CN110510930A - 一种保温材料 - Google Patents

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刘永平
胡雪利
张笑歌
刘衍磊
陈绍欣
严燕
张乐
马英
李昂
陈轶焜
郝天一
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Liu Yongping
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Abstract

本发明公开了具有绝热效果的一种保温材料，按照质量份数计，包括如下原料：玻化微珠20‑75份；海泡石绒10‑45份；硅酸铝棉1‑30份；膨润土5‑20份；玻璃纤维0.5‑10份；渗透剂1‑10份。本发明具有优异的长效保温性能，同时覆盖低温到高温的绝热温度范围，且本发明材料在与硅酸铝棉使用相同厚度时的容重较低，在与硅酸铝棉同等表面温度时，厚度可减少50％以上，因散热面积大幅度减小，节能效果十分显著。

Description

一种保温材料
技术领域
本发明涉及保温保冷绝热材料领域，具体涉及一种无机类保温绝热材料的技术及产业升级。
背景技术
传统的保温隔热材料是以提高气相空隙率，降低导热系数和传导系数为主。其中，纤维类保温材料在使用环境中要使对流传热和辐射传热升高，必须要有较厚的覆层；型材类无机保温材料要进行拼装施工，存在接缝多、漏热、防水性差、损耗率高、不可回用等缺陷；多孔结构保温材料是一种含有大量封闭气孔的新型轻质保温防火材料，通常是以陶瓷或膨胀珍珠岩为骨料，再通过与无机胶凝材料混合制成的保温材料，其存在硬质材料无法卷曲、容重较大，设计标准更新、生产制造工艺升级、检测后估等无针对性体系支撑的缺陷。
现有技术中，为了提高传统保温材料长效等性能，通常的做法就是将不同隔热原理的材料在施工时，进行复合使用来提高整体保温隔热性能，但其复合使用仅达到各自隔热效果的叠加，并不具有促进作用，而且由于添加了过多的材料种类，虽提高了隔热的性能，但是也导致了容重的增加，同时实际应用受各种材料特性的限制而限制。
现有技术中并没有公开一种不仅仅能提高绝热性能、使用厚度，而且还能显著控制容重的保温绝热材料。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中无机保温材料在保温性能增加的前提下，单位体积重量增加、适应温度范围窄的问题。本发明提供了一种保温绝热性能长效、散热面积大幅度减少、容重增减数量可控、以及具有反热辐射等功效的保温绝热材料。
一种保温材料，包括如下重量份的原料：
其中，玻化微珠是一种火山喷发的酸性熔岩，经急剧冷却而成的玻璃质岩石。其经膨胀而成为一种轻质、多功能新型材料，具有表观密度轻、导热系数低、化学稳定性好、使用温度范围广、吸湿能力小，且无毒、无味、防火、吸音等特点，因此可用作保温材料的原料使用。本发明中采用的玻化微珠，直观呈微圆形颗粒，具有反光的连续玻璃质化光滑外表面，具有明显的毛细吸附作用和抗压强度，在湿浆状态下与粘土、水泥等物料结合程度高，即流动性好。玻化微珠还具有强度高、吸水率低、强度高、混合性好、易分散等特点。
本发明中，所述玻化微珠的添加量为20-65重量份。所述玻化微珠的规格为15-100目，优选为15-80目。
海泡石绒，属于非金属矿，呈白色，外观象粘结在一起的一排白绒。其具有耐高温、保温，有很强的吸附能力，脱色能力、热稳定性高，耐高温1500℃-1700℃，造型好，收缩率低，不易裂开，以及抗盐度高，抗腐蚀，有抗辐射的特殊性能。
硅酸铝棉，是指由喷吹或甩丝法生成的纤维，经集棉器或沉降装置集结成的散装纤维，又称原棉纤维。其具有低导热率、低热容量，优良的热稳定性、化学稳定性及吸音性，无腐蚀性物质等特点。本发明中，所述硅酸铝棉的规格优选为30-100Kg/m3。
