CN110550909B - 一种高强度保温材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强度保温材料，包括如下重量份的原料：普通硅酸盐水泥80‑90份、粉煤灰25‑35份、预处理纳米二氧化硅8‑12份、高分子预聚物2‑4份、聚羧酸减水剂1‑2份、玄武岩纤维1份、过氧化氢水溶液8‑10份、水55‑65份。本发明在保证保温材料的导热系数的基础上，进一步提高了保温材料的抗拉强度和抗压强度，能满足各种环境的施工需要，可用作建筑节能、外墙保温等材料。

Description

一种高强度保温材料
技术领域
本发明涉及一种高强度保温材料。
背景技术
当今社会，世界范围内都存在着能源危机，我国也面临着巨大的挑战，能源供给与需求之间的严重不均衡，使得节能问题成为了社会热点问题，受到广泛的关注。由于我国建筑在建造和使用过程中直接、间接消耗的能源占整个社会总能耗的46.7％，单位建筑面积采暖所耗能源相当于发达国家的3倍以上，现有近400亿平方米建筑中97％属于高能耗建筑，因此，降低建筑节耗成为了我国解决能源问题，保证可持续发展的重要课题。
建筑节能是一项系统工程，需要配套的工程技术措施，如建筑材料、建筑设计、施工及物业管理、政策法规。建筑节能的关键是减少建筑运行能耗，随着建筑保温措施的加强、节能技术和设备的运用，建筑运行能耗会逐步减少，但这些措施通常又会造成建筑材料及其生产能耗的增加。国外一些学者对建筑全寿命周期能耗评价的研究结果表明，对于一些节能建筑，建筑材料能耗占建筑全寿命周期总能耗的40％以上。建筑全寿命周期是指原材料开采、运输、加工、建造、使用、维修、改造和拆除等各个环节。因此，建筑节能工作是一个复杂庞大的系统工程。
外墙保温材料是指应用于建筑物墙体上的一大类保温材料，根据使用地点可分为：外墙保温材料，内墙保温材料，屋面保温材料。我国建筑市场应用的外墙保温材料根据材料类别主要分为三类：有机保温材料、无机保温材料、无机保温材料和有机保温材料组合的复合保温材料。
现有技术CN 106082851 B公开了一种无机保温材料，其有效降低材料的干容重及导热系数，增加其韧性，强度及韧性在现有基础上有适当提高。然而，随着建筑材料的市场要求不断提高，现有保温材料需要更高的抗压强度和抗拉强度，进而有效适应各种极端环境。
发明内容
为了解决现有技术中保温材料的抗压强度和抗拉强度有待进一步提高的技术问题，本发明提出了如下技术方案：
一种高强度保温材料，包括如下重量份的原料：普通硅酸盐水泥80-90份、粉煤灰25-35份、预处理纳米二氧化硅8-12份、高分子预聚物2-4份、聚羧酸减水剂1-2份、玄武岩纤维1份、过氧化氢水溶液8-10份、水55-65份；其中，预处理纳米二氧化硅的原料及其重量比为纳米二氧化硅：偶联剂：无水乙醇＝5：1：1。
优选地，预处理纳米二氧化硅中偶联剂由偶联剂1和偶联剂2按照质量比为1：3构成，其中，偶联剂1的结构式如下：
Figure BDA0002212999930000021
偶联剂2的结构式如下：
Figure BDA0002212999930000022
优选地，高分子预聚物的原料及其重量比为环氧树脂：丙烯酸：叔胺：孟烷二胺：乙烯基三甲氧基硅烷＝50：40：3：40：2。
优选地，预处理纳米二氧化硅中纳米二氧化硅由平均粒径为60～80nm的纳米二氧化硅和平均粒径为200～250nm的纳米二氧化硅按照质量比为1:1构成。
本发明还提供了一种保温材料的制备方法包括如下步骤：
S1将纳米二氧化硅在搅拌机中搅拌，将偶联剂与无水乙醇加入搅拌机中搅拌，得到预处理纳米二氧化硅；
S2将普通硅酸盐水泥、粉煤灰、预处理纳米二氧化硅混合，得到改性水泥基；
