CN115557754A - 一种气凝胶建筑保温材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气凝胶建筑保温材料及其制备方法,所述材料由以下重量份的原料制成:改性气凝胶浆料15‑20份,胶凝剂40‑50份,抗裂纤维4‑7份,润滑剂18‑30份,重质碳酸钙粉150‑230份,425白色硅酸盐水泥150‑230份,硫酸钙90‑170份,快干剂10‑25份,去离子水150‑200份。该保温材料具有保温隔热效率高、不易脱落、施工简便、重量轻、效果美观等诸多优点。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域,具体涉及一种气凝胶建筑保温材料及其制备方法。
背景技术
建筑保温需要确保施工后不易脱落、耐高温、高温下不产生有毒有害物质、少增加建筑荷载以及便于后续建筑表面美化装饰处理等要求,由于受限于主要功能材料性能,当前市场上的建筑节能保温材料,无法完全满足以上要求。
气凝胶是当前世界上密度最小的固体,一般密度为3.55kg/m3,最轻的全碳气凝胶仅有0.16mg/cm3。由于气凝胶里面的颗粒非常小(纳米量级),所以可见光经过它时散射较小,另外,气凝胶中80%~99.8%是空气,气凝胶纤细的纳米网络结构有效地限制了局域热激发的传播,其内部封闭在纳米级微孔中的空气不能自由活动,抑制了气体分子对流热交换,气凝胶的折射率接近l,而且对红外和可见光的湮灭系数之比达100以上。通过改性加工,掺入碳、钛等不同材料可以进一步改变其物理性能,降低气凝胶的辐射热传导,常温常压下热导率可低达0.013w/m·K,是当前容易得到的极佳阻热材料。现有技术中缺乏一种能满足保温隔热效率高、不易脱落、施工简便、重量轻等诸多有点的保温节能材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种气凝胶建筑保温材料及其制备方法及其制备方法,该材料以气凝胶微粒为主料,经过改性后,添加胶凝剂、抗裂纤维、填充骨料等辅料混合均匀,制成浆料,刮涂在建筑墙面上,形成2~5mm厚度隔热层,使墙体导热率大幅下降,保持室内温度平衡,减少高功率电器使用时间,从而达到节能目的。
为了达到上述技术效果,本发明提供了如下技术方案:
一种气凝胶建筑保温材料,由以下重量份的原料制成:改性气凝胶浆料 15-20份,胶凝剂40-50份,抗裂纤维4-7份,润滑剂18-30份,重质碳酸钙粉 150-230份,425白色硅酸盐水泥150-230份,硫酸钙90-170份,快干剂10-25 份,去离子水150-200份。
进一步的技术方案为,所述改性气凝胶浆料包括以下重量份的原料:硅基气凝胶微粒60-90份,KH560硅烷偶联剂30-50份,冰乙酸5-10份,去离子水 850-900份。
进一步的技术方案为所述硅基气凝胶微粒为SiO2气凝胶微粒,比重为3.5 kg/m3,粒径为18μm~38μm。
本发明优选的所述气凝胶微粒为SiO2硅基气凝胶微粒,比重为3.5kg/m3,由于不能破坏气凝胶的微观结构,避免失去隔热功能,因此选用的气凝胶微粒不能太细,本发明选用的气凝胶微粒是通过多次过筛得到的18~38μm粒径SiO2硅基气凝胶微粒成品。
本发明选用KH560硅烷偶联剂,即γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷,其目的是解决气凝胶微粒与其他无机材料难以混合的问题。其原理是偶联剂的硅烷氧基对无机物具有反应性,有机官能基对有机物具有反应性或相容性。因此, 当硅烷偶联剂介于无机和有机界面之间,可形成有机基体-硅烷偶联剂-无机基体的结合层。从而实现以上目的。
本发明选用冰乙酸,即醋酸,其作用是将pH值调至3.5~5.5,促进硅烷偶联剂水解,实现硅基气凝胶的改性目的。
进一步的技术方案为所述胶凝剂为可再分散性乳胶粉。
本发明所选的胶凝剂,其选用的是可再分散性乳胶粉,可再分散乳胶粉为水溶性可再分散粉末,它是聚合物乳液经喷雾干燥后形成,主要成份为:聚合物树脂、添加剂(内)、添加剂(外)、保护胶体、抗结块剂。聚合物树脂为乙烯-醋酸乙烯共聚物,以聚乙烯醇作为保护胶体,与水接触后可以很快再分散成乳液,具有高粘结特性。其主要原理为:这种粉体在与水接触后可以很快再分散成乳液,由于可再分散乳胶粉具有高粘结能力和独特的性能,具有极突出的粘结强度,用以改善料浆的粘附性和粘合性,提升砂浆的抗折强度、防水性、可塑性、耐磨性能,使之具有较强的柔韧性。
