CN115196912B

CN115196912B - 一种新型保温砂浆及其制备方法

Info

Publication number: CN115196912B
Application number: CN202210874999.7A
Authority: CN
Inventors: 贺行洋; 王金付; 李文财; 苏英; 杨进; 代飞; 朱梦迪; 翟高园; 刘森野; 段晓鹏; 卢思宇
Original assignee: Hubei University of Technology
Current assignee: Hubei University of Technology
Priority date: 2022-07-25
Filing date: 2022-07-25
Publication date: 2023-03-31
Anticipated expiration: 2042-07-25
Also published as: CN115196912A

Abstract

本发明提供一种新型保温砂浆，其组分按重量份数计，包括以下原料：相变蓄热骨料10～25份；膨胀珍珠岩5～20份；石英砂5～10份；微硅粉10～15份；水泥15～40份；表面改性剂0.5～1.5份；水17～39份；所述相变蓄热骨料由聚乙烯醇、聚苯乙烯和聚丙烯酸钠分散于水性纳米二氧化硅分散液中，搅拌加热反应一定时间，再经清洗、烘干和机械研磨制得。本发明还提供了一种新型保温砂浆的制备方法，该方法工艺简单、成本低廉，制得的保温砂浆燃烧性能级别符合GB 8624中A级要求；与同类产品相比，具有热稳定性更高、导热系数更低、不易产生体积收缩、膨胀等优势，在保温砂浆行业具有良好的推广及应用前景。

Description

一种新型保温砂浆及其制备方法

技术领域

本发明属于隔热保温材料技术领域，具体涉及一种新型保温砂浆，还涉及一种新型保温砂浆的制备方法。

背景技术

随着国家经济向着高质量发展和人民的生活水平不断提高，环保节能理念愈发重要。在建筑方面，我国现有建筑面积约400亿平方米，其中大部分为高能耗建筑。巨大的建筑能耗，已成为国民经济的巨大的负担，所以，建筑行业环保节能非常重要。在房屋建造过程中，建筑环保节能的重点就是解决墙体的保温隔热问题，因此，墙体保温砂浆的应用市场非常广阔。

目前，市面上主要流行的保温砂浆有两种，无机保温砂浆和有机保温砂浆 (胶粉聚苯颗粒保温砂浆)。然而，市面上无机保温砂浆吸水性较高，导致墙体容易受潮；最关键是其导热系数高，不利于节能环保型建筑发展。而胶粉聚苯颗粒保温砂浆防火性能差，在高温环境下容易产生有害气体，作为有机类材料有一个共性问题，即抗老化耐候性低。此外，现有的保温砂浆在温度改变时容易出现体积收缩、膨胀等问题，也影响着保温砂浆应用时的整体稳定性。

专利号CN106186946A公开了一种节能环保墙体相变保温砂浆及其制备方法，它在保温砂浆中加入了相变材料微胶囊这一组分，从而阻止了相变材料在发生作用的过程中泄露。但微胶囊的合成过程复杂以及保温砂浆搅拌过程中部分微胶囊会破损，导致制备该保温砂浆达不到预期效果。

基于此，提供一种制备工艺简单、成本低廉、性能优异的保温砂浆的制备方法，在提升保温砂浆热稳定性、保温效果的同时，提高阻燃性能、降低材料的收缩率，是亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种热稳定性更好、导热系数更低、不易产生体积收缩、膨胀等变形的新型保温砂浆。

