CN110482993A - 一种环保隔热板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种环保隔热板，由包括以下组分的原料制备而成：可溶纤维60重量份～80重量份；无机结合剂18重量份～35重量份；引发剂0.5重量份～1.5重量份；活化剂0.5重量份～4.5重量份；所述可溶纤维的Al2O3含量≤1％，纤维直径为3μm～8μm，溶解度为100mg/L～250mg/L。与现有技术相比，该环保隔热板以可溶纤维为基体材料，与其他特定含量组分实现较好的相互作用，使产品具有容重小、强度高、绝热效果优异等特点，并且对人体无危害性，在高温环境下使用时，无烟气和异味产生，对环境及设备无损害。实验结果表明，本发明提供的环保隔热板为耐温1000℃的无机环保隔热板，体积密度为260Kg/m3～350Kg/m3，平均500℃导热系数低于0.13W/(m·K)，绝热性能优异；并且对人体无害，不含有机成分，高温下无烟无味。

Description

一种环保隔热板及其制备方法
技术领域
本发明涉及轻质隔热材料技术领域，更具体地说，是涉及一种环保隔热板及其制备方法。
背景技术
随着国家环保治理和节能减排力度的逐步加大，石化、冶金、陶瓷窑炉、玻璃窑炉等行业正在寻求更加环保的轻质隔热材料；要求材料本身对人体无危害，同时在使用过程中不能产生烟气，避免污染环境、损害设备。
目前传统的轻质隔热材料包括陶瓷纤维制品和硅酸钙制品，为保证产品强度，生产过程中通常都会引入部分有机结合剂。但是，一方面人体大量接触陶瓷纤维和硅酸钙时，会引起不适，对人体有一定的危害性；另一方面有机成分的存在导致使用过程中产生大量烟气，对环境造成污染，同时损害设备。
公开号为CN106746977A的中国专利公开了一种陶瓷纤维板及其制备方法，其为无机结合陶瓷纤维板材，由陶瓷纤维毯、无机结合剂和凝结剂制得；其中，所述凝结剂为硫酸铝、氯化铝和硫酸铁中的一种或几种。该专利采用纤维板，除安全环保外，还具有优异的强度性能，能够满足实际安装和使用需求；同时，该专利提供的制备方法将无机结合剂和凝结剂分别渗透到陶瓷纤维毯内部，制备过程简单易行，能够进行连续化生产，提高生产效率。但是，该专利选用的纤维为陶瓷纤维，人体不可降解，长期接触对人体有一定的危害性；并且通过陶瓷纤维毯浸胶工艺存在产品容重高、导热系数大等问题。
另外，公开号为CN107285688A的中国专利公开了一种无石棉碱渣硅酸钙板及其生产方法，其由如下原料按重量份额配比组成：碱渣：25-40份；粘土状膨润土：5-10份；硅藻土：10-15份；水泥：15-25份；石灰：10-20份；纤维状硅灰石：15-20份；抗碱玻璃纤维：3-5份；聚丙烯化学纤维：5-8份；水玻璃：0.5-3份；无水硫酸钠：1-5份；碱渣直接采用碱厂排出的固体碱渣，不需要特殊处理，直接用于制造硅酸钙板，变废为宝，生产成本低，生产制作出无石棉碱渣硅酸钙板产品，满足国家标准的各项指标要求，具有良好的经济和社会效益。但是，该专利所选用的增强纤维包括聚丙烯化学纤维，该纤维在165℃～173℃的温度下即会发生熔化，随着温度的进一步升高会逐渐分解，产生烟气及刺激性气味，影响环境，同时损害设备。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种环保隔热板及其制备方法，本发明提供的环保隔热板容重小、强度高、绝热效果优异，并且对人体无危害性，在高温环境下使用时，无烟气和异味产生，对环境及设备无损害。
本发明提供了一种环保隔热板，由包括以下组分的原料制备而成：
可溶纤维60重量份～80重量份；
无机结合剂18重量份～35重量份；
引发剂0.5重量份～1.5重量份；
活化剂0.5重量份～4.5重量份；
所述可溶纤维的Al2O3含量≤1％，纤维直径为3μm～8μm，溶解度为100mg/L～250mg/L。
优选的，所述无机结合剂选自硅溶胶、铝溶胶和锆溶胶中的一种或多种。
优选的，所述引发剂选自KH550型硅烷偶联剂、KH560型硅烷偶联剂和KH570型硅烷偶联剂中的一种或多种。
优选的，所述活化剂选自磷酸二氢铝溶液、硫酸铝溶液和聚合氯化铝溶液中的一种或多种。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的环保隔热板的制备方法，包括以下步骤：
a)将可溶纤维、无机结合剂和引发剂在水存在下进行第一次搅拌，得到棉浆；
b)在步骤a)得到的棉浆中加入活化剂进行第二次搅拌，得到浆料；