膨润土，是以蒙脱石为主要矿物成分的非金属矿产，加水后能膨胀成糊状。该膨润土具有吸附作用、造浆性，可用作防水材料。本发明中，所述膨润土优选为钠基膨润土，规格优选为100-500目。
玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，但缺点是性脆，耐磨性较差。玻璃纤维通常用作复合材料中的增强材料，电绝缘材料和绝热保温材料，电路基板等国民经济各个领域。本发明中，所述玻璃纤维的规格优选为15-60支，长度优选为2-5cm。
渗透剂，一种阴离子型表面活性剂，具有渗透快速、均匀、润湿性、乳化性、起泡性均佳等特点。所述渗透剂的pH值为5-8，本发明中，该渗透剂可以选择如渗透剂OT，该渗透剂OT的化学名称为顺丁烯二酸二异辛酯磺酸盐，或磺化琥珀酸二辛酯钠盐，用于将本发明中的各成分有效渗透快速均匀。
本发明还包括0.1-2重量份的添加剂，本发明中的添加剂包括高分子聚合物和稀土物质。其中，所述高分子聚合物优选为分子量为800万以上，优选为800万-5000万的聚丙烯酰胺，所述稀土物质优选为纳米级的铈族稀土物质，该铈族稀土物质为任意的铈族稀土金属或铈族稀土金属化合物，所述添加剂中聚丙烯酰胺的质量百分数为50-99％,优选为60-80％。
本发明技术方案为单一成品，多功能复合，其优点如下：
1.原料组份：本发明提供的保温材料，通过采用膨润土与硅酸铝棉、海泡石绒和玻璃纤维的复合形成的骨架，通过与玻化微珠组成后的多级微米-纳米多级腔孔空气蜂巢结构，大大延长热传导路径，明显降低导热系数；在增加保温绝热效果的基础上，达到最稳定、长效保温绝热效果；并且，本发明通过原料组成和配比的优化，不单独使其相互简单叠加，各个成分之间还具有相互协同增强性。成品在保证导热系数低于0.041的情况下，能达到150±10～170±10公斤的容重，保温绝热效果显著高于目前国内外现有技术。
2.容重控制：通过本发明材料成分的选择，能使相同单位体积的材料容重更轻，使其容重有显著减少。具体为：本发明形成了具有不规则大小孔径孔腔的蜂巢结构，结构中含有大量的空气，而空气的导热系数仅为纤维材料的1/10，不规则的大小孔径对材料的导热率有决定性影响，且在不同温度时，可以采用最优级配的气孔率提高整体热防护性能，进而以可控空气腔数量来提高性价比，适应不同工况用户。
3.添加剂：本发明通过增加功能性添加剂的方式，显著增加保温绝热性能。由于添加剂含有反热辐射的稀土物质以及高分子聚合物，将反热辐射的纳米级稀土颗粒均匀沾满在保温材料的纤维和微珠上并经过固化，起到反热辐射的及长久功效，对热流动路线形成无穷长路效应的结构；同时，这些物质由于吸收热量用于自身分解以减少热量向内层传递并在无穷长路效应过程中缓慢释放，减缓传热速度和减少辐射传热，在保温同时，储热效果显著高于传统材料数倍。在实际操作过程中，当采用本发明的结构与硅酸铝棉具有同等表面温度时，本发明的厚度可减少50％以上，因此，散热面积大幅度减小，节能效果十分显著。
4.耐受性：本发明通过组成原料规格的优化选择，使成品经受水浸泡而恢复后并不影响导热系数性能，即，成品经施工后，因意外情况经水浸泡饱和后，在不遭到形态破坏时，经再干燥后，其导热系数性能稳定不衰减。并且，本发明还具有优异的耐老化性能，其可以通过实施例部分的实验数据验证得知。
5.组成优化可控：本发明可对原料组成进行选择、配比以及优化，在生产制备过程和施工时，提供硬质板材料和管壳和可卷曲的系列成品，为快速、规模化施工提供便利条件。
6.通过本发明原料的组合，可使生产和施工时的余料全部回用，拆旧废料循环回用率达50％以上。
7.本发明微观形态为蜂巢状结构，形态为多功效单一形态成品，技术具有1环保4高7强等特点；即，1环保为可循环回用，4高为抗燃点高、适应温度高、保温寿命高、性价比高，7强为抗震、隔音、耐水浸泡、绝缘、防酸碱腐蚀、硬质可卷曲、节能降耗等7项能力；可广泛适应工业环境和民用建筑，可挑战传统材料成为新型换代产品。
