一種氣凝膠建筑保溫隔熱復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氣凝膠建筑保溫隔熱復(fù)合材料及制備方法，該方法包括：提供含二氧化硅氣凝膠的水性漿料，所述水性漿料是主要由二氧化硅氣凝膠粉體、表面活性劑、粘結(jié)劑與水均勻混合形成的穩(wěn)定分散體系；向所述水性漿料內(nèi)加入呈粉體狀或流體狀的建筑材料，并均勻混合形成混合物料；以及，將所述混合物料干燥成型，獲得所述氣凝膠建筑保溫隔熱復(fù)合材料。本發(fā)明的制備工藝簡單易操作，可控性好，成本低廉，并且所獲產(chǎn)品具有輕質(zhì)、高強度、保溫隔熱性能優(yōu)良且均一等優(yōu)點。
【專利說明】一種氣凝膠建筑保溫隔熱復(fù)合材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一種建筑用保溫隔熱材料，特別是一種氣凝膠建筑保溫隔熱復(fù)合材料及其制備方法，屬于建筑材料領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著世界范圍內(nèi)的能源緊缺以及能源利用所帶來的環(huán)境問題，資源、能源和環(huán)保是制約當(dāng)今人類社會和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的三大考驗，節(jié)能降耗減排是實現(xiàn)社會和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。除了能源的高效轉(zhuǎn)化及可再生能源的合理開發(fā)外，充分提高能源的利用效率也是節(jié)能的關(guān)鍵。隔熱保溫材料可有效減少熱量在產(chǎn)生、輸送、儲存和使用等過程中伴隨的熱量損失，廣泛應(yīng)用于建筑、化工、電子、服裝、航空天等領(lǐng)域，已成為提高能量利用效率和實現(xiàn)節(jié)能降耗減排的重要途徑。因此，研宄新型輕質(zhì)、高效和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的隔熱保溫復(fù)合材料，對于實現(xiàn)資源和能源的高效利用、節(jié)降耗減排以及人類環(huán)境和社會的可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的意義。建筑物從主體結(jié)構(gòu)到裝飾裝修施工中需要用到各種材料，為了節(jié)約能源，現(xiàn)在對住宅和商業(yè)房屋外墻的隔熱保溫要求越來越高，隔熱保溫建筑材料也成了各個建材廠商的研發(fā)對象，提高常規(guī)建材的隔熱保溫效果。
[0003]5102氣凝膠高效的隔熱性能可望大幅度降低能源的損耗，尤其是在建筑行業(yè)和熱力工業(yè)行業(yè)，3102氣凝膠隔熱材料的應(yīng)用可望大幅度降低建筑的空調(diào)能耗與熱量傳輸過程中的損耗，而且S12氣凝膠具有良好的疏水性能、耐熱性能、耐腐蝕性能，成為現(xiàn)在發(fā)展前景最好的隔熱保溫材料。
[0004]專利號為CN 101795857報道了一種氣凝膠復(fù)合材料的制備方法，其使用硅前驅(qū)體溶液與催化劑混合后浸漬在玻璃纖維中凝膠成型，再進行超臨界干燥制備氣凝膠板，此制備方法制備的復(fù)合材料隔熱性能較好，但是此方法過程繁瑣，需要工藝復(fù)雜的超臨界干燥，成本較高。另外，諸如CN103553502A等專利述及了含二氧化硅氣凝膠的無機輕質(zhì)保溫板等，但因其中二氧化硅氣凝膠的分散度較差，導(dǎo)致所形成的復(fù)合材料存在保溫隔熱性能較低以及各部位隔熱性能、機械強度不均一等缺陷，嚴(yán)重影響了這些復(fù)合材料的綜合性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在于提供一種氣凝膠隔熱保溫建筑復(fù)合材料及其制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
[0006]為實現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括:
