CN110562988A - 一种隔热保温材料及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隔热保温材料及其生产方法。本发明包括以下步骤：1)取硅胶生产过程中产生的酸性废水；2)取硅胶生产过程中产生的碱性滤饼；3)将酸性废水添加到碱性滤饼中，充分反应，至pH值为6.5‑8.5，过滤，得中和滤饼；4)冲洗中和滤饼，冲洗3‑5遍，于90‑130℃下，烘干，得保温材料。本发明利用硅胶生产过程中产生的酸性废水和碱性滤饼进行中和反应，将中和反应后的滤饼作为保温材料，用于工业设备保温，操作简单，施工方便，减少了保温成本，增加了副产物的附加值，实现了综合利用，减少了环境污染；该保温材料性质稳定，施工时不会对人体造成危害，无需佩戴专业护具，重量适宜，保温效果好，有着广阔的发展空间。
Description
技术领域
本发明属于保温材料的技术领域，特别是指一种隔热保温材料及其生产方法。
背景技术
随着经济的快速增长，各项建设取得巨大成就，但是也付出了较大能源消耗。热损耗在能源损耗中占有相当的比重。随着节能政策的推行和发展，保温材料受到各类生产厂家的重视，在化工、电力、冶金、石油建筑、交通、国防等行业的需求量越来越大，市场前景广阔。在工业和建筑中采用良好的保温技术与材料，往往可以起到事半功倍的效果。建筑中每使用一吨矿物棉绝热制品，一年可节约一吨石油。在工业生产过程中使用的很多高温设备，例如烘干设备、蒸汽输送管道等，为了减少热损耗节约能源，在设备外层需要加保温层。
现有的保温层主要是利用无机保温材料制备而成的，这些无机保温材料包括玻璃棉、岩棉、膨胀珍珠岩、发泡水泥等，玻璃棉和岩棉因材质原因，对人体有危害，在施工时需要佩戴专业护具；膨胀珍珠岩重量大，施工不方便；发泡水泥需要通过发泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，然后经过发泡机的泵送系统进行现浇施工或模具成型，操作难度较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种隔热保温材料及其生产方法，旨在解决现有技术中的无机保温材料存在施工难度大、重量大或对人体有危害的问题。
为了解决上述技术问题，本发明主要是通过以下技术方案加以实现的：
在一个方面，本发明的一种隔热保温材料的生产方法，包括以下步骤：1)取硅胶生产过程中在硅酸凝胶洗涤过程中产生的酸性废水，备用；2)取硅胶生产过程中固体硅酸钠在溶解压滤化料后产生的碱性滤饼，备用；3)将步骤1)所得酸性废水添加到步骤2)所得的碱性滤饼中，充分反应，至pH值为6.5-8.5，过滤，得中和滤饼；4)将步骤3)所得的中和滤饼进行冲洗，冲洗3-5遍，于90-130℃下，烘干，干燥20-24h，得保温材料。
本发明的保温材料的生产方法是充分利用无机硅胶生产过程中产生的废料，即硅酸钠与硫酸在进行酸碱中和反应生成硅酸凝胶之后在硅酸凝胶洗涤过程中产生的大量酸性废水以及固体硅酸钠在溶解压滤化料后产生的大量碱性滤饼，使酸性废水与碱性滤饼进行中和反应，过滤之后得到中性滤饼，这些中性滤饼的数量可观，开发利用这些中性滤饼是实现资源可持续发展的重要措施。中性滤饼的主要成分为二氧化硅，其无毒、无味、化学性质稳定，并且，具有多孔网状结构，可以用作保温材料，用于工业设备保温，操作简单，施工方便，减少了保温成本，增加了副产物的附加值，实现了综合利用，减少了环境污染；该保温材料性质稳定，不会对人体造成危害，施工时无需佩戴专业护具，重量适宜，保温效果好，有着广阔的发展空间。
作为一种优选的实施方案，所述酸性废水的pH值为1.5-2.5，所述酸性废水中硅酸的含量为1-3％。硅胶生产过程中产生的酸性废水的主要成分是硅酸，还含有钠离子和硫酸根离子，酸性很强，不能直接排放，硅酸含量比较高，可以重复利用。
作为一种优选的实施方案，所述碱性滤饼的pH值为11-13，所述碱性滤饼中二氧化硅的含量为50-70％。硅胶生产过程中产生的碱性滤饼主要成分是二氧化硅，还含有钠离子，碱性很强，不能直接丢弃，二氧化硅含量很高，直接丢弃会造成大量的浪费。
