一種玻璃棉的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于保溫材料領(lǐng)域，涉及一種玻璃棉的制備方法，更具體而言，本發(fā)明涉及一種導(dǎo)熱系數(shù)低的玻璃棉的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]玻璃棉屬于玻璃纖維中的一個(gè)類別，是一種人造無機(jī)纖維。玻璃棉是將熔融玻璃纖維化，形成棉狀的材料，化學(xué)成分屬玻璃類，是一種無機(jī)質(zhì)纖維。具有成型性好、體積密度小、熱導(dǎo)率祗、保溫絕熱、吸音性能好、耐腐蝕、化學(xué)性能穩(wěn)定。
[0003]目前市場(chǎng)上的玻璃棉分白色的無甲醛玻璃棉和黃色的酚醛樹脂玻璃棉兩種。白色的無甲醛玻璃棉主要采用廢玻璃為原料，通過融化、離心，噴吹成棉，然后用無甲醛的丙烯酸樹脂為粘結(jié)劑，做成玻璃棉板。市場(chǎng)上其他的玻璃棉采用的粘結(jié)劑為酚醛樹脂顏色為黃色，為含甲醛不環(huán)保的玻璃棉制品。
[0004]據(jù)國務(wù)院發(fā)布的國家建筑節(jié)能專項(xiàng)計(jì)劃:“i 五”期間，我國執(zhí)行的建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)主要為50%節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，“十一五”期末逐步提高到65%節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的水平?！笆濉逼陂g提出了新的規(guī)劃要求:到2015年，城鎮(zhèn)新建建筑執(zhí)行不低于65%的建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，城鎮(zhèn)新建建筑95%達(dá)到建筑節(jié)能強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的要求。鼓勵(lì)北京、天津、上海、重慶四個(gè)直轄市和有條件的地區(qū)率先實(shí)施節(jié)能75%的標(biāo)準(zhǔn)。
[0005]節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的提高導(dǎo)致市場(chǎng)上現(xiàn)有的厚度為2cm的玻璃棉已無法滿足要求；而多數(shù)玻璃棉企業(yè)采用了增加玻璃棉厚度犧牲建筑有效體積的辦法，這勢(shì)必會(huì)對(duì)生產(chǎn)和安裝系統(tǒng)進(jìn)行大幅度調(diào)整，消耗大量的人力，物力，財(cái)力同時(shí)也與國家建筑節(jié)能的長(zhǎng)期規(guī)劃發(fā)展相悖，不利于社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。另外對(duì)于空間狹小、管道復(fù)雜的部位的保溫目前還沒有合適的材料。因此，對(duì)于導(dǎo)熱系數(shù)低的玻璃棉仍存在需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種新的玻璃棉的制備方法，該方法制備的玻璃棉具有低導(dǎo)熱系數(shù)。
[0007]本發(fā)明提供的玻璃棉的制備方法，其包括以下步驟:
[0008](I)將納米粒子與玻璃纖維混合、攪拌或者在玻璃纖維的表面噴涂含有納米粒子的溶液，使得納米粒子附著在玻璃纖維的表面上，得到納米粒子和玻璃纖維的復(fù)合物；
[0009](2)向上述制備得到的納米粒子和玻璃纖維的復(fù)合物噴涂含有粘結(jié)劑的溶液；
[0010](3)將上述得到的產(chǎn)物壓制成型，然后加熱固化。
[0011]優(yōu)選地，所述納米粒子的平均粒徑可以為大于O?約lOOnm。例如，可以為約lnm、約 3nm、約 5nm、約 10nm、約 20nm、約 30nm、約 40nm、約 50nm、約 60nm、約 70nm、約 80nm、約 90nm或約10nnu
[0012]更優(yōu)選地，所述納米粒子的平均粒徑可以為大于O?約60mru例如，可以為約lnm、約 3nm、約 5nm、約 10nm、約 20nm、約 30nm、約 40nm、約 50nm 或約 60nm。
[0013]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述納米粒子的平均粒徑可以為約1nm?約20nm。例如，可以為約 llnm、約 12nm、約 13nm、約 14nm、約 15nm、約 16nm、約 17nm、約 18nm、約 19nm 或約 20nm。
[0014]優(yōu)選地，所述納米粒子的用量小于等于所述玻璃纖維重量的20%。
[0015]更優(yōu)選地，所述納米粒子的用量為所述玻璃纖維重量的11%?18%。