[0007]一種氣凝膠建筑保溫隔熱復(fù)合材料的制備方法，包括:
[0008]提供含二氧化硅氣凝膠的水性漿料，所述水性漿料是主要由二氧化硅氣凝膠粉體、表面活性劑、粘結(jié)劑與水均勻混合形成的穩(wěn)定分散體系；
[0009]向所述水性漿料內(nèi)加入呈粉體狀或流體狀的建筑材料，并均勻混合形成混合物料，所述混合物料包含:二氧化娃氣凝膠粉體5wt%? 40wt%，水25wt%? 60wt%，表面活性劑 0.05wt%?15.0wt%，建筑材料 30wt%? 60wt% ；
[0010]以及，將所述混合物料干燥成型，獲得所述氣凝膠建筑保溫隔熱復(fù)合材料。
[0011]在一較佳實施方案之中，該制備方法還可包括:
[0012]將pH值為5?9的水與表面活性劑混合均勻，形成混合液；
[0013]向所述混合液內(nèi)加入二氧化硅氣凝膠粉體，混合均勻，形成懸浮液，
[0014]所述懸浮液內(nèi)加入粘結(jié)劑和可選擇添加或不添加的助劑，混合均勻，形成所述水性漿料，且所述水性漿料的密度為0.3g/ml?1.0g/ml，固含量為5wt%? 25wt%。
[0015]尤為優(yōu)選的，所述水性漿料包含按重量份計算的如下組份:水30?80份，二氧化硅氣凝膠5?30份，表面活性劑O?10份，粘結(jié)劑2?30份。
[0016]進一步的，所述二氧化硅氣凝膠粉體采用疏水性二氧化硅氣凝膠，且所述氣凝膠粉體的密度為0.05g/ml?0.3g/ml，孔隙率為80 %?99 %，粒徑為0.1 μ m?500 μ m，比表面為 500m2/g ?1200m2/g 之間，熱導(dǎo)率為 0.01ff/m.k ?0.04ff/m.k。
[0017]進一步的，所述水性漿料中的水可選自去離子水或者自來水，所述自來水選自極軟水、軟水和中硬水。
[0018]進一步的，所述表面活性劑包括陰離子型，陽離子型或者非離子型表面活性劑，其中，所述陽離子型表面活性劑可選自但不限于脂族銨鹽或胺鹽，例如十六烷基二甲基芐基氯化銨、烷基溴化吡啶、十六烷基氯化吡啶、十六烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基氯化銨；
[0019]所述非離子表面活性劑至少選自蔗糖單月桂酸酯、蔗糖單油酸酯、蔗糖單棕櫚酸酯、聚乙二醇二硬脂酸酯、壬基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、丙三醇脂肪酸酯、丙二醇脂肪酸酯、脫水山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧乙烯脫水山梨糖醇脂肪酸酯、四油酸聚氧乙烯山梨糖醇、聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基苯基醚、聚氧乙烯聚氧丙烯二醇、聚氧乙烯聚氧丙烯烷基醚、聚乙二醇脂肪酸酯、高級脂肪酸醇酯、多元醇脂肪酸酯中的任一種或兩種以上的組入口 ο
[0020]所述陰離子型表面活性劑可選自但不限于烷基硫酸鹽或高級烷基醚硫酸鹽，例如仲烷基磺酸鈉、仲烷基磺酸鈉、烷基苯磺酸鹽、仲烷基硫酸鈉與烷基苯磺酸鈉的混合物、仲燒基硫酸納。
[0021]或者，所述表面活性劑選自兩性表面活性劑，所述兩性表面活性劑為甜菜堿型或氧化型。
[0022]進一步的，所述粘結(jié)劑選自有機物含量小于2wt %的全水性粘結(jié)劑，所述全水性粘結(jié)劑可選自但不限于聚乙烯醇、水性丙烯酸樹脂、水性聚氨酯、水性環(huán)氧樹脂，水性纖維素、丙烯酸乳液、環(huán)氧樹脂乳液、有機硅乳液。
[0023]進一步的，所述水性漿料還可包含助劑，所述助劑包括增塑劑和/或成膜助劑；其中，所述增塑劑至少可選自但不限于聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚正丁基(二丁基)乙烯、鄰苯二甲酸二丁酯、硬脂酸丁酯、松香酸甲酯、磷酸三甲苯酯、碳酸丙烯酯；所述成膜助劑至少選自丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯。
[0024]進一步的，所述建筑材料可選自但不限于中性水泥、堿性水泥、建筑砂漿、高嶺土、蒙脫土，蛭石，石膏中的任一種或兩種以上的組合。
