本發(fā)明屬于建筑節(jié)能材料的制備領(lǐng)域，具體而言，涉及一種制備疏水二氧化硅氣凝膠水泥基保溫材料的方法。

背景技術(shù)：

二氧化硅(sio2)氣凝膠是一種具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的低密度、低熱導(dǎo)率、高比表面積的輕質(zhì)納米多孔非晶固體材料，其以特殊的納米孔洞網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和在熱學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)等方面的優(yōu)異特性而在建筑保溫隔熱領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。目前，其應(yīng)用形式有氣凝膠顆粒、氣凝膠玻璃、氣凝膠隔熱涂料、氣凝膠氈和氣凝膠板等(“氣凝膠在建筑節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用形式與效果”，郭曉煜、張光磊、趙霄云、等，《保溫材料與節(jié)能技術(shù)》，2015(6):1-7)。

我國(guó)現(xiàn)有的建筑中水泥基材料占絕大部分，將sio2氣凝膠應(yīng)用到砂漿、混凝土中則具有巨大的意義，而目前這方面的研究報(bào)道很少。一個(gè)很重要的原因就為，sio2氣凝膠只有保持其三維納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)才能在砂漿或混凝土中起到良好的保溫隔熱作用，而要保持其固有結(jié)構(gòu)必須阻止水汽進(jìn)入以免造成納米孔結(jié)構(gòu)的坍塌，即作為功能填料/骨料穩(wěn)定的均勻分布于水硬性無(wú)機(jī)膠凝材料中的sio2氣凝膠必須是憎水性的，因而應(yīng)用技術(shù)上存在困難。

但sio2氣凝膠在混凝土和砂漿領(lǐng)域仍有推廣應(yīng)用的可能性。kim(”chemicalretreatingforgel-typedaerogelandinsulationperformanceofcementcontainingaerogel”,kims,seoj,chaj,etal..constructionandbuildingmaterials,2013,40:501-505.)和倪興元(“納米sio2氣凝膠在節(jié)能建筑墻體中的保溫隔熱特性研究”，倪星元、王博、沈軍、等，《第七屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集(第3分冊(cè))》，2010:350-352)等分別研究了不同sio2氣凝膠摻雜量對(duì)水泥砂漿導(dǎo)熱性能的影響，結(jié)果顯示摻雜了sio2氣凝膠后的水泥砂漿的導(dǎo)熱系數(shù)存在大幅下降。

法國(guó)achard(”astudyonthethermalperformanceofexteriorwallscoveredwitharecentlypatentedsilica-aerogel-basedinsulatingcoating”,ibrahimm,biwoleph,wurtze,etal.,buildingandenvironment,2014,81:112-122)等人將sio2氣凝膠顆粒應(yīng)用于灰泥砂漿的填充層，可預(yù)筑成型材，也可通過(guò)機(jī)器噴涂或人工砌筑用于建筑外墻上，涂層密度200kg/m³時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)為0.027w/(m·k)。

gao(”gustavsena,etal.aerogel-incorporatedconcrete:anexperimentalstudy”,gaot,jellebp,constructionandbuildingmaterials,2014,52:130-136)等人還研究了不同sio2氣凝膠顆粒摻雜量對(duì)混凝土密度、力學(xué)性能和導(dǎo)熱系數(shù)的影響。

上述研究為氣凝膠混凝土和砂漿研究提供了很好的參考和借鑒。但相關(guān)報(bào)道對(duì)于疏水sio2氣凝膠本身與無(wú)機(jī)凝膠材料的相容性存在爭(zhēng)議，kim等試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)疏水sio2氣凝膠需要通過(guò)甲醇溶劑才可在水泥漿體中較好分散，而甲醇的危害性很大且過(guò)多的醇類試劑會(huì)導(dǎo)致氣凝膠內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變；gao等的試驗(yàn)研究認(rèn)為疏水sio2氣凝膠不經(jīng)醇溶劑處理也能直接在混凝土中較好的分散成型，這與多數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為的疏水的sio2氣凝膠與親水的水泥基材料之間的相容及結(jié)合能力較差相違背，可能的原因是砂漿、混凝土材料本身的特點(diǎn)就是有很大的不確定性和包容性，加入的sio2氣凝膠受摻雜量等一些因素的限制，其自身某些性能很可能被混凝土或砂漿的宏觀性能所掩蓋。