作为一种优选的实施方案，所述中和滤饼中二氧化硅含量大于60％。本发明的中和滤饼中主要成分是二氧化硅，其它组分为水，二氧化硅含量高，采用干燥的方法分离二氧化硅颗粒效益可观，因此，可以用于制作保温材料。
作为一种优选的实施方案，所述中和滤饼的孔容不低于0.4mL/g。本发明的滤饼具有多孔网状结构，孔容大，重量轻，易粉碎，方便包装和运输，保温效果好，回收利用价值高。
作为一种优选的实施方案，所述步骤3)中，酸性废水与碱性滤饼的质量比为1000:30-50。本发明可以通过控制酸性废水与碱性滤饼的质量比控制反应终点，使其反应后的pH值在6.5-8.5之间，这种控制方法简单，操作方便。
作为一种优选的实施方案，所述步骤4)中所得的保温材料装入外壳中，用于工业设备保温。本发明的保温材料经过烘干之后，还可以进行粉碎和筛选，使其颗粒更加均匀，然后进行包装或者直接装入外壳中制成保温层，用于工业设备保温，其性质稳定，保温效果好，成本低，应用前景广阔。
作为一种优选的实施方案，所述外壳是由防火布、玻纤布、聚氨酯板、硅酸钙板、玻镁板、塑钢板中的任意一种或几种制作而成。本发明保温层中外壳的材质是多种多样的，其种类多，来源广，可以根据实际情况任意选择。
在另一个方面，本发明的一种隔热保温材料，所述隔热保温材料是根据上面任意一项所述的隔热保温材料的生产方法制备而成的。采用本发明的方法生产的保温材料直接用于工业设备的隔热保温层，性质稳定，不会对人体造成危害，施工时无需佩戴专业护具，重量适宜，保温效果好，与相同厚度的外购岩棉相比，保温效果基本相同，有着广阔的发展空间。
作为一种优选的实施方案，所述保温材料的粒径大小不超过1.5mm，所述保温材料的含水率不超过2％。本发明的保温材料的粒径大小适宜，便于填充，有利于提高保温效果，含水率低，保温效果好。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的保温材料的生产方法是充分利用无机硅胶生产过程中产生的废料，即硅酸钠与硫酸在进行酸碱中和反应形成硅酸凝胶之后在硅酸凝胶洗涤过程中产生的大量酸性废水以及固体硅酸钠在溶解压滤化料后产生的大量碱性滤饼，使酸性废水与碱性滤饼进行中和反应之后得到中性滤饼；中性滤饼作为保温材料，用于工业设备保温，本发明的保温材料的生产方法简单，施工方便，减少了保温成本，增加了副产物的附加值，实现了综合利用，减少了环境污染；该保温材料无毒、无味、化学性质稳定，不会对人体造成危害，施工时无需佩戴专业护具，重量适宜，并且，具有多孔网状结构，保温效果好，有着广阔的发展空间。
具体实施方式
下面将结合本发明的具体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的一部分实施例，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作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。
本发明的一种隔热保温材料的生产方法，包括以下步骤：
1)取硅胶生产过程中在硅酸凝胶洗涤过程中产生的酸性废水，备用；
2)取硅胶生产过程中固体硅酸钠在溶解压滤化料后产生的碱性滤饼，备用；
3)将步骤1)所得酸性废水添加到步骤2)所得的碱性滤饼中，充分反应，至pH值为6.5-8.5，过滤，得中和滤饼；
4)将步骤3)所得的中和滤饼进行冲洗，冲洗3-5遍，于90-130℃下，烘干，干燥20-24h，得保温材料。
优选地，所述酸性废水的pH值为1.5-2.5，所述酸性废水中硅酸的含量为1-3％。
进一步地，所述碱性滤饼的pH值为11-13，所述碱性滤饼中二氧化硅的含量为50-70％。
具体地，所述中和滤饼中二氧化硅含量大于60％。
再次优选地，所述中和滤饼的孔容不低于0.4mL/g。
再进一步地，所述步骤3)中，酸性废水与碱性滤饼的质量比为1000:30-50。
再具体地，所述步骤4)中所得的保温材料装入外壳中，用于工业设备保温。
