CN115010420A - 一种低碳节能保温材料的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种低碳节能保温材料的制备工艺，属于建筑材料技术领域。所述的低碳节能保温材料包括以原料：粉煤灰50‑60份、硅酸钙20‑30份、珍珠岩5‑20份、硅藻土10‑15份、水泥10‑20份、铝粉0.2‑0.4份、聚丙烯纤维4‑6份、酚醛树脂5‑10份、聚羧酸高效减水剂1‑3份、羟丙基淀粉1‑3份、石墨烯2‑7份、中空玻璃微球4‑8份、硅藻土5‑8份、膨胀玻化微珠10‑20份、起泡剂1‑2份、表面活性剂0.5‑2份、交联剂0.1‑1份、催化剂0.4‑0.8份。本发明通过添加中空玻璃微球、硅藻土、膨胀玻化微珠，起到了协同作用，协同提高了保温材料的抗拉强度并降低了导热系数。

Description

一种低碳节能保温材料的制备工艺
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种低碳节能保温材料及其制备工艺。
背景技术
外墙保温材料按材料类别分为有机保温材料与无机保温材料两种。有机保温材料包括聚苯乙烯泡沫板、挤塑板、硬质泡沫聚氨酯等，其特点是吸水率低、重量轻、容易施工。但其极易老化，不能与建筑物同寿命。而更换保温层不仅浪费大量人力财力，而且还会造成白色污染等环境灾害。无机保温材料包括膨胀珍珠岩、泡沫混凝土等，具有轻质、保温、防火、抗裂、防水、吸音减噪、绿色环保的特点，但因其力学强度低、易破损、易粉化、易老化、使用寿命短等缺陷限制了它的推广应用。
粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，是燃煤电厂排出的主要固体废物。随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加，成为我国当前排量较大的工业废渣之一。因粉煤灰价格低廉，因此将粉煤灰添加到防火保温材料中成为趋势。然而，随着粉煤灰添加量的增大，防火保温材料的容重会相应降低，造成防火保温材料的强度明显下降。
中国专利CN101736852A公开一种高粉煤灰掺量的装饰板材及其生产方法，该装饰板材由水泥、粉煤灰、维纶纤维、珍珠岩、海泡石、纸浆、微硅粉、玻璃纤维、聚丙烯酰胺组成。该专利的配方中加入适量的微硅粉，用于减少抄取过程中轻质材料的漂浮，粉煤灰的用量最高掺量达到40％，另外该专利采用现有的无石棉水泥制品抄取成型工艺：先将粉煤灰、微硅粉及氢氧化铝与水泥同时加入料浆池内打浆，再进行抄取，抄取的过程中使用三个真空泵进行脱水处理成板坯。但该专利未涉及采用有机材料增强装饰板材的性能。
中国专利文献“粉煤灰发泡混凝土防火保温材料及其制备方法(专利号：CN201710832885.5)”该发明先将一部分粉煤灰、粉煤灰纤维与A组分、一部分水混合均匀，再加入一部分B组分搅拌制成预聚料浆，该过程中A组分与B组分反应生成聚氨酯，最终形成以粉煤灰纤维为骨架，在粉煤灰纤维周围形成聚氨酯结构，粉煤灰则均匀地分散在聚氨酯结构中，从而增强粉煤灰发泡混凝土防火保温材料的力学性能和保温性能。但是该发明的保温材料存在抗拉强度有待提高的问题。
发明内容
