CN115028368A - 一种石膏基复合岩棉材料及其制备方法 - Google Patents

一种石膏基复合岩棉材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种石膏基复合岩棉材料及其制备方法，属于复合材料技术领域，由以下原料按重量份制备而成：花岗岩50‑100份、石灰岩40‑80份、岩棉120‑170份、储能纳米微球40‑60份、疏水纳米材料10‑30份、耐高温黏合剂12‑20份；所述储能纳米微球的壳层包括二氧化硅，芯层包括相变芯材；所述疏水纳米材料为改性纳米二氧化钛。本发明制备方法简单，通过加入储能纳米微球，使得材料的保温性能显著提高，另外加入的纳米TiO2疏水材料，使得制得的复合岩棉材料具有良好的疏水性能，从而起到防水的效果；同时，制得的保温岩棉材料力学性能好、密度小，具有极好的综合性能，具有广阔的应用前景。

Description

一种石膏基复合岩棉材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种石膏基复合岩棉材料及其制备方法。
背景技术
随着经济的飞速发展，各类建筑物建造速度和规模都达到了空前的高度，为了使建筑物能够达到环保节能的要求，需要对建筑外墙进行加装保温板材。岩棉是一种优质高效的保温材料，它具有良好的保温隔热、隔声及吸声性能，与传统的保温材料相比，具有密度小、导热系数低、不燃烧、防火无毒、适用范围广、化学性能稳定、使用周期长等突出优点，是目前公认的理想保温材料。岩棉是以天然岩石为主要原料，经高温溶化、纤维化、越板成型及制品后加工而成的隔热保温材料。在工业热力设备上，采用单位立方的岩棉进行保温，平均节省能量2900W，相当于每年节省3t标准煤。岩棉保温材料对确保热能设备及工艺装置稳定运行、降低风险、节能减排等也起到了关键的作用。但传统岩棉绝大部分是用于蒸汽管道和炉墙的保温，其质量与大规模用于墙体保温的要求还相差甚远，评价外墙外保温系统性能的参数有很多，其中，透湿性和防水性就是评价其性能优越与否的重要参数之一。外墙外保温石膏板在热湿迁移的过程中，若其内部湿份不断累积，不能及时疏散，不仅会导致保温系统的导热系数增大，降低其保温效果。同时，石膏板至内墙积累的湿份遇冷时会有结露的风险甚至结冰，这将大大降低保温石膏板的使用寿命。因此，岩棉作为一种石膏板材的保温材料透湿性和防水性差的问题，制约着保温石膏板材的推广应用。因此，改善传统岩棉材料透湿性和防水性能差的不足，能够满足其大规模应用于外墙保温石膏板的要求。
发明内容
本发明的目的在于提出一种石膏基复合岩棉材料及其制备方法，制备方法简单，通过加入储能纳米微球，有效将热能进行转化，保存在保温岩棉材料中，从而使得材料的保温性能显著提高，另外加入的纳米TiO2疏水材料，使得制得的复合岩棉材料具有良好的疏水性能，从而起到防水的效果；同时，制得的保温岩棉材料力学性能好、密度小，具有极好的综合性能，具有广阔的应用前景。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供一种石膏基复合岩棉材料，由以下原料按重量份制备而成：花岗岩50-100份、石灰岩40-80份、岩棉120-170份、储能纳米微球40-60份、疏水纳米材料10-30份、耐高温黏合剂12-20份；所述储能纳米微球的壳层包括二氧化硅，芯层包括相变芯材；所述疏水纳米材料为改性纳米二氧化钛。
作为本发明的进一步改进，由以下原料按重量份制备而成：花岗岩60-90份、石灰岩50-70份、岩棉140-150份、储能纳米微球45-55份、疏水纳米材料15-25份、耐高温黏合剂14-17份。
作为本发明的进一步改进，所述疏水纳米材料由以下方法制备而成：
S1.改性环氧树脂的制备：将硅烷偶联剂KH570加入乙醇中，加入KOH，并加热至50-60℃，反应1-2h后加入氟硅烷，继续加热反应0.5-1h后，加入环氧树脂E-51，搅拌混合均匀；
