CN112500197A - 一体化泡沫陶瓷保温板界面熔烧专用材料及其制备和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种一体化泡沫陶瓷保温板界面熔烧专用材料，原料按重量百分比包括油页岩渣78‑86％、高岭土9‑15％、辅助成分2‑4％、助熔成分3％；所述辅助成分包括纯碱、P₂O₅、钛白粉和ZrO₂；所述助熔成分为氟硅酸钠和/或萤石粉。这种界面熔烧专用材料是先将油页岩渣、高岭土和辅助成分混合均匀，按照特定的烧制方式烧制，冷水水淬，最后与助熔成分一起球磨制成的粉末状成品。将这种界面熔烧专用材料铺装在保温板的装饰面层和泡沫陶瓷层之间，能够显著提升装饰面层与泡沫陶瓷基体的结合性能，避免因温度升高产生热震体积变化而带来的危害，装饰面层的表面状态明显改善，减少装饰面层表面微裂缝，浸水吸水率明显下降，保温板整体抗弯强度显著提升。

Description

一体化泡沫陶瓷保温板界面熔烧专用材料及其制备和应用

技术领域

本发明属于建筑材料行业领域，特别是泡沫陶瓷保温墙板。

背景技术

近些年来，我国保温材料大多数为有机材料，这些不同种类的有机保温材料有着共同特点，即都具有较好的保温性能，轻质且降噪功能强；但是也存在强度差和易燃等不能避免的严重缺点。由于现代社会对建筑墙体材料提出了更高要求，不仅要具备高耐火等级，可以隔音降噪，还要具有良好的隔热保温功能。高温发泡陶瓷材料就是这样一种新型墙体材料，其作为一种新兴的轻质墙体保温材料，发展并未十分成熟，国内对发泡陶瓷的研究较多，主要是应用于墙体保温材料方面。保温装饰一体化的发泡陶瓷保温墙板是目前研究的热点领域，已有一些学者进行了一定研究，但是现有的泡沫陶瓷基体与装饰面粉料在刚玉底板上依次铺装后，如果直接进入高温炉烧制，由于泡沫陶瓷基体烧制过程中发生较大体积变化，而装饰面粉料烧制成的装饰面层的体积变化相对较小，泡沫陶瓷基体与装饰面粉料之间难以结合，装饰面层表面也容易因泡沫陶瓷基体的体积变化，产生大量微裂纹，导致其吸水率和抗弯强度性能明显变差，这也是业内目前亟待解决又难以处理的问题。

我国是矿产资源大国，也是矿产资源消耗大国。从目前消耗趋势来看，我国矿业的开采量已无法满足未来几十年的矿产资源用量；对于建筑固体废弃物的回收再利用就变得尤为重要。在我国众多能源消耗中，建筑能耗是众多能耗种类中耗能较大的，若可以将工业和建筑业的固体废弃物相结合，应用于保温装饰一体化发泡陶瓷保温材料的研发生产中，既能减少建筑业、工业废料的污染，改善生态环境，又能作为新型建筑材料改善人们的居住环境。

现有技术中，中国授权专利CN100391891C公开了一种用油页岩渣制备的陶粒，以油页岩渣、玻璃、围岩、石英为原料，采用破碎、混合，加水制成料球，干燥后烧结冷却的方法制备而成。

又例如授权专利CN104098342B公开了了一种装饰保温型泡沫陶瓷，其原料包括珍珠岩尾矿、玻璃、碳化硅组成的基料，还包括由油页岩渣、玻璃、纯碱、碳化硅组成的点状料，通过将基料粉磨，点状料混合、加水造粒、烘干，再将点状料和基料混合、余热、烧结、冷却制备而成。制备的成品密度400～600kg/m³、抗压强度5～10Mpa、导热系数0.100～0.180W/(m·k)。

