CN115849858A - 一种气凝胶前驱体复合镁基胶凝剂的保温浆料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气凝胶前驱体复合镁基胶凝剂的保温浆料，属于建筑材料技术领域。气凝胶前驱体复合镁基胶凝剂的保温浆料，包括以下质量份数的原料：二氧化硅气凝胶前驱体1～1.5份、氧化镁0.5～1份、磷酸二氢钾0.2～0.4份、中空陶瓷微球0.2～0.5份、陶瓷纤维0.2～0.5份和硅藻土0.1～0.3份。本发明的保温浆料容重小，保温隔热性能突出，施工简便，与基层材料粘结紧密，抗开裂，并具有吸音、防腐、防火等功能。用该保温浆料代替传统的抹面保温砂浆，可以明显提高建筑物的保温隔热性能，降低取暖制冷能耗，节约资源，且不易脱落，寿命长，具有较好的经济效应和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，特别是涉及一种气凝胶前驱体复合镁基胶凝剂的保温浆料。
背景技术
保温砂浆是以各种轻质材料为骨料，以水泥为胶凝料，掺和一些改性添加剂，经生产企业搅拌混合而制成的一种预拌干粉砂浆。用于构筑建筑表面保温层的一种建筑材料。市面上的保温砂浆主要为两种：(1)无机保温砂浆(玻化微珠防火保温砂浆、复合硅酸铝保温砂浆、珍珠岩保温砂浆)；(2)有机保温砂浆(胶粉聚苯颗粒保温砂浆)。但有机保温砂浆耐燃性差，容易着火；无机保温砂浆材料保温系统防火不燃烧，但是通常热导率较高，容重大，与墙体的结合不好。
气凝胶是一种热导率很低的绝热材料，其强度较低，通常以粉末的形式加入涂料，或与玻璃棉等其它基材进行混合制成保温制品。但是气凝胶粉末的价格昂贵，在涂料中的分散性不好，与其它基材进行复合时，容易脱落，粉尘污染大。因此，亟需制备一种性能优异的保温浆料。
发明内容
本发明的目的是提供一种气凝胶前驱体复合镁基胶凝剂的保温浆料，直接使用气凝胶前驱体，而不是昂贵的气凝胶粉以解决上述现有技术存在的问题，同时可以利用前驱体的酸性激发镁基胶凝材料，避免正常气凝胶制备过程所需的去酸清洗过程，变害为利。本发明通过对保温浆料原料的合理设计和巧妙搭配，使制备的保温浆料具有容重低、热导率低、强度高(抗压强度大于1MPa)、A1级不燃等优越性能，满足建筑领域内墙及外墙的保温性能要求，也可应用于其它需要保温或保冷的工业环境，具有广阔的发展和应用前景。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明的技术方案之一：一种气凝胶前驱体复合镁基胶凝剂的保温浆料，包括以下质量份数的原料：二氧化硅气凝胶前驱体1～1.5份、氧化镁0.5～1份、磷酸二氢钾0.2～0.4份、中空陶瓷微球0.2～0.5份、陶瓷纤维0.2～0.5份和硅藻土0.1～0.3份。
进一步地，所述二氧化硅气凝胶前驱体的制备具体包括：
将硅源、无水乙醇、硅烷试剂和水混合均匀，然后滴加稀硫酸，静置老化，得到所述二氧化硅气凝胶前驱体。
进一步地，所述硅源包括水玻璃或正硅酸乙酯。
进一步地，所述硅烷试剂包括含氯或氟的硅烷试剂。
进一步地，所述中空陶瓷微球的材质包括玻璃质、二氧化硅质和氧化铝质中的任意一种；所述中空陶瓷微球的粒径为10～100μm。
进一步地，所述陶瓷纤维包括玻璃纤维、硅酸铝纤维和海泡石纤维中的任意一种；所述陶瓷纤维的长度为1～5cm，直径＜100μm。
更进一步地，所述硅藻土为过325目筛的硅藻土。
本发明的技术方案之二：一种上述气凝胶前驱体复合镁基胶凝剂的保温浆料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按质量份数称取各个原料，将陶瓷纤维、水和表面活性剂混合分散均匀，干燥后得到改性陶瓷纤维；
(2)将二氧化硅气凝胶前驱体、氧化镁混合后，加入中空陶瓷微球、改性陶瓷纤维和硅藻土进行一次搅拌混合均匀，然后加入磷酸二氢钾二次搅拌混合均匀，得到混合粉末；
二氧化硅气凝胶前驱体中残留的酸可为磷酸镁胶凝材料的合成提供所需的酸性环境，磷酸镁胶凝材料合成过程中放出的热又可为气凝胶前驱体转变为气凝胶提供所需热量。这样可以大大降低成本，变废为利，缩短工艺流程。
