本發(fā)明屬于節(jié)能環(huán)保材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種建筑以及工業(yè)節(jié)能保溫用的氣凝膠改性膨脹珍珠巖保溫板及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，全球能源的日益緊缺已成為世界范圍性的問題，提高現(xiàn)有能源利用率以及節(jié)約能源已引起了各國的高度重視。我國是一個(gè)能源貧瘠的國家，因此，合理利用能源、節(jié)約能源對(duì)我國社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。采用新技術(shù)、新工藝開發(fā)環(huán)境友好型的高效隔熱材料是節(jié)約能源最有效最經(jīng)濟(jì)的措施之一。
目前國內(nèi)在建筑外墻保溫材料上，所采用的有機(jī)保溫材料包括發(fā)泡聚苯板、擠塑聚苯板、聚氨酯發(fā)泡等。有機(jī)保溫材料保溫性能優(yōu)越，但是防火性差，導(dǎo)致火災(zāi)頻發(fā)，并且此類保溫材料在火災(zāi)中受熱后強(qiáng)度迅速降低，易脫落，造成不必要的損失。而無機(jī)保溫材料防火等級(jí)可以達(dá)到a1級(jí)，本身不燃、不發(fā)煙而且熱穩(wěn)定性好，也不會(huì)因?yàn)楦邷囟鴵p失強(qiáng)度。因而從節(jié)約能源和保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全的角度出發(fā)，加強(qiáng)對(duì)建筑用無機(jī)保溫材料的研究勢(shì)在必行。
無機(jī)外墻保溫材料耐火、環(huán)保、強(qiáng)度高、壽命長，但是往往韌性差、容易發(fā)生應(yīng)力斷裂，導(dǎo)熱系數(shù)高、導(dǎo)致保溫層過厚，急需解決方案。
作為無機(jī)保溫材料的一種，膨脹珍珠巖以其輕質(zhì)(堆積密度150～250kg/m3)、較低的導(dǎo)熱系數(shù)(0.058～0.072w/m·k)、化學(xué)穩(wěn)定性好(ph＝7)、耐受溫度范圍廣(200～800℃)、不燃(防火等級(jí)a級(jí))、無污染、環(huán)保、壽命長等特點(diǎn)受到建筑外墻保溫行業(yè)的關(guān)注。然而，若能夠進(jìn)一步降低該材料的導(dǎo)熱系數(shù)，降低材料的吸水率，增強(qiáng)其韌性與強(qiáng)度，將進(jìn)一步推動(dòng)無機(jī)保溫材料在建筑保溫方面的應(yīng)用。
專利號(hào)為201510198543.3的中國專利公開了一種新型膨脹珍珠巖保溫板及其制備方法，該方法通過有機(jī)硅防水劑處理降低了板材的吸水率，其體積吸水率可降到5％以下，但此方法所制備保溫板的導(dǎo)熱系數(shù)在0.07w/(m·℃)左右，導(dǎo)熱系數(shù)偏大，保溫性能及韌性與強(qiáng)度有待提高。
專利號(hào)為201310577279.5的中國專利公開了膨脹珍珠巖外墻保溫板材及其制備方法，該技術(shù)以?；蛎浾渲閹r、無機(jī)結(jié)合劑、適量水為原料，所制備的保溫板材有較好的保溫效果，而材料的防水性能及機(jī)械強(qiáng)度并沒有明顯的改善。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷，而提供一種能夠降低建筑用膨脹珍珠巖保溫板的導(dǎo)熱系數(shù)，提高抗彎和抗拉強(qiáng)度的氣凝膠改性膨脹珍珠巖保溫板及其制備方法。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：
一種氣凝膠改性膨脹珍珠巖保溫板，按照重量份數(shù)計(jì)，包括30～80重量份的膨脹珍珠巖粉、2～20重量份氣凝膠中間體、10～40重量份的混料a、2～20重量份的水泥、10～40重量份的水a(chǎn)、陶瓷纖維棉與木質(zhì)纖維棉中的一種或兩種；
所述混料a按照重量份數(shù)計(jì)，包括20～70重量份的硅溶膠、10～50重量份的有機(jī)硅改性丙烯酸乳液、70～130重量份的水b、0.05～1重量份的聚丙烯酰胺、0.5～10重量份偶聯(lián)劑a；
所述陶瓷纖維棉與木質(zhì)纖維棉添加的重量份數(shù)之和為膨脹珍珠巖粉、氣凝膠中間體、水泥重量份數(shù)之和的0％～15％。
優(yōu)選的，所述陶瓷纖維棉添加的較優(yōu)重量份數(shù)為膨脹珍珠巖粉、氣凝膠中間體、水泥重量份數(shù)之和的0.1％～5％；所述木質(zhì)纖維棉添加的較優(yōu)重量份數(shù)為膨脹珍珠巖粉、氣凝膠中間體、水泥重量份數(shù)之和的0.5％～10％。