[0016]所述含有所述納米粒子的溶液的溶劑可以是將納米粒子懸浮其中并便于噴涂的溶劑，例如可以是水、乙醇或丙醇。
[0017]優(yōu)選地，所述納米粒子包含納米Si02。
[0018]優(yōu)選地，所述納米粒子形成納米粒子層。
[0019]優(yōu)選地，所述納米粒子進(jìn)一步包含納米A1203。
[0020]優(yōu)選地，所述納米Al2O3的平均粒徑可以為約30nm?約50nm。
[0021]優(yōu)選地，所述納米Al2O3的重量為所述納米S12重量的5%?10%。
[0022]所述玻璃纖維可以是現(xiàn)有技術(shù)中可以使用的任何尺寸的適于制備玻璃棉的玻璃纖維。
[0023]優(yōu)選地，所述玻璃纖維的直徑為5 μ m?8 μ m。
[0024]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述納米粒子中可以摻和有紅外遮光劑粒子。
[0025]所述紅外遮光劑粒子可以包括但不限于SiC粒子、BN粒子、ZrS14粒子或KT 6粒子。
[0026]優(yōu)選地，所述紅外遮光劑粒子為SiC粒子。
[0027]優(yōu)選地，所述紅外遮光劑粒子的平均粒徑為約1.5 μ m?約5 μ m。例如，可以為約1.5 μ m、約 1.8 μ m、約 2 μ m、約 2.5 μ m、約 3 μ m、約 3.5 μ m、約 4 μ m、約 4.5 μ m 或約 5 μ m。
[0028]更優(yōu)選地，所述紅外遮光劑粒子的平均粒徑為約2 μ m?約4 μ m。例如，可以為約2 μ m、約 2.5 μ m、約 3 μ m、約 3.2 μ m、約 3.5 μ m、約 3.8 μ m 或者約 4 μ m。
[0029]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述紅外遮光劑粒子的粒徑為約3 μ m。
[0030]優(yōu)選地，所述紅外遮光劑與S12的重量比為0.8?1.2:1。
[0031]更優(yōu)選地，所述紅外遮光劑與S12的重量比為1:1。
[0032]優(yōu)選地，所述粘結(jié)劑的用量為所述玻璃纖維和納米粒子總重量的5%?15%。更優(yōu)選地，所述粘結(jié)劑的用量為所述玻璃纖維和納米粒子總重量的7%?12%。
[0033]所述粘結(jié)劑可以是本領(lǐng)域的任何可以將納米粒子和/或玻璃纖維膠粘的粘結(jié)劑。
[0034]所述粘結(jié)劑包括但不限于丙烯酸樹脂粘結(jié)劑、酚醛樹脂粘結(jié)劑。
[0035]優(yōu)選地，所述粘結(jié)劑可以是專利文獻(xiàn)CN200680044591.6中的無甲醛粘結(jié)劑。
[0036]所述含有粘結(jié)劑的溶液的溶劑可以為將粘結(jié)劑溶解其中并便于噴涂的溶劑，例如可以是水、乙醇或丙醇。
[0037]所述攪拌可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何方法進(jìn)行。例如，采用強(qiáng)力攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌。所述攪拌的轉(zhuǎn)速可以為約10rpm。
[0038]所述噴涂可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何方法進(jìn)行。例如，采用高壓噴槍裝置進(jìn)行噴涂。
[0039]優(yōu)選地，所述固化是于80°C加熱4小時(shí)。
[0040]本發(fā)明提供的方法制備的玻璃棉，其包含多根玻璃纖維，其中，在所述玻璃纖維的表面附著有納米粒子。
[0041]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，術(shù)語“多根”指的是多于或等于2根。
[0042]所述納米粒子的平均粒徑為納米級(jí)，具有高的比表面積，容易附著在所述玻璃纖維的表面上。本發(fā)明的玻璃棉，通過其包含的玻璃纖維的表面上附著的納米粒子，將現(xiàn)有技術(shù)的玻璃棉為玻璃纖維之間的面接觸改變?yōu)楸景l(fā)明的納米粒子之間的點(diǎn)接觸，從而可以顯著降低玻璃棉的熱傳導(dǎo)，從而使得玻璃棉具有低導(dǎo)熱系數(shù)。
[0043]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以達(dá)到上述效果的具有任何粒徑的納米粒子均適用于本發(fā)明。
[0044]優(yōu)選地，所述納米粒子的平均粒徑可以為大于O?約lOOnm。例如，可以為約lnm、約 3nm、約 5nm、約 10nm、約 20nm、約 30nm、約 40nm、約 50nm、約 60nm、約 70nm、約 80nm、約 90nm或約lOOnm。當(dāng)所述納米粒子的平均粒徑為上述數(shù)值時(shí)，本發(fā)明玻璃棉的玻璃纖維與納米粒子之間以及納米粒子和納米粒子之間形成的空腔的體積小，其中的空氣分子基本上失去了自由流動(dòng)的能力而附著在空腔壁上，使得本發(fā)明的玻璃棉處于近似于真空狀態(tài)，從而可以降低玻璃棉的熱對(duì)流，從而使得玻璃棉具有低導(dǎo)熱系數(shù)。