本发明的目的之二在于提供一种工艺简单、成本低廉、综合性能优异的新型保温砂浆的制备方法。

本发明实现目的之一采用的技术方案是：提供一种新型保温砂浆，其组分按重量份数计，包括以下原料：

相变蓄热骨料10～25份；膨胀珍珠岩5～20份；石英砂5～10份；微硅粉10～15 份；水泥15～40份；表面改性剂0.5～1.5份；水17～39份；

所述相变蓄热骨料由聚乙烯醇、聚苯乙烯和聚丙烯酸钠分散于水性纳米二氧化硅分散液中，搅拌加热反应一定时间，再经清洗、烘干和机械研磨制得。

在本发明中，采用了一种全新的相变蓄热骨料作为相变材料。该相变蓄热骨料借助纳米二氧化硅的纳米尺寸效应和比表面积大的特点，采取液相插层法，利用高分子固-固相变材料蓄热量大这一特点，将相变材料嵌入到二氧化硅的三维网状结构中，提升了相变蓄热骨料在发挥作用时的结构稳定性，进而减少了保温砂浆的收缩性，确保其具有良好的体积稳定性。进一步的，本发明还采用了一定比例的膨胀珍珠岩与相变蓄热骨料相互配合，充分发挥无机隔热材料膨胀珍珠岩与有机-无机复合材料相变蓄热骨料两者间的协同作用。其中，膨胀珍珠岩作为一种性能优异的隔热材料的同时，它较小的粒径还具有填充效应，不仅可以使相变蓄热骨料之间更加密实，极大的减少了保温砂浆的薄弱环节，改善了热量的传递途经，最大限度发挥两种材料各自的功能优势，提升保温砂浆热稳定性的同时，将收缩率控制在更小的范围，还可以起到滚珠效应，提高保温砂浆的工作性能。

优选地，相变蓄热骨料与膨胀珍珠岩的质量比为4:3～5:4，此范围内，制得的保温砂浆的14d线收缩率最低。

进一步的，所述相变蓄热骨料的制备方法包括以下步骤：

S1、在搅拌加热条件下，先将聚苯乙烯溶于三氯三氟乙烷溶剂中，再向其加入聚乙烯醇，待其溶解后，紧接着向其依次加入交联剂、催化剂，待其全部溶解后，再依次加入聚丙烯酸钠、水性纳米二氧化硅分散液、固化剂，反应一定时间得到第一产物；

S2、将所述第一产物清洗后，充分烘干得到第二产物；将所述第二产物经过机械力加工，制成平均粒径为1～3mm的颗粒状产物，即得到相变蓄热骨料。

在相变蓄热骨料的组成原料中，聚丙烯酸钠和搭载有聚苯乙烯的聚乙烯醇酯化反应生成错综复杂的三维交联结构的酯，这提供了一个稳定的结构。聚苯乙烯和聚乙烯醇反应形成的材料热容大。本发明制得的相变蓄热骨料的常温导热系数为0.025～0.039W/(m·k)。在上述制备方法中，采取液相插层法，将相变材料嵌入到二氧化硅的三维网状结构中，不需要采用微胶囊封装的形式，不仅能够降低制造成本，而且避免了壳体封装时因机械搅拌造成的封装材料破损、相变材料泄露的问题。

优选地，所述步骤S1中，三氯三氟乙烷溶剂的用量为聚苯乙烯重量的3～6 倍，为聚苯乙烯提供液体环境，使其完全溶解；聚乙烯醇采用国药集团名称为 1750±50产品。所述搅拌加热条件中，采用磁力搅拌机进行搅拌，转速为 450～550r/min，加热温度为80～90℃；交联剂采用二氯乙烷，其用量为聚苯乙烯重量的0.05wt％；催化剂采用三氯化铁，其用量为聚苯乙烯重量的1.5wt％；固化剂采用704固化剂，即2-甲基咪唑与环氧丁基醚加成物；所述反应的时间为 6～12h。

在一些较好的实施方式中，所述步骤S1中，聚乙烯醇、聚苯乙烯和聚丙烯酸钠的摩尔比为2:1:2。其中，聚丙烯酸钠与聚乙烯醇份数相同能够提供同等数量的羧基和羟基，使两者完全反应；聚苯乙烯的用量少于聚丙烯酸钠和聚乙烯醇，能够保证聚苯乙烯在反应过程中消耗完毕，避免了残留的原组分对整体结构产生的不利影响。

进一步的，所述步骤S1中，所述水性纳米二氧化硅的重量为聚乙烯醇、聚苯乙烯和聚丙烯酸钠三者总重量的2～4倍，以确保原料在水性纳米二氧化硅中充分的分散。进一步的，所述水性纳米二氧化硅的粒径为10～40nm，比表面积为150～250m²/g，为原料提供三维网状的结构基础。

进一步的，所述步骤S2中，烘干的温度为50～60℃；所述颗粒状产物为齿状颗粒。在本发明中，利用机械力将烘干后的产物制成齿状颗粒，可以使相变蓄热骨料具有更好的咬合力，促进了裸露的有机部分与保温砂浆中无机材料之间的相容性，进而提升材料的整体稳定性。

进一步的，所述膨胀珍珠岩为闭孔膨胀珍珠岩，其平均粒径为1～3mm、松散密度为40～80kg/m³、常温导热系数为0.0245～0.048W/(m·k)。

进一步的，所述石英砂平均粒径小于0.15mm；所述微硅粉平均粒径小于 0.3μm，其比表面积为20～28m²/g。

进一步的，所述表面改性剂选自铝酸酯偶联剂或聚乙二醇单甲醚；优选地，表面改性剂为铝酸酯偶联剂，该改性剂能够提升有机、无机材料之间的粘接强度，为两者提供更好的界面相容性。