S2.疏水纳米材料的制备：将钛酸四丁酯和钛酸酯偶联剂溶于溶剂中，滴加至水中，滴加酸溶液反应，离心，固体球磨至1000目以下，加入步骤S1制得的改性环氧树脂，乳化，加入固化剂，得到疏水纳米材料。
作为本发明的进一步改进，所述硅烷偶联剂KH570、KOH、氟硅烷和环氧树脂E-51的质量比为（9-12）：（1-2）：（5-10）：10；所述钛酸四丁酯和钛酸酯偶联剂的质量比为100：（2-5）；所述酸溶液为pH值在2-4之间的盐酸或硫酸溶液；所述钛酸酯偶联剂选自TMC-201、TMC-102、TMC-101、TMC-311w、TMC-311、TMC-3、TMC-114、TMC-2、TMC-27、TMC-4、TMC-401中至少一种；所述溶剂为乙酸乙酯、二氯甲烷、氯仿、四氢呋喃、甲苯、乙酸甲酯、石油醚、正己烷、环己烷中的至少一种；所述固化剂为固化剂D400和固化剂DDM的复配，质量比为（2-5）：（1-2）；所述离心条件为3000-5000r/min转速下离心10-20min；所述球磨时间为2-5h；所述乳化条件为10000-12000r/min转速下乳化2-4min。
作为本发明的进一步改进，所述储能纳米微球由以下方法制备而成：
T1. 将正硅酸烷基酯、硅烷偶联剂溶于有机溶剂中，加入相变芯材，搅拌至充分溶解，得到油相；
T2. 将表面活性剂溶于水中，得到水相；
T3. 将步骤T1中油相加入步骤T2的水相中，乳化后，升温，加入浓氨水催化反应，过滤，得到储能纳米微球。
作为本发明的进一步改进，所述正硅酸烷基酯为正硅酸乙酯或正硅酸甲酯；所述硅烷偶联剂选自KH550、KH560、KH570、KH580、KH602、KH792中的至少一种；所述有机溶剂为与水不相容的有机溶剂，选自乙酸乙酯、二氯甲烷、氯仿、四氢呋喃、甲苯、乙酸甲酯、石油醚、正己烷、环己烷中的至少一种；所述表面活性剂选自十六烷基苯磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基磺酸钠、十六烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十八烷基苯磺酸钠、十八烷基磺酸钠中的至少一种；所述正硅酸烷基酯、硅烷偶联剂、相变芯材的质量比为100：（1-2）：70-120；所述水相中表面活性剂的含量为1.5-2.5%；所述乳化条件为10000-12000r/min转速下乳化2-4min；所述浓氨水的质量百分比浓度为20-30%；所述升温至45-55℃。
作为本发明的进一步改进，所述相变芯材为聚乙二醇和石蜡的复配，质量比为（2-4）：（1-2）。
作为本发明的进一步改进，所述耐高温黏合剂选自ZS-1071耐高温无机粘合剂或ZS-1072耐高温膨胀胶中的至少一种。
本发明进一步保护一种上述石膏基复合岩棉材料的制备方法，包括以下步骤：
P1.将花岗岩、石灰岩、岩棉混合后粉碎，预热至500-600℃，加入冲天炉中，保持炉中温度为1500-1700℃，使得原料熔化燃烧；
P2.将步骤P1中的溶液经离心成纤，变成纤维状，在离心过程中均匀喷洒储能纳米微球、疏水纳米材料和耐高温黏合剂；
P3.将离心成纤的纤维收集，变为薄板形纤维条，然后通过摆锤式将纤维成S型叠加，变为叠加型纤维条，静置固化，在固化的同时进行压缩，切割，包装，得到复合岩棉材料。
作为本发明的进一步改进，所述原料熔化燃烧时添加液氧，所述的液氧的用量为15-30m3/1000kg；所述固化温度为150-300℃；所述压缩压强为0.02-0.05MPa。
本发明具有如下有益效果：本发明通过制备储能纳米微球，以二氧化硅为壳材，以相变芯材为核心，芯材为相变储能材料，以固-固的方式相变，相变焓在270-320J/g，且循环性良好，相变的过程中形变小，不会冲破二氧化硅壳材，热效率高，使用寿命长，可以长时间进行蓄热调温，优选地为聚乙二醇和石蜡的复配，具有协同增效的作用；