8.本发明的单一成品适用温度宽，从低温-40℃覆盖到高温区1000℃，以增减使用厚度完成设计要求。
附图说明
为了更清楚地显示本发明的产品结构，本发明还提供以下附图。
图1为本发明成品在1万倍电子显微镜下的结构图。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。但本技术中添加剂为本发明权属单位专供。
实施例1
一种保温材料，原料的重量份如下：
20份玻化微珠；43份海泡石绒；23份硅酸铝棉；11份钠基膨润土；1份玻璃纤维；1.5份渗透剂；0.5份添加剂。
其中，玻化微珠的粒径大小为15-100目；硅酸铝棉的规格为60Kg/m3；玻璃纤维的规格为20-40支，长度为0.5-5cm；渗透剂为OT；添加剂为分子量为2500万以上的聚丙烯酰胺与金属铈，聚丙烯酰胺在添加剂中的质量占比为80％。
实施例2
一种保温材料，原料的重量份如下：
25份玻化微珠；20份海泡石绒；27份硅酸铝棉；15份钠基膨润土；3份玻璃纤维；8份渗透剂；2份添加剂。
其中，玻化微珠的粒径大小为15-80目；硅酸铝棉的规格为20Kg/m3；玻璃纤维的规格为20-60支，长度为0.2-5cm；渗透剂为OT；添加剂为分子量为800-1200万的聚丙烯酰胺与硝酸铈，聚丙烯酰胺在添加剂中的质量占比为50％。
实施例3
一种保温材料，原料的重量份如下：
30份玻化微珠；30份海泡石绒；20份硅酸铝棉；18份钠基膨润土；0.5份玻璃纤维；1份渗透剂；0.5份添加剂。
其中，玻化微珠的粒径大小为15-100目；硅酸铝棉的规格为80Kg/m3；玻璃纤维的规格为20支，长度为0.2-5cm；渗透剂为OT；添加剂为分子量为1000-1200万的聚丙烯酰胺与金属镧，聚丙烯酰胺在添加剂中的质量占比为60％。
实施例4
一种保温材料，原料的重量份如下：
35份玻化微珠；40份海泡石绒；15份硅酸铝棉；7份钠基膨润土；1份玻璃纤维；1份渗透剂；1份添加剂。
其中，玻化微珠的粒径大小为15-100目；硅酸铝棉的规格为40Kg/m3；玻璃纤维的规格为30支，长度为0.2-5cm；渗透剂为OT；添加剂为分子量为2500万以上的聚丙烯酰胺与氯化镧，聚丙烯酰胺在添加剂中的质量占比为50％。
实施例5
一种保温材料，原料的重量份如下：
40份玻化微珠；36份海泡石绒；12份硅酸铝棉；5份钠基膨润土；4份玻璃纤维；1.5份渗透剂；1.5份添加剂。
其中，玻化微珠的粒径大小为15-100目；硅酸铝棉的规格为50Kg/m3；玻璃纤维的规格为30支，长度为0.3-5cm；渗透剂为OT；添加剂为分子量为1600-1800万的聚丙烯酰胺与硝酸铈，聚丙烯酰胺在添加剂中的质量占比为67％。
实施例6
一种保温材料，原料的重量份如下：
45份玻化微珠；33份海泡石绒；5份硅酸铝棉；10份钠基膨润土；3份玻璃纤维；2份渗透剂；2份添加剂。
其中，玻化微珠的粒径大小为15-80目；硅酸铝棉的规格为30Kg/m3；玻璃纤维的规格为50支，长度为0.2-5cm；渗透剂为OT；添加剂为分子量为1000-1200万的聚丙烯酰胺与硝酸铈，聚丙烯酰胺在添加剂中的质量占比为70％。
实施例7
一种保温材料，原料的重量份如下：
51份玻化微珠；30份海泡石绒；7份硅酸铝棉；5份钠基膨润土；2.6份玻璃纤维；4份渗透剂；0.4份添加剂。
其中，玻化微珠的粒径大小为15-80目；硅酸铝棉的规格为60Kg/m3；玻璃纤维的规格为35支，长度为0.2-5cm；渗透剂为OT；添加剂为分子量为大于2500万的聚丙烯酰胺与硝酸铈，聚丙烯酰胺在添加剂中的质量占比为60％。
实施例8
一种保温材料，原料的重量份如下：
55份玻化微珠；27份海泡石绒；10份硅酸铝棉；6份钠基膨润土；0.5份玻璃纤维；1份渗透剂；0.5份添加剂。