通过气凝胶前驱体和磷酸镁胶凝材料(氧化镁与磷酸二氢钾可以形成磷酸镁胶凝材料)的复合，可原位形成气凝胶，大幅度降低所制备保温涂料的容重，降低热导率，带来优异的保温性能。解决气凝胶粉难以与其它材料复合的难题，并大幅度降低成本。
(3)将混合粉末和水混合搅拌成均匀浆体，静置后得到所述气凝胶前驱体复合镁基胶凝剂的保温浆料。
进一步地，步骤(2)中，所述二次搅拌的时间为5～8h。
进一步地，步骤(3)中，所述混合粉末和水的质量比为2:1；所述静置的时间为3～5h。
本发明的技术方案之三：一种上述气凝胶前驱体复合镁基胶凝剂的保温浆料在保温领域的应用。
本发明公开了以下技术效果：
(1)本发明通过对保温浆料原料的合理设计和巧妙搭配，使制备的保温浆料具有容重低、热导率低、强度高、不燃等优越性能，满足建筑领域内墙及外墙的保温性能要求，也可应用于其它需要保温或保冷的工业环境，具有广阔的发展和应用前景。
(2)本发明制备的保温浆料(新型轻质环保无机保温浆料)与传统保温砂浆不同，亦有别于将气凝胶成品与其它材料进行机械混合制备的保温材料，是用二氧化硅气凝胶前驱体与镁基胶凝材料复合，再掺入超细陶瓷纤维、陶瓷中空微球及微纳米陶瓷粉体，经一定的工艺制成的保温抹面浆料，可直接涂于墙体表面。该保温浆料容重小，保温隔热性能突出，施工简便，具有与基层材料粘结紧密(粘结强度不低于0.5MPa)，抗开裂(拉伸强度大于0.7MPa)，并具有吸音、防腐(耐盐雾及油脂和酸碱性盐腐蚀)、A1级防火等功能。用该保温浆料代替传统的抹面保温砂浆，可以明显提高建筑物的保温隔热性能，降低取暖制冷能耗，节约资源，且不易脱落，寿命长，具有较好的经济效应和社会效益。
(3)正常情况下气凝胶前驱体进一步制备成气凝胶时，需要进行洗涤处理，把制备气凝胶前驱体时引入的酸洗掉，此步处理会导致成本显著增加(昂贵的成本)，并对环境造成影响。而本发明通过原料的配比选择，使气凝胶前驱体中残留的酸可为磷酸镁胶凝材料的合成提供所需的酸性环境，磷酸镁胶凝材料合成过程中放出的热又可为气凝胶前驱体转变为气凝胶提供所需热量。这样可以大大降低成本，变废为利，缩短工艺流程。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
以下实施例所述的“份”均为“质量份”。
实施例1
一种气凝胶前驱体复合镁基胶凝剂的保温浆料：
(1)二氧化硅气凝胶前驱体的制备
将硅源(水玻璃)、无水乙醇、硅烷试剂(三甲基氯硅烷)和去离子水以质量比1：1：0.5：4混合均匀，然后滴加浓度为(1.2g/mL)稀硫酸至pH为3～5，静置老化24h，得到所述二氧化硅气凝胶前驱体。
(2)将40份陶瓷纤维(硅酸铝纤维，长度为3～5cm，直径＜50μm)、80份水和0.8份硅烷偶联剂混合，分散均匀后干燥，得到改性陶瓷纤维。
(3)将100份二氧化硅气凝胶前驱体和60份氧化镁搅拌混合均匀后，与20份中空陶瓷微球(玻璃质，粒径为20～50μm)、改性陶瓷纤维和10份硅藻土(过325目筛)搅拌混合5h，得到混合粉末。
(4)将上述混合粉末与粉末30份磷酸二氢钾搅拌混合5h得到最终混合粉末。
(5)将最终混合粉末和水以质量比2:1混合，搅拌成均匀浆体，静置3h，得到保温浆料。
将本实施例制备的保温浆料进行抹面施工(厚度不大于50mm)，干燥后容重为180kg/m3，热导率为0.041W/mK。
实施例2
一种气凝胶前驱体复合镁基胶凝剂的保温浆料：
(1)二氧化硅气凝胶前驱体的制备同实施例1。
(2)将50份陶瓷纤维(玻璃纤维，长度为2～4cm，直径＜80μm)、100份水和1份硅烷偶联剂混合，分散均匀后干燥，得到改性陶瓷纤维。
(3)将160份二氧化硅气凝胶前驱体与80份氧化镁搅拌混合均匀后，与40份中空陶瓷微球(氧化铝质，粒径为10～30μm)、改性陶瓷纤维和20份硅藻土(过325目筛)搅拌混合8h，得到混合粉末。
(4)将上述混合粉末与40份磷酸二氢钾搅拌混合8h至均匀化，得到最终混合粉末。
(5)将最终混合粉末和水以质量比2:1混合，搅拌成均匀浆体，静置3h，得到保温浆料。
将本实施例制备的保温浆料进行抹面施工，干燥后容重为120kg/m3，热导率为0.035W/mK。
实施例3