本发明通过提供一种低碳节能保温材料及其制备工艺，以解决在中国专利文献“粉煤灰发泡混凝土防火保温材料及其制备方法(专利号：CN201710832885.5)”公开的基础上，通过优化工艺、配方、方法等提高低碳节能保温材料的抗拉强度的问题。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种低碳节能保温材料，以重量份为单位，包括以组份：粉煤灰50-60份、硅酸钙20-30份、珍珠岩5-20份、硅藻土10-15份、水泥10-20份、铝粉0.2-0.4份、聚丙烯纤维4-6份、酚醛树脂5-10份、聚羧酸高效减水剂1-3份、羟丙基淀粉1-3份、石墨烯2-7份、中空玻璃微球4-8份、硅藻土5-8份、膨胀玻化微珠10-20份、起泡剂1-2份、表面活性剂0.5-2份、交联剂0.1-1份、催化剂0.4-0.8份。
优选地，以重量份为单位，包括以组份：粉煤灰55份、硅酸钙25份、珍珠岩12份、硅藻土12份、水泥15份、铝粉0.3份、聚丙烯纤维5份、酚醛树脂8份、聚羧酸高效减水剂2份、羟丙基淀粉2份、石墨烯4份、中空玻璃微球6份、硅藻土7份、膨胀玻化微珠15份、起泡剂1.5份、表面活性剂1份、交联剂0.5份、催化剂0.6份。
优选地，所述起泡剂为十二烷基硫酸钠。
优选地，所述表面活性剂为粉十二烷基苯磺酸钠。
优选地，所述交联剂为过氧化二异丙苯。
优选地，所述催化剂为N,N-二甲基环己胺。
一种低碳节能保温材料的制备工艺，包括以下步骤：
(1)按重量份称取原料，并将粉煤灰、硅酸钙、珍珠岩、硅藻土、水泥、铝粉、聚羧酸高效减水剂、石墨烯、中空玻璃微球、硅藻土、膨胀玻化微珠用球磨机搅拌30-60min；
(2)在步骤(1)的基础上加入羟丙基淀粉、聚丙烯纤维、酚醛树脂，搅拌5-10min后，加入表面活性剂、催化剂后搅拌20-30min；再加入起泡剂30-60min；在300-400r/min搅拌下加入交联剂，继续搅拌5-10min，即得混合材料；
(3)将混合材料进行高温压制成型，压制压力为50-60Mpa，压制温度为80℃，压制成型后为保温材料。
优选地，所述步骤(1)中原料用球磨机搅拌40min。
优选地，所述步骤(2)中加入聚丙烯纤维、酚醛树脂，在搅拌速度为500-1000r/min条件下搅拌5-10min后，加入表面活性剂、催化剂后在搅拌速度为500-1000r/min条件下搅拌20-30min。
本发明的有益效果是：
(1)由实施例1和对比例1-4的数据可见，在低碳节能保温材料的原料中添加中空玻璃微球、硅藻土、膨胀玻化微珠，起到了协同作用，协同提高了保温材料的抗拉强度并降低了导热系数，这是因为：膨胀玻化微珠属于A级不燃保温材料，弥补了用聚苯颗粒和普通膨胀珍珠岩作轻质骨料的其他传统保温材料中诸多缺陷和不足，无机中空玻化微珠克服膨胀珍珠岩吸水性大、易粉化、在搅拌中体积收失率大、产品后期保温性能降低和易空鼓开裂等不足之处，同时又弥补了聚苯颗粒有机材料防火性能差、强度低、高温产生有害气体和耐老化性耐候性低等缺陷。中空玻璃微球属于新型超轻质填充材料，能够填充膨胀玻化微珠，中空玻璃微球与膨胀玻化微珠发生反应生成凝胶体，该凝胶体能够有效改善泡孔结构，为保温材料中膨胀玻化微珠中的泡沫孔隙提供支撑，进而提高了保温材料的抗拉强度，降低导热系数。硅藻土的主要成份为二氧化硅，能够填充到膨胀玻化微珠内的孔隙中，并与膨胀玻化微珠牢固结合，提高泡孔壁的密实度和坚固性，保持较好的尺寸稳固性，硅藻土还能引起粒子堆积结构变化，提高膨胀玻化微珠的力学性能。
本发明中的中空玻璃微球和硅藻土还可以对粉煤灰以及水泥的多孔材料进行加强，中空玻璃微球的表面玻璃质不好，易破裂，而且内部的多孔封闭结构可增大多孔粉煤灰材料的闭孔孔隙率，从而增强保温材料的力学性能，降低导热系数。