S3将环氧树脂、丙烯酸混合，再加入叔胺、孟烷二胺、乙烯基三甲氧基硅烷，混合，升温至80℃，搅拌混匀，得到高分子预聚物；
S4将聚羧酸减水剂、玄武岩纤维、高分子预聚物以及适量的水混合，加入改性水泥基，再加入剩余量的水，搅拌均匀，得到水泥基浆体；
S5将过氧化氢水溶液加入水泥基浆体中，搅拌，得到水泥基发泡浆体，固化成型，即得高强度保温材料。
本发明的技术方案具有如下由益效果：
(1)相比于使用常规的硅烷偶联剂，本发明使用的特定比例、特定种类偶联剂的组合可以有效提高纳米二氧化硅的预处理效果，有效避免纳米二氧化硅的团聚，最终提高保温材料的抗压强度和抗拉强度；
(2)相比于使用单一粒径的纳米二氧化硅，在保温材料中使用特定粒径组合的纳米二氧化硅更有利于实现粒径的有效配级，进而提高提高保温材料的抗压强度和抗拉强度。
(3)本发明在保证保温材料的导热系数的基础上，进一步提高了保温材料的抗拉强度和抗压强度，能满足各种环境的施工需要，可用作建筑节能、外墙保温等材料。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例和对比例，对本发明进行进一步详细说明。
实施例1
一种高强度保温材料，包括如下重量份的原料：普通硅酸盐水泥85份、粉煤灰30份、预处理纳米二氧化硅10份、高分子预聚物3份、聚羧酸减水剂1.5份、玄武岩纤维1份、过氧化氢水溶液9、水60份；其中，预处理纳米二氧化硅的原料及其重量比为纳米二氧化硅：偶联剂：无水乙醇＝5：1：1。
其中，预处理纳米二氧化硅中偶联剂由偶联剂1和偶联剂2按照质量比为1：3构成，其中，偶联剂1的结构式如下：
Figure BDA0002212999930000031
偶联剂2的结构式如下：
Figure BDA0002212999930000041
其中，高分子预聚物的原料及其重量比为环氧树脂：丙烯酸：叔胺：孟烷二胺：乙烯基三甲氧基硅烷＝50：40：3：40：2。
其中，预处理纳米二氧化硅中纳米二氧化硅由平均粒径为60～80nm的纳米二氧化硅和平均粒径为200～250nm的纳米二氧化硅按照质量比为1:1构成。
该保温材料的制备方法包括如下步骤：
S1将纳米二氧化硅在搅拌机中搅拌，将偶联剂与无水乙醇加入搅拌机中搅拌，得到预处理纳米二氧化硅；
S2将普通硅酸盐水泥、粉煤灰、预处理纳米二氧化硅混合，得到改性水泥基；
S3将环氧树脂、丙烯酸混合，再加入叔胺、孟烷二胺、乙烯基三甲氧基硅烷，混合，升温至80℃，搅拌混匀，得到高分子预聚物；
S4将聚羧酸减水剂、玄武岩纤维、高分子预聚物以及适量的水混合，加入改性水泥基，再加入剩余量的水，搅拌均匀，得到水泥基浆体；
S5将过氧化氢水溶液加入水泥基浆体中，搅拌，得到水泥基发泡浆体，固化成型，即得高强度保温材料。
实施例2
一种高强度保温材料，包括如下重量份的原料：普通硅酸盐水泥85份、粉煤灰30份、预处理纳米二氧化硅10份、高分子预聚物3份、聚羧酸减水剂1.5份、玄武岩纤维1份、过氧化氢水溶液9、水60份；其中，预处理纳米二氧化硅的原料及其重量比为纳米二氧化硅：偶联剂：无水乙醇＝5：1：1。
其中，预处理纳米二氧化硅中偶联剂由偶联剂1和偶联剂2按照质量比为1：3构成，其中，偶联剂1的结构式如下：
Figure BDA0002212999930000051
偶联剂2的结构式如下：
Figure BDA0002212999930000052
其中，高分子预聚物的原料及其重量比为环氧树脂：丙烯酸：叔胺：孟烷二胺：乙烯基三甲氧基硅烷＝50：40：3：40：2。
其中，预处理纳米二氧化硅中纳米二氧化硅为60～80nm的纳米二氧化硅。
该保温材料的制备方法包括如下步骤：
