專利名稱：一種無機輕集料保溫隔熱板材及其制備方法
技術領域：
本發明屬于保溫隔熱板材領域，特別涉及一種無機輕集料保溫隔熱板材及其制備方法。
背景技術：
建筑墻體保溫技術所采用的保溫材料從應用上可分為有機、無機、復合型三大類。 從我國多年實施節能建筑政策的實踐過程看，在取得了重大經濟效益和社會效益的同時， 也暴露出來了令人十分擔憂的問題。在這些問題中最突出的當屬實施墻體保溫所采用的保溫材料當前，出于技術性和經濟性的簡單考量，以聚苯板和聚氨酯為主的有機類外墻保溫材料占據著80%以上的市場。而這些有機類保溫材料最突出的問題有以下三個方面(1) 有機類保溫材料易燃，存在嚴重的火災安全隱患，而且在燃燒過程中釋放出有毒氣體，對人身體健康造成損害。(2)有機類墻體保溫材料容易老化，存在保溫性能衰減及脫落、開裂一系列問題。(3)以聚苯板、聚氨酯材料為代表的有機類墻體保溫材料的原材料均來自于石油副產品，在國際國內石油資源日益短缺的形勢下，也不適宜長期作為墻體保溫材料。大力開展無機類墻體保溫新材料的研究開發工作，以替代有機類墻體保溫材料不但是當務之急，更應作為可持續發展的長期戰略。因此，以輕質多孔結構的無機輕集料為原料的保溫板材的研究迅速升溫。無機輕集料可以是膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、陶砂、膨脹礦渣珠、海泡石、玻化微珠或閉孔膨脹珍珠巖。但它們大多數是親水性材料，容易由于其較差的耐水性從而保溫板材質量下降。采用有機固化粘結劑的保溫隔熱板材雖然在材質的防水性能方面具有一定的優勢，但這種以導熱系數稍高的無機類膨脹珍珠巖為保溫骨料，以易燃易老化并且具有較低機械強度和較差耐溫性的有機類材料為結構性粘結材料的方式顯然是兼具了有機無機材料的弱點，不具備在建筑節能領域內的實際應用前景。粘結劑影響著保溫隔熱板材的強度、耐水性、老化等性能，而當前所采用的無機固化粘結劑的無機保溫隔熱板材比較共同的缺點在于導熱系數偏高、吸水吸濕性大、軟化系數低，嚴重地影響到無機輕集料低廉價格下帶來的高效性能特點。目前用于建筑方面的無機粘結劑主要是水玻璃系粘結劑。水玻璃是由堿金屬氧化物和二氧化硅結合而成的可溶性堿金屬硅酸鹽材料，又稱泡花堿。水玻璃可根據堿金屬的種類分為鈉水玻璃和鉀水玻璃(在工業生產中經常用到的是鈉系水玻璃)，其分子式分別為Na2O · IiSiO2和K2O · nSi02.式中的系數η稱為水玻璃模數，是水玻璃中的氧化硅和堿金屬氧化物的分子比(或摩爾比)。水玻璃模數是水玻璃的重要參數，一般在1. 5-3. 5之間。 水玻璃模數越大，固體水玻璃越難溶于水，η為1時常溫水即能溶解，η加大時需熱水才能溶解，η大于3時需4個大氣壓以上的蒸汽才能溶解。水玻璃模數越大，氧化硅含量越多，水玻璃粘度增大，易于分解硬化，粘結力增大。現有的水玻璃系粘結劑的硬化劑方案主要有二氧化碳硬化水玻璃、有機酯硬化水玻璃、氟硅酸鈉硬化水玻璃等。這些硬化劑對水玻璃系的保溫隔熱板材的耐水性有一定的提高，但是對于建筑節能市場要求的保溫隔熱板材具有高耐候性是遠遠不夠的。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種無機輕集料保溫隔熱板材及其制備方法， 該板材防火性能好，與建筑物同壽命，具有良好的機械強度、較低導熱系數、低吸水吸濕性、 軟化系數高；制備方法工藝簡單，成本低，具有良好的應用前景。本發明的一種無機輕集料保溫隔熱板材，其特征在于該板材采用R2O-B2O3-SiO2 系溶膠作為固化粘結劑，粘結劑組分包括按質量分數，20% 50% R20,4% 10% B2O3， 40% 80% SiO2，其中 R 為 Li、Na 或 K。本發明的一種無機輕集料保溫隔熱板材的制備方法，包括(1)將水玻璃、硼酸或硼砂、水以及水玻璃中堿金屬對應的堿按重量比100 6 12 20 200 4 7攪拌混合均勻，加熱至60°C 80°C進行0. 5 4h的保溫熱處理得 R2O-B2O3-SiO2系溶膠先驅液，將溶膠先驅液加水攪拌，進行水解縮聚得R2O-B2O3-SiO2系溶膠固化粘結劑；(2)將上述溶膠固化粘結劑與與無機輕集料按質量比1 0. 5 5充分混合后，放入模具中壓制成型，脫模后經200 500°C的熱處理即得無機輕集料保溫隔熱板材。所述步驟(2)中的無機輕集料為膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、陶砂、膨脹礦渣珠、海泡石、玻化微珠或閉孔膨脹珍珠巖，松散堆積密度為70 160kg/m3。本發明的R2O-B2O3-SiO2系溶膠固化粘結劑是經過溶解過程、熟化熱處理過程以及水解縮聚過程制得。先將硼酸或硼砂及水玻璃中堿金屬對應的堿加入到水玻璃中溶解并攪拌混合均勻。這是一個溶解過程，與水玻璃原液相比所得液體無明顯變化。