(2)背景技术所引用的专利文献“粉煤灰发泡混凝土防火保温材料及其制备方法(专利号：CN201710832885.5)”，虽然该发明先将一部分粉煤灰、粉煤灰纤维与A组分、一部分水混合均匀，再加入一部分B组分搅拌制成预聚料浆，该过程中A组分与B组分反应生成聚氨酯，最终形成以粉煤灰纤维为骨架，在粉煤灰纤维周围形成聚氨酯结构，粉煤灰则均匀地分散在聚氨酯结构中，从而增强粉煤灰发泡混凝土防火保温材料的力学性能和保温性能。但是该发明的保温材料存在抗拉强度有待提高的问题。基于为了解决以上技术问题，本发明才对该发明的组份、用量进行进一步的优化和改良，经过多次试验研究发现，当制备过程中，添加中空玻璃微球、硅藻土、膨胀玻化微珠，起到了协同作用，协同提高了保温材料的抗拉强度并降低了导热系数，其中的中空玻璃微球能够填充膨胀玻化微珠，中空玻璃微球与膨胀玻化微珠发生反应生成凝胶体，该凝胶体能够有效改善泡孔结构；硅藻土能够填充到膨胀玻化微珠内的孔隙中，并与膨胀玻化微珠牢固结合，提高泡孔壁的密实度和坚固性，从而达到提高保温材料的抗拉强度并降低了导热系数的目的，能够解决了背景技术文件中出现的技术问题，产生了意想不到的效果。
(3)本发明制得的材料性能优异，具有低碳节能保温等特性，可大力推广应用。
具体实施方式
下面对本发明实施例中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。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
以下实施例中，所述的低碳节能保温材料，以重量份为单位，包括以组份：粉煤灰50-60份、硅酸钙20-30份、珍珠岩5-20份、硅藻土10-15份、水泥10-20份、铝粉0.2-0.4份、聚丙烯纤维4-6份、酚醛树脂5-10份、聚羧酸高效减水剂1-3份、羟丙基淀粉1-3份、石墨烯2-7份、中空玻璃微球4-8份、硅藻土5-8份、膨胀玻化微珠10-20份、起泡剂1-2份、表面活性剂0.5-2份、交联剂0.1-1份、催化剂0.4-0.8份。
所述起泡剂为十二烷基硫酸钠；所述表面活性剂为粉十二烷基苯磺酸钠；所述交联剂为过氧化二异丙苯；所述催化剂为N,N-二甲基环己胺。
所述的低碳节能保温材料的制备工艺，包括以下步骤：
(1)按重量份称取原料，并将粉煤灰、硅酸钙、珍珠岩、硅藻土、水泥、铝粉、聚羧酸高效减水剂、石墨烯、中空玻璃微球、硅藻土、膨胀玻化微珠用球磨机搅拌30-60min；
(2)在步骤(1)的基础上加入羟丙基淀粉、聚丙烯纤维、酚醛树脂，在搅拌速度为500-1000r/min条件下搅拌5-10min后，加入表面活性剂、催化剂后在搅拌速度为500-1000r/min条件下搅拌20-30min；再加入起泡剂30-60min；在300-400r/min搅拌下加入交联剂，继续搅拌5-10min，即得混合材料；
(3)将混合材料进行高温压制成型，压制压力为50-60Mpa，压制温度为80℃，压制成型后为保温材料。
下面通过更具体实施例加以说明。
实施例1
一种低碳节能保温材料，以重量份为单位，包括以组份：粉煤灰55份、硅酸钙25份、珍珠岩12份、硅藻土12份、水泥15份、铝粉0.3份、聚丙烯纤维5份、酚醛树脂8份、聚羧酸高效减水剂2份、羟丙基淀粉2份、石墨烯4份、中空玻璃微球6份、硅藻土7份、膨胀玻化微珠15份、起泡剂1.5份、表面活性剂1份、交联剂0.5份、催化剂0.6份。