本發(fā)明在有關(guān)的試驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)水泥與疏水sio2氣凝膠在干燥狀態(tài)下能較好的混合在一起(氣凝膠質(zhì)量為水泥質(zhì)量的2％)。但由于表面的疏水基團(tuán)存在，疏水sio2氣凝膠表面能較高，在水泥漿體中類似于表面極為光滑的滾珠，幾乎無(wú)法與水泥漿體產(chǎn)生粘結(jié)力(見(jiàn)圖1)，操作和使用過(guò)程中氣凝膠粉末脫離的問(wèn)題嚴(yán)重。鑒于此，有必要對(duì)疏水sio2氣凝膠進(jìn)行處理才能將其添加到水泥漿體中以與水泥漿體均勻混合。而目前公開(kāi)報(bào)道的文獻(xiàn)和專利均沒(méi)有改善上述問(wèn)題的有效方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

[技術(shù)問(wèn)題]

本發(fā)明的目的在于提供一種制備疏水二氧化硅氣凝膠水泥基保溫材料的方法，該制備方法過(guò)程簡(jiǎn)單，并且由該方法制得的疏水二氧化硅氣凝膠水泥基保溫材料具有拌合性好，成型容易，產(chǎn)品性能易調(diào)控等優(yōu)點(diǎn)。

[技術(shù)方案]

通過(guò)發(fā)明人的研究，發(fā)現(xiàn)采用水包油型表面活性劑作為增溶劑，可用來(lái)制備疏水二氧化硅氣凝膠水泥基保溫材料，從而完成了本發(fā)明。

本發(fā)明提供了一種制備疏水二氧化硅氣凝膠水泥基保溫材料的方法，所述方法采用水包油型表面活性劑作為增溶劑配置成水溶液，加入疏水二氧化硅氣凝膠并進(jìn)行攪拌，然后再與水泥攪拌成型，從而可制得根據(jù)本發(fā)明的疏水二氧化硅氣凝膠水泥基保溫材料。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，所述疏水二氧化硅氣凝膠水泥基保溫材料的制備方法包括以下步驟：

(1)將水包油型表面活性劑分散于水中以配制成溶液；以及

(2)將疏水二氧化硅氣凝膠加入步驟(1)制得的溶液中，攪拌直至將所述疏水二氧化硅氣凝膠浸潤(rùn)，然后加入水泥，攪拌均勻，從而得到產(chǎn)物；或者

向步驟(1)制得的溶液中加入水泥，攪拌均勻，然后加入疏水二氧化硅氣凝膠，攪拌直至所述疏水二氧化硅氣凝膠被水泥漿體浸潤(rùn)或包裹，從而得到產(chǎn)物。

在本文中，所述水泥沒(méi)有特別的限定，可包括，例如，通用硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、裝飾水泥等。

根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，所述水包油型表面活性劑的hlb值為8至18。

根據(jù)本發(fā)明，所述水包油型表面活性劑包括選自brij30、span20、atbsg-2111、atlasg-1218、atlasg-1734、ameroxloe-10、tween61、tween81、atlasg-7596p、tween65、tween85、atlasg-3930、atlasg-2142、atlasg-2162、s-307、solulanc-24、p.e.g400、ameroxoloe-20、solulan16、tween20、solulan25、tween40、atlasg-3820、tween60、solulan97、tween80、myrj52和myrj53中的至少一種。

在本發(fā)明中，所述水包油型表面活性劑被用作增溶劑、分散劑以及穩(wěn)定劑，其可對(duì)體系的穩(wěn)定增溶起到良好的效果。

根據(jù)本發(fā)明，所述疏水二氧化硅氣凝膠包括冷凍干燥法、超臨界干燥法、常壓干燥法等制備的氣凝膠粉體或顆粒，但并不限于此。

此外，在根據(jù)本發(fā)明的制備方法中，在步驟(2)中，在加入所述水泥的同時(shí)或之后，還可任選地加入其他材料，如礦物摻合料(如粉煤灰、礦粉等)、骨料(如eps顆粒、?；⒅榈?和外加劑(如減水劑、可再分散乳膠粉、硬脂酸鈣、甲酸鈣、纖維素醚、雙氧水等)中的一種或多種材料，但不限于此。

根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，在上述制備方法中，水泥：水：水包油型表面活性劑的重量比可為0.01-20:0.01-10:0.001-1，優(yōu)選為0.1-10:0.1-5:0.001-0.3，以及最優(yōu)選2:1:0.03。此時(shí)，基于所述水泥的重量，所述疏水二氧化硅氣凝膠的添加量可大于0，且為200wt％以下，優(yōu)選2wt％-100wt％。

[有益效果]

根據(jù)本發(fā)明制備方法過(guò)程簡(jiǎn)單，所獲得的疏水二氧化硅氣凝膠水泥基保溫材料拌合性好，成型容易，保溫性能易調(diào)控，因此在墻體保溫領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用，可進(jìn)一步制備既具有一定強(qiáng)度，又具有良好的保溫隔熱性能、隔音性能的保溫材料、結(jié)構(gòu)保溫材料甚至結(jié)構(gòu)材料。