本发明在制备储能纳米微球时，将正硅酸烷基酯、相变芯材和硅烷偶联剂所在的油相滴加入含有表面活性剂的水相中，形成水包油微球，水油界面上，正硅酸烷基酯在氨水的催化下发生水解反应，形成壳层，从而将相变芯材包裹在微球内，形成了储能纳米微球；双酚 A 型环氧树脂具有耐化学腐蚀性强、力学性能高、粘附力强等特点，传统的环氧树脂是一种亲水性材料，因此，需要对其进行疏水改性，选用硅烷偶联剂KH570和1H,1H,2H,2H-全氟癸基三甲氧基硅烷制备出一种低聚物，加入到环氧树脂E-51中，得到一种改性的环氧树脂，与纳米二氧化钛结合后，能显著提高材料的疏水性能和力学性能；
本发明制备了一种疏水纳米材料，通过溶胶凝胶法制备TiO2纳米材料，纳米TiO2具有特殊的光催化性能，紫外光的存在会使TiO2表面的润湿性发生变化，从而实现疏水化，纳米TiO2在固化后由共价 Ti-O键嵌入岩棉纤维表面，致使处理后岩棉材料的疏水性增加；
本发明花岗岩、石灰岩、岩棉混合粉碎后加热熔融得到溶液成分均匀，为减少渣球做铺垫，同时提高材料的力学性能；在制备过程中加入液氧，使得各组分充分熔化，从而减少渣球的含量；经过离心成纤，变成纤维状，同时均匀喷洒储能纳米微球、疏水纳米材料和耐高温黏合剂，在耐高温黏合剂的作用下储能纳米微球、疏水纳米材料均匀吸附在纤维上，起到均匀分布的效果，固化温度为150-300℃；所述压缩压强为0.02-0.05MPa，提高了本发明制备的产品的抗压强度；
本发明制备方法简单，通过加入储能纳米微球，有效将热能进行转化，保存在保温岩棉材料中，从而使得材料的保温性能显著提高，另外加入的纳米TiO2疏水材料，使得制得的复合岩棉材料具有良好的疏水性能，从而起到防水的效果；同时，制得的保温岩棉材料力学性能好、密度小，具有极好的综合性能，具有广阔的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明制备例1制得的储能纳米微球的SEM图。
具体实施方式
下面将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。
制备例1 储能纳米微球的制备
T1. 将100g正硅酸甲酯、1g硅烷偶联剂KH560溶于100mL乙酸乙酯中，加入70g相变芯材，搅拌至充分溶解，得到油相；相变芯材为聚乙二醇和石蜡的复配，质量比为2：1；
T2. 将表面活性剂十六烷基苯磺酸钠溶于500mL水中，使得十六烷基苯磺酸钠的含量为1.5%，得到水相；
T3. 将步骤T1中油相加入步骤T2的水相中，乳化，乳化条件为10000r/min转速下乳化2min，升温至45℃，加入20wt%的氨水催化反应，过滤，得到储能纳米微球。图1为本制备例制得的储能纳米微球的SEM图。
制备例2 储能纳米微球的制备
T1. 将100g正硅酸乙酯、2g硅烷偶联剂KH570溶于100mL石油醚中，加入120g相变芯材，搅拌至充分溶解，得到油相；相变芯材为聚乙二醇和石蜡的复配，质量比为4：1；
T2. 将表面活性剂十二烷基磺酸钠溶于500mL水中，使得十二烷基磺酸钠的含量为2.5%，得到水相；
T3. 将步骤T1中油相加入步骤T2的水相中，乳化，乳化条件为12000r/min转速下乳化4min，升温至55℃，加入30wt%的氨水催化反应，过滤，得到储能纳米微球。
制备例3
与制备例2相比，相变芯材为聚乙二醇，其他条件和试验参数均不变。
制备例4
与制备例2相比，相变芯材为石蜡，其他条件和试验参数均不变。
制备例5 疏水纳米材料的制备
S1.改性环氧树脂的制备：将9g硅烷偶联剂KH570加入100mL乙醇中，加入1g KOH，并加热至50℃，反应1h后加入5g氟硅烷，继续加热反应0.5h后，加入10g环氧树脂E-51，搅拌混合均匀；
S2.疏水纳米材料的制备：将100g钛酸四丁酯和2g钛酸酯偶联剂TMC-401溶于100mL二氯甲烷中，滴加至500mL水中，滴加50mL酸溶液反应，酸溶液为pH值为2的盐酸或硫酸溶液，离心，离心条件为3000r/min转速下离心10min，固体球磨，球磨时间为2h，球磨至1000目以下，加入30g步骤S1制得的改性环氧树脂，乳化，乳化条件为10000r/min转速下乳化2min，加入固化剂，得到疏水纳米材料。固化剂为固化剂D400和固化剂DDM的复配，质量比为2：1。