優(yōu)選的，保溫板原材料中還添加有玻璃微珠，所述玻璃微珠添加的重量份數(shù)為膨脹珍珠巖粉、氣凝膠中間體、水泥重量份數(shù)之和的0.5％～12％。
優(yōu)選的，所述陶瓷纖維棉、木質(zhì)纖維棉的長度為1～3mm；所述膨脹珍珠巖粉的粒徑≤3mm，膨脹倍數(shù)k0≥20，密度≤1g/cm3。
優(yōu)選的，所述硅溶膠的含水量≤70％，所述有機(jī)硅改性丙烯酸乳液的固含量≥60％；硅溶膠為納米級(jí)的二氧化硅顆粒在水中的分散液，有機(jī)硅改性丙烯酸乳液的固含量的指乳液中有機(jī)硅改性丙烯酸固形物的含量。
具體來說，所述氣凝膠中間體的制備方法，包括以下步驟：
(1)制備硅源和溶劑的混合溶液
取摩數(shù)3.0～4.0的硅酸鈉裝入反應(yīng)釜中，加入硅酸鈉質(zhì)量1～3倍的水c進(jìn)行稀釋，反應(yīng)釜以80～200r/min的速度攪拌30min，經(jīng)200目篩過濾，得到硅酸鈉溶液；
硅酸鈉的水溶液俗稱水玻璃，它是由不同比例的堿金屬和二氧化硅所組成，其化學(xué)式為r2o·nsio2，式中r2o為堿金屬氧化物，n為二氧化硅與堿金屬氧化物摩爾數(shù)的比值，稱為水玻璃的摩數(shù)，最常用的是硅酸鈉水玻璃na2o·nsio2；
(2)溶膠
取a酸，在a酸中加入a酸金屬鹽和稀土a酸鹽，混合均勻后，以噴淋的方式加入至步驟(1)得到的硅酸鈉溶液；噴淋的同時(shí)以1200～2000r/min的速度對(duì)反應(yīng)釜內(nèi)的物料進(jìn)行快速攪拌，控制硅酸鈉溶液的ph值為1.5～3.0，控制其平均孔徑為15～30納米，得到溶膠，本步驟用時(shí)60～120min；
優(yōu)選的，所述a酸為硫酸、鹽酸、草酸或硝酸，用水e調(diào)節(jié)至6～15mol/l；
優(yōu)選的，所述a酸金屬鹽為a酸鋯鹽或a酸鋁鹽；
優(yōu)選的，所述稀土a酸鹽為a酸鈰鹽、a酸釔鹽或a酸鑭鹽；
a酸金屬鹽和稀土a酸鹽容易吸潮，會(huì)導(dǎo)致計(jì)量不準(zhǔn)確，所以為了準(zhǔn)確定量其加入量，上述步驟(2)中所述a酸金屬鹽和稀土a酸鹽以氧化物計(jì)，兩者的摩爾比是100：1～6；步驟(2)中a酸金屬鹽的氧化物和硅酸鈉中氧化硅的摩爾比2～5：100；例如，a酸金屬鹽為硫酸鋁，以其氧化物計(jì)，即以氧化鋁和硅酸鈉中氧化硅的摩爾比為2～5：100；
(3)凝膠
取氫氧化鈉或氨水，加入水d稀釋至ph值為10～11.5，以噴淋的方式加入至反應(yīng)釜中；噴淋的同時(shí)以1200～2000r/min的速度對(duì)反應(yīng)釜內(nèi)的物料進(jìn)行快速攪拌，當(dāng)反應(yīng)釜內(nèi)物料的ph值為4.5～5.5時(shí)，終止噴淋，得到凝膠，本步驟用時(shí)80～180min；
(4)老化
反應(yīng)釜內(nèi)以20～50r/min的速度繼續(xù)攪拌3～10h，對(duì)反應(yīng)釜內(nèi)的物料進(jìn)行老化，控制反應(yīng)釜內(nèi)物料溫度為35～50℃；現(xiàn)有技術(shù)一般是采用靜置的方式進(jìn)行老化，耗時(shí)3～5天，并不會(huì)對(duì)凝膠進(jìn)行攪拌，原因是現(xiàn)有技術(shù)普遍認(rèn)為老化的過程中是需要靜置的，靜置能夠便于氣凝膠的結(jié)構(gòu)生長；
(5)溶劑置換
在反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行持續(xù)攪拌60～180min，同時(shí)加入與步驟(4)反應(yīng)釜內(nèi)老化物料同體積的置換溶劑，以置換出剩余的水分；現(xiàn)有技術(shù)擔(dān)心攪拌會(huì)破壞其結(jié)構(gòu)，一般不會(huì)在置換時(shí)進(jìn)行攪拌，會(huì)采取靜置處理，導(dǎo)致耗時(shí)較長；本發(fā)明提供的制備方法在溶劑置換時(shí)進(jìn)行攪拌60～180min，能夠極大縮短置換周期，微觀結(jié)構(gòu)并沒有受到破壞；
優(yōu)選的，所述的置換溶劑為甲醇、丙酮、正己烷或庚烷的一種或幾種的混合物；
(6)表面修飾
在反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行持續(xù)攪拌，同時(shí)繼續(xù)加入與步驟(4)反應(yīng)釜內(nèi)老化物料同體積的偶聯(lián)劑b；經(jīng)過攪拌60～180min，得到包覆有置換溶劑和偶聯(lián)劑b的稀土增韌硅氣凝膠中間體，即為原料中添加的氣凝膠中間體；