本发明实现目的之二采用的技术方案是：提供一种基于本发明目的之一所述的新型保温砂浆的制备方法，其包括以下步骤：

按所述重量份数将相变蓄热骨料、膨胀珍珠岩、石英砂、微硅粉、水泥、表面改性剂依次加入，干混90秒；再加入提前称量好的水，先在140±2r/min 的转速条件下搅拌120秒，再于285±3r/min的转速条件下搅拌120秒，即制得新型保温砂浆。

在本发明中，采用先干混再湿混、先慢速再快速的搅拌方法，能够确保相变蓄热骨料与其他无机材料均匀混合，提升材料的整体稳定性，使相变蓄热骨料更好的发挥作用。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明提供的一种新型保温砂浆，采用高分子固-固相变材料作为相变蓄热骨料，该相变蓄热骨料利用液相插层法将相变材料嵌入到纳米二氧化硅中，形成三维网状结构的有机-无机纳米复合材料。相变蓄热骨料不仅蓄热性能好，而且不易出现三相转变现象，避免了相变材料从纳米二氧化硅的三维网状结构中释放而发生漏液现象。该相变蓄热骨料不需要借助微胶囊进行封装，与其他原料的黏结性能好，使用时不易出现体积收缩、热膨胀等变形，进而提高了保温砂浆的整体结构稳定性。

(2)本发明提供的一种新型保温砂浆，采取一定比例的膨胀珍珠岩与相变蓄热骨料配合使用。不仅赋予保温砂浆良好的级配，还能够借助无机隔热材料与有机-无机复合材料之间的协同作用—膨胀珍珠岩作为一种性能优异的隔热材料的同时，它较小的粒径还具有填充效应，不仅可以使相变蓄热骨料之间更加密实，极大的减少了保温砂浆的薄弱环节，改善了热量的传递途经，最大限度发挥两种材料各自的功能优势，提升保温砂浆热稳定性的同时，将收缩率控制在更小的范围，还可以起到滚珠效应，提高保温砂浆的工作性能。

(3)本发明提供的一种新型保温砂浆的制备方法，工艺简单，成本低廉，制得的保温砂浆综合性能优异。本发明制得的新型保温砂浆的导热系数为 0.038～0.044W/(m·k)，14d线收缩率仅为-0.018～-0.002％，燃烧性能级别符合GB 8624中A级要求。在保温砂浆行业具有良好的推广及应用前景。

(4)本发明提供的一种新型保温砂浆，将膨胀珍珠岩与相变蓄热骨料复配到砂浆中，解决了有机保温板与基层墙体之间通过胶粘剂进行黏结寿命短，或者保温板本身强度低易脱落的难题，而且相变蓄热骨料为高分子材料，不仅可以提高传统保温砂浆的柔韧性，解决砂浆收缩易开裂的难题，保证使用寿命同墙体一致；同时复合在无机砂浆中涂抹施工，一方面与基层墙面具有优异粘结强度，另一方面避免板材贴合存在的接缝和空腔，优化了保温效果；同时适应各种形状复杂墙体的保温，使用范围得到提升。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种新型保温砂浆的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例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作出创造性劳动的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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

实施例1

步骤1：在搅拌加热条件下(用磁力搅拌机搅拌，转速450r/min，温度为 80℃)，先将聚苯乙烯溶于三氯三氟乙烷溶剂中，再向其加入聚乙烯醇，待其溶解后，紧接着向其依次加入交联剂二氯乙烷、催化剂三氯化铁，待其全部溶解后，再依次加入聚丙烯酸钠、水性纳米二氧化硅分散液，搅拌至使混合物均匀分散后，缓慢向其加入704固化剂，持续搅拌6小时，获得第一产物。其中，聚乙烯醇、聚苯乙烯和聚丙烯酸钠的摩尔比为2:1:2，交联剂用量为聚苯乙烯的 0.05wt％，催化剂用量为聚苯乙烯的1.5wt％。

步骤2：将上述第一产物清洗后，于50℃的烘箱中，烘干至恒重，得到第二产物；将所述第二产物采用机械力加工，制成平均粒径为1～3mm的齿状颗粒产物，即得到相变蓄热骨料。