制备例6 疏水纳米材料的制备
S1.改性环氧树脂的制备：将12g硅烷偶联剂KH570加入100mL乙醇中，加入2g KOH，并加热至60℃，反应2h后加入10g氟硅烷，继续加热反应1h后，加入10g环氧树脂E-51，搅拌混合均匀；
S2.疏水纳米材料的制备：将100g钛酸四丁酯和5g钛酸酯偶联剂TMC-102溶于100mL正己烷中，滴加至500mL水中，滴加50mL酸溶液反应，酸溶液为pH值为4的盐酸或硫酸溶液，离心，离心条件为5000r/min转速下离心20min，固体球磨，球磨时间为5h，球磨至1000目以下，加入30g步骤S1制得的改性环氧树脂，乳化，乳化条件为12000r/min转速下乳化4min，加入固化剂，得到疏水纳米材料。固化剂为固化剂D400和固化剂DDM的复配，质量比为5：2。
制备例7
与制备例6相比，固化剂为固化剂D400，其他条件与试验参数均不变。
制备例8
与制备例6相比，固化剂为固化剂DDM，其他条件与试验参数均不变。
对比制备例1
疏水纳米材料的制备：将100g钛酸四丁酯和5g钛酸酯偶联剂TMC-102溶于100mL正己烷中，滴加至500mL水中，滴加50mL酸溶液反应，酸溶液为pH值为4的盐酸或硫酸溶液，离心，离心条件为5000r/min转速下离心20min，固体球磨，球磨时间为5h，球磨至1000目以下，乳化，乳化条件为12000r/min转速下乳化4min，得到疏水纳米材料。
实施例1
原料组成（重量份）：花岗岩50份、石灰岩40份、岩棉120份、制备例1制得的储能纳米微球40份、制备例5制得的疏水纳米材料10份、ZS-1071耐高温无机粘合剂12份。
制备方法包括以下步骤：
P1.将花岗岩、石灰岩、岩棉混合后粉碎，预热至550℃，加入冲天炉中，保持炉中温度为1600℃，使得原料熔化燃烧，原料熔化燃烧时添加液氧，所述的液氧的用量为25m3/1000kg；
P2.将步骤P1中的溶液经离心成纤，变成纤维状，在离心过程中均匀喷洒储能纳米微球、疏水纳米材料和ZS-1071耐高温无机粘合剂；
P3.将离心成纤的纤维收集，变为薄板形纤维条，然后通过摆锤式将纤维成S型叠加，变为叠加型纤维条，静置固化，固化温度为220℃，在固化的同时进行压缩, 压缩压强为0.035MPa，切割，包装，得到石膏基复合岩棉材料。
实施例2-9以及对比例1-4的配方如下表1所示（重量份），按照和实施例1相同的条件和步骤制备石膏基复合岩棉材料。
表1
花岗岩 石灰岩 岩棉 储能纳米微球 疏水纳米材料 耐高温黏合剂
实施例2 100份 80份 170份 制备例2制得，60份 制备例6制得，30份 ZS-1072耐高温膨胀胶，20份
实施例3 60份 50份 140份 制备例1制得，45份 制备例5制得，15份 ZS-1072耐高温膨胀胶，14份
实施例4 90份 70份 150份 制备例2制得，55份 制备例6制得，25份 ZS-1071耐高温无机粘合剂，17份
实施例5 75份 60份 145份 制备例2制得，50份 制备例6制得，20份 ZS-1071耐高温无机粘合剂，15份
实施例6 75份 60份 145份 制备例3制得，50份 制备例6制得，20份 ZS-1071耐高温无机粘合剂，15份
实施例7 75份 60份 145份 制备例4制得，50份 制备例6制得，20份 ZS-1071耐高温无机粘合剂，15份
实施例8 75份 60份 145份 制备例2制得，50份 制备例7制得，20份 ZS-1071耐高温无机粘合剂，15份
实施例9 75份 60份 145份 制备例2制得，50份 制备例8制得，20份 ZS-1071耐高温无机粘合剂，15份
对比例1 75份 60份 145份 制备例2制得，50份 对比制备例1制得，20份 ZS-1071耐高温无机粘合剂，15份