S1将纳米二氧化硅在搅拌机中搅拌，将偶联剂与无水乙醇加入搅拌机中搅拌，得到预处理纳米二氧化硅；
S2将普通硅酸盐水泥、粉煤灰、预处理纳米二氧化硅混合，得到改性水泥基；
S3将环氧树脂、丙烯酸混合，再加入叔胺、孟烷二胺、乙烯基三甲氧基硅烷，混合，升温至80℃，搅拌混匀，得到高分子预聚物；
S4将聚羧酸减水剂、玄武岩纤维、高分子预聚物以及适量的水混合，加入改性水泥基，再加入剩余量的水，搅拌均匀，得到水泥基浆体；
S5将过氧化氢水溶液加入水泥基浆体中，搅拌，得到水泥基发泡浆体，固化成型，即得高强度保温材料。
实施例3
一种高强度保温材料，包括如下重量份的原料：普通硅酸盐水泥85份、粉煤灰30份、预处理纳米二氧化硅10份、高分子预聚物3份、聚羧酸减水剂1.5份、玄武岩纤维1份、过氧化氢水溶液9、水60份；其中，预处理纳米二氧化硅的原料及其重量比为纳米二氧化硅：偶联剂：无水乙醇＝5：1：1。
其中，预处理纳米二氧化硅中偶联剂由偶联剂1和偶联剂2按照质量比为1：3构成，其中，偶联剂1的结构式如下：
Figure BDA0002212999930000061
偶联剂2的结构式如下：
Figure BDA0002212999930000062
其中，高分子预聚物的原料及其重量比为环氧树脂：丙烯酸：叔胺：孟烷二胺：乙烯基三甲氧基硅烷＝50：40：3：40：2。
其中，预处理纳米二氧化硅中纳米二氧化硅为200～250nm的纳米二氧化硅。
该保温材料的制备方法包括如下步骤：
S1将纳米二氧化硅在搅拌机中搅拌，将偶联剂与无水乙醇加入搅拌机中搅拌，得到预处理纳米二氧化硅；
S2将普通硅酸盐水泥、粉煤灰、预处理纳米二氧化硅混合，得到改性水泥基；
S3将环氧树脂、丙烯酸混合，再加入叔胺、孟烷二胺、乙烯基三甲氧基硅烷，混合，升温至80℃，搅拌混匀，得到高分子预聚物；
S4将聚羧酸减水剂、玄武岩纤维、高分子预聚物以及适量的水混合，加入改性水泥基，再加入剩余量的水，搅拌均匀，得到水泥基浆体；
S5将过氧化氢水溶液加入水泥基浆体中，搅拌，得到水泥基发泡浆体，固化成型，即得高强度保温材料。
对比例1
一种高强度保温材料，包括如下重量份的原料：普通硅酸盐水泥85份、粉煤灰30份、预处理纳米二氧化硅10份、高分子预聚物3份、聚羧酸减水剂1.5份、玄武岩纤维1份、过氧化氢水溶液9、水60份；其中，预处理纳米二氧化硅的原料及其重量比为纳米二氧化硅：偶联剂：无水乙醇＝5：1：1。
其中，预处理纳米二氧化硅中偶联剂由偶联剂1构成，其中，偶联剂1的结构式如下：
Figure BDA0002212999930000071
其中，高分子预聚物的原料及其重量比为环氧树脂：丙烯酸：叔胺：孟烷二胺：乙烯基三甲氧基硅烷＝50：40：3：40：2。
其中，预处理纳米二氧化硅中纳米二氧化硅由平均粒径为60～80nm的纳米二氧化硅和平均粒径为200～250nm的纳米二氧化硅按照质量比为1:1构成。
该保温材料的制备方法包括如下步骤：
S1将纳米二氧化硅在搅拌机中搅拌，将偶联剂与无水乙醇加入搅拌机中搅拌，得到预处理纳米二氧化硅；
S2将普通硅酸盐水泥、粉煤灰、预处理纳米二氧化硅混合，得到改性水泥基；
S3将环氧树脂、丙烯酸混合，再加入叔胺、孟烷二胺、乙烯基三甲氧基硅烷，混合，升温至80℃，搅拌混匀，得到高分子预聚物；
S4将聚羧酸减水剂、玄武岩纤维、高分子预聚物以及适量的水混合，加入改性水泥基，再加入剩余量的水，搅拌均匀，得到水泥基浆体；
S5将过氧化氢水溶液加入水泥基浆体中，搅拌，得到水泥基发泡浆体，固化成型，即得高强度保温材料。
对比例2