所述起泡剂为十二烷基硫酸钠；所述表面活性剂为粉十二烷基苯磺酸钠；所述交联剂为过氧化二异丙苯；所述催化剂为N,N-二甲基环己胺。
所述的低碳节能保温材料的制备工艺，包括以下步骤：
(1)按重量份称取原料，并将粉煤灰、硅酸钙、珍珠岩、硅藻土、水泥、铝粉、聚羧酸高效减水剂、石墨烯、中空玻璃微球、硅藻土、膨胀玻化微珠用球磨机搅拌40min；
(2)在步骤(1)的基础上加入羟丙基淀粉、聚丙烯纤维、酚醛树脂，在搅拌速度为800r/min条件下搅拌8min后，加入表面活性剂、催化剂后在搅拌速度为800r/min条件下搅拌25min；再加入起泡剂45min；在350r/min搅拌下加入交联剂，继续搅拌8min，即得混合材料；
(3)将混合材料进行高温压制成型，压制压力为55Mpa，压制温度为80℃，压制成型后为保温材料。
实施例2
一种低碳节能保温材料，以重量份为单位，包括以组份：粉煤灰55份、硅酸钙30份、珍珠岩5份、硅藻土12份、水泥20份、铝粉0.2份、聚丙烯纤维6份、酚醛树脂5份、聚羧酸高效减水剂2份、羟丙基淀粉1份、石墨烯7份、中空玻璃微球5份、硅藻土6份、膨胀玻化微珠12份、起泡剂2份、表面活性剂2份、交联剂0.1份、催化剂0.4份。
所述起泡剂为十二烷基硫酸钠；所述表面活性剂为粉十二烷基苯磺酸钠；所述交联剂为过氧化二异丙苯；所述催化剂为N,N-二甲基环己胺。
所述的低碳节能保温材料的制备工艺，包括以下步骤：
(1)按重量份称取原料，并将粉煤灰、硅酸钙、珍珠岩、硅藻土、水泥、铝粉、聚羧酸高效减水剂、石墨烯、中空玻璃微球、硅藻土、膨胀玻化微珠用球磨机搅拌50min；
(2)在步骤(1)的基础上加入羟丙基淀粉、聚丙烯纤维、酚醛树脂，在搅拌速度为500r/min条件下搅拌10min后，加入表面活性剂、催化剂后在搅拌速度为500r/min条件下搅拌30min；再加入起泡剂30min；在300r/min搅拌下加入交联剂，继续搅拌5min，即得混合材料；
(3)将混合材料进行高温压制成型，压制压力为54Mpa，压制温度为80℃，压制成型后为保温材料。
实施例3
一种低碳节能保温材料，以重量份为单位，包括以组份：粉煤灰60份、硅酸钙20份、珍珠岩10份、硅藻土15份、水泥10份、铝粉0.3份、聚丙烯纤维4份、酚醛树脂9份、聚羧酸高效减水剂3份、羟丙基淀粉2份、石墨烯2份、中空玻璃微球8份、硅藻土8份、膨胀玻化微珠20份、起泡剂1份、表面活性剂0.5份、交联剂0.2份、催化剂0.7份。
所述起泡剂为十二烷基硫酸钠；所述表面活性剂为粉十二烷基苯磺酸钠；所述交联剂为过氧化二异丙苯；所述催化剂为N,N-二甲基环己胺。
所述的低碳节能保温材料的制备工艺，包括以下步骤：
(1)按重量份称取原料，并将粉煤灰、硅酸钙、珍珠岩、硅藻土、水泥、铝粉、聚羧酸高效减水剂、石墨烯、中空玻璃微球、硅藻土、膨胀玻化微珠用球磨机搅拌60min；
(2)在步骤(1)的基础上加入羟丙基淀粉、聚丙烯纤维、酚醛树脂，在搅拌速度为1000r/min条件下搅拌5min后，加入表面活性剂、催化剂后在搅拌速度为1000r/min条件下搅拌20min；再加入起泡剂50min；在360r/min搅拌下加入交联剂，继续搅拌8min，即得混合材料；
(3)将混合材料进行高温压制成型，压制压力为60Mpa，压制温度为80℃，压制成型后为保温材料。
实施例4