对比例2 75份 60份 145份 市售相变储能微胶囊，50份 制备例6制得，20份 ZS-1071耐高温无机粘合剂，15份
对比例3 75份 60份 145份 0份 制备例6制得，70份 ZS-1071耐高温无机粘合剂，15份
对比例4 75份 60份 145份 制备例2制得，70份 0份 ZS-1071耐高温无机粘合剂，15份
其中，市售相变储能微胶囊购于吉林省韩一地暖工程有限责任公司，粒径小于200目,封包率在95%以上，相变温度在18-60℃范围内,潜热值90-160kJ/kg。
测试例1
将本发明实施例1-9和对比例1-4制得的石膏基复合岩棉材料以及市售同类材料进行透湿性和疏水性测试，结果见表2。
1.透湿性能：将石膏基岩棉保温板切割成底面积为100mm×100mm的规整试件，确保实验时计算湿流密度的有效面积相同，均为0.01m2。试件的有效计算面积越大，实验中由于试件的个体差异造成的误差就会越小，但由于实验条件的限制，试件的有效计算面积过大，将不利于实验的开展。然后将切割好的试件封装在容器口，并用防水防渗漏的平面密封胶将缝隙密封好，容器里盛有与不同相对湿度对应的饱和盐溶液，石膏基岩棉保温板的底部与溶液液面要保持一定距离，防止溶液浸湿岩棉保温板。然后，将整个装置放在另一个较大的干燥皿内，干燥皿内盛有500g变色硅胶干燥剂，经测量干燥皿内相对湿度为（10±0.53）%再将干燥皿放入恒温箱中，温度设定为25℃，间隔相同的时间将带有试件的密封容器（包括内部的饱和盐溶液）称重，记录试样的质量损失量，在重量变化速率稳定后，停止实验。对试件的质量变化进行线性拟合，根据式（1）计算湿流密度：
ρ=|∆m/(∆t﹒A)| （1）
式中: ρ为湿流密度，g/（s·m2）；Δm为试件的质量变化量，g；Δt为2次称量的时间间隔，s；A为试件的有效计算面积，m2。试件有效计算面积的差异会影响试件的质量变化量Δm，A越大，试件的质量变化量也随之越大，但其不会影响计算湿流密度，因为试件的湿流密度是单位时间内，单位面积上的试件质量变化，所以实验的有效计算面积统一取值为0.01m2。
岩棉的透湿率按式（2）进行计算：
Wp=ρ/∆p=ρ/(ps﹒(RH1-RH2)) （2）
式中:Wp为透湿率，g/（m2·s·pa）；Δp为水蒸气压差，Pa；ps实验温度下的饱和水蒸气压，25℃时饱和水蒸气压为3167.2Pa；RH1为百分数表示的杯内相对湿度；RH2为百分数表示的试件外侧的相对湿度；其他参数含义同前。
2 .防水性能：应用QUANTA200扫描电子显微镜（荷兰，FEI公司）对其表面形貌进行观察。应用光学角仪（德国Dataphysics）对静态接触角（CA）进行测量，重复三次后取其平均值。
具体检测结果如表2所示：
表2
组别 透湿率/ g/（s·m<sup>2</sup>）*10<sup>-6</sup> 接触角/°
实施例1 7.5 142
实施例2 7.2 140
实施例3 7.3 147
实施例4 7.5 144
实施例5 7.8 149
实施例6 7.5 146
实施例7 7.6 147
实施例8 5.4 113
实施例9 5.7 110
对比例1 4.5 105
对比例2 7.6 145
对比例3 7.4 140
对比例4 4.2 103
市售 3.5 98
表2检测结果可知，本发明技术方案制备的石膏基复合岩棉材料相较于市售同类的石膏基岩棉材料具有较好的透湿性及防水效果。
测试例2
将本发明实施例1-9和对比例1-4制得的石膏基复合岩棉材料以及市售同类产品进行性能测试，结果见表3和表4。
表3
组别 抗拉强度（kPa） 压缩强度（kPa, 变形10%）
实施例1 10.4 69
实施例2 10.2 70
实施例3 10.7 72
实施例4 11.2 71
实施例5 11.9 74
实施例6 11.2 70
实施例7 11.0 71
实施例8 11.5 69
实施例9 11.4 71
对比例1 11.3 72
对比例2 11.1 70
对比例3 10.5 68
对比例4 10.2 67
市售 9.7 65
表4
