CN113563011A - 一种新型的建筑节能材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种新型的建筑节能材料及其制备方法，涉及隔热材料技术领域。该新型的建筑节能材料包括表面碳化层和多层生物质隔热层，所述表面碳化层位于最外层，且所述表面碳化层为生物质炭与粘结剂的结合层；所述生物质隔热层为经过水热处理后的生物质。本发明原料为生物质，绿色环保。且通过水热处理，改变了生物质中的孔隙结构，并实现了多层生物质间的黏合，且提升了整体材料的隔热性能。此外，在外层的表面碳化层，可有效的延长建材的使用寿命。因此，该材料为绿色、高强度、低热导率的节能材料。
Description
技术领域
本发明涉及隔热材料技术领域，具体为一种新型的建筑节能材料及其制备方法。
背景技术
建筑能耗占据中国社会总能耗的33％以上，是主要的耗能领域，且近年来，其耗能占比逐渐增加，具备超越工业耗能，成为第一耗能“大户”。因此，如何在满足建筑设计要求，及环境要求的基础上降低建筑的耗能，是实现中国“3060”双碳目标关键问题。
建筑能耗中主要的能耗方式为维持建筑中人类适宜的环境温度所消耗的能量及耗散的能量。因此，提高建筑体对于热量的存储及隔热是降低建筑体能耗的重要措施。在建筑体的能量耗散部分主要是建筑墙体、屋面、窗户、门等，占据85％的建筑体能量耗散。因此，提升建筑体材料的隔热性能(降低导热系数)是实现建筑体节能的关键措施。
中国专利CN213682819U公开了一种建筑用高效保温隔热材料。该复合型节能建材结构，包括内部浇筑有保温模块的混凝土主体，混凝土主体两侧分别为反辐射层和石膏板，保温模块包括壳体和竖直包覆在壳体内的隔热层和微胶囊相变材料层，隔热层设置在靠反辐射层一侧，微胶囊相变材料层设置在靠近石膏板一侧。该实用新型反辐射层可以极大降低进入建筑主体的热量，而建筑吸收的热量进一步被隔热层减缓，最后进入的热量被微胶囊相变材料层吸收存储，从而使得室外温度较高时室内温度不会随之急剧升高，当外界温度低的时候，微胶囊相变材料层缓慢释放出热量为室内补充，而隔热层此时则可以减缓热量往外界流失。
中国专利CN112761283A公开了一种轻质、防火、低导热性能一体化免拆复合保温模板及其制备工艺。本发明包括与混凝土浇注墙体相连的内防护层，内防护层的外部依次设有保温材料层、无机材料防护层和外抗裂层，所述内防护层与保温材料层、无机材料防护层和外抗裂层之间通过榫卯加强结构加固相连，所述外抗裂层、无机材料防护层、保温材料层和内防护层之间通过连接锚栓与混凝土浇注墙体连接固定；具有结构设计合理，导热系数小、重量轻、施工方便、防火性能好的优点。
中国专利CN212772971U公开了一种具有新型金属网嵌合结构的墙体防火保温板。该实用新型对保温板内各面层的构造及其配合结构进行了优化改进，利用菱形槽使贴附层与保温层相互嵌合，利用Z型槽使粘结砂浆层与保温层相互嵌合，从而提升了面层之间的紧固性。在此基础上，在阻燃层中内置带有凸出筋的金属网，金属网对阻燃层起到骨架作用，凸出筋楔入至保温层中，进一步增强连接关系。此外，该实用新型在保护层与阻燃层之间增设网格布，可作为砂浆的着力点，有助于缓解保护层的脱落问题。该实用新型有效改善了墙体防火保温板的结构强度和坚固性，有助于延长材料的使用寿命，具有突出的技术优势。
综上三例，均为通过依赖于现有的建筑墙体材料，对于其进行外部多层材料的组成，虽可起到一定的改善作用，但未从建筑材料自身隔热性质提升进行设计。
为了解决以上问题，提出本发明。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现在建筑材料中隔热性能有待提升的问题，本发明提供了一种新型的建筑节能材料，以原料环保、满足建筑设计需求、节能效果佳为原则出发设计，制备一种以生物质为原材料，多层生物质耦合的高强度、低热导率的节能材料。
(二)技术方案
本发明原料为生物质，绿色环保。且通过水热处理，改变了生物质中的孔隙结构，并实现了多层生物质间的黏合，且提升了整体材料的隔热性能。此外，在外层的表面碳化层，可有效的延长建材的使用寿命。因此，该材料为绿色、高强度、低热导率的节能材料。
本发明具体技术特征如下：
本发明第一方面提供一种新型的建筑节能材料，其包括表面碳化层和多层生物质隔热层，所述表面碳化层位于最外层，且所述表面碳化层为生物质炭与粘结剂的结合层；所述生物质隔热层为经过水热处理后的生物质。
优选地，所述生物质隔热层为2～6层。
优选地，制作所述生物质隔热层的生物质包括乔木状的草本及木本植物，选自木材、竹子、香蕉秸秆、棕榈树或果木。
优选地，所述的生物质1为对于原始植株进行外形修饰而成，非经过破碎后成型而得。
优选地，经过水热处理后得到的所述生物质隔热层，立刻趁热挤压成型，形成多层所述生物质隔热层。