一种气凝胶前驱体复合镁基胶凝剂的保温浆料：
(1)二氧化硅气凝胶前驱体的制备同实施例1。
(2)将30份陶瓷纤维(海泡石纤维，长度为1～3cm，直径＜20μm)、60份水和0.6份硅烷偶联剂混合，分散均匀后干燥，得到改性陶瓷纤维。
(3)将200份二氧化硅气凝胶前驱体和100份氧化镁搅拌混合均匀后，与20份中空陶瓷微球(氧化铝质，粒径为20～30μm)、改性陶瓷纤维和15份硅藻土(过325目筛)，搅拌混合5h，得到混合粉末。
(4)将上述混合粉末与粉末40份磷酸二氢钾搅拌混合5h得到最终混合粉末。
(5)将最终混合粉末和水以质量比2:1混合，搅拌成均匀浆体，静置3h，得到保温浆料。
将本实施例制备的保温浆料进行抹面施工，干燥后容重为100kg/m3，热导率为0.030W/mK。
效果例1
通过上述方法得到的保温浆料涂刷后可得厚度为3mm的保温层，其与墙体结合良好(结合强度可达0.7MPa)；保温浆料干燥后的保温层的拉伸强度可达0.9MPa，抗压强度达到1MPa。可耐盐雾及油脂和酸碱性盐的腐蚀，具有A1级防火能力。
对比例1
同实施例1，区别仅在于，二氧化硅气凝胶前驱体经过去酸处理。
大大提高成本和工艺复杂性。
对比例2
同实施例1，区别仅在于，将二氧化硅气凝胶替换成聚丙烯酰胺凝胶。
以聚丙烯酰胺凝胶代替二氧化硅气凝胶。防火性能大为降低，具有一定的可燃性。
对比例3
同实施例1，区别仅在于，磷酸二氢钾的用量为10份。
所述保温浆料无法完全胶凝，强度很低。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种气凝胶前驱体复合镁基胶凝剂的保温浆料，其特征在于，包括以下质量份数的原料：二氧化硅气凝胶前驱体1～1.5份、氧化镁0.5～1份、磷酸二氢钾0.2～0.4份、中空陶瓷微球0.2～0.5份、陶瓷纤维0.2～0.5份和硅藻土0.1～0.3份。
2.根据权利要求1所述的气凝胶前驱体复合镁基胶凝剂的保温浆料，其特征在于，所述二氧化硅气凝胶前驱体的制备具体包括：
将硅源、无水乙醇、硅烷试剂和水混合均匀，然后滴加稀硫酸，静置老化，得到所述二氧化硅气凝胶前驱体。
3.根据权利要求2所述的气凝胶前驱体复合镁基胶凝剂的保温浆料，其特征在于，所述硅源包括水玻璃或正硅酸乙酯。
4.根据权利要求2所述的气凝胶前驱体复合镁基胶凝剂的保温浆料，其特征在于，所述硅烷试剂包括含氯或氟的硅烷试剂。
5.根据权利要求1所述的气凝胶前驱体复合镁基胶凝剂的保温浆料，其特征在于，所述中空陶瓷微球的材质包括玻璃质、二氧化硅质和氧化铝质中的任意一种；所述中空陶瓷微球的粒径为10～100μm。
6.根据权利要求1所述的气凝胶前驱体复合镁基胶凝剂的保温浆料，其特征在于，所述陶瓷纤维包括玻璃纤维、硅酸铝纤维和海泡石纤维中的任意一种；所述陶瓷纤维的长度为1～5cm，直径＜100μm。
7.一种权利要求1～6任一项所述的气凝胶前驱体复合镁基胶凝剂的保温浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按质量份数称取各个原料，将陶瓷纤维、水和表面活性剂混合分散均匀，干燥后得到改性陶瓷纤维；
(2)将二氧化硅气凝胶前驱体、氧化镁进行混合后，加入中空陶瓷微球、改性陶瓷纤维和硅藻土进行一次搅拌混合均匀，然后加入磷酸二氢钾二次搅拌混合均匀，得到混合粉末；
(3)将混合粉末和水混合搅拌成均匀浆体，静置后得到所述气凝胶前驱体复合镁基胶凝剂的保温浆料。
8.根据权利要求7所述的气凝胶前驱体复合镁基胶凝剂的保温浆料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述二次搅拌的时间为5～8h。
9.根据权利要求7所述的气凝胶前驱体复合镁基胶凝剂的保温浆料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述混合粉末和水的质量比为2:1；所述静置的时间为3～5h。
10.一种权利要求1～6任一项所述的气凝胶前驱体复合镁基胶凝剂的保温浆料在保温领域的应用。
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