组别 渣球含量（%） 导热系数（W/(K·m)）
实施例1 3.0 0.012
实施例2 3.1 0.011
实施例3 2.9 0.013
实施例4 3.2 0.010
实施例5 2.7 0.010
实施例6 3.5 0.015
实施例7 3.6 0.016
实施例8 3.0 0.011
实施例9 2.9 0.012
对比例1 2.8 0.012
对比例2 3.8 0.017
对比例3 3.9 0.019
对比例4 3.2 0.014
市售 4.5 0.020
由上表可知，本发明制得的石膏基复合岩棉材料具有良好的力学性能和保温性能。
与现有技术相比，本发明通过制备储能纳米微球，以二氧化硅为壳材，以相变芯材为核心，芯材为相变储能材料，以固-固的方式相变，相变焓在270-320J/g，且循环性良好，相变的过程中形变小，不会冲破二氧化硅壳材，热效率高，使用寿命长，可以长时间进行蓄热调温，优选地为聚乙二醇和石蜡的复配，具有协同增效的作用；
本发明在制备储能纳米微球时，将正硅酸烷基酯、相变芯材和硅烷偶联剂所在的油相滴加入含有表面活性剂的水相中，形成水包油微球，水油界面上，正硅酸烷基酯在氨水的催化下发生水解反应，形成壳层，从而将相变芯材包裹在微球内，形成了储能纳米微球；双酚 A 型环氧树脂具有耐化学腐蚀性强、力学性能高、粘附力强等特点，传统的环氧树脂是一种亲水性材料，因此，需要对其进行疏水改性，选用硅烷偶联剂KH570和1H,1H,2H,2H-全氟癸基三甲氧基硅烷制备出一种低聚物，加入到环氧树脂E-51中，得到一种改性的环氧树脂，与纳米二氧化钛结合后，能显著提高材料的疏水性能和力学性能；
本发明制备了一种疏水纳米材料，通过溶胶凝胶法制备TiO2纳米材料，纳米TiO2具有特殊的光催化性能，紫外光的存在会使TiO2表面的润湿性发生变化，从而实现疏水化，纳米TiO2在固化后由共价 Ti-O键嵌入岩棉纤维表面，致使处理后岩棉材料的疏水性增加；
本发明花岗岩、石灰岩、岩棉混合粉碎后加热熔融得到溶液成分均匀，为减少渣球做铺垫，同时提高材料的力学性能；在制备过程中加入液氧，使得各组分充分熔化，从而减少渣球的含量；经过离心成纤，变成纤维状，同时均匀喷洒储能纳米微球、疏水纳米材料和耐高温黏合剂，在耐高温黏合剂的作用下储能纳米微球、疏水纳米材料均匀吸附在纤维上，起到均匀分布的效果，固化温度为150-300℃；所述压缩压强为0.02-0.05MPa，提高了本发明制备的产品的抗压强度；
本发明制备方法简单，通过加入储能纳米微球，有效将热能进行转化，保存在保温岩棉材料中，从而使得材料的保温性能显著提高，另外加入的纳米TiO2疏水材料，使得制得的复合岩棉材料具有良好的疏水性能，从而起到防水的效果；同时，制得的保温岩棉材料力学性能好、密度小，具有极好的综合性能，具有广阔的应用前景。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种石膏基复合岩棉材料，其特征在于，由以下原料按重量份制备而成：花岗岩50-100份、石灰岩40-80份、岩棉120-170份、储能纳米微球40-60份、疏水纳米材料10-30份、耐高温黏合剂12-20份；所述储能纳米微球的壳层包括二氧化硅，芯层包括相变芯材；所述疏水纳米材料为改性纳米二氧化钛。
2.根据权利要求1所述一种石膏基复合岩棉材料，其特征在于，由以下原料按重量份制备而成：花岗岩60-90份、石灰岩50-70份、岩棉140-150份、储能纳米微球45-55份、疏水纳米材料15-25份、耐高温黏合剂14-17份。
3.根据权利要求1所述一种石膏基复合岩棉材料，其特征在于，所述疏水纳米材料由以下方法制备而成：
S1.改性环氧树脂的制备：将硅烷偶联剂KH570加入乙醇中，加入KOH，并加热至50-60℃，反应1-2h后加入氟硅烷，继续加热反应0.5-1h后，加入环氧树脂E-51，搅拌混合均匀；
S2.疏水纳米材料的制备：将钛酸四丁酯和钛酸酯偶联剂溶于溶剂中，滴加至水中，滴加酸溶液反应，离心，固体球磨至1000目以下，加入步骤S1制得的改性环氧树脂，乳化，加入固化剂，得到疏水纳米材料。