上述步驟(6)表面修飾加入的偶聯(lián)劑b將氣凝膠微孔內(nèi)的水置換出來，偶聯(lián)劑b填充進(jìn)氣凝膠微孔內(nèi)，能夠提高微孔結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提高孔徑大小的平均性；此外，通過對(duì)加入不同的偶聯(lián)劑b進(jìn)行表面修飾后，能夠調(diào)整氣凝膠疏水性、親水性功能；
優(yōu)選的，上述步驟(6)中所述偶聯(lián)劑b為六甲基二硅氮烷、雙(三甲硅基)乙酰胺、甲氧基三甲基硅烷、二甲氧基二甲基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷和甲基三甲氧基烷的一種或幾種；
優(yōu)選的，上述步驟(5)或步驟(6)中所述的攪拌為在反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行攪拌；
優(yōu)選的，所述攪拌為反應(yīng)釜中心提供快速的順向攪拌(高速剪切盤)，反應(yīng)釜中心的外圍提供折流板來實(shí)現(xiàn)的。
所述水a(chǎn)、水b、水c、水d為去離子水。
上述采用常溫常壓工藝生產(chǎn)的氣凝膠中間體是一種結(jié)構(gòu)可控的輕質(zhì)多孔非晶態(tài)無機(jī)納米材料，具有連續(xù)三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其孔隙率高達(dá)80％以上，平均孔徑為20nm左右，比表面積大于500㎡/g，密度小于70kg/m3，常溫常壓下導(dǎo)熱系數(shù)小于0.020w/(m·k)，比靜止空氣的熱導(dǎo)率0.022w/(m·k)還低，是目前難得的低成本、產(chǎn)業(yè)化、低導(dǎo)熱率的固體材料。
一種氣凝膠改性膨脹珍珠巖保溫板的制備方法，包括依次進(jìn)行以下步驟：
(1)膨脹珍珠巖粉的初選：對(duì)膨脹珍珠巖進(jìn)行分級(jí)篩選，選擇徑粒≤3mm的膨脹珍珠巖粉；
(2)膨脹珍珠巖粉的分離：將初選膨脹珍珠巖粉經(jīng)過旋風(fēng)分離器，選擇膨脹倍數(shù)k0≥20、密度≤1g/cm3的膨脹珍珠巖粉，即為膨脹珍珠巖粉；
(3)混料a的制備：取硅溶膠20～70重量份、有機(jī)硅改性丙烯酸乳液10～50重量份、水b70～130重量份、聚丙烯酰胺0.05～1重量份、偶聯(lián)劑a0.5～10重量份，攪拌均勻，轉(zhuǎn)速為500～1000r/min，攪拌時(shí)間為30～50min得混料a；混料a為結(jié)合劑；
(4)總混料的制備：取30～80重量份的膨脹珍珠巖粉、2～20重量份氣凝膠中間體、2～20重量份的水泥、重量份數(shù)之和為膨脹珍珠巖粉與氣凝膠中間體與水泥重量份數(shù)之和0％～15％的陶瓷纖維棉與木質(zhì)纖維棉中的一種或兩種，采用捏合機(jī)捏合，捏合機(jī)轉(zhuǎn)速為50～200r/min，捏合時(shí)間為20～50min，加入10～40重量份水a(chǎn)，采用捏合機(jī)捏合，捏合機(jī)轉(zhuǎn)速為50～200r/min，捏合時(shí)間為20～50min，最后加入10～40重量份的混料a，攪拌均勻，攪拌轉(zhuǎn)速500～1000r/min，攪拌時(shí)間為30～50min，得總混料；
(5)坯料的制備：采用模具將總混料壓制成型，總混料填平模具，在壓力為0.4～1.2kpa/㎝3、壓縮比控制在1.1～1.8的條件下，進(jìn)行成型，此時(shí)所成型材料即為氣凝膠膨脹珍珠巖保溫板材坯料；
(6)產(chǎn)品的制備：上述坯料，坯料置于95～105℃環(huán)境，恒溫烘干5～45min，然后晾曬一周即可完全干燥，得到氣凝膠膨脹珍珠巖保溫板材產(chǎn)品；恒溫烘干的過程使水泥快速反應(yīng)，凝固速度快，使其盡快達(dá)到強(qiáng)度要求。
優(yōu)選的，所述步驟(4)中，膨脹珍珠巖粉、氣凝膠中間體、水泥、陶瓷纖維棉與木質(zhì)纖維棉中的一種或兩種采用捏合機(jī)捏合之前，其原料中還添加了膨脹珍珠巖粉、氣凝膠中間體、水泥重量份數(shù)之和0.5％～12％的玻璃微珠。
優(yōu)選的，所述步驟(5)制得的總混料在壓制成型之前進(jìn)行發(fā)泡處理，處理過程為：在總混料中加入物理發(fā)泡劑并采用發(fā)泡機(jī)進(jìn)行發(fā)泡處理，發(fā)泡劑加入的重量份數(shù)為水泥重量份數(shù)的0.1％～1.5％，邊發(fā)泡邊輸入捏合機(jī)，捏合機(jī)轉(zhuǎn)速為50～200r/min，捏合時(shí)間為20～50min，捏合完畢后用模具壓制成型。
保溫板的制備過程中所有的固體物料的混合都用行星攪拌機(jī)攪拌物料，含液體物料的攪拌采用捏合機(jī)攪拌。
本發(fā)明的工作原理是：