[0025]較為優(yōu)選的，該制備方法還可包括:向所述水性漿料內(nèi)加入纖維增強材料，并與所述建筑材料均勾混合形成所述混合物料，并且，所述混合物料包含lwt%? 10wt%纖維增強材料。
[0026]所述纖維增強材料的加入可以使復(fù)合材料的強度提高，可選自但不限于聚丙烯纖維、聚丙烯腈纖維、聚乙烯醇縮甲醛纖維、玻璃纖維、石纖維、礦渣纖維、生物可溶性陶瓷纖維中的任一種或兩種以上的組合。
[0027]進一步的，該制備方法還可包括:將混合物料置于選定模具內(nèi)干燥成型，形成所述復(fù)合材料。
[0028]進一步的，該制備方法中采用的物料混合方式可以是機械攪拌，球磨，砂磨，膠體磨，超聲混合等之中的任一種或多種的組合。
[0029]由前述方法制備的氣凝膠建筑保溫隔熱復(fù)合材料。其中，若采用的建筑材料為石膏，則該復(fù)合材料的密度在0.3976g/cm3以下，導(dǎo)熱率在0.086w/m.K以下。若采用的建筑材料為水泥，則該復(fù)合材料的密度在1.76kg/L以下，導(dǎo)熱率在0.0890w/m.K以下。
[0030]本發(fā)明通過首先將疏水性二氧化硅氣凝膠與表面活性劑、水、粘結(jié)劑等制成穩(wěn)定的水性漿料，再與建筑材料復(fù)合形成建筑用復(fù)合材料的方式，可以使氣凝膠相可以很均勻的分散在粘結(jié)劑三維網(wǎng)絡(luò)中，并使氣凝膠保持原始的微觀形貌和隔熱性能，進而可以很好的提高氣凝膠復(fù)合材料的機械強度和隔熱性能，使其能夠很好的滿足建筑領(lǐng)域的苛刻的機械強度，重量和隔熱性能要求。
[0031]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果包括:該氣凝膠建筑保溫隔熱復(fù)合材料的制備工藝簡單易操作，可控性好，成本低廉，并且所獲產(chǎn)品具有輕質(zhì)、高強度、保溫隔熱性能優(yōu)良且均一等優(yōu)點。

【具體實施方式】
[0032]以下結(jié)合若干實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的解釋說明。
[0033]實施例1將疏水二氧化硅氣凝膠粉體5g，聚乙二醇脂肪酸酯0.05g，去離子水30g，使用機械攪拌混合，攪拌速度lOOrpm，攪拌時間20min，混合均勾后，取出分散液放入容器待用。堿性水泥50g，沙子100g，水20g，使用NJ-160凈漿攪拌機攪拌攪拌速度200rpm，攪拌lOmin。將所制備的混凝土漿與所制備的氣凝膠分散液使用機械攪拌器攪拌混合，攪拌速度20rpm，攪拌時間lOmin，混合均勾后將所制備的楽料倒入200*300*5mm的木制模具中，在常溫下干燥72小時，取出復(fù)合材料，所制備的復(fù)合材料表面平整，熱導(dǎo)率為0.080ff/m -k,密度約1.83g/cm3，抗壓強度約2MPa、拉伸強度約1.5MPa、剪切強度約2.3MPa。
[0034]并且，當(dāng)利用本實施例的工藝制得大規(guī)格(200*300*5mm)的復(fù)合材料后，分別在其不同部位切片觀察，可以看到其中的氣凝膠分布均勻，且各處的氣凝膠分布密度基本相同。而對該大規(guī)格復(fù)合材料的不同部位的密度、導(dǎo)熱率，機械性能(包括抗壓強度、拉伸強度、剪切強度)等分別進行測試，亦可獲得基本一致的測試結(jié)果。
[0035]實施例2將疏水二氧化硅氣凝膠粉體15g，丙二醇脂肪酸酯0.1g,去離子水70g，機械攪拌，攪拌速度150rpm，攪拌時間15min混合均勾后，往分散液中加入石膏47g，聚丙稀纖維2g，超聲混合均勻后，倒入200*300*5mm的木制模具中，放在烘箱中，在60°C條件下，干燥12h，取出復(fù)合材料，熱導(dǎo)率為0.070ff/m.k，密度約1.76g/cm3，抗壓強度約20MPa、拉伸強度約1.1MPa、剪切強度約2.1MPa0
[0036]并且，當(dāng)利用本實施例的工藝制得大規(guī)格(200*300*5mm)的復(fù)合材料后，分別在其不同部位切片觀察，可以看到其中的氣凝膠分布均勻，且各處的氣凝膠分布密度基本相同。而對該大規(guī)格復(fù)合材料的不同部位的密度、導(dǎo)熱率，機械性能(包括抗壓強度、拉伸強度、剪切強度)等分別進行測試，亦可獲得基本一致的測試結(jié)果。