进一步的技术方案为所述抗裂纤维为HPMC羟丙基甲基纤维素。
HPMC具有增稠能力,耐盐性低灰粉、pH稳定性、保水性、尺寸稳定性、优良的成膜性、以及广泛的分散性和粘结性等特点。提高水泥-砂的分散性,大幅度改善砂浆的可塑性和保水性,对防止裂纹有效果,可增强砂浆强度。
进一步的技术方案为所述润滑剂为硅酸镁铝粉。
润滑剂选用的是高纯度硅酸镁铝粉,硅酸镁铝粉是将硅酸钠、硫酸铝、氧化镁、铝酸钠、氢氧化钠先分别制成高浓度的水溶液,按适当比例,先后顺序进行反应,过滤,洗涤,干燥即得。主要指标为:含水量≤8%,pH值为7.5~ 9.5,粘度为0.25Pa·s±25%。添加硅酸镁铝主要用途是增加产成品的触变性,流动性,使成品易于刮涂。
硅酸镁铝粉也可用钙基膨润土粉代替,选择钙基膨润土时,用量要增加 20%。
本发明选用的重质碳酸钙粉,其选用的是D95标准下400目重质碳酸钙粉,碳酸钙含量≥96%,白度≥93%。其作用是作为建筑保温材料体系中的支撑骨料,使材料具有一定强度。
本发明选用的硫酸钙粉,其选用的是D95标准下400目白石膏粉,硫酸钙含量≥90%,白度≥85%。因其具有良好的保温、隔热、防火、非导体绝缘等性能,可代替石棉作为保温隔热材料以及防火(阻燃)材料。且可作为早强剂,用以调节凝结时间。
进一步的技术方案为所述快干剂为水泥速凝剂。
本发明的快干剂,其优选的是水泥速凝剂,是由铝矾土、纯碱、生石灰按比例烧制成的熟料再经磨细而制成,铝矾土的主要成分为氧化铝,纯碱是指碳酸钠,生石灰是指氧化钙。其主要成分中的铝酸钠、碳酸钠在碱性溶液中迅速与石膏反应形成硫酸钠,使石膏丧失其原有的缓凝作用,从而导致铝酸钙矿物迅速水化,并在溶液中析出其水化产物晶体。从而使料浆迅速凝结。
本发明还提供一种气凝胶建筑保温材料的制备方法,包括以下步骤:将配方量的去离子水与KH560硅烷偶联剂在分散罐中混合分散,用400转/min速度分散15~30分钟,然后加入冰乙酸,将溶液PH值调节到3.5-5.5,再分次加入气凝胶15kg,用800转/min速度分散50~70分钟得到改性气凝胶料浆;另取搅拌罐,加入去离子水和硅酸镁铝,用500转/min速度分散15~30分钟,再依次加入改性气凝胶料浆,胶凝剂,HPMC羟丙基甲基纤维素,重质碳酸钙粉,425 白色硅酸盐水泥,硫酸钙,快干剂,再次加入去离子水,用300转/min速度搅拌30~50分钟即得到气凝胶建筑保温材料。
气凝胶建筑保温料浆的施工方法具体为:该将成品气凝胶建筑保温料浆均匀批刮到无油污、脱模剂的干净整洁水泥或石膏打底的平整外墙面上,厚度控制3-5mm,自然干燥5-7天,高温天气中途喷水养护2-3次。即得到能够高效阻止热传递的保温隔热墙面。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:本发明利用气凝胶的高效隔热性能,以气凝胶微粒为主料,经过改性后,添加胶凝剂、抗裂纤维、填充骨料等辅料混合均匀,制成浆料,刮涂在建筑墙面上,形成2~5mm厚度隔热层,使墙体导热率大幅下降,保持室内温度平衡,减少高功率电器使用时间,从而达到节能目的。本发明为一种新型保温节能材料,与传统建筑保温板、保温砂浆层比较,具有保温隔热效率高、不易脱落、施工简便、重量轻、效果美观等诸多优点。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步的解释和说明。
实施例1
材料配方:
改性气凝胶料浆30kg,胶凝剂40kg,抗裂纤维6kg,润滑剂25kg,重质碳酸钙粉300kg、白水泥200kg、硫酸钙140kg,快干剂20kg,去离子水270kg。
制备方法具体为:
1、改性气凝胶料浆制备方法:取去离子水150kg,添加KH560偶联剂6kg,置于分散罐中,用400转/min速度分散20分钟,添加冰乙酸7-10g,将溶液PH 值调节到3.5-5.5,再分次加入气凝胶15kg,用800转/min速度分散60分钟。制成改性气凝胶料浆。
2、气凝胶建筑保温料浆制备方法:另取搅拌罐,加入去离子水270kg,加入硅酸镁铝25kg,用500转/min速度分散20分钟,再依次加入改性气凝胶料浆 30kg,胶凝剂40kg,HPMC羟丙基甲基纤维素6kg,重质碳酸钙粉300kg,白水泥200kg,硫酸钙140kg,快干剂20kg,再次加入去离子水70kg,用300转/min 速度搅拌40分钟即制成气凝胶建筑保温料浆。
