CN111995303B - 一种矿物纤维绝热材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于复合材料制备技术领域，公开了一种矿物纤维绝热材料及其制备方法，所述矿物纤维绝热材料按照质量分数由改性二氧化硅12‑16份、纳米二氧化钛10‑13份、氧化铝8‑10份、氧化钙8‑10份、粘土6‑7份、溶剂8‑12份、渗透剂3‑5份、分散剂1‑2份、粘结剂2‑3份组成。本发明使用改性二氧化硅作为主要原料进行绝热材料的制备，改性二氧化硅的粒子分布更均匀，能够实现绝热材料绝热效果的有效提升；并且在绝热材料中添加纳米二氧化钛、氧化钙以及氧化铝，能给实现绝热材料强度的提升以及稳定性的维持，制备的绝热材料的性能更优；本发明的制备方法简单，能耗较低，能给实现大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于复合材料制备技术领域，尤其涉及一种矿物纤维绝热材料及其制备方法。
背景技术
目前：绝热材料是指能阻滞热流传递的材料，又称热绝缘材料。绝热材料用于建筑围护或者热工设备、阻抗热流传递的材料或者材料复合体，既包括保温材料，也包括保冷材料。绝热材料一方面满足了建筑空间或热工设备的热环境，另一方面也节约了能源。目前市场上使用的绝热材料主要有岩棉、玻璃棉、膨胀珍珠岩、泡沫混凝土等，这些材料具有价格低、本身为不燃材料、与墙体的粘结性较好的优点，但同时也具有密度大、保温隔热性差、铺设较厚材料损耗量大、吸湿性高、抗震性能差及环保性能较差的缺点，因此，使用这些无机保温材料往往无法达到节能标准，且石棉或玻璃棉等建筑保温材料本身均带有大量的有害物质，无法满足人的健康要求。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：目前使用的绝热材料的密度大、保温隔热性差、吸湿性高、抗震性能差及环保性能较差，无法满足建设需求。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种矿物纤维绝热材料及其制备方法。
本发明是这样实现的，一种矿物纤维绝热材料的制备方法，所述矿物纤维绝热材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一，分别进行纳米二氧化硅和纳米二氧化钛的制备，将制备的纳米二氧化硅进行改性得到改性二氧化硅粉末；
所述将制备的纳米二氧化硅进行改性得到改性二氧化硅粉末包括以下步骤：
(1.1)取制备的纳米二氧化硅，将纳米二氧化硅进行充分干燥；
(1.2)将干燥后的纳米二氧化硅加入乙醇中进行超声分散，得到纳米二氧化硅-乙醇溶液；
(1.3)在超声分散后的纳米二氧化硅-乙醇溶液中加入聚氨酯和钛酸酯改性剂，在75-80℃环境下进行搅拌，反应2-3h；
(1.4)将反应物放入真空干燥箱中进行干燥，得到改性二氧化硅；
(1.5)收集改性二氧化硅，对其进行球磨，得到改性二氧化硅粉末；
步骤二，将制备的改性二氧化硅粉末和纳米二氧化钛进行混合，得到纳米粉末；
步骤三，将氧化铝粉末置于球磨机中进行球磨，得到粒径＜60μm的氧化铝超微粉末；
所述将氧化铝粉末置于球磨机中进行球磨，包括：
1)将氧化铝粉末置于球磨机中；
2)在球磨机中添加浓度为65％的乙醇，使其与氧化铝粉末均匀混合；
3)进行球磨，对氧化铝粉末和乙醇溶液的混合物进行充分研磨；
4)将研磨后的物质取出，进行加热，直至挥发气体中无刺激性气味，停止加热，收集粉末，即得粒径＜60μm的氧化铝超微粉末；
步骤四，对干燥的石灰石进行煅烧，制备氧化钙；并将氧化钙进行研磨，过筛，得到粒径＜200μm的氧化钙粉末；
所述对干燥的石灰石进行煅烧，制备氧化钙，包括：
(4.1)将干燥的石灰石进行粉碎，得到石灰石颗粒；
(4.2)将石灰石颗粒置于煅烧窑中，设定煅烧温度为600-800℃进行第一次煅烧，煅烧时间为6-8h；
(4.3)第一次煅烧后进行2-3h冷却，然后升温至850-900℃进行第二次煅烧，煅烧时间为3-5h；
(4.4)第二次煅烧候进行5-8h冷却，然后打开煅烧窑，取出煅烧后的石灰石，即为氧化钙；