氣凝膠又稱藍(lán)煙，其具有以下特性：1、氣凝膠的內(nèi)部分布有若干無窮多的納米孔和氣孔壁，空氣在納米氣孔內(nèi)不能夠自由流動(dòng)，相對(duì)地吸附在氣孔壁上，氣凝膠材料處于類似真空狀態(tài)，有效減少對(duì)流傳熱，熱量在固體材料中傳遞能沿著氣孔壁傳遞；這些氣孔壁構(gòu)成了無窮長的熱傳導(dǎo)路徑，這將顯著減少熱量傳導(dǎo)；2、氣凝膠中間體內(nèi)部存在無窮多的氣孔壁，氣孔壁相當(dāng)于無窮多的隔熱擋板，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光和熱的反射，從而大幅度降低輻射傳熱；3、氣凝膠能有效地透過太陽光，并阻止環(huán)境溫度的紅外熱輻射，成為一種理想的透明隔熱材料，使材料的熱導(dǎo)率大大降低；
基于上述氣凝膠的特性，選擇合適的結(jié)合劑，將氣凝膠與工業(yè)、建筑保溫用保溫板制作材料結(jié)合，不僅可以增強(qiáng)工業(yè)、建筑保溫用保溫板的機(jī)械強(qiáng)度，還能夠有效降低其導(dǎo)熱系數(shù)，提高其保溫隔熱能力，提高憎水率，改善工業(yè)與建筑保溫用保溫板表面與墻體或其他材料的結(jié)合能力。
與傳統(tǒng)工藝相比，本發(fā)明的有益效果在于：
1、目前，有機(jī)保溫材料雖然導(dǎo)熱系數(shù)比較低，但是由于其耐火性能比較差，限制了其應(yīng)用；膨脹珍珠巖保溫板為無機(jī)保溫材料，而最好的膨脹珍珠巖保溫板的導(dǎo)熱系數(shù)在0.058w/m.k以上，如何將其導(dǎo)熱系數(shù)降低到0.043w/m.k以下并能達(dá)到a1級(jí)別防火一直是困擾本領(lǐng)域技術(shù)人員的技術(shù)難題；
本發(fā)明所得產(chǎn)品為無機(jī)保溫材料，本發(fā)明將氣凝膠中間體添加到膨脹珍珠巖保溫板中，由于氣凝膠中間體中納米三維結(jié)構(gòu)的存在，制得的氣凝膠膨脹珍珠巖保溫板材具備了傳統(tǒng)材料不可比擬的隔熱性能，產(chǎn)品的導(dǎo)熱系數(shù)可以達(dá)到0.035～0.045w/m.k，實(shí)現(xiàn)了防火a1級(jí)別、環(huán)保建筑保溫材料的低導(dǎo)熱系數(shù)；
2、現(xiàn)有的保溫板中氣凝膠以粉體的形式加入，氣凝膠粉體在制備過程中必須經(jīng)過干燥處理，其干燥處理是在高溫高壓下采用超臨界干燥工藝完成，其生產(chǎn)條件苛刻，工藝復(fù)雜，危險(xiǎn)性大，生產(chǎn)裝置投資大，制備效率低，其原材料以高價(jià)的硅醇為主，成本高；
本發(fā)明保溫板中的氣凝膠以氣凝膠中間體的形式加入，未經(jīng)過干燥處理步驟，生產(chǎn)成本低；另外，氣凝膠中間體是在常溫常壓下制備，工藝簡單穩(wěn)定，安全性高，工藝過程從傳統(tǒng)的300h降至30h，同樣產(chǎn)能的生產(chǎn)裝置投資僅為傳統(tǒng)方法的1/20，原材料價(jià)格比傳統(tǒng)硅源低100倍以上，產(chǎn)品成本僅為傳統(tǒng)方法的1/10；
3、本發(fā)明中產(chǎn)品含水率小于0.2％，吸水性能顯著降低，防水性能明顯提高；
4、本發(fā)明中的氣凝膠膨脹珍珠巖保溫板材在減薄保溫材料厚度同時(shí)加大了建筑使用面積，對(duì)拓展小戶型室內(nèi)空間十分有利；
5、本發(fā)明中產(chǎn)品保持了低成本、無公害、低容重、a1級(jí)防火、壽命長、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)；
6、在板材原料中加入膨脹珍珠巖后，大幅度降低了膨脹珍珠巖的導(dǎo)熱系數(shù)；
7、本發(fā)明中采用的木質(zhì)纖維棉為多孔材料，起到增強(qiáng)隔熱效果和保溫的作用，陶瓷纖維棉起到整體拉伸的作用；
8、本發(fā)明的制備原料中玻璃微珠可以選擇性添加，由于玻璃微珠為多孔材料，添加玻璃微珠后能進(jìn)一步增強(qiáng)保溫板的隔熱效果，若制備原料中省略玻璃微珠能夠節(jié)約生產(chǎn)成本；
9、混料a為結(jié)合劑，由于結(jié)合劑的加入大大提高了該保溫板材的韌性，抗折強(qiáng)度可以達(dá)到0.36mpa，抗拉強(qiáng)度大于0.1mpa，消除了該材料由于建筑材料膨脹系數(shù)差別所造成的應(yīng)力裂紋；
10、本發(fā)明中水選用去離子水，去離子水的造價(jià)低，有利于進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本；
11、本發(fā)明中產(chǎn)品為水泥基，膨脹珍珠巖需要靠水泥粘結(jié)在一起，如果單純采用水泥粘結(jié)，導(dǎo)熱系數(shù)比較高；本發(fā)明創(chuàng)新性引入了物理發(fā)泡的方式，在水泥中添加微米級(jí)別的氣孔，使水泥成分疏松，氣凝膠中含有納米級(jí)的氣孔，膨脹珍珠巖、玻璃微珠、木質(zhì)纖維棉均為內(nèi)含有氣孔的多孔材料，不同尺寸的氣孔形成一種級(jí)配的方式，進(jìn)一步增強(qiáng)產(chǎn)品的隔熱效果；