优选地，所述的生物质炭为经热转化处理后的生物质炭，包括水热生物质炭、热解生物质炭、气化生物质炭或微波生物质炭。
优选地，所述的粘结剂为淀粉、木质素磺酸钠、纤维素或甲壳素。
本发明第二方面提供一种本发明第一方面所述的新型的建筑节能材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将生物质材料经水热处理后制成生物质隔热层；
(2)以生物质炭，粘结剂和水为原料混合而制备得生物质炭浆液，涂布至经水热处理后制成生物质隔热层，作为所述表面碳化层；
(3)涂布表面碳化层的经过水热处理后的所述生物质隔热层，趁热进行在5～400MPa的压力，保持10～5000min下挤压成型复合，形成所述的新型建筑节能材料。
优选地，步骤(1)中水热处理条件为：
(11)将水与软化剂的质量比为100:1～200配置成水热溶液，置于水热釜中；
(12)将生物质完全浸泡入水热溶液中，冲入气体至0.1～10MPa后，加热至80～150℃后，停留5～1000min后，制得水热后生物质；
其中，步骤(11)中，所述的软化剂为碳酸钠、石灰石、尿素、氢氧化钾、氢氧化钠、硫酸铵等；
步骤(12)中所述气体，包括氮气、空气、臭氧、氨气、氩气等。
优选地，步骤(2)中生物质炭和粘结剂采用生物质炭、粘结剂及水按质量比例为生物质炭100份，粘结剂0～50份，及水10～80份。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、本发明建筑材料主体多层生物质隔热层是经过的水热处理后生物质，趁热进行压缩成型而得。
2、多层生物质隔热层外层为生物质炭及粘结剂压制而形成的致密表面碳化层，其热稳定性及耐腐蚀性高，可提升建材整体的使用寿命，且生物质炭的孔道较为发达可增加整体建材的隔热效率。使用的粘结剂均为生物质的衍生物，环保性能佳。
3、本发明中生物质隔热层的原料生物质为原始生物质植株经过外形修整后，进行水热处理，脱出半纤维素及部分木质素后，趁热进行压制而成。在此过程中，由于水热过程可使得木质素进行拓扑迁移至细胞壁表面，进而有利于生物层之间形成无粘结剂趁热压制粘合。与此同时，经过水热过程中，生物质材料孔隙结构更为发达，微孔及介孔发展迅速。而趁热压制可起到破坏大孔，增加微细孔，压缩体积的作用。由于整体生物质层的多孔性质的提升，使得该建材的隔热性能提升。此外，生物质原材料经过水热处理后，其的热稳定性增加，抗腐蚀性增加，并提高其韧性及机械强度。水热处理的条件根据生物质原材料不同，具体条件也不同。
综合来说，本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。本发明建筑材料的所有原料为生物质，绿色环保。且通过水热处理，改变了生物质中的孔隙结构，并实现了多层生物质间的黏合，且提升了整体材料的隔热性能。此外，在外层的表面碳化层，可有效的延长建材的使用寿命。与现有的胶合板的区别，在于本发明粘合剂为天然植物成分，未含有甲醛等，且粘合仅使用在粘附碳化层，而生物质层之间的粘粘依靠的是水热处理工艺。因此，该材料为绿色、高强度、低热导率的节能材料。
附图说明
图1为本发明的结构示意图，其包括了2层的生物质隔热层(最外层表面碳化层未示出)。
图2为本发明的结构示意图，其包括了3层的生物质隔热层(最外层表面碳化层未示出)。
图3为本发明的结构示意图，其包括了4层的生物质隔热层(最外层表面碳化层未示出)。
图4为本发明的结构示意图，其包括了5层的生物质隔热层(最外层表面碳化层未示出)。
图5为本发明的结构示意图，其包括了6层的生物质隔热层(最外层表面碳化层未示出)。
图6为本发明的制备工艺物料的流程图。
附图标记说明：图1-图5中，附图标记1-6均代表生物质隔热层。
具体实施方式
为了更加清楚明白的了解本实用发明，以下结合附图及实施例，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。下面对本发明提供的具体实施方式作详细说明，下述仅为实施。
如图1所示，使用的生物质炭为热解杉木炭、粘结剂为淀粉，生物质炭、粘结剂与水的比例为100:20:20；生物质为杉木，在水与软化剂石灰石的比例为100：43，冲入氨气至5MPa。水热温度为120℃，停留时间为240min。待物料的冷却至室温后，进行热压，热压条件为20MPa，及600min。该建材的热导率为0.21W/(m·K)。该建材的热导率为0.32W/(m·K)。
实施例1：