然而，上述这些材料都不能有效解决保温装饰一体化的发泡陶瓷保温墙板在生产时，装饰面层和泡沫陶瓷基体之间难以结合，以及装饰面层表面产生的微裂纹问题。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明提供了一种一体化泡沫陶瓷保温板界面熔烧专用材料，通过将这种专用材料铺装在装饰面层和泡沫陶瓷基体之间，形成过度缓冲层，从而将装饰面层和泡沫陶瓷基体有效结合在一起，并且缓冲泡沫陶瓷基体体积变化对装饰面层的表面状态的不利影响，具体通过以下技术实现。

一体化泡沫陶瓷保温板界面熔烧专用材料，原料按重量百分比包括油页岩渣78-86％、高岭土9-15％、辅助成分2-4％、助熔成分3％；所述辅助成分包括纯碱、P₂O₅、钛白粉和ZrO₂；所述助熔成分为氟硅酸钠和/或萤石粉。

上述材料专门应用于生产制备一体化泡沫陶瓷保温板中。现有常规情况下，一体化泡沫陶瓷保温板包括装饰面层和泡沫陶瓷原料层，是将装饰面层和泡沫陶瓷原料直接烧制而成。通过将该材料专门铺装在装饰面层和泡沫陶瓷原料层之间，形成三层结构，然后将其与模具一起装入高温炉一体烧制成一体化泡沫陶瓷保温板。烧制的保温板成品由于上述专用材料在装饰面层和泡沫陶瓷原料层之间的界面起到过渡作用，避免了由于温度升高而产生的热震体积变化带来的危害，装饰面层的表面状态明显改善；具有非常好的防水性能和韧性，抗弯强度高；有效解决了现有的一体化泡沫陶瓷保温板存在的抗弯强度不足，装饰面层的表面存在微裂缝，吸水率高的问题。现有技术中尚未发现与本发明类似的，专门应用在一体化泡沫陶瓷保温板中，作为装饰面层和泡沫陶瓷原料层之间，能降低保温板浸水吸水率，提高抗弯强度的界面过渡材料，填补了行业领域的空白。

优选地，原料按重量百分比包括油页岩渣82％、高岭土12％、辅助成分3％、助熔成分3％。

优选地，所述油页岩渣和高岭土是分别将油页岩渣原料和高岭土原料经过去杂、破碎、粉磨和过筛后，得到的粒径不超过0.075mm的颗粒。

优选地，所述辅助成分中，纯碱、P₂O₅、钛白粉和ZrO₂的重量比为2-14:1-4:1-6:1。

更优选地，所述辅助成分中，纯碱、P₂O₅、钛白粉和ZrO₂的重量比为7:2:3:1。

优选地，所述油页岩渣为油页岩经低温干馏或燃烧发电之后产生的固体废渣，所述高岭土为硬质高岭土。

本发明还提供了上述一体化泡沫陶瓷保温板界面熔烧专用材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、取油页岩渣、高岭土和辅助成分混合均匀；

S2、将步骤S1所得混合料放入模具中，装入窑炉内烧制；

烧制方法是先按15-25℃/min的升温速度升温至450-550℃，并保温80min；再以20℃/min的升温速度升温至1050-1150℃，保温40min；再以10-20℃/min的升温速度升温至1250-1350℃，保温30min；

S3、烧制结束后出炉，立即用冷水水淬处理，制得淬火固体颗粒料；

S4、将步骤S3所得淬火固体颗粒料、助熔成分共同球磨40-50min，制得粉末状的成品。

采用上述步骤S2的升温烧制方法，能够使各原料组分充分发挥各自的优点，过程中经历一系列的核化晶化作用，使后期再次烧制使用时，极大的增加了韧性和抗热震性能，很好的起到了缓冲过渡作用。最终步骤S4制备的成品为200目左右。

优选地，上述制备方法中，步骤S2的烧制方法是先按20℃/min的升温速度升温至500℃，并保温80min；再以20℃/min的升温速度升温至1100℃，保温40min；再以15℃/min的升温速度升温至1300℃，保温30min。