12、傳統(tǒng)的水泥發(fā)泡方式為化學(xué)方法發(fā)泡，化學(xué)發(fā)泡一種是采用鋁粉和堿產(chǎn)生二氧化碳發(fā)泡，另一種是采用雙氧水發(fā)泡，但是化學(xué)發(fā)泡的方式必須有相應(yīng)的環(huán)境和溫度，不適合大批量的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用；本發(fā)明中的水泥采用物理發(fā)泡劑進(jìn)行物理發(fā)泡，對(duì)環(huán)境和溫度要求不嚴(yán)格，發(fā)出的泡非常細(xì)并有一定的粘度，不易破，能夠直接加進(jìn)板中使用，適合大批量的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用；
13、總混料經(jīng)過發(fā)泡處理再壓制成型與總混料不經(jīng)發(fā)泡處理直接壓制成型相比，其導(dǎo)熱系數(shù)下降0.005w/m.k；
14、在保溫板的制備過程中，物料的攪拌均采用傳統(tǒng)混凝土攪拌機(jī)，其攪拌葉呈螺旋形，容易出現(xiàn)物料攪拌不均勻的現(xiàn)象；本發(fā)明中固體物料采用行星攪拌機(jī)攪拌物料，轉(zhuǎn)速快并且多角度翻轉(zhuǎn)物料，避免水泥與其它物料比重相差太大而出現(xiàn)分層現(xiàn)象，物料混合的非常均勻，生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)地均一，保溫、抗折、抗彎等性能性能更佳；
15、傳統(tǒng)的保溫板的壓縮比控制在1.2；本發(fā)明將壓縮比控制在1.3～1.6，通過控制壓縮比有效控制板材密度，保障板材具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、抗壓性能、抗彎強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度；
16、本發(fā)明中氣凝膠中間體制備的工作原理是：氣凝膠中間體的制備方法中，凝膠過程中加入的a酸金屬鹽和稀土a酸鹽，能夠達(dá)到增韌和提高硅氣凝膠耐熱性的效果；老化和溶劑置換步驟均是在攪拌的狀態(tài)下進(jìn)行，大大提高了反應(yīng)效率，壓縮了工藝時(shí)間，適合產(chǎn)業(yè)化；
17、本發(fā)明中氣凝膠中間體制備方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)勢(shì)有以下幾點(diǎn)：
(1)近年來，現(xiàn)有技術(shù)中有一些關(guān)于常溫差壓下制備氣凝膠的相關(guān)報(bào)道和專利文獻(xiàn)，但是大多是停留在實(shí)驗(yàn)室制備階段，工藝過程較長，同時(shí)工藝實(shí)施范圍過窄，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用；本發(fā)明提供了常溫常壓下的制備方法，一改現(xiàn)有技術(shù)相對(duì)靜止的工藝，在關(guān)鍵工藝過程施加攪拌，加速實(shí)現(xiàn)了氣凝膠的水解、縮聚與修飾，實(shí)現(xiàn)了30h內(nèi)合成氣凝膠中間體的工藝，提供了一種工業(yè)上批量制備稀土增韌氣凝膠的方法，為氣凝膠的大量制造與使用提供了前提；
(2)現(xiàn)有技術(shù)中阻礙氣凝膠發(fā)展的原因之一是氣凝膠具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，但是該結(jié)構(gòu)的邊緣較薄、較脆，抗壓強(qiáng)度低，容易受壓坍塌，導(dǎo)致性能不穩(wěn)定；本發(fā)明用加入稀土a酸鹽和a酸金屬鹽，改善了該材料的韌性，提高了氣凝膠的強(qiáng)度；
(3)現(xiàn)有技術(shù)制備的氣凝膠的使用溫度偏低，一般在500℃以下使用還比較穩(wěn)定，500℃以上會(huì)導(dǎo)致氣凝膠的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，導(dǎo)致導(dǎo)熱系數(shù)下降；本發(fā)明用加入稀土a酸鹽和a酸金屬鹽，改善了該材料的耐溫性能，提高了氣凝膠的耐熱溫度。
18、氣凝膠的三維立體結(jié)構(gòu)在其性能發(fā)揮過程中起著重要的作用，如果氣凝膠中的孔被結(jié)合劑堵住就無法發(fā)揮作用；