其中，玻化微珠的粒径大小为15-80目；硅酸铝棉的规格为80Kg/m3；玻璃纤维的规格为20支，长度为0.2-5cm；渗透剂为OT；添加剂为分子量为1900-2200万的聚丙烯酰胺与硝酸铈，聚丙烯酰胺在添加剂中的质量占比为40％。
实施例9
一种保温材料，原料的重量份如下：
60份玻化微珠；23份海泡石绒；3份硅酸铝棉；7份钠基膨润土；1份玻璃纤维；5.5份渗透剂；0.5份添加剂。
其中，玻化微珠的粒径大小为15-100目；硅酸铝棉的规格为100Kg/m3；玻璃纤维的规格为60支，长度为0.2-5cm；渗透剂为OT；添加剂为分子量为大于2500万的聚丙烯酰胺与稀土物质，聚丙烯酰胺在添加剂中的质量占比为60％。
实施例10
一种保温材料，原料的重量份如下：
65份玻化微珠；17份海泡石绒；6份硅酸铝棉；7份钠基膨润土；2份玻璃纤维；2.5份渗透剂；0.5份添加剂。
其中，玻化微珠的粒径大小为15-100目；硅酸铝棉的规格为50Kg/m3；玻璃纤维的规格为40支，长度为0.2-5cm；渗透剂为OT；添加剂为分子量为2300-2500万的聚丙烯酰胺与硝酸铈，聚丙烯酰胺在添加剂中的质量占比为80％。
实施例11
一种保温材料，原料的重量份如下：
69份玻化微珠；15份海泡石绒；1份硅酸铝棉；5份钠基膨润土；8份玻璃纤维；1份渗透剂；1份添加剂。
其中，玻化微珠的粒径大小为15-100目；硅酸铝棉的规格为30Kg/m3；玻璃纤维的规格为30支，长度为0.2-5cm；渗透剂为OT；添加剂为分子量为800-1200万的聚丙烯酰胺与与氯化镧，聚乙烯醇在添加剂中的质量占比为90％。
实施例12
一种保温材料，原料的重量份如下：
74份玻化微珠；10份海泡石绒；3份硅酸铝棉；5份钠基膨润土；6份玻璃纤维；1.5份渗透剂；0.5份添加剂。
其中，玻化微珠的粒径大小为15-100目；硅酸铝棉的规格为50Kg/m3；玻璃纤维的规格为40支，长度为0.2-5cm；渗透剂为OT；添加剂为分子量为1600-1800万的聚丙烯酰胺与氯化镧，聚丙烯酰胺在添加剂中的质量占比为60％。
实施例13
一种保温材料，原料的重量份如下：
55份玻化微珠；27份海泡石绒；10份硅酸铝棉；6份钠基膨润土；1份玻璃纤维；1份渗透剂。
其中，玻化微珠的粒径大小为15-80目；硅酸铝棉的规格为80Kg/m3；玻璃纤维的规格为20支，长度为0.2-5cm；渗透剂为OT。
实施例14
一种保温材料，原料的重量份如下：
51份玻化微珠；30份海泡石绒；7份硅酸铝棉；5份钠基膨润土；3份玻璃纤维；4份渗透剂。
其中，玻化微珠的粒径大小为15-80目；硅酸铝棉的规格为60Kg/m3；玻璃纤维的规格为35支，长度为0.2-5cm；渗透剂为OT。
实施例15
一种保温材料，原料的重量份如下：
45份玻化微珠；35份海泡石绒；5份硅酸铝棉；10份钠基膨润土；3份玻璃纤维；2份渗透剂。
其中，玻化微珠的粒径大小为15-80目；硅酸铝棉的规格为30Kg/m3；玻璃纤维的规格为50支，长度为0.2-5cm；渗透剂为OT。
上述实施例1-15的制备方法完全相同，制备时，将上述材料与水复合形成浆料，经过干燥后，即可制成各种形状成品，复合形成浆料的方式，以及干燥的方式均为现有技术，本发明中不再赘述。本发明中水的加入量为400-1000份，本实施例中采用的是700份的水。上述实施例1-15中，每重量份的物质为1Kg。
对比例1
本实施例提供了另一种组成和配比的保温体材料组合物作为本发明的对比例，该对比例的原料的重量份如下：
45份玻化微珠；22份蛇纹石棉；4份硅酸铝棉；12份钠基膨润土；8份玻璃纤维；4份羟丙基甲基纤维素胶黏剂；5份稀土物质。
其中，玻化微珠的粒径大小为15-100目；硅酸铝棉的规格为60Kg/m3；玻璃纤维的规格为40支，长度为2-5cm。本对比例中水的用量以及制备方法与实施例完全相同。
对比例2
本实施例提供了另一种组成和配比的保温体材料组合物作为本发明的对比例，该对比例的原料的重量份如下：