c)将步骤b)得到的浆料成型后，进行烘干得到环保隔热板。
优选的，步骤a)中所述第一次搅拌的棉浆浓度为1wt％～3wt％，速度为400rpm～600rpm，时间为15min～20min。
优选的，步骤b)中所述第二次搅拌的速度为200rpm～300rpm，时间为4min～6min，pH值为3～5。
优选的，步骤c)中所述成型的方式为真空抽滤成型；所述真空抽滤成型的真空度为400mmHg～550mmHg。
优选的，步骤c)中所述烘干的过程具体为：
在50℃～70℃下预烘1h～2h后，提升烘干温度至100℃～150℃，完全烘干后得到环保隔热板。
本发明提供了一种环保隔热板，由包括以下组分的原料制备而成：可溶纤维60重量份～80重量份；无机结合剂18重量份～35重量份；引发剂0.5重量份～1.5重量份；活化剂0.5重量份～4.5重量份；所述可溶纤维的Al2O3含量≤1％，纤维直径为3μm～8μm，溶解度为100mg/L～250mg/L。与现有技术相比，本发明提供的环保隔热板以可溶纤维为基体材料，与其他特定含量组分实现较好的相互作用，使产品具有容重小、强度高、绝热效果优异等特点，并且对人体无危害性，在高温环境下使用时，无烟气和异味产生，对环境及设备无损害。实验结果表明，本发明提供的环保隔热板为耐温1000℃的无机环保隔热板，体积密度为260Kg/m3～350Kg/m3，耐压强度为0.1MPa～0.25MPa，平均500℃导热系数低于0.13W/(m·K)，绝(隔)热性能优异；并且对人体无害，不含有机成分，高温下无烟无味。
另外，本发明提供的制备方法工艺简单、条件温和，适合大规模工业生产，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种环保隔热板，由包括以下组分的原料制备而成：
可溶纤维60重量份～80重量份；
无机结合剂18重量份～35重量份；
引发剂0.5重量份～1.5重量份；
活化剂0.5重量份～4.5重量份；
所述可溶纤维的Al2O3含量≤1％，纤维直径为3μm～8μm，溶解度为100mg/L～250mg/L。
在本发明中，所述环保隔热板优选由可溶纤维、无机结合剂、引发剂和活化剂制备而成。在本发明中，所述可溶纤维的Al2O3含量≤1％；所述可溶纤维的纤维直径为3μm～8μm；所述可溶纤维的溶解度为100mg/L～250mg/L，优选为200mg/L～250mg/L。在本发明中，所述可溶纤维优选按照申请号为200310105697.0的专利中公开的制备方法制备。在本发明一个优选的实施例中，所述可溶纤维的原料重量组成为：SiO2 58份，CaO 35份，MgO 5份，B2O3 1份，Fe2O3 0.5份，K2O 0.5份；制备工艺过程按照申请号为200310105697.0的专利中实施例7公开的制备方法制备，得到可溶纤维的Al2O3含量为0％，纤维直径为4μm～7μm，溶解度为200mg/L～250mg/L。在本发明另一个优选的实施例中，所述可溶纤维的原料重量组成为：SiO2 53.5份，CaO 34份，MgO 10份，B2O3 1份，Al2O3 0.4份，Fe2O3 0.5份，Na2O 0.2份，K2O0.4份；制备工艺过程按照申请号为200310105697.0的专利中实施例8公开的制备方法制备，得到可溶纤维的Al2O3含量为0.4％，纤维直径为4μm～8μm，溶解度为200mg/L～250mg/L；在本发明另一个优选的实施例中，所述可溶纤维的原料重量组成为：SiO2 85份，CaO 6份，MgO 5份，B2O3 2份，Al2O3 1份，Fe2O3 0.5份，Na2O 0.5份；制备工艺过程按照申请号为200310105697.0的专利中实施例12公开的制备方法制备，得到可溶纤维的Al2O3含量为1％，纤维直径为4μm～8μm，溶解度为100mg/L～200mg/L。
在本发明中，所述可溶纤维为该环保隔热板的基体材料，其为人体可降解材料，环保无毒；本发明通过选取特定参数的可溶纤维，使其与其他特定含量组分实现较好的相互作用，进一步提高产品的强度均匀性及绝热性能。
在本发明中，所述环保隔热板包括60重量份～80重量份的可溶纤维；在本发明优选的实施例中，所述环保隔热板包括60重量份的可溶纤维，或70重量份的可溶纤维，或80重量份的可溶纤维。