附圖說(shuō)明

圖1為未采用水包油型表面活性劑處理的疏水二氧化硅氣凝膠與水泥的混合物(對(duì)比實(shí)施例)的圖像。

圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例5的采用水包油型表面活性劑處理的疏水二氧化硅氣凝膠水泥基保溫材料的圖像。

圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例7的疏水二氧化硅氣凝膠水泥基保溫材料干燥成型后的圖像。

具體實(shí)施方式

下文中，將參照附圖來(lái)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。盡管將參照?qǐng)D示于附圖中的實(shí)施方式來(lái)描述本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)注意的是，本發(fā)明所提供的實(shí)施方式僅用作示例說(shuō)明，而非旨在限制本發(fā)明的技術(shù)精神和核心元素和操作。在不脫離本發(fā)明的技術(shù)精神和范圍的前提下，本發(fā)明的示例性實(shí)施方式可以各種形式改變。

參見(jiàn)圖1，當(dāng)未采用水包油型表面活性劑處理時(shí)，疏水二氧化硅氣凝膠與水泥的相容性較差，在水泥漿體中會(huì)產(chǎn)生類似于表面極為光滑的滾珠，幾乎無(wú)法與水泥漿體產(chǎn)生粘結(jié)力。

參見(jiàn)圖2，在根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的采用水包油型表面活性劑處理的疏水二氧化硅氣凝膠水泥基保溫材料中，可以看到疏水二氧化硅氣凝膠顆粒被較好的分散于水泥漿體中，說(shuō)明其拌合性和相容性較佳。

參見(jiàn)圖3，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的疏水二氧化硅氣凝膠水泥基保溫材料成型容易，疏水二氧化硅氣凝膠分散性好，且可進(jìn)一步制備既具有一定強(qiáng)度，又具有良好的保溫隔熱性能、隔音性能的保溫材料、結(jié)構(gòu)保溫材料甚至結(jié)構(gòu)材料。

實(shí)施例

實(shí)驗(yàn)所用原材料的生產(chǎn)廠商

疏水二氧化硅氣凝膠粉體為昆山藍(lán)勝建材有限公司采用冷凍干燥法生產(chǎn)，疏水二氧化硅氣凝膠顆粒為廣東埃力生高新科技有限公司采用超臨界干燥法生產(chǎn)，

水泥包括河北燕新建材有限公司生產(chǎn)的鉆牌p.o42.5r水泥，唐山北極熊特種水泥有限責(zé)任公司生產(chǎn)的標(biāo)號(hào)為42.5、52.5的快硬硫鋁酸鹽水泥。

水包油型表面活性劑為日本關(guān)東化學(xué)株式會(huì)社生產(chǎn)。

[實(shí)施例]

以下列出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例，這些實(shí)施例僅是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，而不是限制本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1：

(1)向1l燒杯中加入200g水和6g的span20，攪拌均勻以配制成溶液；

(2)將400g的p.o42.5r水泥加入到步驟(1)所得的溶液中，攪拌均勻，然后加入8g疏水二氧化硅氣凝膠粉體，攪拌直至疏水二氧化硅氣凝膠被水泥漿體浸潤(rùn)或包裹，從而得到產(chǎn)物，即疏水二氧化硅氣凝膠保溫砂漿。

砂漿成型養(yǎng)護(hù)28天后，測(cè)得導(dǎo)熱系數(shù)為0.413w/(m·k)，干密度1400kg/m³。

實(shí)施例2：

(1)向1l燒杯中加入200g水和6g的ameroxloe-10，攪拌均勻以配制成溶液；

(2)將400g的p.o42.5r水泥加入到步驟(1)所得的溶液中，攪拌均勻，然后加入16g疏水二氧化硅氣凝膠粉體，攪拌直至疏水二氧化硅氣凝膠被水泥漿體浸潤(rùn)或包裹，從而得到產(chǎn)物，即疏水二氧化硅氣凝膠保溫砂漿。

砂漿成型養(yǎng)護(hù)28天后，測(cè)得導(dǎo)熱系數(shù)為0.340w/(m·k)，干密度1300kg/m³。

實(shí)施例3：

(1)向1l燒杯中加入400g水和6g的span20，攪拌均勻以配制成溶液；

(2)將400g的p.o42.5r水泥加入到步驟(1)所得的溶液中，攪拌均勻，然后加入24g疏水二氧化硅氣凝膠粉體，攪拌直至疏水二氧化硅氣凝膠被水泥漿體浸潤(rùn)或包裹，從而得到產(chǎn)物，即疏水二氧化硅氣凝膠保溫砂漿。