步骤3：称取相变蓄热骨料10份、膨胀珍珠岩5份、石英砂5份、优质微硅粉10份、水泥15份、铝酸酯偶联剂表面改性剂0.5份，水17份。

步骤4：先将称量好的相变蓄热骨料、膨胀珍珠岩、石英砂、优质微硅粉、水泥、铝酸酯偶联剂表面改性剂依次加入，干混90秒；再加入提前称好的水，慢搅120秒和快搅120秒后，得到新型保温砂浆。

实施例2

步骤1：在搅拌加热条件下(用磁力搅拌机搅拌，转速550r/min，温度为 85℃)，先将聚苯乙烯溶于三氯三氟乙烷溶剂中，再向其加入聚乙烯醇，待其溶解后，紧接着向其依次加入交联剂二氯乙烷、催化剂三氯化铁，待其全部溶解后，再依次加入聚丙烯酸钠、水性纳米二氧化硅分散液，搅拌至使混合物均匀分散后，缓慢向其加入704固化剂，持续搅拌8小时，获得第一产物。其中，聚乙烯醇、聚苯乙烯和聚丙烯酸钠的摩尔比为2:1:2，交联剂用量为聚苯乙烯的 0.05wt％，催化剂用量为聚苯乙烯的1.5wt％。

步骤2：将上述第一产物清洗后，于55℃的烘箱中，烘干至恒重，得到第二产物；将所述第二产物采用机械力加工，制成平均粒径为1～3mm的齿状颗粒产物，即得到相变蓄热骨料。

步骤3：称取相变蓄热骨料15份、膨胀珍珠岩10份、石英砂5份、优质微硅粉10份、水泥25份、铝酸酯偶联剂表面改性剂1份，水24份。

步骤4：先将称量好的相变蓄热骨料、膨胀珍珠岩、石英砂、优质微硅粉、普通硅酸盐水泥、铝酸酯偶联剂表面改性剂依次加入，干混90秒，再加入提前称好的水，慢搅120秒和快搅120秒后，得到新型保温砂浆。

实施例3

步骤1：在搅拌加热条件下(用磁力搅拌机搅拌，转速500r/min，温度为 85℃)，先将聚苯乙烯溶于三氯三氟乙烷溶剂中，再向其加入聚乙烯醇，待其溶解后，紧接着向其依次加入交联剂二氯乙烷、催化剂三氯化铁，待其全部溶解后，再依次加入聚丙烯酸钠、水性纳米二氧化硅分散液，搅拌至使混合物均匀分散后，缓慢向其加入704固化剂，持续搅拌12小时，获得第一产物。其中，聚乙烯醇、聚苯乙烯和聚丙烯酸钠的摩尔比为2:1:2，交联剂用量为聚苯乙烯的 0.05wt％，催化剂用量为聚苯乙烯的1.5wt％。

步骤2：将上述第一产物清洗后，于60℃的烘箱中，烘干至恒重，得到第二产物；将所述第二产物采用机械力加工，制成平均粒径为1～3mm的齿状颗粒产物，即得到相变蓄热骨料。

步骤3：称取相变蓄热骨料20份、膨胀珍珠岩15份、石英砂10份、优质微硅粉10份、水泥35份、铝酸酯偶联剂表面改性剂1份，水33份。

实施例4

步骤1：在搅拌加热条件下(用磁力搅拌机搅拌，转速550r/min，温度为 90℃)，先将聚苯乙烯溶于三氯三氟乙烷溶剂中，再向其加入聚乙烯醇，待其溶解后，紧接着向其依次加入交联剂二氯乙烷、催化剂三氯化铁，待其全部溶解后，再依次加入聚丙烯酸钠、水性纳米二氧化硅分散液，搅拌至使混合物均匀分散后，缓慢向其加入704固化剂，持续搅拌10小时，获得第一产物。其中，聚乙烯醇、聚苯乙烯和聚丙烯酸钠的摩尔比为2:1:2，交联剂用量为聚苯乙烯的 0.05wt％，催化剂用量为聚苯乙烯的1.5wt％。

步骤3：称取相变蓄热骨料25份、膨胀珍珠岩20份、石英砂10份、优质微硅粉15份、普通硅酸盐水泥40份、铝酸酯偶联剂表面改性剂1份，水39 份。

步骤4：先将称量好的相变蓄热骨料、膨胀珍珠岩、石英砂、优质微硅粉、水泥、铝酸酯偶联剂表面改性剂依次加入，干混90秒，再加入提前称好的水，慢搅120秒和快搅120秒后，得到新型保温砂浆。