[0045]更優(yōu)選地，所述納米粒子的平均粒徑可以為大于O?約60nm。例如，可以為約lnm、約3nm、約5nm、約10nm、約20nm、約30nm、約40nm、約50nm或約60nm。當(dāng)所述納米粒子的平均粒徑為上述數(shù)值時(shí)，本發(fā)明玻璃棉的玻璃纖維與納米粒子之間以及納米粒子和納米粒子之間形成的空腔的體積進(jìn)一步減小，其中的空氣分子進(jìn)一步失去了自由流動(dòng)的能力而附著在空腔壁上，使得本發(fā)明的玻璃棉進(jìn)一步處于近似于真空狀態(tài)，從而可以進(jìn)一步降低玻璃棉的熱對(duì)流。
[0046]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述納米粒子的平均粒徑可以為約1nm?約20nm。例如，可以為約 llnm、約 12nm、約 13nm、約 14nm、約 15nm、約 16nm、約 17nm、約 18nm、約 19nm 或約 20nm。當(dāng)所述納米粒子的平均粒徑為上述數(shù)值時(shí)，所述納米粒子在市場(chǎng)上可以容易地獲得且成本相對(duì)較低；從而使得所述玻璃棉在降低熱對(duì)流的同時(shí)也具有相對(duì)較低的成本。
[0047]優(yōu)選地，所述納米粒子的重量小于等于所述玻璃纖維重量的20%。例如，可以為約1%、2%、4%、6%、8%、10%、12%、14%、15%、18%或20%。此時(shí)，所述納米粒子形成的納米粒子層的厚度小于所述玻璃纖維的直徑。所述納米粒子層太厚會(huì)使得成本增加，并且玻璃纖維之間的接觸面積增大會(huì)增加固體導(dǎo)熱，從而不利益導(dǎo)熱系數(shù)的降低。
[0048]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，所述納米粒子的重量的下限為在所述玻璃纖維的表面附著至少一層納米粒子為宜。
[0049]更優(yōu)選地，所述納米粒子的重量為所述玻璃纖維重量的11%?18%。例如，可以為約11%、12%、13%、14%、15%、16%、17%或18%。此時(shí)，所述納米粒子形成的納米粒子層不但可以避免過多的納米粒子團(tuán)聚從而使得導(dǎo)熱增加，還可以避免過少的納米粒子會(huì)使得玻璃纖維之間會(huì)接觸從而使得熱傳遞增加。
[0050]優(yōu)選地，所述納米粒子中包含納米Si02。所述納米S12與玻璃棉的成分相同，性質(zhì)相似，兼容性好，并且價(jià)格便宜，適合工業(yè)化。
[0051]優(yōu)選地，所述納米粒子形成納米粒子層。形成納米粒子層可以保證使得玻璃纖維之間的面接觸變?yōu)榧{米粒子之間的點(diǎn)接觸。
[0052]優(yōu)選地，所述納米粒子中進(jìn)一步包含納米Al2O3(納米三氧化二招)。所述納米S12的比表面積大、自由能高，溫度高時(shí)容易團(tuán)聚。納米三氧化鋁具有較高的穩(wěn)定性，可以將納米S12隔開從而有效阻止其團(tuán)聚。
[0053]優(yōu)選地，所述納米Al2O3的平均粒徑可以為約30nm?約50nm。如果粒徑太大，納米Al2O3自身會(huì)聚集；如果粒徑太小，成本太高。
[0054]優(yōu)選地，所述納米Al2O3的重量為所述納米S12重量的5%?10%。此時(shí)，效果好且成本低。
[0055]所述玻璃纖維可以是現(xiàn)有技術(shù)中可以使用的任何尺寸的適于制備玻璃棉的玻璃纖維。
[0056]優(yōu)選地，所述玻璃纖維的直徑為5 μ m?8 μ m。
[0057]優(yōu)選地，所述玻璃棉包含粘結(jié)劑。
[0058]優(yōu)選地，所述粘結(jié)劑的用量為所述玻璃纖維和納米粒子總重量的5%?15%。所述粘結(jié)劑的用量過少，會(huì)導(dǎo)致玻璃棉的強(qiáng)度低；所述粘結(jié)劑的用量過多，雖然玻璃棉強(qiáng)度高，但粘結(jié)劑是有機(jī)物，會(huì)使得玻璃棉達(dá)不到燃燒性能A級(jí)不燃的指標(biāo)。
[0059]更優(yōu)選地，所述粘結(jié)劑的用量為所述玻璃纖維和納米粒子總重量的7%?12%。此時(shí)，玻璃棉的強(qiáng)度和燃燒性能最佳。
[0060]所述粘結(jié)劑可以是本領(lǐng)域的任何可以將納米粒子和/或玻璃纖維膠粘的粘結(jié)劑。
[0061]所述粘結(jié)劑包括但不限于丙烯酸樹脂粘結(jié)劑、酚醛樹脂粘結(jié)劑。
[0062]優(yōu)選地，所述粘結(jié)劑可以是專利文獻(xiàn)CN200680044591.6