步骤五，将步骤三制备的氧化铝超微粉末和步骤四制备的氧化钙粉末进行混合，加入溶剂，搅拌中加入渗透剂，搅拌均匀，得到混合物A；
步骤六，在步骤五制备的混合物A中添加步骤二制备的纳米粉末，然后加入分散剂，搅拌均匀，得到混合物B；
步骤七，将步骤六制备的混合物B置于搅拌机中，搅拌中缓慢加入粘结剂，粘结剂添加结束后继续进行2-3h搅拌，得到矿物纤维绝热浆料；
步骤八，将矿物纤维浆料取出，置于模具中，静置成型后放入烘干箱进行烘干，得到矿物纤维绝热材料。
进一步，步骤一中，所述分别进行纳米二氧化硅和纳米二氧化钛的制备，具体包括：
(1)将表面活性剂与去离子水进行混合得到混合液，将混合液置于磁力搅拌机上进行搅拌；
(2)将搅拌液进行20-26℃恒温水浴，得到分散液；
(3)在分散液中加入二氧化硅水多元醇，搅拌进行充分分散，得到纳米二氧化硅；
(4)在分散液中加入二氧化钛和无水乙醇，搅拌进行充分分散，得到纳米二氧化钛。
进一步，步骤(1.2)中，所述将干燥后的纳米二氧化硅加入乙醇中进行超声分散具体为：超声频率为40-60kHz，超声时间为1-3h。
进一步，步骤(1.4)中，所述将反应物放入真空干燥箱中进行干燥具体为：设定干燥温度为90-100℃，干燥压力为0.01-0.05MPa。
进一步，步骤五中，所述溶剂具体为甲苯。
进一步，步骤七中，所述搅拌速率为3000rpm～50000rpm。
进一步，步骤八中，所述静置成型后放入烘干箱进行烘干，具体为：将模具置于烘干箱中，设定烘干温度为80-110℃，烘干时间为40-50min。
本发明的另一目的在于提供一种利用所述矿物纤维绝热材料的制备方法制备的矿物纤维绝热材料的，所述矿物纤维绝热材料按照质量分数由改性二氧化硅12-16份、纳米二氧化钛10-13份、氧化铝8-10份、氧化钙8-10份、粘土6-7份、溶剂8-12份、渗透剂3-5份、分散剂1-2份、粘结剂2-3份组成。
进一步，所述矿物纤维绝热材料的纤维直径为4-6μm，其纤维长度为20-45mm。
进一步，所述矿物纤维绝热材料的取向角为8-15°。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明使用改性二氧化硅作为主要原料进行绝热材料的制备，改性二氧化硅的粒子分布更均匀，能够实现绝热材料绝热效果的有效提升；并且在绝热材料中添加纳米二氧化钛、氧化钙以及氧化铝，能实现绝热材料强度的提升以及稳定性的维持，制备的绝热材料的性能更优；本发明的制备方法简单，能耗较低，能给实现大规模工业化生产。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的矿物纤维绝热材料及其制备方法的流程图。
图2是本发明实施例提供的分别进行纳米二氧化硅和纳米二氧化钛的制备的流程图。
图3是本发明实施例提供的将制备的纳米二氧化硅进行改性得到改性二氧化硅粉末的流程图。
图4是本发明实施例提供的将氧化铝粉末置于球磨机中进行球磨的流程图。
图5是本发明实施例提供的对干燥的石灰石进行煅烧，制备氧化钙的流程图。
图6是本发明实施例提供的矿物纤维绝热材料的示意图。
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，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种矿物纤维绝热材料及其制备方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的矿物纤维绝热材料的制备方法包括以下步骤：
S101，分别进行纳米二氧化硅和纳米二氧化钛的制备，将制备的纳米二氧化硅进行改性得到改性二氧化硅粉末；
S102，将制备的改性二氧化硅粉末和纳米二氧化钛进行混合，得到纳米粉末；
S103，将氧化铝粉末置于球磨机中进行球磨，得到粒径＜60μm的氧化铝超微粉末；
S104，对干燥的石灰石进行煅烧，制备氧化钙；并将氧化钙进行研磨，过筛，得到粒径＜200μm的氧化钙粉末；
S105，将步骤S103制备的氧化铝超微粉末和步骤S104制备的氧化钙粉末进行混合，加入溶剂，搅拌中加入渗透剂，搅拌均匀，得到混合物A；