然后將其加熱到60°C 80°C，并在該溫度下進行0. 5 4h的保溫熱處理，此時得到的是R2O-B2O3-SiO2系溶膠先驅液。這是一個發生了化學反應的過程，其主要現象是無色透明液體變渾濁了，變粘稠了。最后將R2O-B2O3-SiO2系溶膠先驅液加水攪拌，進行水解縮聚形成一種富含多硼酸鹽、 多硅酸鹽及硅酸膠體納米粒子的R2O-B2O3-SiO2三元溶膠。所得的R2O-B2O3-SiO2三元溶膠與其先驅液相比變澄清了。本發明的R2O-B2O3-SiO2系溶膠固化粘結劑，是從高化學穩定性高耐久性堿金屬硼硅系玻璃及其內秉結構特征的角度出發的。這種粘結劑對于保溫隔熱板材的耐水性有所提高的關鍵在于硼元素，經200 500°C的中低溫熱處理時，一定條件下B3+有奪取游離氧形成硼氧四面體的趨勢，使結構趨向緊密，即硼能提高玻璃的低溫黏度。有益效果(1)本發明防火性能好，與建筑物同壽命，具有良好的機械強度、較低導熱系數、低吸水吸濕性、軟化系數高，較好地解決了同類無機輕質保溫隔熱板材在耐水性方面存在的問題；(2)制備方法工藝簡單，成本低，具有良好的應用前景。
具體實施例方式下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。實施例1以松散堆積密度為120kg/m3的膨脹珍珠巖為輕集料，R2O-B2O3-SiO2系溶膠固化粘結劑按重量份計的配方為鈉系水玻璃100，硼酸6，水50，氫氧化鈉7，其中水玻璃的模數為 2. 5，波美度為50° Β 。將這些原料攪拌混合均勻，加熱至60°C進行0.5h的保溫熱處理得 R2O-B2O3-SiO2系溶膠先驅液，將溶膠先驅液加水攪拌，進行水解縮聚獲得R2O-B2O3-SiO2系溶膠粘結劑，此時粘結劑主要成分質量分數為=R2O 30%,B2O3 6%, SiO2 64%。然后將膨脹珍珠巖送入轉動的轉筒中，粘結劑與膨脹珍珠巖的質量比為1 0.5，膨脹珍珠巖在轉筒中不斷攪動與霧狀粘結劑充分接觸，從出料口出料，放入模具中以壓縮比為2進行壓制成型，脫模后經500°C熱處理即可獲得采用R2O-B2O3-SiO2系溶膠固化粘結劑的膨脹珍珠巖基保溫隔熱板材。試驗研究結果表明，與水玻璃、水玻璃加氟硅酸鈉硬化劑的粘結體系相比，采用 R2O-SiO2-B2O3系溶膠固化粘結劑的膨脹珍珠巖基保溫隔熱板材的耐水性有明顯改善作用， 如表1、2所示。采用R2O-SiO2-B2O3系溶膠固化粘結劑的膨脹珍珠巖基保溫隔熱板材在經過 500°C的熱處理后，其軟化系數達到了 0. 8以上，在沸水中蒸煮24h的失重率也不到1%。表1不同熱處理溫度下幾種固化粘結劑的軟化系數對比
權利要求
1.一種無機輕集料保溫隔熱板材，其特征在于該板材采用R2O-B2O3-SiO2系溶膠作為固化粘結劑，粘結劑組分包括按質量分數，20% 50% R20,4% 10% B2O3，40% 80% SiO2，其中 R 為 Li、Na 或 K。
2.一種無機輕集料保溫隔熱板材的制備方法，包括(1)將水玻璃、硼酸或硼砂、水以及水玻璃中堿金屬對應的堿按重量比100 6 12 20 200 4 7攪拌混合均勻，加熱至60°C 80°C進行0. 5 4h的保溫熱處理得 R2O-B2O3-SiO2系溶膠先驅液，將溶膠先驅液加水攪拌，進行水解縮聚得R2O-B2O3-SiO2系溶膠固化粘結劑；(2)將上述溶膠固化粘結劑與與無機輕集料按質量比1 0.5 5充分混合后，放入模具中壓制成型，脫模后經200 500°C的熱處理即得無機輕集料保溫隔熱板材。
3.根據權利要求2的一種無機輕集料保溫隔熱板材的制備方法，其特征在于所述步驟(2)中的無機輕集料為膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、陶砂、膨脹礦渣珠、海泡石、玻化微珠或閉孔膨脹珍珠巖，松散堆積密度為70 160kg/m3。
全文摘要
本發明涉及一種無機輕集料保溫隔熱板材及其制備方法，該板材采用R2O-B2O3-SiO2系溶膠作為固化粘結劑，粘結劑組分包括按質量分數，20％～50％R2O，4％～10％B2O3，40％～80％SiO2。制備方法包括將無機輕集料與R2O-B2O3-SiO2系溶膠固化粘結劑充分混合后，放入模具中壓制成型，脫模后經200～500℃的熱處理即得保溫隔熱板材。本發明防火性能好，與建筑物同壽命，具有良好的機械強度、較低導熱系數、低吸水吸濕性、軟化系數高，較好地解決了同類無機輕質保溫隔熱板材在耐水性方面存在的問題；制備方法工藝簡單，成本低，具有良好的應用前景。
文檔編號C04B28/00GK102219455SQ201110095669
公開日2011年10月19日 申請日期2011年4月18日 優先權日2011年4月18日
發明者屠浩馳, 施衛平, 李陸寶, 王小山, 王智宇, 蔡琪超, 阮華, 高錦秀 申請人:寧波榮山新型材料有限公司