[0037]實施例3將疏水二氧化硅氣凝膠粉體10g，丙二醇脂肪酸酯0.1g,去離子水40g，機械攪拌，攪拌速度150rpm，攪拌時間15min混合均勾后，往分散液中加入石膏50g，玻璃纖維5g，超聲混合均勻后，倒入200*300*5mm的木制模具中，放在烘箱中，在60°C條件下，干燥12h，取出復(fù)合材料，熱導(dǎo)率為0.085ff/m.k，密度約1.91gcm3，抗壓強度約21MPa、拉伸強度約1.3MPa、剪切強度約2.3MPa。
[0038]并且，當(dāng)利用本實施例的工藝制得大規(guī)格(200*300*5mm)的復(fù)合材料后，分別在其不同部位切片觀察，可以看到其中的氣凝膠分布均勻，且各處的氣凝膠分布密度基本相同。而對該大規(guī)格復(fù)合材料的不同部位的密度、導(dǎo)熱率，機械性能(包括抗壓強度、拉伸強度、剪切強度)等分別進行測試，亦可獲得基本一致的測試結(jié)果。
[0039]對照例:取與實施例1相同的原料，按照如下步驟制備復(fù)合材料:
[0040]a.表面活性劑溶液制備:將表面活性劑與水充分?jǐn)嚢?，制成均勻的表面活性劑溶液備用?br> [0041]b.配置粉料:將水泥、二氧化硅氣凝膠、沙子、水充分混合，攪拌均勻制成粉料備用；
[0042]c.制備復(fù)合材料:將混合均勻的粉料在5-10分鐘內(nèi)通過攪拌加入到表面活性劑的溶液中，之后，以500-800轉(zhuǎn)/分的速度再攪拌10-20分鐘，然后漿體裝入200*300*5mm的木制模具中，在常溫下干燥72小時，取出復(fù)合材料。
[0043]所制備的復(fù)合材料表面稍粗糙，熱導(dǎo)率為1.124ff/m.k，密度約2.39g/cm3，抗壓強度約15MPa、拉伸強度約0.81MPa、剪切強度約1.7IMPa0
[0044]并且，當(dāng)利用本對照例的工藝制得大規(guī)格(200*300*5mm)的復(fù)合材料后，分別在其不同部位切片觀察，可以看到其中的氣凝膠分布不均勻，且各處的氣凝膠分布密度有較大差異。而該大規(guī)格復(fù)合材料的不同部位的密度、導(dǎo)熱率，機械性能(包括抗壓強度、拉伸強度、剪切強度)等各不相同。
[0045]應(yīng)當(dāng)指出，以上所述僅是本申請的【具體實施方式】，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本申請原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本申請的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種氣凝膠建筑保溫隔熱復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括: 提供含二氧化硅氣凝膠的水性漿料，所述水性漿料是主要由二氧化硅氣凝膠粉體、表面活性劑、粘結(jié)劑與水均勻混合形成的穩(wěn)定分散體系； 向所述水性漿料內(nèi)加入呈粉體狀或流體狀的建筑材料，并均勻混合形成混合物料，所述混合物料包含:二氧化娃氣凝膠粉體5wt%? 40wt%，水25wt%? 60wt%，表面活性劑0.05wt %?15.0wt %,建筑材料 30wt %?60wt % ； 以及，將所述混合物料干燥成型，獲得所述氣凝膠建筑保溫隔熱復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣凝膠建筑保溫隔熱復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括: 將PH值為5?9的水與表面活性劑混合均勻，形成混合液； 向所述混合液內(nèi)加入二氧化硅氣凝膠粉體，混合均勻，形成懸浮液， 所述懸浮液內(nèi)加入粘結(jié)劑和可選擇添加或不添加的助劑，混合均勻，形成所述水性漿料，且所述水性漿料的密度為0.3g/ml?1.0g/ml，固含量為5wt%? 25wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣凝膠建筑保溫隔熱復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述水性漿料包含按重量份計算的如下組份:水30?80份，二氧化硅氣凝膠5?30份，表面活性劑O?10份，粘結(jié)劑2?30份。