更优选地，所述外壳是由防火布、玻纤布、聚氨酯板、硅酸钙板、玻镁板、塑钢板中的任意一种或几种制作而成。
本发明的一种隔热保温材料，所述隔热保温材料是根据上面任意一项所述的隔热保温材料的生产方法制备而成的。
优选地，所述保温材料的粒径大小不超过1.5mm，所述保温材料的含水率不超过2％。
实施例一
本发明的一种隔热保温材料的生产方法，包括以下步骤：
1)取硅胶生产过程中硅酸钠与硫酸进行酸碱中和反应形成硅酸凝胶之后在硅酸凝胶洗涤过程中产生的酸性废水，备用；
2)取硅胶生产过程中固体硅酸钠在溶解压滤化料后产生的碱性滤饼，备用；
3)将步骤1)所得酸性废水添加到步骤2)所得的碱性滤饼中，充分反应，至pH值为6.5，过滤，得中和滤饼；
4)将步骤3)所得的中和滤饼进行冲洗，冲洗3遍，于130℃下，烘干，干燥20h，至含水率为0.3％，粉碎，筛选，得保温材料，经过检测，该保温材料的粒径大小为0.4mm。
实施例二
本发明的一种隔热保温材料的生产方法，包括以下步骤：
1)取硅胶生产过程中硅酸钠与硫酸进行酸碱中和反应形成硅酸凝胶之后在硅酸凝胶洗涤过程中产生的酸性废水，该酸性废水的pH值为1.5，酸性废水中硅酸的含量为3％，备用；
2)取硅胶生产过程中固体硅酸钠在溶解压滤化料后产生的碱性滤饼，碱性滤饼的pH值为13，碱性滤饼中二氧化硅的含量为50％，备用；
3)将步骤1)所得酸性废水添加到步骤2)所得的碱性滤饼中，充分反应，至pH值为8.5，过滤，得中和滤饼；
4)将步骤3)所得的中和滤饼进行冲洗，冲洗5遍，于90℃下，烘干，干燥24h，至含水率为1％，粉碎，筛选，得保温材料，经过检测，该保温材料的粒径大小为0.8mm。
实施例三
本发明的一种隔热保温材料的生产方法，包括以下步骤：
1)取硅胶生产过程中硅酸钠与硫酸进行酸碱中和反应形成硅酸凝胶之后在硅酸凝胶洗涤过程中产生的酸性废水，该酸性废水的pH值为2.5，酸性废水中硅酸的含量为1％，备用；
2)取硅胶生产过程中固体硅酸钠在溶解压滤化料后产生的碱性滤饼，碱性滤饼的pH值为11，碱性滤饼中二氧化硅的含量为70％，备用；
3)将步骤1)所得酸性废水添加到步骤2)所得的碱性滤饼中，充分反应，至pH值为7.0，过滤，得中和滤饼；
4)将步骤3)所得的中和滤饼进行冲洗，冲洗4遍，于110℃下，烘干，干燥20h，至含水率为2％，粉碎，筛选，得保温材料，经过检测，该保温材料的粒径大小为1.5mm。
实施例四
本发明的一种隔热保温材料的生产方法，包括以下步骤：
1)取硅胶生产过程中硅酸钠与硫酸进行酸碱中和反应形成硅酸凝胶之后在硅酸凝胶洗涤过程中产生的酸性废水，该酸性废水的pH值为2.0，酸性废水中硅酸的含量为2％，备用；
2)取硅胶生产过程中固体硅酸钠在溶解压滤化料后产生的碱性滤饼，碱性滤饼的pH值为12，碱性滤饼中二氧化硅的含量为60％，备用；
3)将步骤1)所得酸性废水添加到步骤2)所得的碱性滤饼中，充分反应，至pH值为7.5，过滤，得中和滤饼；
4)将步骤3)所得的中和滤饼进行冲洗，冲洗4遍，于110℃下，烘干，干燥23h，至含水率为0.8％，粉碎，筛选，得保温材料，经过检测，该保温材料的粒径大小为1mm。
实施例五
本发明的一种隔热保温材料的生产方法，包括以下步骤：
1)取硅胶生产过程中硅酸钠与硫酸进行酸碱中和反应形成硅酸凝胶之后在硅酸凝胶洗涤过程中产生的酸性废水，该酸性废水的pH值为2.0，酸性废水中硅酸的含量为2％，备用；
2)取硅胶生产过程中固体硅酸钠在溶解压滤化料后产生的碱性滤饼，碱性滤饼的pH值为12，碱性滤饼中二氧化硅的含量为60％，备用；
3)将步骤1)所得酸性废水添加到步骤2)所得的碱性滤饼中，酸性废水与碱性滤饼的质量比为1000:40，充分反应，至pH值为7.5，过滤，得中和滤饼；
4)将步骤3)所得的中和滤饼进行冲洗，冲洗5遍，于120℃下，烘干，干燥21h，至含水率为1.5％，粉碎，筛选，得保温材料，经过检测，该保温材料的粒径大小为0.5mm。
