聚苯颗粒35份、动物蛋白类发泡剂10份、聚丙烯纤维10份、聚羧酸类高效减水剂5份、HPMC 3份、硅烷偶联剂0.8份，无水乙醇60份，水1000份。
通过以下方法制备保温板产品6：
1)聚苯颗粒的分散改性：将偶联剂和无水乙醇按稀释比1:40～80配成的偶联剂醇溶液均匀喷洒在聚苯颗粒上，自然干燥备用；
2)干料的预混：按配比将PO42.5硅酸盐水泥、填料、聚丙烯纤维、动物蛋白类发泡剂、聚羧酸类高效减水剂、HPMC在搅拌釜内预混合搅拌均匀；
3)浆料的形成：按水灰比0.30～0.70往预混合好的干料中加水并不断快速搅拌，控制时间30～60s，然后缓缓加入步骤1)分散改性后的聚苯颗粒上，同时降低搅拌速度(主要是为了防止颗粒飞溅和破裂)，最后充分混合搅拌30～60s。
对比例2
聚苯保温板产品7：某市售聚苯保温板。
上述实施例和对比例(包括胶凝材料及制备方法)中的用量份数为重量份数优选以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，上述的PO42.5硅酸盐水泥，也可以替换为其它的胶凝材料5。
上述实施例中，使用的填料有粉煤灰、硅灰，在满足一定要求的情况下，也可以替换为偏高岭土、轻质碳酸钙、硅藻土中的一种或几种。
上述实施例中，使用的发泡剂为动物蛋白类发泡剂，在满足一定要求的情况下，也可以替换为阴离子表面活性剂、植物蛋白类发泡剂、双氧水、铝粉的一种。
上述实施例中，使用的纤维为聚丙烯纤维，长度为3～12mm。
上述实施例中，使用的减水剂为聚羧酸类高效减水剂。
上述实施例中，使用的抗裂剂为羟丙基甲基纤维素(HPMC)。
上述实施例中，使用的偶联剂为硅烷偶联剂KH550，在满足一定要求的情况下，也可以替换为其他硅烷偶联剂。
A级不燃型气凝胶聚苯板的工作性能测试(参照JC/T 2357-2016标准)，对上述实施例1-5和对比例1、2所制的聚苯板性能测试结果如下表：
表1实施例1-5和对比例1、2所制的聚苯板的性能测试结果
由表1可知，本发明的实施例1～5制备的聚苯保温板产品1～5在保证一定强度的情况下，具有较低的导热系数，阻燃系数达到A级，具有较好的耐候性；而对比例1制备的产品6由于未添加气凝胶，导热系数明显较高，耐候性也明显降低，对比例2为市售聚苯板产品，燃烧等级为B2，导热系数也较高，抗压强度和耐候性较差。
本发明的A级不燃型气凝胶聚苯板克服了现有有机保温材料防火性能差、耐久性差、机械强度低等缺点，具有A级不燃、导热系数低、表观密度小、抗压强度高、抗裂性强、环保无毒等优点，适用于建筑外围护结构保温系统中。
综上所述，本发明的A级不燃型气凝胶聚苯板，制作工艺简单，该气凝胶聚苯板容重小，保温性能优异，且强度高，耐候性好，防火防水性能好，通过在聚苯颗粒中引入气凝胶并进行分散改性，即可使传统的聚苯板的燃烧等级从B级提高为A级，同时提高了机械性能和耐久性，拓展了市面上聚苯板、挤塑板等有机保温材料的使用范围。
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 (6)
1.一种A级不燃气凝胶聚苯保温板，其特征在于，由如下重量份的原料组成：胶凝材料1000份、填料700份、气凝胶16份、聚苯颗粒10份、发泡剂20份、纤维12份、减水剂8份、抗裂剂1份、偶联剂0.4份和无水乙醇80份，水600份;
所述凝胶材料为PO42.5硅酸盐水泥，所述填料为粉煤灰，所述气凝胶为疏水型SiO2气凝胶，所述发泡剂为动物蛋白类发泡剂，所述纤维为聚丙烯纤维，所述减水剂为聚羧酸类高效减水剂，所述抗裂剂为HPMC，所述偶联剂为硅烷偶联剂；
其中，气凝胶和聚苯颗粒按如下方式进行预先分散改性：首先按比例加入所述气凝胶和所述聚苯颗粒，并混合均匀制得AG/EPS混合物，将所述偶联剂和所述无水乙醇配成的偶联剂醇溶液均匀喷洒在AG/EPS混合物上，干燥备用。
2.根据权利要求1所述的A级不燃气凝胶聚苯保温板，其特征在于，所述气凝胶为颗粒状，粒径0.1~2.0mm。
3.根据权利要求1所述的A级不燃气凝胶聚苯保温板，其特征在于，所述聚苯颗粒的粒径分布为1~5mm。
4.根据权利要求1所述的A级不燃气凝胶聚苯保温板，其特征在于，所述纤维长度为3~12mm。
5.一种权利要求1至4任一所述的A级不燃气凝胶聚苯保温板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）气凝胶和聚苯颗粒的分散改性：首先按比例加入气凝胶和聚苯颗粒，并混合均匀制得AG/EPS混合物，将偶联剂和无水乙醇配成的偶联剂醇溶液均匀喷洒在AG/EPS混合物上，干燥备用；
2）干料的预混：按配比将胶凝材料、填料、纤维、发泡剂、减水剂、抗裂剂在搅拌釜内预混合搅拌均匀；
3）浆料的形成：往预混合好的干料中加水并不断快速搅拌，控制时间，然后缓缓加入步骤1）分散改性后的AG/EPS混合物上，同时降低搅拌速度，最后充分混合搅拌。
6.根据权利要求5所述的A级不燃气凝胶聚苯保温板的制备方法，其特征在于，所述步骤3）中快速搅拌的时间为30~60s ；充分混合搅拌的时间为30~60s 。
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