傳統(tǒng)的氣凝膠在高溫高壓下制備，如果后期不經(jīng)特殊處理，多孔的三維立體空間容易被結(jié)合劑或其它原料堵住而失效，進(jìn)而使其喪失隔熱效果，另外，氣凝膠多孔的三維立體空間聯(lián)合在一起會(huì)起到更好的隔熱效應(yīng)，被粘結(jié)劑分隔開之后會(huì)將氣凝膠內(nèi)部的三維立體空間割裂成孤島，進(jìn)而產(chǎn)生孤島效應(yīng)，降低氣凝膠的隔熱效果；
采用本發(fā)明中方法制備的氣凝膠中間體內(nèi)含有置換溶劑，置換溶劑占據(jù)氣凝膠中間體內(nèi)多孔的三維立體空間，結(jié)合劑或其它原料無法侵入多孔中占據(jù)其三維立體空間，保溫板干燥過程中，置換溶劑揮發(fā)，溶劑揮發(fā)完畢后氣凝膠內(nèi)仍然能夠保持多孔的三維立體結(jié)構(gòu)，克服了孔被堵引起的失效及孤島效應(yīng)，因此，其隔熱性能更強(qiáng)。
總之，與傳統(tǒng)膨脹珍珠巖保溫板產(chǎn)品相比，本發(fā)明極大的降低了膨脹珍珠巖保溫板產(chǎn)品的導(dǎo)熱系數(shù)與吸水率，抗彎、抗拉強(qiáng)度均得到了大幅度提升，并且保持了低成本、a1級(jí)防火等優(yōu)勢(shì)，為建筑節(jié)能、環(huán)保，提供了一種新型材料。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明：
一、實(shí)施例1～8
1、一種氣凝膠改性膨脹珍珠巖保溫板的配方，按照重量份數(shù)計(jì)，包括30～80重量份的膨脹珍珠巖粉、2～20重量份氣凝膠中間體、10～40重量份的混料a、2～20重量份的水泥、10～40重量份的水a(chǎn)、陶瓷纖維棉與木質(zhì)纖維棉中的一種或兩種，實(shí)施例1～8中各原料的具體用量參見表1；
混料a按照重量份數(shù)計(jì)，包括20～70重量份的硅溶膠、10～50重量份的有機(jī)硅改性丙烯酸乳液、70～130重量份的水b、0.05～1重量份的聚丙烯酰胺、0.5～10重量份偶聯(lián)劑a，實(shí)施例1～8中混料a的組分明細(xì)參見表2；
陶瓷纖維棉與木質(zhì)纖維棉添加的重量份數(shù)之和為膨脹珍珠巖粉、氣凝膠中間體、水泥重量份數(shù)之和的0％～15％；
保溫板原材料中還添加有玻璃微珠，玻璃微珠添加的重量份數(shù)為膨脹珍珠巖粉、氣凝膠中間體、水泥重量份數(shù)之和的0.5％～12％；
其中，陶瓷纖維棉、木質(zhì)纖維棉的長度為1～3mm；膨脹珍珠巖粉的粒徑≤3mm，膨脹倍數(shù)k0≥20，密度≤1g/cm3；硅溶膠的含水量≤70％，有機(jī)硅改性丙烯酸乳液的固含量≥60％，水a(chǎn)、水b為去離子水。
表1實(shí)施例1～8中氣凝膠改性膨脹珍珠巖保溫板的原料明細(xì)表
表2實(shí)施例1～8中混料a組分明細(xì)
2、一種氣凝膠改性膨脹珍珠巖保溫板的制備方法，按照如下步驟制備，各步驟中參數(shù)的具體數(shù)值參見表3：
(1)膨脹珍珠巖粉的初選：對(duì)膨脹珍珠巖進(jìn)行分級(jí)篩選，選擇徑?！?mm的膨脹珍珠巖粉；
(2)膨脹珍珠巖粉的分離：將初選膨脹珍珠巖粉經(jīng)過旋風(fēng)分離器，選擇膨脹倍數(shù)k0≥20、密度≤1g/cm3的膨脹珍珠巖粉，即為膨脹珍珠巖粉；
(3)混料a的制備：取硅溶膠20～70重量份、有機(jī)硅改性丙烯酸乳液10～50重量份、水b70～130重量份、聚丙烯酰胺0.05～1重量份、偶聯(lián)劑a0.5～10重量份，攪拌均勻，攪拌轉(zhuǎn)速為500～1000r/min，攪拌時(shí)間為30～50min，得混料a；
(4)總混料的制備：取30～80重量份的膨脹珍珠巖粉、2～20重量份氣凝膠中間體、2～20重量份的水泥、重量份數(shù)之和為膨脹珍珠巖粉與氣凝膠中間體與水泥重量份數(shù)之和0％～15％的陶瓷纖維棉與木質(zhì)纖維棉中的一種或兩種，選擇性添加膨脹珍珠巖粉、氣凝膠中間體、水泥重量份數(shù)之和0.5％～12％的玻璃微珠，采用捏合機(jī)進(jìn)行初次捏合，捏合機(jī)轉(zhuǎn)速為50～200r/min，捏合時(shí)間為20～50min，加入10～40重量份的水a(chǎn)，采用捏合機(jī)進(jìn)行二次捏合，捏合機(jī)轉(zhuǎn)速為50～200r/min，捏合時(shí)間為20～50min，最后加入10～40重量份的混料a，攪拌均勻，攪拌轉(zhuǎn)速500～1000r/min，攪拌時(shí)間為30～50min，得總混料；
(5)發(fā)泡處理：在總混料中加入物理發(fā)泡劑并采用發(fā)泡機(jī)進(jìn)行發(fā)泡處理，發(fā)泡劑加入的重量份數(shù)為水泥重量份數(shù)的0.1％～1.5％，邊發(fā)泡邊輸入捏合機(jī)，捏合機(jī)轉(zhuǎn)速為50～200r/min，捏合時(shí)間為20～50min，捏合完畢后用模具壓制成型；