将本发明实施例一至实施例五所得的五份保温材料以及现有的市售岩棉保温材料作为对照样分别装入硅酸钙板材质制成的外壳中制作保温层，用作工业蒸汽输送管道的保温层，进行保温性能测试实验，蒸汽输送管道的表面温度均为80℃，保温层的厚度均为4cm，测定蒸汽输送管道上添加保温层之后的表面温度，并计算温度下降值，从而计算温度下降百分比，实验结果如表1所示。
表1不同保温材料的保温性能测试实验结果
由表1可以看出，本发明的方法制备的保温材料用作工业蒸汽输送管道的保温层时，其温度下降的百分比均在60％以上，即经过本发明的方法制备的保温材料进行保温后的蒸汽输送管道表面温度低，经过本发明的方法制备的保温材料进行保温后的蒸汽输送管道表面温度接近于室温，这说明经过本发明的方法制备的保温材料保温后的蒸汽输送管道的温度散失少，充分保证了热量的储存，减少了热量的浪费。
按照实施例三的方法制备保温材料干燥至含水率为1.5％，粉碎，并筛选出不同粒径大小的颗粒，组成不同粒径大小的保温材料，分别用作工业蒸汽输送管道的保温层，进行保温性能测试实验，蒸汽输送管道的表面温度均为80℃，保温层的厚度均为4cm，测定蒸汽输送管道上添加保温层之后的表面温度，并计算温度下降值，从而计算温度下降百分比，实验结果如表2所示。
表2不同粒径大小保温材料的保温性能测试实验结果
一般来说，常温下的松散材料的导热系数随着材料粒径的减小而降低；粒径大时，颗粒之间的空隙尺寸增大，其间空气的导热系数必然增大。本发明的保温材料为松散材料，其粒径大小影响颗粒之间的空隙，从而影响保温层的保温性能。由表2可以看出，本发明的保温材料的粒径越小，所得保温层的保温性能越好，但是，保温材料的粒径越小粉碎成本越高；综合工业设备的保温要求和粉碎成本考虑，确定保温材料粉碎后的粒度大小不超过1.5mm。
将本发明实施例三制备的保温材料，分别装入硅酸钙板材质制成的外壳中制作保温层，设置不同的厚度，用作工业蒸汽输送管道的保温层，进行保温性能测试实验，蒸汽输送管道的表面温度均为80℃，保温层的厚度均为4cm，测定蒸汽输送管道上添加保温层之后的表面温度，并计算温度下降值，从而计算温度下降百分比，实验结果如表3所示。
表3不同保温层厚度的保温性能测试实验结果
由表3可以看出，本发明的方法制备的保温材料用作工业蒸汽输送管道的保温层时，保温层的厚度越厚，其保温性能越好，保温层厚度为10cm时，就能满足工业蒸汽输送管道的保温要求。此时的工业蒸汽输送管道的表面温度只有29.8℃，保温效果很好，很好的保存了工业蒸汽输送管道内部的热量，大大减少了工业蒸汽输送管道内部热量的浪费。
按照实施例三的方法制备保温材料干燥至不同的含水率，粉碎，并筛选出不同粒径大小为1.5mm的颗粒，分别装入硅酸钙板材质制成的外壳中制作保温层，用作工业蒸汽输送管道的保温层，进行保温性能测试实验，蒸汽输送管道的表面温度均为80℃，保温层的厚度均为4cm，测定蒸汽输送管道上添加保温层之后的表面温度，并计算温度下降值，从而计算温度下降百分比，实验结果如表4所示。
表4不同含水率保温材料的保温性能测试实验结果
由于保温材料为多孔结构，容易吸收水分。另外，保温材料在使用的过程中，也会因为老化分解而释放一部分水分和气体。水的导热系数为空气的25倍。研究表明，当含水率大于5-10％，保温材料吸湿后水分占据了多孔介质的气孔空间，引起其导热系数λ的急剧升高。由表4可以看出，本发明的方法制备的保温材料用作工业蒸汽输送管道的保温层时，含水率越高，保温层的保温性能越差；反之，含水率越低，保温层的保温性能越好；但是，保温层含水率越低，烘干成本则越高，考虑到工业保温需求以及烘干成本，确定保温材料的含水率为1-2％。
将本发明实施例三制备的保温材料，分别装入硅酸钙板材质制成的外壳中制作保温层，对待保温的工业蒸汽输送管道设置不同的表面温度，用作工业蒸汽输送管道的保温层，进行保温性能测试实验，保温层的厚度均为4cm，测定蒸汽输送管道上添加保温层之后的表面温度，并计算温度下降值，从而计算温度下降百分比，实验结果如表5所示。
表5待保温设备不同表面温度下保温材料的保温性能测试实验结果
由于温度对保温材料导热系数有直接影响。温度升高，保温材料的导热系数一般会上升。但是，随着温度的增加，由于λ∝T2，辐射导热因子的作用会有显著的增大。λ可表示为：