一种高强度保温材料，包括如下重量份的原料：普通硅酸盐水泥85份、粉煤灰30份、预处理纳米二氧化硅10份、高分子预聚物3份、聚羧酸减水剂1.5份、玄武岩纤维1份、过氧化氢水溶液9、水60份；其中，预处理纳米二氧化硅的原料及其重量比为纳米二氧化硅：偶联剂：无水乙醇＝5：1：1。
其中，预处理纳米二氧化硅中偶联剂由偶联剂2构成；
偶联剂2的结构式如下：
Figure BDA0002212999930000081
其中，高分子预聚物的原料及其重量比为环氧树脂：丙烯酸：叔胺：孟烷二胺：乙烯基三甲氧基硅烷＝50：40：3：40：2。
其中，预处理纳米二氧化硅中纳米二氧化硅由平均粒径为60～80nm的纳米二氧化硅和平均粒径为200～250nm的纳米二氧化硅按照质量比为1:1构成。
该保温材料的制备方法包括如下步骤：
S1将纳米二氧化硅在搅拌机中搅拌，将偶联剂与无水乙醇加入搅拌机中搅拌，得到预处理纳米二氧化硅；
S2将普通硅酸盐水泥、粉煤灰、预处理纳米二氧化硅混合，得到改性水泥基；
S3将环氧树脂、丙烯酸混合，再加入叔胺、孟烷二胺、乙烯基三甲氧基硅烷，混合，升温至80℃，搅拌混匀，得到高分子预聚物；
S4将聚羧酸减水剂、玄武岩纤维、高分子预聚物以及适量的水混合，加入改性水泥基，再加入剩余量的水，搅拌均匀，得到水泥基浆体；
S5将过氧化氢水溶液加入水泥基浆体中，搅拌，得到水泥基发泡浆体，固化成型，即得高强度保温材料。
对比例3
一种高强度保温材料，包括如下重量份的原料：普通硅酸盐水泥85份、粉煤灰30份、预处理纳米二氧化硅10份、高分子预聚物3份、聚羧酸减水剂1.5份、玄武岩纤维1份、过氧化氢水溶液9、水60份；其中，预处理纳米二氧化硅的原料及其重量比为纳米二氧化硅：偶联剂：无水乙醇＝5：1：1。
其中，预处理纳米二氧化硅中偶联剂由偶联剂1和偶联剂2按照质量比为1：2构成，其中，偶联剂1的结构式如下：
Figure BDA0002212999930000091
偶联剂2的结构式如下：
Figure BDA0002212999930000092
其中，高分子预聚物的原料及其重量比为环氧树脂：丙烯酸：叔胺：孟烷二胺：乙烯基三甲氧基硅烷＝50：40：3：40：2。
其中，预处理纳米二氧化硅中纳米二氧化硅由平均粒径为60～80nm的纳米二氧化硅和平均粒径为200～250nm的纳米二氧化硅按照质量比为1:1构成。
该保温材料的制备方法包括如下步骤：
S1将纳米二氧化硅在搅拌机中搅拌，将偶联剂与无水乙醇加入搅拌机中搅拌，得到预处理纳米二氧化硅；
S2将普通硅酸盐水泥、粉煤灰、预处理纳米二氧化硅混合，得到改性水泥基；
S3将环氧树脂、丙烯酸混合，再加入叔胺、孟烷二胺、乙烯基三甲氧基硅烷，混合，升温至80℃，搅拌混匀，得到高分子预聚物；
S4将聚羧酸减水剂、玄武岩纤维、高分子预聚物以及适量的水混合，加入改性水泥基，再加入剩余量的水，搅拌均匀，得到水泥基浆体；
S5将过氧化氢水溶液加入水泥基浆体中，搅拌，得到水泥基发泡浆体，固化成型，即得高强度保温材料。
对比例4
一种高强度保温材料，包括如下重量份的原料：普通硅酸盐水泥85份、粉煤灰30份、预处理纳米二氧化硅10份、高分子预聚物3份、聚羧酸减水剂1.5份、玄武岩纤维1份、过氧化氢水溶液9、水60份；其中，预处理纳米二氧化硅的原料及其重量比为纳米二氧化硅：偶联剂：无水乙醇＝5：1：1。
其中，预处理纳米二氧化硅中偶联剂由偶联剂1和偶联剂2按照质量比为1：4构成，其中，偶联剂1的结构式如下：
Figure BDA0002212999930000101
偶联剂2的结构式如下：
Figure BDA0002212999930000102
其中，高分子预聚物的原料及其重量比为环氧树脂：丙烯酸：叔胺：孟烷二胺：乙烯基三甲氧基硅烷＝50：40：3：40：2。