如图1所示，使用的生物质炭为热解杉木炭、粘结剂为淀粉，生物质炭、粘结剂与水的比例为100:20:20；生物质为杉木，在水与软化剂石灰石的比例为100：43，冲入氨气至5MPa。水热温度为120℃，停留时间为240min。趁热压制，热压条件为20MPa，及600min。该建材的热导率为0.21W/(m·K)。与对比例对比得知，其隔热效果要优于对比例1得到的建材，而该原因正是，实施例1中经过水热过程中，生物质材料孔隙结构更为发达，微孔及介孔发展迅速。而趁热压制可起到破坏大孔，增加微细孔，压缩体积的作用。由于整体生物质层的多孔性质的提升，使得该建材的隔热性能提升。制备过程中经过水热处理后得到的所述生物质隔热层，立刻趁热挤压成型，带来的隔热效果提升也是本发明预料之外的。
实施例2：
如图2所示，使用的生物质炭为水热木炭，生物质炭与水的比例为100:20；生物质为杉木及竹子，在水与氢氧化钠的比例为100：100，冲入空气至7MPa。水热温度为140℃，停留时间为360min。趁热压制，热压条件为40MPa，及720min。生物。该建材的热导率为0.19W/(m·K)。
实施例3：
如图3所示，使用的生物质炭为水热水稻秸秆炭，生物质炭与水的比例为100:10；生物质为杉木、竹子及荔枝木，在水与氢氧化钠的比例为100：100，冲入空气至7MPa。水热温度为130℃，停留时间为360min。趁热压制，热压条件为60MPa，及900min。该建材的热导率为0.18W/(m·K)。
实施例4：
如图4所示，使用的生物质炭为水热水稻秸秆炭，粘结剂为淀粉，生物质炭，淀粉与水的比例为100：30：30；生物质为杉木、松木、杨木及荔枝木，在水与氢氧化钠的比例为100：100，冲入空气至5MPa。水热温度为120℃，停留时间为240min。趁热压制，热压条件为50MPa，及720min。该建材的热导率为0.20W/(m·K)。
实施例5：
如图5所示，使用的生物质炭为热解椰壳炭，粘结剂为淀粉，生物质炭，淀粉与水的比例为100：30：30；生物质为杉木、松木、杨木及荔枝木，在水与氢氧化钠的比例为100：100，冲入空气至5MPa。水热温度为120℃，停留时间为240min。趁热压制，热压条件为50MPa，及720min。生物质为杉木、白桦木、橡木、雪松及荔枝木。该建材的热导率为0.19W/(m·K)。
Claims (10)
1.一种新型的建筑节能材料，其特征在于：其包括表面碳化层和多层生物质隔热层，所述表面碳化层位于最外层，且所述表面碳化层为生物质炭与粘结剂的结合层；所述生物质隔热层为经过水热处理后的生物质。
2.根据权利要求1所述的新型的建筑节能材料，其特征在于：所述生物质隔热层为2～6层。
3.根据权利要求1所述的新型的建筑节能材料，其特征在于：制作所述生物质隔热层的生物质包括乔木状的草本及木本植物，选自木材、竹子、香蕉秸秆、棕榈树或果木。
4.根据权利要求1所述的新型的建筑节能材料，其特征在于：所述的生物质1为对于原始植株进行外形修饰而成，非经过破碎后成型而得。
5.根据权利要求1所述的新型的建筑节能材料，其特征在于：经过水热处理后得到的所述生物质隔热层，立刻趁热挤压成型，形成多层所述生物质隔热层。
6.根据权利要求1所述的新型的建筑节能材料，其特征在于：所述的生物质炭为经热转化处理后的生物质炭，包括水热生物质炭、热解生物质炭、气化生物质炭或微波生物质炭。
7.根据权利要求1所述的新型的建筑节能材料，其特征在于：所述的粘结剂为淀粉、木质素磺酸钠、纤维素或甲壳素。
8.一种权利要求1-7任一项所述的新型的建筑节能材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将生物质材料经水热处理后制成生物质隔热层；
(2)以生物质炭，粘结剂和水为原料混合而制备得生物质炭浆液，涂布至经水热处理后制成生物质隔热层，作为所述表面碳化层；
(3)涂布表面碳化层的经过水热处理后的所述生物质隔热层，趁热进行在5～400MPa的压力，保持10～5000min下挤压成型复合，形成所述的新型建筑节能材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中水热处理条件为：。
(11)将水与软化剂的质量比为100:1～200配置成水热溶液，置于水热釜中；
(12)将生物质完全浸泡入水热溶液中，冲入气体至0.1～10MPa后，加热至80～150℃后，停留5～1000min后，制得水热后生物质；
其中，步骤(11)中，所述的软化剂为碳酸钠、石灰石、尿素、胍、季铵碱、氢氧化钠；步骤(12)中所述气体，包括氮气、空气、臭氧、氨气、氩气。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中生物质炭、粘结剂及水按质量比例为生物质炭100份，粘结剂0～50份，及水10～80份混合而成生物质炭浆体。
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