λ＝4GdεσT2；
式中：G为气孔的几何因子；d为气孔平均直径(m)；ε为气孔的热发射率；σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数；在一定温度下，λ主要取决于d的值。由表5可以看出，本发明的方法制备的保温材料用作工业蒸汽输送管道的保温层时，工业蒸汽输送管道外表温度越高，保温材料的保温性能越差，要想达到想要的保温效果，必须增加保温层的厚度。
表6不同批次保温材料的保温性能测试实验结果
取本发明实施例三所得的保温材料6份，分成2组，在工业蒸汽输送管道不同的表面温度下，分别进行保温性能测试实验，每组保温材料相当于进行了3组重复性实验，蒸汽输送管道的表面温度分别为80和120℃，保温层的厚度均为4cm，测定蒸汽输送管道上添加保温层之后的表面温度，并计算温度下降值，从而计算温度下降百分比，实验结果如表6所示。由表6可以看出，本发明的方法生产的保温材料批次间的稳定性和重复性良好。
因此，与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的保温材料的生产方法是充分利用无机硅胶生产过程中产生的废料，即硅酸钠与硫酸在进行酸碱中和反应形成硅酸凝胶之后在硅酸凝胶洗涤过程中产生的大量酸性废水以及固体硅酸钠在溶解压滤化料后产生的大量碱性滤饼，使酸性废水与碱性滤饼进行中和反应之后得到中性滤饼；中性滤饼作为保温材料，用于工业设备保温，本发明的保温材料的生产方法简单，施工方便，减少了保温成本，增加了副产物的附加值，实现了综合利用，减少了环境污染；该保温材料无毒、无味、化学性质稳定，不会对人体造成危害，施工时无需佩戴专业护具，重量适宜，并且，具有多孔网状结构，保温效果好，有着广阔的发展空间。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种隔热保温材料的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)取硅胶生产过程中在硅酸凝胶洗涤过程中产生的酸性废水，备用；
2)取硅胶生产过程中固体硅酸钠在溶解压滤化料后产生的碱性滤饼，备用；
3)将步骤1)所得酸性废水添加到步骤2)所得的碱性滤饼中，充分反应，至pH值为6.5-8.5，过滤，得中和滤饼；
4)将步骤3)所得的中和滤饼进行冲洗，冲洗3-5遍，于90-130℃下，烘干，干燥20-24h，得保温材料。
2.根据权利要求1所述的隔热保温材料的生产方法，其特征在于：
所述酸性废水的pH值为1.5-2.5，所述酸性废水中硅酸的含量为1-3％。
3.根据权利要求1所述的隔热保温材料的生产方法，其特征在于：
所述碱性滤饼的pH值为11-13，所述碱性滤饼中二氧化硅的含量为50-70％。
4.根据权利要求1所述的隔热保温材料的生产方法，其特征在于：
所述中和滤饼中二氧化硅含量大于60％。
5.根据权利要求1所述的隔热保温材料的生产方法，其特征在于：
所述中和滤饼的孔容不低于0.4mL/g。
6.根据权利要求1所述的隔热保温材料的生产方法，其特征在于：
所述步骤3)中，酸性废水与碱性滤饼的质量比为1000:30-50。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的隔热保温材料的生产方法，其特征在于：
所述步骤4)中所得的保温材料装入外壳中，用于工业设备保温。
8.根据权利要求7所述的隔热保温材料的生产方法，其特征在于：
所述外壳是由防火布、玻纤布、聚氨酯板、硅酸钙板、玻镁板、塑钢板中的任意一种或几种制作而成。
9.一种隔热保温材料，其特征在于：
所述隔热保温材料是根据权利要求1-8中任意一项所述的隔热保温材料的生产方法制备而成的。
10.根据权利要求9所述的隔热保温材料的生产方法，其特征在于：
所述保温材料的粒径大小不超过1.5mm，所述保温材料的含水率不超过2％。
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