砂漿成型養(yǎng)護(hù)28天后，測(cè)得導(dǎo)熱系數(shù)為0.266w/(m·k)，干密度1220kg/m³。

實(shí)施例4：

(1)向1l燒杯中加入200g水和14g的span20，攪拌均勻以配制成溶液；

(2)將300g的52.5r水泥、3.0gfx2350可再分散乳膠粉、8.0g硬脂酸鈣、6.0g甲酸鈣、0.6g纖維素醚(hpmc，分子量4萬(wàn))于5l塑料筒中均勻混合后加入到步驟(1)所得的溶液中，攪拌均勻，再加入100g水與16g雙氧水(濃度為30％)混合攪拌后的溶液，迅速攪拌，然后加入300g疏水二氧化硅氣凝膠顆粒，攪拌直至疏水二氧化硅氣凝膠被水泥漿體浸潤(rùn)或包裹，從而得到產(chǎn)物，即疏水二氧化硅氣凝膠保溫砂漿。

混凝土成型養(yǎng)護(hù)28天后，測(cè)得導(dǎo)熱系數(shù)為0.049w/(m·k)，干密度280kg/m³。

實(shí)施例5：

(1)向1l燒杯中加入800g水和24g的span20，攪拌均勻以配制成溶液；

(2)將340g疏水二氧化硅氣凝膠顆粒加入到步驟(1)所得的溶液中，攪拌直至將疏水二氧化硅氣凝膠浸潤(rùn)，然后加入200g的p.o42.5r水泥和50g的s95級(jí)礦粉的均勻混合物，攪拌均勻，從而得到產(chǎn)物，即疏水二氧化硅氣凝膠保溫砂漿。

砂漿成型養(yǎng)護(hù)28天后，測(cè)得導(dǎo)熱系數(shù)為0.062w/(m·k)，干密度290kg/m³。

實(shí)施例6：

(1)向1l燒杯中加入1000g水和24g的span20，攪拌均勻以配制成溶液；

(2)將200g的p.o42.5r水泥、2.0g膠粉、0.4g纖維素醚和0.4g短纖維于5l量杯中均勻混合后加入到步驟(1)所得的溶液中，再攪拌均勻，然后加入340g疏水二氧化硅氣凝膠顆粒，攪拌直至疏水二氧化硅氣凝膠被水泥漿體包裹或浸潤(rùn)，從而得到產(chǎn)物，即疏水二氧化硅氣凝膠保溫砂漿。

砂漿成型養(yǎng)護(hù)28天后，測(cè)得導(dǎo)熱系數(shù)為0.058w/(m·k)，干密度260kg/m³。

實(shí)施例7：

(1)向1l燒杯中加入1200g和36g的ameroxloe-10，攪拌均勻以配制成溶液；

(2)將2400g強(qiáng)度等級(jí)為42.5的快硬硫鋁酸鹽水泥、2.0g膠粉、0.4g纖維素醚和0.4g短纖維于5l量杯中，均勻混合后加入到步驟(1)所得的溶液中，攪拌均勻，然后加入200g疏水二氧化硅氣凝膠顆粒，攪拌直至疏水二氧化硅氣凝膠被水泥漿體浸潤(rùn)或包裹，從而得到產(chǎn)物，即疏水二氧化硅氣凝膠保溫砂漿。

砂漿成型養(yǎng)護(hù)28天后，測(cè)得導(dǎo)熱系數(shù)為0.189w/(m·k)，干密度960kg/m³。

實(shí)施例8：

(1)向1l燒杯中加入1200g水和24g的ameroxloe-10，攪拌均勻以配制成溶液；

(2)將200g疏水二氧化硅氣凝膠顆粒加入到步驟(1)所得的溶液中，攪拌直至將疏水二氧化硅氣凝膠浸潤(rùn)，然后加入2400g的p.o42.5r水泥，攪拌均勻，從而得到產(chǎn)物，即疏水二氧化硅氣凝膠保溫砂漿。

砂漿成型養(yǎng)護(hù)28天后，測(cè)得導(dǎo)熱系數(shù)為0.208w/(m·k)，干密度1010kg/m³。

對(duì)比實(shí)施例

除了不加氣凝膠，且p.o42.5r水泥和水的比例為2:1之外，以與實(shí)施例1相同的方式制得了疏水二氧化硅氣凝膠保溫砂漿，砂漿成型養(yǎng)護(hù)28天后，測(cè)得導(dǎo)熱系數(shù)為0.528w/(m·k)，干密度1600kg/m³。