其中，预处理纳米二氧化硅中纳米二氧化硅由平均粒径为60～80nm的纳米二氧化硅和平均粒径为200～250nm的纳米二氧化硅按照质量比为1:1构成。
该保温材料的制备方法包括如下步骤：
S1将纳米二氧化硅在搅拌机中搅拌，将偶联剂与无水乙醇加入搅拌机中搅拌，得到预处理纳米二氧化硅；
S2将普通硅酸盐水泥、粉煤灰、预处理纳米二氧化硅混合，得到改性水泥基；
S3将环氧树脂、丙烯酸混合，再加入叔胺、孟烷二胺、乙烯基三甲氧基硅烷，混合，升温至80℃，搅拌混匀，得到高分子预聚物；
S4将聚羧酸减水剂、玄武岩纤维、高分子预聚物以及适量的水混合，加入改性水泥基，再加入剩余量的水，搅拌均匀，得到水泥基浆体；
S5将过氧化氢水溶液加入水泥基浆体中，搅拌，得到水泥基发泡浆体，固化成型，即得高强度保温材料。
下表详细记载了实施例1-3和对比例1-4纳米二氧化硅的粒径变化和偶联剂的组成变化。
编号 纳米二氧化硅的粒径 偶联剂的组成
实施例1 60～80nm：200～250nm＝1:1 偶联剂1：偶联剂2＝1：3
实施例2 60～80nm 偶联剂1：偶联剂2＝1：3
实施例3 200～250nm 偶联剂1：偶联剂2＝1：3
对比例1 60～80nm：200～250nm＝1:1 偶联剂1
对比例2 60～80nm：200～250nm＝1:1 偶联剂2
对比例3 60～80nm：200～250nm＝1:1 偶联剂1：偶联剂2＝1：2
对比例4 60～80nm：200～250nm＝1:1 偶联剂1：偶联剂2＝1：4
为了验证实施例1-3及对比例1-4的强度，将实施例1-3及对比例1-4的样品进行抗压强度和抗拉强度检测，结果如下：
编号 抗压强度MPa 抗拉强度MPa
实施例1 0.75 0.25
实施例2 0.72 0.23
实施例3 0.70 0.22
对比例1 0.61 0.17
对比例2 0.57 0.15
对比例3 0.63 0.18
对比例4 0.66 0.20
上述结果表明：(1)相比于使用常规的硅烷偶联剂，本发明使用的特定比例、特定种类偶联剂的组合可以有效提高纳米二氧化硅的预处理效果，有效避免纳米二氧化硅的团聚，最终提高保温材料的抗压强度和抗拉强度；(2)相比于使用单一粒径的纳米二氧化硅，在保温材料中使用特定粒径组合的纳米二氧化硅更有利于实现粒径的有效配级，进而提高提高保温材料的抗压强度和抗拉强度。

Claims (2)

1. 一种高强度保温材料，其特征在于，包括如下重量份的原料：普通硅酸盐水泥 80-90份、粉煤灰25-35份、预处理纳米二氧化硅8-12份、高分子预聚物2-4份、聚羧酸减水剂1-2份、玄武岩纤维1份、过氧化氢水溶液 8-10份、水55-65份；所述预处理纳米二氧化硅的原料及其重量比为纳米二氧化硅：偶联剂：无水乙醇=5：1：1；
所述预处理纳米二氧化硅中偶联剂由偶联剂1和偶联剂2按照质量比为1：3构成，其中，偶联剂1的结构式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
；
偶联剂2的结构式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
；
所述高分子预聚物的原料及其重量比为环氧树脂：丙烯酸：叔胺：孟烷二胺：乙烯基三甲氧基硅烷=50：40：3：40：2。
2. 根据权利要求1所述的高强度保温材料，其特征在于，所述预处理纳米二氧化硅中纳米二氧化硅由平均粒径为60~80 nm的纳米二氧化硅和平均粒径为200~250 nm的纳米二氧化硅按照质量比为1:1构成。
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