优选地，上述一体化泡沫陶瓷保温板界面熔烧专用材料能够应用于制备保温装饰一体化泡沫陶瓷保温板，保温板的具体制备方法为：将装饰面层原料均匀铺装在模具的底板上，然后将所述一体化泡沫陶瓷保温板界面熔烧专用材料均匀铺装在装饰面层原料上，再后将泡沫陶瓷原料铺装在所述一体化泡沫陶瓷保温板界面熔烧专用材料上，用工具将泡沫陶瓷原料表面压平，装入高温炉中烧制，冷却制成保温装饰一体化泡沫陶瓷保温板。

上述保温装饰一体化泡沫陶瓷保温板的制备方法中，所用的模具为行业内普遍采用的用刚玉条组装好的方形模具，模具的底板是已经涂覆了氧化铝的刚玉板。将模具中的材料压平的工具也是行业内常用的工具，高温炉中烧制的方法为行业内常用的普通方法。

更优选地，在制备保温装饰一体化泡沫陶瓷保温板时，所用的模具中，所述装饰面层原料的铺装厚度为4-5mm，所述一体化泡沫陶瓷保温板界面熔烧专用材料的铺装厚度为2-3mm；所述泡沫陶瓷原料的铺装厚度为30-50mm。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：本发明提供了一种专门应用在保温装饰一体化泡沫陶瓷保温板的材料，这种材料铺装在装饰面层和泡沫陶瓷层之间形成过度缓冲层，将装饰面层和泡沫陶瓷基体有效结合在一起，避免了由于温度升高而产生的热震体积变化带来的危害，装饰面层的表面状态明显改善；具有非常好的防水性能和韧性，抗弯强度高；有效解决了现有的一体化泡沫陶瓷保温板存在的抗弯强度不足，装饰面层的表面存在微裂缝，吸水率高的问题。

具体实施方式

下面将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做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

以下实施例和对比例所用的制备一体化泡沫陶瓷保温板界面熔烧专用材料的原料中，油页岩渣原料采购自辽宁省北票市北塔地区某工厂干馏后的油页岩渣原料，化学组成如下表1所示；

表1油页岩渣原料的化学组成

化学成分	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	CaO	MgO	K<sub>2</sub>O	Na<sub>2</sub>O	SO<sub>3</sub>	烧失量
										质量分数	62.45	12.34	6.54	4.85	3.96	2.00	0.88	0.02	3.53

高岭土原料采购自某地产硬质高岭土，砂质含量＜50％；粉煤灰采购自沈阳某热电厂，Ⅰ级灰；纯碱采购自山东某厂的纯度99％的工业级纯碱；钛白粉采购自常州某厂的锐钛钛白粉；ZrO2采购自上海某厂，纯度99.9％；氟硅酸钠和P₂O₅采购自国药集团，分析纯；萤石粉采购自石家庄某厂的200目萤石粉。

油页岩渣原料和高岭土原料经过去杂、分选、粉磨后，用孔径为0.075mm方孔筛进行过筛，将粒径＞0.075mm的颗粒筛除，得到粒径不超过0.075mm的颗粒状的油页岩渣和高岭土。

辅助原料为纯碱、P₂O₅、钛白粉和ZrO₂且重量比为7:2:3:1。

实施例1-4和对比例1-2

实施例1-4和对比例1-2提供的一体化泡沫陶瓷保温板界面熔烧专用材料，所采用的原料如下表2所示；

表2实施例1-4和对比例1-2的专用材料的原料表

实施例1-4和对比例1-2提供的一体化泡沫陶瓷保温板界面熔烧专用材料的具体制备方法为：

S1、取油页岩渣、高岭土和辅助成分放入球磨混料机混料40min，进行3d均化处理，直至混合均匀；

S2、从球磨混料机内按照垂直均匀取料的方式，取将步骤S1所得混合料放入底部和四周涂覆氧化铝粉的刚玉坩埚模具中，装入高温窑炉内烧制；

烧制方法是先按20℃/min的升温速度升温至500℃后保温80min；再以20℃/min的升温速度升温至1100℃后保温40min；再以15℃/min的升温速度升温至1300℃后保温30min；