对比例1

步骤1：如专利号CN201010548815.5中所述的一种微膨胀无机保温砂浆制备方法，取其导热系数最低的一组——实施例5。各组分及用量如下，42.5级普通硅酸盐水泥：800kg；脱硫灰：111kg；双飞粉：50kg；可再分散乳胶粉(EVA)： 20kg；羟丙基甲基纤维素醚(HPMC)：8kg；木质纤维：6kg；聚丙烯纤维：5kg；皂角苷非离子型表面活性剂：12kg；十二烷基二甲基氧化胺稳泡剂：2.5kg；水： 1200kg；玻化微珠：12m³。

步骤2：按照上述配比比例混合搅拌均匀形成保温砂浆。

对比例2

步骤1：如专利号CN202111187727.1中所述一种防火保温聚苯颗粒、制备方法以及防火保温砂浆，取其导热系数最低的一组——应用例15。各组分及用量如下，称量水泥100kg、对应实施例15制成的聚苯颗粒80kg、干机制砂40kg、可再分散乳胶粉0.7kg、羟丙基甲基纤维素0.16kg、聚丙烯纤维0.2kg、萘系高效减水剂0.04kg和水120kg。

步骤2：按照上述配比比例混合搅拌均匀形成保温砂浆。

性能测试

按照GB/T 20473-2006标准，对实施例1-4以及对比例1和2制得的保温砂浆进行性能测试，测试项目包括导热系数(25℃)、线膨胀率(14d)和燃烧性能级别。相关测试结果如下表1所示：

表1

注：线收缩率对应一列负值代表收缩值。

由上表可知，

本发明实施例1-4制得的保温砂浆的导热系数为0.038～0.044W/m·k，14d 线收缩率仅为-0.018～-0.002％，燃烧性能级别符合GB 8624中A级要求。同时，实施例1-4制得的保温砂浆各项性能均优于对比例1和2制得的保温砂浆的对应性能。这表明，本发明提供的一种新型保温砂浆在保温砂浆行业具有很高的商业价值和很强的市场竞争力。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种新型保温砂浆，其特征在于，其组分按重量份数计，包括以下原料：

相变蓄热骨料10~25份；

膨胀珍珠岩5~20份；

石英砂5~10份；

微硅粉10~15份；

水泥15~40份；

表面改性剂0.5~1.5份；

水17~39份；

所述相变蓄热骨料由聚乙烯醇、聚苯乙烯和聚丙烯酸钠分散于水性纳米二氧化硅分散液中，搅拌加热反应一定时间，再经清洗、烘干和机械研磨制得；

所述相变蓄热骨料的制备方法包括以下步骤：

S2、将所述第一产物清洗、充分烘干后得到第二产物；将所述第二产物采用机械力加工，制成平均粒径为1~3mm的颗粒状产物，即得到相变蓄热骨料。

2.根据权利要求1所述的新型保温砂浆，其特征在于，所述步骤S1中，聚乙烯醇、聚苯乙烯和聚丙烯酸钠三者的摩尔比为2:1:2。

3.根据权利要求2所述的新型保温砂浆，其特征在于，所述步骤S1中，所述水性纳米二氧化硅的用量为聚乙烯醇、聚苯乙烯和聚丙烯酸钠三者总重量的2~4倍；所述水性纳米二氧化硅的粒径为10~40nm，比表面积为150~250m²/g。

4.根据权利要求3所述的新型保温砂浆，其特征在于，所述步骤S1中，搅拌加热的转速为450~550r/min，加热的温度为80~90℃，加热的时间为6~12h。

5.根据权利要求4所述的新型保温砂浆，其特征在于，所述步骤S2中，烘干的温度为50~60℃，所述颗粒状产物为齿状颗粒。

6.根据权利要求1所述的新型保温砂浆，其特征在于，所述膨胀珍珠岩为闭孔膨胀珍珠岩，其平均粒径为1~3 mm、松散密度为40~80 kg/m³、常温导热系数为0.0245~0.048W/（m·k）。

7.根据权利要求1所述的新型保温砂浆，其特征在于，所述石英砂平均粒径小于0.15mm；所述微硅粉平均粒径小于0.3μm，其比表面积为20~28 m²/g。

8.根据权利要求1所述的新型保温砂浆，其特征在于，所述表面改性剂选自铝酸酯偶联剂或聚乙二醇单甲醚。

9.一种根据权利要求1-8中任一项所述的新型保温砂浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

按所述重量份数将相变蓄热骨料、膨胀珍珠岩、石英砂、微硅粉、水泥、表面改性剂依次加入，干混90秒；再加入提前称量好的水，先在140±2r/min的转速条件下搅拌120秒，再于285±3r/min的转速条件下搅拌120秒，即制得新型保温砂浆。