在本发明中，所述无机结合剂优选选自硅溶胶、铝溶胶和锆溶胶中的一种或多种，更优选为硅溶胶、铝溶胶或锆溶胶。在本发明一个优选的实施例中，所述无机结合剂为硅溶胶，所述硅溶胶的浓度为30wt％；在本发明另一个优选的实施例中，所述无机结合剂为铝溶胶，所述铝溶胶的浓度为40wt％；在本发明另一个优选的实施例中，所述无机结合剂为锆溶胶，所述锆溶胶的浓度为35wt％。本发明对所述无机结合剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品或自制品均可。在本发明中，所述环保隔热板包括18重量份～35重量份的无机结合剂；在本发明优选的实施例中，所述环保隔热板包括35重量份的无机结合剂，或27重量份的无机结合剂，或18重量份的无机结合剂。
在本发明中，所述引发剂优选选自KH550型硅烷偶联剂、KH560型硅烷偶联剂和KH570型硅烷偶联剂中的一种或多种，更优选为KH550型硅烷偶联剂、KH560型硅烷偶联剂或KH570型硅烷偶联剂。本发明对所述引发剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述KH550型硅烷偶联剂、KH560型硅烷偶联剂和KH570型硅烷偶联剂的市售商品即可；其中，所述引发剂中有效成分的含量≥97％。在本发明中，所述环保隔热板包括0.5重量份～1.5重量份的引发剂；在本发明优选的实施例中，所述环保隔热板包括0.5重量份的引发剂，或1重量份的引发剂，或1.5重量份的引发剂。
在本发明中，所述活化剂优选选自磷酸二氢铝溶液、硫酸铝溶液和聚合氯化铝溶液中的一种或多种，更优选为磷酸二氢铝溶液、硫酸铝溶液和聚合氯化铝溶液。在本发明一个优选的实施例中，所述活化剂为磷酸二氢铝溶液，所述磷酸二氢铝溶液的浓度为1wt％；在本发明另一个优选的实施例中，所述活化剂为聚合氯化铝溶液，所述聚合氯化铝溶液的浓度为2wt％；在本发明另一个优选的实施例中，所述活化剂为硫酸铝溶液，所述硫酸铝溶液的浓度为3wt％。本发明对所述活化剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品或自制品均可。在本发明中，所述环保隔热板包括0.5重量份～4.5重量份的活化剂；在本发明优选的实施例中，所述环保隔热板包括4.5重量份的活化剂，或2重量份的活化剂，或0.5重量份的活化剂。
本发明提供的环保隔热板以可溶纤维为基体材料，与其他特定含量组分实现较好的相互作用，使产品具有容重小、强度高、绝热效果优异等特点，并且对人体无危害性，在高温环境下使用时，无烟气和异味产生，对环境及设备无损害。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的环保隔热板的制备方法，包括以下步骤：
a)将可溶纤维、无机结合剂和引发剂在水存在下进行第一次搅拌，得到棉浆；
b)在步骤a)得到的棉浆中加入活化剂进行第二次搅拌，得到浆料；
c)将步骤b)得到的浆料成型后，进行烘干得到环保隔热板。
本发明首先将可溶纤维、无机结合剂和引发剂在水存在下进行第一次搅拌，得到棉浆。在本发明中，所述可溶纤维、无机结合剂和引发剂与上述技术方案中所述的相同，在此不再赘述。
本发明对所述第一次搅拌的设备没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的高速搅拌机即可。
在本发明中，所述第一次搅拌的棉浆浓度优选为1wt％～3wt％，速度优选为400rpm～600rpm，时间优选为15min～20min。
得到所述棉浆后，本发明将得到的棉浆中加入活化剂进行第二次搅拌，得到浆料。在本发明中，所述活化剂与上述技术方案中所述的相同，在此不再赘述。
本发明对所述第二次搅拌的设备没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的高速搅拌机即可。
在本发明中，所述第二次搅拌的速度优选为200rpm～300rpm，时间优选为4min～6min，pH值优选为3～5。
得到所述浆料后，本发明将得到的浆料成型后，进行烘干得到环保隔热板。在本发明中，所述成型的方式优选为真空抽滤成型，即通过抄取工艺成型；所述真空抽滤成型的真空度优选为400mmHg～550mmHg。
在本发明中，所述烘干的过程优选具体为：
在50℃～70℃下预烘1h～2h后，提升烘干温度至100℃～150℃，完全烘干后得到环保隔热板。