S3、烧制结束后出炉，立即直接用室温冷水水淬处理，制得淬火固体颗粒料；

S4、将步骤S3所得淬火固体颗粒料、助熔成分共同投入球磨机中球磨45min，制得粉末状的一体化泡沫陶瓷保温板界面熔烧专用材料成品。

实施例5

本实施例提供的一体化泡沫陶瓷保温板界面熔烧专用材料，原料与实施例1相同，制备方法中唯一不同在于：步骤S2的烧制方法是先按15℃/min的升温速度升温至550℃后保温80min；再以20℃/min的升温速度升温至1150℃，保温40min；再以10℃/min的升温速度升温至1350℃，保温30min。

实施例6

本实施例提供的一体化泡沫陶瓷保温板界面熔烧专用材料，原料与实施例1相同，制备方法中唯一不同在于：步骤S2的烧制方法是先按25℃/min的升温速度升温至450℃后保温80min；再以20℃/min的升温速度升温至1050℃，保温40min；再以20℃/min的升温速度升温至1250℃，保温30min。

对比例3

本对比例提供的一体化泡沫陶瓷保温板界面熔烧专用材料，原料与实施例1相同，制备方法中唯一不同在于：步骤S2的烧制方法是先按20℃/min的升温速度升温至500℃后保温80min；再以20℃/min的升温速度直接升温至1300℃后保温70min。

对比例4

本对比例提供的一体化泡沫陶瓷保温板界面熔烧专用材料，原料与实施例1相同，制备方法中唯一不同在于：步骤S2的烧制方法是直接按20℃/min的升温速度升温至1100℃后保温120min；再以15℃/min的升温速度升温至1300℃后保温30min。

对比例5

本对比例提供的一体化泡沫陶瓷保温板界面熔烧专用材料，原料与实施例1相同，制备方法中唯一不同在于：步骤S2的烧制方法是直接按20℃/min的升温速度直接升温至1300℃后保温150min。

应用例：采用实施例1-6和对比例1-5的材料制备保温装饰一体化泡沫陶瓷保温板的性能评价。

所用的装饰面层原料选用河南某厂的陶瓷釉面材料；所用的泡沫陶瓷原料采用自制的配方。

试验组制备的保温装饰一体化泡沫陶瓷保温板的具体方法为：

(1)首先将装饰面层原料按设计厚度4mm均匀铺装于由刚玉条组装好的方形模具的底板上，模具的底板采用的是涂覆了氧化铝的刚玉板；

(2)然后分别取实施例1-6和对比例1-5制得的一体化泡沫陶瓷保温墙板界面熔烧专用材料，按照设计厚度2mm，均匀铺装在装饰面层原料上；

(3)再将泡沫陶瓷原材料50mm，采用相应工具进行轻压至表面平整；

(4)最后将模具装入高温炉中，按照设定好的烧制方式(1150℃，保温30min)进行烧制，冷却制成保温装饰一体化泡沫陶瓷保温板。

作为空白组作为对比，还需要选用相同的装饰面层原料、泡沫陶瓷原料，按照相同的铺装顺序铺装在相同的方形模具中。装饰面层原料和泡沫陶瓷原料之间不铺装任何实施例和对比例的专用材料，装饰面层原料的厚度为试验组的装饰面原料层厚度和专用材料厚度的总和，即6mm；泡沫陶瓷原料层厚度仍然设置为50mm。

检测试验组和空白组的保温装饰一体化泡沫陶瓷保温板的装饰面层浸水吸水率、三点抗弯强度。装饰面层浸水吸水率的检测是采用自制的装置和方法进行测试，其大致检测过程是：将保温板的装饰面层朝下并固定，将装饰面层向下刚好接触水面，一段时间后称量保温板的重量差异，即得到浸水吸水率。三点抗弯强度按照GB/T-4741《陶瓷材料抗弯曲强度试验方法》的检测方法进行检测。具体检测结果如下表3所示。