S106，在步骤S105制备的混合物A中添加步骤S102制备的纳米粉末，然后加入分散剂，搅拌均匀，得到混合物B；
S107，将步骤S106制备的混合物B置于搅拌机中，搅拌中缓慢加入粘结剂，粘结剂添加结束后继续进行2-3h搅拌，得到矿物纤维绝热浆料；
S108，将矿物纤维浆料取出，置于模具中，静置成型后放入烘干箱进行烘干，得到矿物纤维绝热材料。
如图2所示，步骤S101中，本发明实施例提供的分别进行纳米二氧化硅和纳米二氧化钛的制备，具体包括：
S201，将表面活性剂与去离子水进行混合得到混合液，将混合液置于磁力搅拌机上进行搅拌；
S202，将搅拌液进行20-26℃恒温水浴，得到分散液；
S203，在分散液中加入二氧化硅水多元醇，搅拌进行充分分散，得到纳米二氧化硅；
S204，在分散液中加入二氧化钛和无水乙醇，搅拌进行充分分散，得到纳米二氧化钛。
如图3所示，步骤S101中，本发明实施例提供的将制备的纳米二氧化硅进行改性得到改性二氧化硅粉末，具体包括以下步骤：
S301，取制备的纳米二氧化硅，将纳米二氧化硅进行充分干燥；
S302，将干燥后的纳米二氧化硅加入乙醇中进行超声分散，得到纳米二氧化硅-乙醇溶液；
S303，在超声分散后的纳米二氧化硅-乙醇溶液中加入聚氨酯和钛酸酯改性剂，在75-80℃环境下进行搅拌，反应2-3h；
S304，将反应物放入真空干燥箱中进行干燥，得到改性二氧化硅；
S305，收集改性二氧化硅，对其进行球磨，得到改性二氧化硅粉末。
步骤S202中，本发明实施例提供的将干燥后的纳米二氧化硅加入乙醇中进行超声分散具体为：超声频率为40-60kHz，超声时间为1-3h。
步骤S204中，本发明实施例提供的将反应物放入真空干燥箱中进行干燥具体为：设定干燥温度为90-100℃，干燥压力为0.01-0.05MPa。
如图4所示，步骤S103中，本发明实施例提供的将氧化铝粉末置于球磨机中进行球磨，包括：
S401，将氧化铝粉末置于球磨机中；
S402，在球磨机中添加浓度为65％的乙醇，使其与氧化铝粉末均匀混合；
S403，进行球磨，对氧化铝粉末和乙醇溶液的混合物进行充分研磨；
S404，将研磨后的物质取出，进行加热，直至挥发气体中无刺激性气味，停止加热，收集粉末，即为氧化铝粉末。
如图5所示，步骤S104中，本发明实施例提供的对干燥的石灰石进行煅烧，制备氧化钙，具体包括：
S501，将干燥的石灰石进行粉碎，得到石灰石颗粒；
S502，将石灰石颗粒置于煅烧窑中，设定煅烧温度为600-800℃进行第一次煅烧，煅烧时间为6-8h；
S503，第一次煅烧后进行2-3h冷却，然后升温至850-900℃进行第二次煅烧，煅烧时间为3-5h；
S504，第二次煅烧候进行5-8h冷却，然后打开煅烧窑，取出煅烧后的石灰石，即为氧化钙。
步骤S105中，本发明实施例提供的溶剂具体为甲苯。
步骤S107中，本发明实施例提供的搅拌速率为3000rpm～50000rpm。
步骤S108中，本发明实施例提供的静置成型后放入烘干箱进行烘干，具体为：将模具置于烘干箱中，设定烘干温度为80-110℃，烘干时间为40-50min。
本发明实施例提供的矿物纤维绝热材料按照质量分数由改性二氧化硅12-16份、纳米二氧化钛10-13份、氧化铝8-10份、氧化钙8-10份、粘土6-7份、溶剂8-12份、渗透剂3-5份、分散剂1-2份、粘结剂2-3份组成。
本发明实施例提供的矿物纤维绝热材料的纤维直径为4-6μm，其纤维长度为20-45mm。
本发明实施例提供的矿物纤维绝热材料的取向角为8-15°。
以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种矿物纤维绝热材料的制备方法，其特征在于，所述矿物纤维绝热材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一，分别进行纳米二氧化硅和纳米二氧化钛的制备，将制备的纳米二氧化硅进行改性得到改性二氧化硅粉末；
所述将制备的纳米二氧化硅进行改性得到改性二氧化硅粉末包括以下步骤：
(1)取制备的纳米二氧化硅，将纳米二氧化硅进行充分干燥；