本发明所述的制备方法利用可溶纤维与无机结合剂之间、以及无机结合剂自身之间会通过引发剂进行一定程度的偶联，形成胶体材料，同时胶体材料的稳定性与电解质添加和pH值密切相关；通过添加活化，既可以引入铝离子，使胶体材料处于亚稳态，同时再调节pH值至3～5，进一步活化胶体材料；并且处于亚稳态的胶体材料可通过抄取工艺成型，最后进行低温预烘干，进一步活化胶体材料，促使胶体发生迁移之前就产生凝胶现象，避免强度不一致的现象出现，完全烘干后得到环保隔热板。
本发明提供的制备方法工艺简单、条件温和，适合大规模工业生产，具有广阔的应用前景。
本发明提供了一种环保隔热板，由包括以下组分的原料制备而成：可溶纤维60重量份～80重量份；无机结合剂18重量份～35重量份；引发剂0.5重量份～1.5重量份；活化剂0.5重量份～4.5重量份；所述可溶纤维的Al2O3含量≤1％，纤维直径为3μm～8μm，溶解度为100mg/L～250mg/L。与现有技术相比，本发明提供的环保隔热板以可溶纤维为基体材料，与其他特定含量组分实现较好的相互作用，使产品具有容重小、强度高、绝热效果优异等特点，并且对人体无危害性，在高温环境下使用时，无烟气和异味产生，对环境及设备无损害。实验结果表明，本发明提供的环保隔热板为耐温1000℃的无机环保隔热板，体积密度为260Kg/m3～350Kg/m3，耐压强度为0.1MPa～0.25MPa，平均500℃导热系数低于0.13W/(m·K)，绝(隔)热性能优异；并且对人体无害，不含有机成分，高温下无烟无味。
另外，本发明提供的制备方法工艺简单、条件温和，适合大规模工业生产，具有广阔的应用前景。
为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。本发明以下实施例所用的可溶纤维由山东鲁阳节能材料股份有限公司提供，具体按照申请号为200310105697.0的专利中公开的制备方法制备；所制备的样品尺寸均为300mm×300mm×20mm。
实施例1
将60重量份的可溶纤维(按照申请号为200310105697.0的专利中实施例12公开的制备方法制备)、35重量份的浓度为30wt％的硅溶胶和0.5重量份的KH550加入预先注入水的高速搅拌机中，棉浆浓度为1wt％，在400rpm的下搅拌15min；然后向浆料中加入4.5重量份的浓度为1wt％的磷酸二氢铝溶液，调整搅拌速度为200rpm，搅拌4min；再将配好的浆料放入成型池内，通过真空抽滤成型，再在50℃下预烘2h后，提升烘干温度至100℃，完全烘干后得到环保隔热板；经检测，该环保隔热板为耐温1000℃的无机环保隔热板。
实施例2
将70重量份的可溶纤维(按照申请号为200310105697.0的专利中实施例7公开的制备方法制备)、27重量份的浓度为40wt％的铝溶胶和1重量份的KH560加入预先注入水的高速搅拌机中，棉浆浓度为2wt％，在500rpm的下搅拌18min；然后向浆料中加入2重量份的浓度为2wt％的聚合氯化铝溶液，调整搅拌速度为250rpm，搅拌5min；再将配好的浆料放入成型池内，通过真空抽滤成型，再在60℃下预烘1.5h后，提升烘干温度至120℃，完全烘干后得到环保隔热板；经检测，该环保隔热板为耐温1000℃的无机环保隔热板。
实施例3
将80重量份的可溶纤维(按照申请号为200310105697.0的专利中实施例8公开的制备方法制备)、18重量份的浓度为35wt％的锆溶胶和1.5重量份的KH570加入预先注入水的高速搅拌机中，棉浆浓度为3wt％，在600rpm的下搅拌20min；然后向浆料中加入0.5重量份的浓度为3wt％的硫酸铝溶液，调整搅拌速度为300rpm，搅拌6min；再将配好的浆料放入成型池内，通过真空抽滤成型，再在70℃下预烘1h后，提升烘干温度至150℃，完全烘干后得到环保隔热板；经检测，该环保隔热板为耐温1000℃的无机环保隔热板。
对比例1
按照专利CN106746977A中实施例1提供的制备方法，得到陶瓷纤维板；具体为：
取密度为90Kg/m3、尺寸为7200×610×15mm(长度×宽度×厚度)的标准陶瓷纤维毯(购自山东鲁阳节能材料股份有限公司)平铺在传送网带上，将100Kg固含量为25％的铝溶胶注入表面施胶装置I内，将50Kg质量浓度为5％的氯化铝溶液注入表面施胶装置II内；开启传动装置，将传送网带的传动速度设置为0.1m/s；采用表面施胶和真空吸滤方式对陶瓷纤维毯施加和渗透铝溶胶，控制真空吸滤时的真空度为-0.08MPa，将铝溶胶渗透完毕后，得到第一纤维毯。再同样采用表面施胶和真空吸滤方式对所得第一纤维毯施加和渗透氯化铝溶液，控制真空吸滤时的真空度为-0.07MPa，将氯化铝溶液渗透完毕后，得到第二纤维毯。将第二纤维毯进行压辊定型，得到湿板坯，湿板坯厚度为10mm；将所得湿板坯在85℃下干燥，得到陶瓷纤维板。