50份玻化微珠；1份顺丁烯二酸酯磺酸盐；10份钠基膨润土；5份玻璃纤维；30份聚乙烯醇；150份水；20份水泥。
其中，玻化微珠的粒径大小为15-100目；玻璃纤维的规格为≤40支，长度为0.2-5cm。
对上述实施例的产品性能进行检测，检测结果如表1所示。
表1
上述检测结果中，容重(kg/m3)采用GB/T17911-2006的检验标准检测，导热系数(W/m·K)采用GB/T10294的检验标准检测，燃烧性能是按照GB8624-2012的规定检测，平均散热损失是采用《设备及管道散热损失的测定》(SY/T6421-1999)中记载的方法进行测试，柔韧性按照下述方法检测。
柔韧性检测方法：将成品卷材制成长度和宽度分别为300mm和100mm的试样，将试样放在平面上，将外径为108mm的直管放置在试样之上，按长度方向将试样一端沿直管缓慢向上卷起至180°角，恢复原状后视为一次。
本发明还将实施例1中的成品进行实际应用，具体为：应用1立方本发明中的成品材料铺设在带温管道、墙体和设备上，如辛集电厂蒸汽630℃、信阳电厂工业蒸汽、北京热力供暖、姚孟电厂锅炉墙、二连浩特民宅管道等等上。通过对铺设前后的检测结果进行对比可知：每年平均节约标煤0.79吨，减少二氧化碳0.3吨排放的效果。并且，经众多工程商用验证显示，节能率达到15～25％，长效保温效果明显优于国内外现有保温材料；在设计和施工时，以同一材料可以通过增减厚度完成-40～1000℃度介质范围应用，大幅度节省各工序人工工时及费用，同时，通过实验数据验证可知：本发明具有极好的保温效果，通过调整甚至可以达到接近绝热的效果，效果十分显著。为了验证本发明保温长效性，即耐老化性能，本发明还将本发明中已经应用到华电潍坊、华能丹东等不同电厂的管道上的保温材料，在一段时间后进行抽样检测，检测保温材料的导热系数，即通过导热系数的老化前后对照，导热系数变化率不超过±5％，保温长效性能十分显著。上述的一段时间至少是1年以上，通常是3-5年后进行检测的结果，甚至有达到12年以上的样本进行检测的情况。如华能丹东厂采用的保温材料，经过近12年使用后，其导热系数还是与初始导热系数接近，依然能维持在0.039W/m·K左右，耐老化性能十分优异。
因此可知：本发明不仅仅具有介质温度适应性广、成品容重低、保温性能明显提高的效果，尤其耐老化性能、耐水性能也非常优异，节能效果十分显著。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式以及生产制造工艺进行相关的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种保温材料，其特征在于，按照质量份数计，包括如下原料：
2.根据权利要求1所述的一种保温材料，其特征在于，还包括0.1-2重量份的添加剂，所述添加剂包括高分子聚合物和稀土物质。
3.根据权利要求2所述的一种保温材料，其特征在于，所述高分子聚合物为聚丙烯酰胺，所述稀土物质为铈族稀土物质。
4.根据权利要求3所述的一种保温材料，其特征在于，所述聚丙烯酰胺的分子量为800万以上，所述铈族稀土物质为纳米级。
5.根据权利要求1所述的一种保温材料，其特征在于，所述玻化微珠为20-65重量份。
6.根据权利要求1所述的一种保温材料，其特征在于，所述玻化微珠的规格为15-100目，优选为15-80目。
7.根据权利要求1所述的一种保温材料，其特征在于，所述硅酸铝棉的规格为30-100Kg/m3。
8.根据权利要求1所述的一种保温材料，其特征在于，所述膨润土为钠基膨润土，规格为100-500目。
9.根据权利要求1所述的一种保温材料，其特征在于，所述玻璃纤维的规格为15-60支，长度为0.2-5cm。
10.根据权利要求1所述的一种保温材料，其特征在于，所述渗透剂的pH值为5-8。
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