(6)坯料的制備：采用模具將總混料壓制成型，總混料填平模具，在壓力為0.4～1.2kpa/㎝3、壓縮比控制在1.1～1.8的條件下，進(jìn)行成型，此時(shí)所成型材料即為氣凝膠膨脹珍珠巖保溫板材坯料；
(7)產(chǎn)品的制備：上述坯料置于95～105℃環(huán)境，恒溫烘干5～45min，然后晾曬一周即可完全干燥，得到氣凝膠膨脹珍珠巖保溫板材產(chǎn)品。
保溫板的制備過程中所有的固體物料的混合都用行星攪拌機(jī)攪拌物料，含液體物料的攪拌采用捏合機(jī)攪拌。
表3實(shí)施例1～8氣凝膠改性膨脹珍珠巖保溫板的制備方法各步驟中參數(shù)的具體數(shù)值
3、氣凝膠改性膨脹珍珠巖保溫板中采用的氣凝膠中間體的具體制備步驟如下：
(1)制備硅源和溶劑的混合溶液
取摩數(shù)3.0～4.0的水玻璃裝入反應(yīng)釜中，加入水玻璃質(zhì)量1～3倍的水c進(jìn)行稀釋，反應(yīng)釜以80～200r/min的速度攪拌30min，經(jīng)200目篩過濾，得到水玻璃溶液；
(2)溶膠
取a酸，在a酸中加入a酸金屬鹽和稀土a酸鹽，混合均勻后，以噴淋的方式加入至步驟(1)得到的水玻璃溶液；噴淋的同時(shí)以1200～2000r/min的速度對(duì)反應(yīng)釜內(nèi)的物料進(jìn)行快速攪拌，控制ph值至1.5～3.0停止噴淋，噴淋時(shí)間控制在60～120min，得到溶膠；
a酸為硫酸、鹽酸、草酸或硝酸，用水e調(diào)節(jié)其濃度至6～15mol/l；
a酸金屬鹽為a酸鋯鹽或a酸鋁鹽，稀土a酸鹽為a酸鈰鹽、a酸釔鹽或a酸鑭鹽；
a酸金屬鹽和稀土a酸鹽以氧化物計(jì)，兩者的摩爾比是100：1～6；
a酸金屬鹽的氧化物和水玻璃溶液中氧化硅的摩爾比2～5：100；
(3)凝膠
取氫氧化鈉或氨水，加入水d稀釋至ph值為10～11.5，以噴淋的方式加入至步驟(2)反應(yīng)釜內(nèi)所得溶膠中；噴淋的同時(shí)以1200～2000r/min的速度對(duì)反應(yīng)釜內(nèi)的物料進(jìn)行快速攪拌，當(dāng)反應(yīng)釜內(nèi)物料的ph值為4.5～5.5時(shí)，噴淋用時(shí)80～180min，得到凝膠；
(4)老化
反應(yīng)釜內(nèi)以20～50r/min的速度繼續(xù)攪拌3～10h，對(duì)反應(yīng)釜內(nèi)的物料進(jìn)行老化，控制反應(yīng)釜內(nèi)物料溫度為35～50℃；
(5)溶劑置換
在反應(yīng)釜內(nèi)攪拌的同時(shí)加入與步驟(4)反應(yīng)釜內(nèi)老化物料同體積的置換溶劑，以置換出剩余的水分，攪拌60～180min；
置換溶劑為甲醇、丙酮、正己烷或庚烷的一種或幾種的混合物；
(6)表面修飾
在反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行持續(xù)攪拌，同時(shí)繼續(xù)加入與步驟(4)反應(yīng)釜內(nèi)老化物料同體積的偶聯(lián)劑b，經(jīng)過攪拌60～180min，表面修飾后得到包覆有置換溶劑和偶聯(lián)劑b的稀土增韌硅氣凝膠中間體，即為原料中添加的氣凝膠中間體；
步驟(5)或步驟(6)中的攪拌是在反應(yīng)釜中心提供快速的順向攪拌，反應(yīng)釜中心的外圍提供折流板；
偶聯(lián)劑為六甲基二硅氮烷、雙(三甲硅基)乙酰胺、甲氧基三甲基硅烷、二甲氧基二甲基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷和甲基三甲氧基烷的一種或幾種的混合物；水c、水d、水e為去離子水。
氣凝膠中間體的制備方法中各實(shí)施例的變量參數(shù)及具體數(shù)值見表4。
表4實(shí)施例1～8中氣凝膠中間體的制備方法中步驟(1)～(6)采用的具體參數(shù)
實(shí)施例9～16
分別設(shè)置實(shí)施例1～8的對(duì)比組實(shí)施例9～16，實(shí)施例9～16在保溫板的制備過程中未經(jīng)發(fā)泡處理過程；其余部分，實(shí)施例9同實(shí)施例1，實(shí)施例10同實(shí)施例2，實(shí)施例11同實(shí)施例3，實(shí)施例12同實(shí)施例4，實(shí)施例13同實(shí)施例5，實(shí)施例14同實(shí)施例6，實(shí)施例15同實(shí)施例7，實(shí)施例16同實(shí)施例8；
實(shí)施例9～16中，氣凝膠改性膨脹珍珠巖保溫板的制備方法，按照如下步驟進(jìn)行，各步驟中參數(shù)的具體數(shù)值參見表5：
(1)膨脹珍珠巖粉的初選：對(duì)膨脹珍珠巖進(jìn)行分級(jí)篩選，選擇徑?！?mm的膨脹珍珠巖粉；