一种低碳节能保温材料，以重量份为单位，包括以组份：粉煤灰50份、硅酸钙22份、珍珠岩20份、硅藻土10份、水泥18份、铝粉0.4份、聚丙烯纤维5份、酚醛树脂10份、聚羧酸高效减水剂1份、羟丙基淀粉3份、石墨烯3份、中空玻璃微球4份、硅藻土5份、膨胀玻化微珠10份、起泡剂1.6份、表面活性剂1.6份、交联剂1份、催化剂0.8份。
所述起泡剂为十二烷基硫酸钠；所述表面活性剂为粉十二烷基苯磺酸钠；所述交联剂为过氧化二异丙苯；所述催化剂为N,N-二甲基环己胺。
所述的低碳节能保温材料的制备工艺，包括以下步骤：
(1)按重量份称取原料，并将粉煤灰、硅酸钙、珍珠岩、硅藻土、水泥、铝粉、聚羧酸高效减水剂、石墨烯、中空玻璃微球、硅藻土、膨胀玻化微珠用球磨机搅拌30min；
(2)在步骤(1)的基础上加入羟丙基淀粉、聚丙烯纤维、酚醛树脂，在搅拌速度为700r/min条件下搅拌7min后，加入表面活性剂、催化剂后在搅拌速度为700r/min条件下搅拌25min；再加入起泡剂60min；在400r/min搅拌下加入交联剂，继续搅拌10min，即得混合材料；
(3)将混合材料进行高温压制成型，压制压力为50Mpa，压制温度为80℃，压制成型后为保温材料。
对比例1
与实施例1的制备工艺基本相同，不同之处在于制备低碳节能保温材料的原料中不添加中空玻璃微球、硅藻土、膨胀玻化微珠。
对比例2
与实施例1的制备工艺基本相同，不同之处在于制备低碳节能保温材料的原料中不添加中空玻璃微球。
对比例3
与实施例1的制备工艺基本相同，不同之处在于制备低碳节能保温材料的原料中不添加硅藻土。
对比例4
与实施例1的制备工艺基本相同，不同之处在于制备低碳节能保温材料的原料中不添加膨胀玻化微珠。
对比例5
采用中国专利文献“粉煤灰发泡混凝土防火保温材料及其制备方法(专利号：CN201710832885.5)”中实施例1中所述方法制备粉煤灰发泡混凝土防火保温材料。
按照实施例1-4和对比例1-5的得到的保温材料，对其抗拉强度进行测试，其结果见下表。
Figure BDA0003682565000000101
Figure BDA0003682565000000111
由上表可知：(1)由实施例1-4和对比例5的数据可见，实施例1-4的保温材料的抗拉强度显著高于对比例5的保温材料的抗拉强度，实施例1-4的保温材料的导热系数显著低于对比例5的保温材料的导热系数，且实施例1为最优实施例。
(2)由实施例1和对比例1-4的数据可见，在低碳节能保温材料的原料中添加中空玻璃微球、硅藻土、膨胀玻化微珠，起到了协同作用，协同提高了保温材料的抗拉强度并降低了导热系数，这是因为：膨胀玻化微珠属于A级不燃保温材料，弥补了用聚苯颗粒和普通膨胀珍珠岩作轻质骨料的其他传统保温材料中诸多缺陷和不足，无机中空玻化微珠克服膨胀珍珠岩吸水性大、易粉化、在搅拌中体积收失率大、产品后期保温性能降低和易空鼓开裂等不足之处，同时又弥补了聚苯颗粒有机材料防火性能差、强度低、高温产生有害气体和耐老化性耐候性低等缺陷。中空玻璃微球属于新型超轻质填充材料，能够填充膨胀玻化微珠，中空玻璃微球与膨胀玻化微珠发生反应生成凝胶体，该凝胶体能够有效改善泡孔结构，为保温材料中膨胀玻化微珠中的泡沫孔隙提供支撑，进而提高了保温材料的抗拉强度，降低导热系数。硅藻土的主要成份为二氧化硅，能够填充到膨胀玻化微珠内的孔隙中，并与膨胀玻化微珠牢固结合，提高泡孔壁的密实度和坚固性，保持较好的尺寸稳固性，硅藻土还能引起粒子堆积结构变化，提高膨胀玻化微珠的力学性能。