4.根据权利要求3所述一种石膏基复合岩棉材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂KH570、KOH、氟硅烷和环氧树脂E-51的质量比为（9-12）：（1-2）：（5-10）：10；所述钛酸四丁酯和钛酸酯偶联剂的质量比为100：（2-5）；所述酸溶液为pH值在2-4之间的盐酸或硫酸溶液；所述钛酸酯偶联剂选自TMC-201、TMC-102、TMC-101、TMC-311w、TMC-311、TMC-3、TMC-114、TMC-2、TMC-27、TMC-4、TMC-401中至少一种；所述溶剂为乙酸乙酯、二氯甲烷、氯仿、四氢呋喃、甲苯、乙酸甲酯、石油醚、正己烷、环己烷中的至少一种；所述固化剂为固化剂D400和固化剂DDM的复配，质量比为（2-5）：（1-2）；所述离心条件为3000-5000r/min转速下离心10-20min；所述球磨时间为2-5h；所述乳化条件为10000-12000r/min转速下乳化2-4min。
5.根据权利要求1所述一种石膏基复合岩棉材料，其特征在于，所述储能纳米微球由以下方法制备而成：
T1. 将正硅酸烷基酯、硅烷偶联剂溶于有机溶剂中，加入相变芯材，搅拌至充分溶解，得到油相；
T2. 将表面活性剂溶于水中，得到水相；
T3. 将步骤T1中油相加入步骤T2的水相中，乳化后，升温，加入浓氨水催化反应，过滤，得到储能纳米微球。
6.根据权利要求5所述一种石膏基复合岩棉材料，其特征在于，所述正硅酸烷基酯为正硅酸乙酯或正硅酸甲酯；所述硅烷偶联剂选自KH550、KH560、KH570、KH580、KH602、KH792中的至少一种；所述有机溶剂为与水不相容的有机溶剂，选自乙酸乙酯、二氯甲烷、氯仿、四氢呋喃、甲苯、乙酸甲酯、石油醚、正己烷、环己烷中的至少一种；所述表面活性剂选自十六烷基苯磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基磺酸钠、十六烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十八烷基苯磺酸钠、十八烷基磺酸钠中的至少一种；所述正硅酸烷基酯、硅烷偶联剂、相变芯材的质量比为100：（1-2）：70-120；所述水相中表面活性剂的含量为1.5-2.5%；所述乳化条件为10000-12000r/min转速下乳化2-4min；所述浓氨水的质量百分比浓度为20-30%；所述升温至45-55℃。
7.根据权利要求5所述一种石膏基复合岩棉材料，其特征在于，所述相变芯材为聚乙二醇和石蜡的复配，质量比为（2-4）：（1-2）。
8.根据权利要求1所述一种石膏基复合岩棉材料，其特征在于，所述耐高温黏合剂选自ZS-1071耐高温无机粘合剂或ZS-1072耐高温膨胀胶中的至少一种。
9.一种如权利要求1-8任一项所述石膏基复合岩棉材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
P1.将花岗岩、石灰岩、岩棉混合后粉碎，预热至500-600℃，加入冲天炉中，保持炉中温度为1500-1700℃，使得原料熔化燃烧；
P2.将步骤P1中的溶液经离心成纤，变成纤维状，在离心过程中均匀喷洒储能纳米微球、疏水纳米材料和耐高温黏合剂；
P3.将离心成纤的纤维收集，变为薄板形纤维条，然后通过摆锤式将纤维成S型叠加，变为叠加型纤维条，静置固化，在固化的同时进行压缩，切割，包装，得到复合岩棉材料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述原料熔化燃烧时添加液氧，所述的液氧的用量为15-30m3/1000kg；所述固化温度为150-300℃；所述压缩压强为0.02-0.05MPa。
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