(2)膨脹珍珠巖粉的分離：將初選膨脹珍珠巖粉經(jīng)過旋風(fēng)分離器，選擇膨脹倍數(shù)k0≥20、密度≤1g/cm3的膨脹珍珠巖粉，即為膨脹珍珠巖粉；
(3)混料a的制備：取硅溶膠20～70重量份、有機(jī)硅改性丙烯酸乳液10～50重量份、水b70～130重量份、聚丙烯酰胺0.05～1重量份、偶聯(lián)劑a0.5～10重量份，攪拌均勻，攪拌轉(zhuǎn)速為500～1000r/min，攪拌時(shí)間為30～50min，得混料a；
(4)總混料的制備：取30～80重量份的膨脹珍珠巖粉、2～20重量份氣凝膠中間體、2～20重量份的水泥、重量份數(shù)之和為膨脹珍珠巖粉與氣凝膠中間體與水泥重量份數(shù)之和0％～15％的陶瓷纖維棉與木質(zhì)纖維棉中的一種或兩種，選擇性添加膨脹珍珠巖粉、氣凝膠中間體、水泥重量份數(shù)之和0.5％～12％的玻璃微珠，采用捏合機(jī)進(jìn)行初次捏合，捏合機(jī)轉(zhuǎn)速為50～200r/min，捏合時(shí)間為20～50min，加入10～40重量份的水a(chǎn)，采用捏合機(jī)進(jìn)行二次捏合，捏合機(jī)轉(zhuǎn)速為50～200r/min，捏合時(shí)間為20～50min，最后加入10～40重量份的混料a，攪拌均勻，攪拌轉(zhuǎn)速500～1000r/min，攪拌時(shí)間為30～50min，得總混料；
(5)坯料的制備：采用模具將總混料壓制成型，總混料填平模具，在壓力為0.4～1.2kpa/㎝3、壓縮比控制在1.1～1.8的條件下，進(jìn)行成型，此時(shí)所成型材料即為氣凝膠膨脹珍珠巖保溫板材坯料；
(6)產(chǎn)品的制備：上述坯料置于95～105℃環(huán)境，恒溫烘干5～45min，然后晾曬一周即可完全干燥，得到氣凝膠膨脹珍珠巖保溫板材產(chǎn)品。
保溫板的制備過程中所有的固體物料的混合都用行星攪拌機(jī)攪拌物料，含液體物料的攪拌采用捏合機(jī)攪拌。
表5實(shí)施例9～16氣凝膠改性膨脹珍珠巖保溫板的制備方法各步驟中參數(shù)的具體數(shù)值
二、性能檢測(cè)
本發(fā)明產(chǎn)品呈板狀，對(duì)實(shí)施例1～16中的產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)。
(1)根據(jù)gb/t10294中規(guī)定的方法對(duì)實(shí)施例1～16中的保溫板產(chǎn)品的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行檢測(cè)；
(2)根據(jù)jgj144中規(guī)定的方法對(duì)實(shí)施例1～16中的保溫板產(chǎn)品的抗拉強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)；
(3)根據(jù)gb/t11969中規(guī)定的方法對(duì)實(shí)施例1～16中的保溫板產(chǎn)品的抗折強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)；
(4)防水性能檢測(cè)：根據(jù)gb/t11969中規(guī)定的方法對(duì)實(shí)施例1～16中的保溫板產(chǎn)品的含水率進(jìn)行檢測(cè)；
(5)根據(jù)gb8624中規(guī)定的方法對(duì)實(shí)施例1～16中的保溫板產(chǎn)品的燃燒性能進(jìn)行檢測(cè)；
具體檢測(cè)結(jié)果見表6、表7。
表6實(shí)施例1～8中產(chǎn)品的檢測(cè)結(jié)果
表7實(shí)施例9～16中產(chǎn)品的檢測(cè)結(jié)果
由表6、表7可知，本發(fā)明產(chǎn)品的導(dǎo)熱系數(shù)可以達(dá)到0.035～0.045w/m.k，在其他條件均相同的情況下，總混料經(jīng)過發(fā)泡處理后，最終產(chǎn)品的導(dǎo)熱系數(shù)降低了0.005w/m.k；本發(fā)明產(chǎn)品的抗折強(qiáng)度可以達(dá)到0.36mpa，抗拉強(qiáng)度大于0.1mpa并實(shí)現(xiàn)了a1級(jí)防火；本發(fā)明中產(chǎn)品含水率小于0.2％，吸水性能顯著降低，防水性能明顯提高。
本發(fā)明中產(chǎn)品的使用方法與傳統(tǒng)保溫板的使用方法相同。
以上對(duì)本發(fā)明的16個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。凡依本發(fā)明申請(qǐng)范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。