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的氣凝膠建筑保溫隔熱復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述二氧化硅氣凝膠粉體采用疏水性二氧化硅氣凝膠，且所述氣凝膠粉體的密度為0.05g/ml?0.3g/ml，孔隙率為80%?99%，粒徑為0.1 μ m?500 μ m，比表面為500m2/g?1200m2/g 之間，熱導(dǎo)率為 0.01ff/m.k ~ 0.04ff/m.k。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的氣凝膠建筑保溫隔熱復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述表面活性劑包括陰離子型，陽離子型或者非離子型表面活性劑，其中，所述陽離子型表面活性劑包括脂族銨鹽或胺鹽，所述陰離子型表面活性劑包括烷基硫酸鹽或高級烷基醚硫酸鹽，所述非離子型表面活性劑包括丙三醇脂肪酸酯、丙二醇脂肪酸酯、脫水山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧乙烯脫水山梨糖醇脂肪酸酯、四油酸聚氧乙烯山梨糖醇、聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基苯基醚、聚氧乙烯聚氧丙烯二醇、聚氧乙烯聚氧丙烯烷基醚、聚乙二醇脂肪酸酯、高級脂肪酸醇酯、多元醇脂肪酸酯中的任一種或兩種以上的組合； 或者，所述表面活性劑選自兩性表面活性劑，所述兩性表面活性劑為甜菜堿型或氧化型。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的氣凝膠建筑保溫隔熱復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述粘結(jié)劑選自有機物含量小于2wt %的全水性粘結(jié)劑，所述全水性粘結(jié)劑至少選自聚乙烯醇、水性丙烯酸樹脂、水性聚氨酯、水性環(huán)氧樹脂，水性纖維素、丙烯酸乳液、環(huán)氧樹脂乳液、有機硅乳液。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的氣凝膠建筑保溫隔熱復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述水性漿料還包含助劑，所述助劑包括增塑劑和/或成膜助劑；其中，所述增塑劑至少選自聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚正丁基(二丁基)乙烯、鄰苯二甲酸二丁酯、硬脂酸丁酯、松香酸甲酯、磷酸三甲苯酯、碳酸丙烯酯；所述成膜助劑至少選自丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣凝膠建筑保溫隔熱復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述建筑材料包括中性水泥、堿性水泥、建筑砂漿、高嶺土、蒙脫土，蛭石，石膏中的任一種或兩種以上的組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣凝膠建筑保溫隔熱復(fù)合材料的制備方法，其特征在于還包括:向所述水性漿料內(nèi)加入纖維增強材料，并與所述建筑材料均勻混合形成所述混合物料，并且，所述混合物料包含lwt%? 10wt%纖維增強材料，其中所述纖維增強材料包括聚丙烯纖維、聚丙烯腈纖維、聚乙烯醇縮甲醛纖維、玻璃纖維、石纖維、礦渣纖維、生物可溶性陶瓷纖維中的任一種或兩種以上的組合。
10.由權(quán)利要求1-9中任一項所述方法制備的氣凝膠建筑保溫隔熱復(fù)合材料。
【文檔編號】C04B30/00GK104496399SQ201410770908
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月15日
【發(fā)明者】王璇, 王雙 申請人:蘇州同玄新材料有限公司