CN110937864A - 一种功能气凝胶/水泥纤维复合保温板材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功能气凝胶/水泥纤维复合保温板材料的制备方法，包括如下步骤：(1)TiO2‑SiO2复合溶胶的制备；(2)抗菌玻璃纤维网格布的制备；(3)凝胶复合材料的制备。本发明采用功能气凝胶与水泥纤维复合保温板相结合，提高保温板的隔热吸声、机械强度、疏水性、防火等级等性能；将TiO2组分引入到SiO2气凝胶体系中，实现光催化降解和抗菌性能的附加。另，本发明的玻璃纤维网格布采用超细粉末活性炭进行处理，使其具有抗菌效果，10μm超细粉末大大增加了活性炭粒子的比表面积，提高了抗菌效率；还添加了超高分子量聚乙烯，能够加强保温板的耐冲击、耐磨损、耐腐蚀、耐应力开裂性、抗冲击、阻燃等性能。

Description

一种功能气凝胶/水泥纤维复合保温板材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种功能气凝胶/水泥纤维复合保温板材料的制备方法。
背景技术
目前，市场上的保温墙体材料种类繁多，性能不一，它们的热导率和强度等基本技术参数还有提升空间。随着人们生活质量的提高，对于这些材料的研究也不仅仅局限于保温、隔热、防水、防潮、耐火、耐久等基础的性能的提升和成本的控制，而是提出了一系列的舒适性要求，期望通过掺杂和增强等形式使其在隔声、隔视线、抗菌等性能方面有所附加。
对于材料基础隔热性能的提升，可以通过掺杂或复合超低热导率的材料来实现，气凝胶材料作为近些年兴起并实现产业化的超级绝热材料，是最佳选择之一。气凝胶是一种具有三维纳米多孔网络结构的固体材料，由于其具有高比表面积、高孔隙率、低密度和低热导率的特点，被广泛应用于隔热、催化和吸附领域。SiO2气凝胶作为气凝胶材料中最常用的一种，又被称之为“冻烟”，其组成中95％以上都是气体，拥有很高的比表面积(高达1000m2/g)，孔隙率可以达到98％-99％，是目前世界上密度最低的固体。由于其纳米多孔的网络结构使其在很大程度上抑制了固体和气体热传导，所以SiO2气凝胶具有极低的热导率(低至0.013W/m-1·K-1)。目前气凝胶玻璃纤维毡复合气凝胶产品已经实现产业化并广泛应用于石油管道、稠油热采、建筑保温和LNG保冷等多个领域，其原材料成本控制、制备工艺成熟度和产品性能稳定性也得到了市场考验，因此，SiO2气凝胶粉末制品可作为高效隔热填充颗粒在本项目中有所应用。作为世面上最广泛使用的光催化半导体材料，TiO2已被证明具有光催化降解和抗菌功能，通过同步溶胶法可制备出SiO2-TiO2复合二元气凝胶材料，TiO2组分均匀的原位复合在SiO2气凝胶的网络骨架之中，高比表面积和孔体积可使反应物在光催化粒子表面富集，而纳米粒子的尺寸效应可增加催化活性位点，改善光催化反应的动力学条件，还可缩短电子/空穴对由催化剂内部迁移到表面的时间，降低它们复合几率，这都有助于光催化好和抗菌活性的提高。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种功能气凝胶/水泥纤维复合保温板材料的制备方法，使其具有防火、保温隔热性能好、强度高、抗菌、无毒无害等特点。
为了实现本发明的目的，采用的技术方案是：
一种功能气凝胶/水泥纤维复合保温板材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)TiO2-SiO2复合溶胶的制备
将碱性硅溶胶、无水乙醇按体积比1:﹙0.5～2﹚均匀混合得SiO2溶胶，在搅拌状态下，按SiO2与TiO2的质量比为10:(0.1～0.3)，将钛白粉加到SiO2溶胶中，加酸调节溶液pH值为6～7，不断搅拌制得TiO2-SiO2复合溶胶；
(2)抗菌玻璃纤维网格布的制备
将粉末活性炭、Silok 7007超分散剂和XPJ220消泡剂按50:10:1质量比在行星式球磨机中反复球磨4h，即可得到粒径小于10μm的超细粉末活性炭，将粉末活性炭与水按1:20的质量比搅拌均匀，并添加0.2％的丙烯酸水性粘合剂JH-436，再将玻璃纤维网格布放入溶液中浸泡2～4天，最后轧水烘干；
(3)凝胶复合材料的制备