(2)将干燥后的纳米二氧化硅加入乙醇中进行超声分散，得到纳米二氧化硅-乙醇溶液；
(3)在超声分散后的纳米二氧化硅-乙醇溶液中加入聚氨酯和钛酸酯改性剂，在75-80℃环境下进行搅拌，反应2-3h；
(4)将反应物放入真空干燥箱中进行干燥，得到改性二氧化硅；将反应物放入真空干燥箱中进行干燥具体为：设定干燥温度为90-100℃，干燥压力为0.01-0.05MPa；
(5)收集改性二氧化硅，对其进行球磨，得到改性二氧化硅粉末；
步骤二，将制备的改性二氧化硅粉末和纳米二氧化钛进行混合，得到纳米粉末；
步骤三，将氧化铝粉末置于球磨机中进行球磨，得到粒径＜60μm的氧化铝超微粉末；
所述将氧化铝粉末置于球磨机中进行球磨，得到粒径＜60μm的氧化铝超微粉末包括：
(1)将氧化铝粉末置于球磨机中；
(2)在球磨机中添加浓度为65％的乙醇，使其与氧化铝粉末均匀混合；
(3)进行球磨，对氧化铝粉末和乙醇溶液的混合物进行充分研磨；
(4)将研磨后的物质取出，进行加热，直至挥发气体中无刺激性气味，停止加热，收集粉末，即得粒径＜60μm的氧化铝超微粉末；
步骤四，对干燥的石灰石进行煅烧，制备氧化钙；并将氧化钙进行研磨，过筛，得到粒径＜200μm的氧化钙粉末；
所述对干燥的石灰石进行煅烧，制备氧化钙，包括：
(1)将干燥的石灰石进行粉碎，得到石灰石颗粒；
(2)将石灰石颗粒置于煅烧窑中，设定煅烧温度为600-800℃进行第一次煅烧，煅烧时间为6-8h；
(3)第一次煅烧后进行2-3h冷却，然后升温至850-900℃进行第二次煅烧，煅烧时间为3-5h；
(4)第二次煅烧后进行5-8h冷却，然后打开煅烧窑，取出煅烧后的石灰石，即为氧化钙；
步骤五，将步骤三制备的氧化铝超微粉末和步骤四制备的氧化钙粉末进行混合，加入溶剂，搅拌中加入渗透剂，搅拌均匀，得到混合物A；溶剂具体为甲苯；
步骤六，在步骤五制备的混合物A中添加步骤二制备的纳米粉末，然后加入分散剂，搅拌均匀，得到混合物B；
步骤七，将步骤六制备的混合物B置于搅拌机中，搅拌中缓慢加入粘结剂，粘结剂添加结束后继续进行2-3h搅拌，得到矿物纤维绝热浆料；
步骤八，将矿物纤维浆料取出，置于模具中，静置成型后放入烘干箱进行烘干，得到矿物纤维绝热材料。
2.如权利要求1所述矿物纤维绝热材料的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述分别进行纳米二氧化硅和纳米二氧化钛的制备，具体包括：
(1)将表面活性剂与去离子水进行混合得到混合液，将混合液置于磁力搅拌机上进行搅拌；
(2)将搅拌液进行20-26℃恒温水浴，得到分散液；
(3)在分散液中加入二氧化硅水多元醇，搅拌进行充分分散，得到纳米二氧化硅；
(4)在分散液中加入二氧化钛和无水乙醇，搅拌进行充分分散，得到纳米二氧化钛。
3.如权利要求1所述矿物纤维绝热材料的制备方法，其特征在于，步骤一的(2)中，所述将干燥后的纳米二氧化硅加入乙醇中进行超声分散具体为：超声频率为40-60kHz，超声时间为1-3h。
4.如权利要求1所述矿物纤维绝热材料的制备方法，其特征在于，步骤七中，所述搅拌速率为3000rpm～50000rpm。
5.如权利要求1所述矿物纤维绝热材料的制备方法，其特征在于，步骤八中，所述静置成型后放入烘干箱进行烘干，具体为：将模具置于烘干箱中，设定烘干温度为80-110℃，烘干时间为40-50min。
6.一种利用如权利要求1-5任意一项所述矿物纤维绝热材料的制备方法制备的矿物纤维绝热材料，其特征在于，所述矿物纤维绝热材料按照质量分数由改性二氧化硅12-16份、纳米二氧化钛10-13份、氧化铝8-10份、氧化钙8-10份、粘土6-7份、溶剂8-12份、渗透剂3-5份、分散剂1-2份、粘结剂2-3份组成。
7.如权利要求6所述矿物纤维绝热材料，其特征在于，所述矿物纤维绝热材料的纤维直径为4-6μm，其纤维长度为20-45mm。
8.如权利要求6所述矿物纤维绝热材料，其特征在于，所述矿物纤维绝热材料的取向角为8-15°。
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