实施例2
与实施例1除改性气凝胶料浆为25kg外,其余原料和制备方法均相同。
实施例3
与实施例1除改性气凝胶料浆为20kg外,其余原料和制备方法均相同。
实施例4
与实施例1除改性气凝胶料浆为15kg外,其余原料和制备方法均相同。
实施例5
与实施例1除改性气凝胶料浆为10kg外,其余原料和制备方法均相同。
实施例6
与实施例1除改性气凝胶料浆为5kg外,其余原料和制备方法均相同。
实施例7
与实施例1除不加入改性气凝胶料浆外,其余原料和制备方法均相同。
对实施例1-7制备得到的建筑保温浆料进行性能测试,分别测试其导热系数、干结密度、抗折强度和抗压强度,测试结果如表1所示。
导热系数测试方法:准备一块300mm×300mm的矩形模具,底部铺设30mm 厚聚苯颗粒板,将料浆填充在模具中,抹平压实,厚度控制在10mm,送入干燥箱中,开160℃温度,烘烤240分钟,使其干结制成试样块。将干透的试样块送入测试仪,待试样上温度稳定时,通过测定流过试上的热量和温度梯度及物料厚度等参数,计算出材料的导热系数。
干结密度测试方法:将原料制成标准试样块,干透后称量重量,通过重量与体积,计算出其密度。
抗折强度测试方法:用抗折试验机测试试样破坏时记录力值数据,得出材料抗折强度。
抗压强度测试方法:将原料制成标准试样块,干透后用压力实验机,测出试样破坏时的荷载数据,得出材料抗压强度。
表1实施例1-7的性能测试数据
在其他原料配比不变的情况下,气凝胶粉的增减量,对成品保温材料的导热系数、干结密度、抗折强度、抗压强度影响较大,除导热系数,其他指标基本呈直线相关。即随着材料中气凝胶粉的增加,导热系数会迅速降低,增加量达到改性料浆15%后,变化趋缓。干结密度、抗折强度与抗压强度直线下降。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述,上述实施例仅为本发明较佳的实施方式,本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,应该理解,本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式,这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。
Claims (8)
1.一种气凝胶建筑保温材料,其特征在于,由以下重量份的原料制成:改性气凝胶浆料15-20份,胶凝剂40-50份,抗裂纤维4-7份,润滑剂18-30份,重质碳酸钙粉150-230份,425白色硅酸盐水泥150-230份,硫酸钙90-170份,快干剂10-25份,去离子水150-200份。
2.根据权利要求1所述的气凝胶建筑保温材料,其特征在于,所述改性气凝胶浆料包括以下重量份的原料:硅基气凝胶微粒60-90份,KH560硅烷偶联剂30-50份,冰乙酸5-10份,去离子水850-900份。
3.根据权利要求2所述的气凝胶建筑保温材料,其特征在于,所述硅基气凝胶微粒为SiO2气凝胶微粒,比重为3.5kg/m3,粒径为18μm~38μm。
4.根据权利要求1所述的气凝胶建筑保温材料,其特征在于,所述胶凝剂为可再分散性乳胶粉。
5.根据权利要求1所述的气凝胶建筑保温材料,其特征在于,所述抗裂纤维为HPMC羟丙基甲基纤维素。
6.根据权利要求1所述的气凝胶建筑保温材料,其特征在于,所述润滑剂为硅酸镁铝粉。
7.根据权利要求1所述的气凝胶建筑保温材料,其特征在于,所述快干剂为水泥速凝剂。
8.一种权利要求1-7任意一项所述的气凝胶建筑保温材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:将配方量的去离子水与KH560硅烷偶联剂在分散罐中混合分散,用400转/min速度分散15~30分钟,然后加入冰乙酸,将溶液PH值调节到3.5-5.5,再分次加入气凝胶15kg,用800转/min速度分散50~70分钟得到改性气凝胶料浆;另取搅拌罐,加入去离子水和硅酸镁铝,用500转/min速度分散15~30分钟,再依次加入改性气凝胶料浆,胶凝剂,HPMC羟丙基甲基纤维素,重质碳酸钙粉,425白色硅酸盐水泥,硫酸钙,快干剂,再次加入去离子水,用300转/min速度搅拌30~50分钟即得到气凝胶建筑保温材料。
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