对比例2
按照专利CN107285688A中具体实施方式提供的制备方法，得到无石棉碱渣硅酸钙板；具体为：
(1)按重量份额配比下列原料：碱厂生产排放的固体碱渣按重量份35份、粘土状膨润土10份、硅藻土10份、石灰15份、纤维状硅灰石15份、水泥20份，将上述原料放入搅拌装置中充分搅拌，然后加入一定量水，再搅拌，然后将搅拌后的混合料进行闷料；
(2)取重量份5份的抗碱玻璃纤维、5份的聚丙烯化学纤维、1份的水玻璃、3份的无水硫酸钠及一定量的水，进行充分的混合搅拌；
(3)将步骤(1)得到的混合料与步骤(2)得到混合料放入搅拌机中搅拌均匀，再将得到的混合料放入液压压力机模具内，成型后脱模预养护，得到预养护的胚体；
(4)将步骤(3)中得到的预养护的胚体进行蒸压养护；完成蒸压养护后进行烘干处理，得到无石棉碱渣硅酸钙板产品，进行砂光处理。
其中，步骤(1)中的闷料时间为6小时；步骤(3)中液压压力机中的加压压力为20Mpa，加压时间为3min；步骤(4)中的蒸压养护在预养10小时后，放入蒸压釜中，在压力1MPa下，保持温度170度蒸压养护15小时；烘干处理在干燥箱中进行，70°恒温8小时。
对实施例1～3提供的环保隔热板、对比例1提供的陶瓷纤维板和对比例2提供的无石棉碱渣硅酸钙板的各项性能进行测试，结果参见表1所示。
表1实施例1～3提供的环保隔热板、对比例1提供的陶瓷纤维板和对比例2提供的无石棉碱渣硅酸钙板的各项性能数据
由表1可知，本发明实施例1～3提供的环保隔热板容重小，强度高，同时有机物含量均为0，高温下无烟气产生，并且导热系数低于0.13W/(m·K)，绝热效果优异；而对比例1在相同检测条件下，容重高，导热系数大，绝热性能较差；对比例2在相同检测条件下，有机物含量高，高温下有烟气产生，对环境及人体健康有危害。
所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种环保隔热板，由包括以下组分的原料制备而成：
可溶纤维60重量份～80重量份；
无机结合剂18重量份～35重量份；
引发剂0.5重量份～1.5重量份；
活化剂0.5重量份～4.5重量份；
所述可溶纤维的Al2O3含量≤1％，纤维直径为3μm～8μm，溶解度为100mg/L～250mg/L。
2.根据权利要求1所述的环保隔热板，其特征在于，所述无机结合剂选自硅溶胶、铝溶胶和锆溶胶中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的环保隔热板，其特征在于，所述引发剂选自KH550型硅烷偶联剂、KH560型硅烷偶联剂和KH570型硅烷偶联剂中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的环保隔热板，其特征在于，所述活化剂选自磷酸二氢铝溶液、硫酸铝溶液和聚合氯化铝溶液中的一种或多种。
5.一种权利要求1～4任一项所述的环保隔热板的制备方法，包括以下步骤：
a)将可溶纤维、无机结合剂和引发剂在水存在下进行第一次搅拌，得到棉浆；
b)在步骤a)得到的棉浆中加入活化剂进行第二次搅拌，得到浆料；
c)将步骤b)得到的浆料成型后，进行烘干得到环保隔热板。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述第一次搅拌的棉浆浓度为1wt％～3wt％，速度为400rpm～600rpm，时间为15min～20min。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述第二次搅拌的速度为200rpm～300rpm，时间为4min～6min，pH值为3～5。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤c)中所述成型的方式为真空抽滤成型；所述真空抽滤成型的真空度为400mmHg～550mmHg。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤c)中所述烘干的过程具体为：
在50℃～70℃下预烘1h～2h后，提升烘干温度至100℃～150℃，完全烘干后得到环保隔热板。
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