表3保温装饰一体化泡沫陶瓷保温板性能测试结果

从上表3可以看到，当保温装饰一体化泡沫陶瓷保温板的装饰面层原料、泡沫陶瓷原料之间不铺装任何材料层时，制备出的保温板的装饰面层的浸水吸水率、抗弯强度均大幅下降。而在装饰面层原料、泡沫陶瓷原料之间铺装了本专利的专用材料层后，制备的保温板的浸水吸水率、抗弯强度明显更好。这是由于本专利的界面熔烧专用材料明显改善了由于温度升高而产生的热震体积变化带来的危害，从而明显改善饰面层的表面状态，使装饰面层和泡沫陶瓷基体紧密结合在一起，提升了保温板整体的抗弯折性能。

Claims (10)

1.一体化泡沫陶瓷保温板界面熔烧专用材料，其特征在于，原料按重量百分比包括油页岩渣78-86％、高岭土9-15％、辅助成分2-4％、助熔成分3％；所述辅助成分包括纯碱、P₂O₅、钛白粉和ZrO₂；所述助熔成分为氟硅酸钠和/或萤石粉。

2.根据权利要求1所述的一体化泡沫陶瓷保温板界面熔烧专用材料，其特征在于，原料按重量百分比包括油页岩渣82％、高岭土12％、辅助成分3％、助熔成分3％。

3.根据权利要求1或2所述的一体化泡沫陶瓷保温板界面熔烧专用材料，其特征在于，所述油页岩渣和高岭土是分别将油页岩渣原料和高岭土原料经过去杂、破碎、粉磨和过筛后，得到的粒径不超过0.075mm的颗粒。

4.根据权利要求1或2所述的一体化泡沫陶瓷保温板界面熔烧专用材料，其特征在于，所述辅助成分中，纯碱、P₂O₅、钛白粉和ZrO₂的重量比为2-14:1-4:1-6:1。

5.根据权利要求4所述的一体化泡沫陶瓷保温板界面熔烧专用材料，其特征在于，所述辅助成分中，纯碱、P₂O₅、钛白粉和ZrO₂的重量比为7:2:3:1。

6.根据权利要求1或2所述的一体化泡沫陶瓷保温板界面熔烧专用材料，其特征在于，所述油页岩渣为油页岩经低温干馏或燃烧发电之后产生的固体废渣，所述高岭土为硬质高岭土。

7.权利要求1所述一体化泡沫陶瓷保温板界面熔烧专用材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、取油页岩渣、高岭土和辅助成分混合均匀；

S2、将步骤S1所得混合料放入模具中，装入窑炉内烧制；

烧制方法是先按15-25℃/min的升温速度升温至450-550℃，并保温80min；再以20℃/min的升温速度升温至1050-1150℃，保温40min；再以10-20℃/min的升温速度升温至1250-1350℃，保温30min；

S3、烧制结束后出炉，立即用冷水水淬处理，制得淬火固体颗粒料；

S4、将步骤S3所得淬火固体颗粒料、助熔成分共同球磨40-50min，制得粉末状的成品。

8.根据权利要求7所述的一体化泡沫陶瓷保温板界面熔烧专用材料的制备方法，其特征在于，步骤S2的烧制方法是先按20℃/min的升温速度升温至500℃，并保温80min；再以20℃/min的升温速度升温至1100℃，保温40min；再以15℃/min的升温速度升温至1300℃，保温30min。

9.权利要求1所述的一体化泡沫陶瓷保温板界面熔烧专用材料的应用，其特征在于，应用于制备保温装饰一体化泡沫陶瓷保温板，具体制备方法为：将装饰面层原料均匀铺装在模具的底板上，然后将所述一体化泡沫陶瓷保温板界面熔烧专用材料均匀铺装在装饰面层原料上，再后将泡沫陶瓷原料铺装在所述一体化泡沫陶瓷保温板界面熔烧专用材料上，用工具将泡沫陶瓷原料表面压平，装入高温炉中烧制，冷却制成保温装饰一体化泡沫陶瓷保温板。

10.根据权利要求9所述的一体化泡沫陶瓷保温板界面熔烧专用材料的应用，其特征在于，模具中，所述装饰面层原料的铺装厚度为4-5mm，所述一体化泡沫陶瓷保温板界面熔烧专用材料的铺装厚度为2-3mm；所述泡沫陶瓷原料的铺装厚度为30-50mm。