(3)本发明中的中空玻璃微球和硅藻土还可以对粉煤灰以及水泥的多孔材料进行加强，中空玻璃微球的表面玻璃质不好，易破裂，而且内部的多孔封闭结构可增大多孔粉煤灰材料的闭孔孔隙率，从而增强保温材料的力学性能，降低导热系数。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所作的等效变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种低碳节能保温材料，其特征在于，以重量份为单位，包括以组份：粉煤灰50-60份、硅酸钙20-30份、珍珠岩5-20份、硅藻土10-15份、水泥10-20份、铝粉0.2-0.4份、聚丙烯纤维4-6份、酚醛树脂5-10份、聚羧酸高效减水剂1-3份、羟丙基淀粉1-3份、石墨烯2-7份、中空玻璃微球4-8份、硅藻土5-8份、膨胀玻化微珠10-20份、起泡剂1-2份、表面活性剂0.5-2份、交联剂0.1-1份、催化剂0.4-0.8份。
2.根据权利要求1所述的低碳节能保温材料，其特征在于，以重量份为单位，包括以组份：粉煤灰55份、硅酸钙25份、珍珠岩12份、硅藻土12份、水泥15份、铝粉0.3份、聚丙烯纤维5份、酚醛树脂8份、聚羧酸高效减水剂2份、羟丙基淀粉2份、石墨烯4份、中空玻璃微球6份、硅藻土7份、膨胀玻化微珠15份、起泡剂1.5份、表面活性剂1份、交联剂0.5份、催化剂0.6份。
3.根据权利要求1所述的低碳节能保温材料，其特征在于，所述起泡剂为十二烷基硫酸钠。
4.根据权利要求1所述的低碳节能保温材料，其特征在于，所述表面活性剂为粉十二烷基苯磺酸钠。
5.根据权利要求1所述的低碳节能保温材料，其特征在于，所述交联剂为过氧化二异丙苯。
6.根据权利要求1所述的低碳节能保温材料，其特征在于，所述催化剂为N,N-二甲基环己胺。
7.一种根据权利要求1-6任一项所述的低碳节能保温材料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按重量份称取原料，并将粉煤灰、硅酸钙、珍珠岩、硅藻土、水泥、铝粉、聚羧酸高效减水剂、石墨烯、中空玻璃微球、硅藻土、膨胀玻化微珠用球磨机搅拌30-60min；
(2)在步骤(1)的基础上加入羟丙基淀粉、聚丙烯纤维、酚醛树脂，搅拌5-10min后，加入表面活性剂、催化剂后搅拌20-30min；再加入起泡剂30-60min；在300-400r/min搅拌下加入交联剂，继续搅拌5-10min，即得混合材料；
(3)将混合材料进行高温压制成型，压制压力为50-60Mpa，压制温度为80℃，压制成型后为保温材料。
8.根据权利要求7所述的低碳节能保温材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤(1)中原料用球磨机搅拌40min。
9.根据权利要求7所述的低碳节能保温材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤(2)中加入聚丙烯纤维、酚醛树脂，在搅拌速度为500-1000r/min条件下搅拌5-10min后，加入表面活性剂、催化剂后在搅拌速度为500-1000r/min条件下搅拌20-30min。
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