将TiO2-SiO2复合溶胶：硅酸盐水泥：凹凸棒土：超高分子量聚乙烯：膨胀珍珠岩＝1.0：3.0：0.1-1.0：0.01-0.1：0.1-1.0的重量比加在一起，加入粘结剂和发泡剂，快速搅拌，使其均匀分散后用催化剂调节凝胶时间，最后将所得混合物注入模具底部，再中间铺设玻璃纤维网格布，最终再以混合物封面，老化以后进行常压干燥处理，即可获得功能气凝胶/水泥纤维复合保温板材料。
进一步，步骤(3)中的原料重量比为TiO2-SiO2复合溶胶：硅酸盐水泥：凹凸棒土：超高分子量聚乙烯：膨胀珍珠岩＝1.0：3.0：0.8：0.1：1.0。
进一步，所述的粘结剂为苯丙乳液、纯丙乳液、氟碳乳液。
进一步，所述的发泡剂为双氧水。
进一步，所述的催化剂为盐酸、氢氧化钠、氢氟酸、硫酸。
本发明具有的有益效果：
1、本发明的玻璃纤维网格布采用超细粉末活性炭进行处理，使其具有抗菌效果，10μm超细粉末大大增加了活性炭粒子的比表面积，提高了抗菌效率，其中添加分散剂的目的是使得粉末活性炭能够充分分散，充分研磨；添加消泡剂的目的是由于活性炭内部孔隙结构发达，在研磨中会出现很多气泡，降低研磨效率。
2、本发明添加了超高分子量聚乙烯，能够加强保温板的耐冲击、耐磨损、耐腐蚀、耐应力开裂性、抗冲击、阻燃等性能。
3、本发明采用功能气凝胶与水泥纤维复合保温板相结合，能够提高保温板的隔热吸声、机械强度、疏水性及防火等级等能力；将TiO2组分引入到SiO2气凝胶体系当中，以实现光催化降解和抗菌性能的附加。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述，但本发明的保护范围不仅仅局限于实施例。
实施例1
一种功能气凝胶/水泥纤维复合保温板材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)TiO2-SiO2复合溶胶的制备
将碱性硅溶胶、无水乙醇按体积比1:0.5均匀混合得SiO2溶胶，在搅拌状态下，按SiO2与TiO2的质量比为10:0.1，将钛白粉加到SiO2溶胶中，加酸调节溶液pH值为6～7，不断搅拌制得TiO2-SiO2复合溶胶；
(2)抗菌玻璃纤维网格布的制备
将粉末活性炭、Silok 7007超分散剂和XPJ220消泡剂按50:10:1质量比在行星式球磨机中反复球磨4h，即可得到粒径小于10μm的超细粉末活性炭，将粉末活性炭与水按1:20的质量比搅拌均匀，并添加0.2％的丙烯酸水性粘合剂JH-436，再将玻璃纤维网格布放入溶液中浸泡2～4天，最后轧水烘干；
(3)凝胶复合材料的制备
将TiO2-SiO2复合溶胶：硅酸盐水泥：凹凸棒土：超高分子量聚乙烯：膨胀珍珠岩＝1.0：3.0：0.1：0.01：0.1的重量比加在一起，加入粘结剂和发泡剂，快速搅拌，使其均匀分散后用催化剂调节凝胶时间，最后将所得混合物注入模具底部，再中间铺设玻璃纤维网格布，最终再以混合物封面，老化以后进行常压干燥处理，即可获得功能气凝胶/水泥纤维复合保温板材料。
其中，粘结剂为苯丙乳液、纯丙乳液、氟碳乳液，发泡剂为双氧水，催化剂为盐酸、氢氧化钠、氢氟酸、硫酸。
实施例2
一种功能气凝胶/水泥纤维复合保温板材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)TiO2-SiO2复合溶胶的制备
将碱性硅溶胶、无水乙醇按体积比1:2均匀混合得SiO2溶胶，在搅拌状态下，按SiO2与TiO2的质量比为10:0.3，将钛白粉加到SiO2溶胶中，加酸调节溶液pH值为6～7，不断搅拌制得TiO2-SiO2复合溶胶；
(2)抗菌玻璃纤维网格布的制备
将粉末活性炭、Silok 7007超分散剂和XPJ220消泡剂按50:10:1质量比在行星式球磨机中反复球磨4h，即可得到粒径小于10μm的超细粉末活性炭，将粉末活性炭与水按1:20的质量比搅拌均匀，并添加0.2％的丙烯酸水性粘合剂JH-436，再将玻璃纤维网格布放入溶液中浸泡2～4天，最后轧水烘干；
(3)凝胶复合材料的制备
将TiO2-SiO2复合溶胶：硅酸盐水泥：凹凸棒土：超高分子量聚乙烯：膨胀珍珠岩＝1.0：3.0：1.0：0.1：1.0的重量比加在一起，加入粘结剂和发泡剂，快速搅拌，使其均匀分散后用催化剂调节凝胶时间，最后将所得混合物注入模具底部，再中间铺设玻璃纤维网格布，最终再以混合物封面，老化以后进行常压干燥处理，即可获得功能气凝胶/水泥纤维复合保温板材料。
其中，粘结剂为苯丙乳液、纯丙乳液、氟碳乳液，发泡剂为双氧水，催化剂为盐酸、氢氧化钠、氢氟酸、硫酸。
实施例3
一种功能气凝胶/水泥纤维复合保温板材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)TiO2-SiO2复合溶胶的制备
将碱性硅溶胶、无水乙醇按体积比1:2均匀混合得SiO2溶胶，在搅拌状态下，按SiO2与TiO2的质量比为10:0.3，将钛白粉加到SiO2溶胶中，加酸调节溶液pH值为6～7，不断搅拌制得TiO2-SiO2复合溶胶；
(2)抗菌玻璃纤维网格布的制备
将粉末活性炭、Silok 7007超分散剂和XPJ220消泡剂按50:10:1质量比在行星式球磨机中反复球磨4h，即可得到粒径小于10μm的超细粉末活性炭，将粉末活性炭与水按1:20的质量比搅拌均匀，并添加0.2％的丙烯酸水性粘合剂JH-436，再将玻璃纤维网格布放入溶液中浸泡2～4天，最后轧水烘干；
(3)凝胶复合材料的制备
将TiO2-SiO2复合溶胶：硅酸盐水泥：凹凸棒土：超高分子量聚乙烯：膨胀珍珠岩＝1.0：3.0：0.8：0.1：1.0的重量比加在一起，加入粘结剂和发泡剂，快速搅拌，使其均匀分散后用催化剂调节凝胶时间，最后将所得混合物注入模具底部，再中间铺设玻璃纤维网格布，最终再以混合物封面，老化以后进行常压干燥处理，即可获得功能气凝胶/水泥纤维复合保温板材料。
其中，粘结剂为苯丙乳液、纯丙乳液、氟碳乳液，发泡剂为双氧水，催化剂为盐酸、氢氧化钠、氢氟酸、硫酸。
本项目制备出的TiO2-SiO2气凝胶/水泥纤维复合板材料达到的主要技术指标如下表所示：
性能 单位 要求
导热系数 W/(m·K) ＜0.1
防火等级 — A1
憎水性 接触角(°) ＞130
抗压强度 Mpa ＞8
抗折强度 Mpa ＞4
吸声系数 α ＞0.2
抗菌性能 抗菌率 90％
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (5)

1.一种功能气凝胶/水泥纤维复合保温板材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)TiO2-SiO2复合溶胶的制备
将碱性硅溶胶、无水乙醇按体积比1:﹙0.5～2﹚均匀混合得SiO2溶胶，在搅拌状态下，按SiO2与TiO2的质量比为10:(0.1～0.3)，将钛白粉加到SiO2溶胶中，加酸调节溶液pH值为6～7，不断搅拌制得TiO2-SiO2复合溶胶；
(2)抗菌玻璃纤维网格布的制备
将粉末活性炭、Silok 7007超分散剂和XPJ220消泡剂按50:10:1质量比在行星式球磨机中反复球磨4h，即可得到粒径小于10μm的超细粉末活性炭，将粉末活性炭与水按1:20的质量比搅拌均匀，并添加0.2％的丙烯酸水性粘合剂JH-436，再将玻璃纤维网格布放入溶液中浸泡2～4天，最后轧水烘干；
(3)凝胶复合材料的制备
将TiO2-SiO2复合溶胶：硅酸盐水泥：凹凸棒土：超高分子量聚乙烯：膨胀珍珠岩＝1.0：3.0：0.1-1.0：0.01-0.1：0.1-1.0的重量比加在一起，加入粘结剂和发泡剂，快速搅拌，使其均匀分散后用催化剂调节凝胶时间，最后将所得混合物注入模具底部，再中间铺设玻璃纤维网格布，最终再以混合物封面，老化以后进行常压干燥处理，即可获得功能气凝胶/水泥纤维复合保温板材料。
2.根据权利要求1所述的一种功能气凝胶/水泥纤维复合保温板材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的原料重量比为TiO2-SiO2复合溶胶：硅酸盐水泥：凹凸棒土：超高分子量聚乙烯：膨胀珍珠岩＝1.0：3.0：0.8：0.1：1.0。
3.根据权利要求1所述的一种功能气凝胶/水泥纤维复合保温板材料的制备方法，其特征在于，所述的粘结剂为苯丙乳液、纯丙乳液、氟碳乳液。
4.根据权利要求1所述的一种功能气凝胶/水泥纤维复合保温板材料的制备方法，其特征在于，所述的发泡剂为双氧水。
5.根据权利要求1所述的一种功能气凝胶/水泥纤维复合保温板材料的制备方法，其特征在于，所述的催化剂为盐酸、氢氧化钠、氢氟酸、硫酸。
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