一種納米保溫材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種納米保溫材料及其制備方法，屬于保溫材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 保溫材料一般是指導(dǎo)熱系數(shù)小于或等于0.2的材料。其具有節(jié)約能源、降低能耗、 減少有害物質(zhì)排放、改善人們生活環(huán)境和延長(zhǎng)建筑物使用壽命的作用，逐漸地成為建筑材 料的重要組成部分。尤其在如今人們生活水平日益增長(zhǎng)和能源日趨匱乏的環(huán)境下，保溫材 料的重要性越來越凸顯。
[0003] 目前，我國(guó)常用的建筑保溫材料可以分為有機(jī)類保溫材料和無機(jī)類保溫材料。其 中，有機(jī)類保溫材料包括了聚苯乙烯泡沫材料、發(fā)泡橡膠材料、聚氨酯泡沫材料等，此類保 溫材料雖然密度小、導(dǎo)熱系數(shù)小、絕緣性能好、保溫性好，但是強(qiáng)度比較低、耐熱差、耐老化 差、使用壽命短、且易燃燒，容易構(gòu)成引發(fā)火災(zāi);無機(jī)類保溫材料包括了巖棉、礦渣棉、玻璃 棉、水泥發(fā)泡材料等，此類保溫材料雖然耐熱、阻燃效果好、穩(wěn)定性高、施工便捷，但容重大， 材料缺乏韌性，且保溫效果欠佳。因此，為了解決這些技術(shù)問題，人們開始了探索與研究新 的保溫材料-納米保溫材料。
[0004] 納米保溫材料是一種直徑在數(shù)十納米的SiO2顆粒，配合紅外遮光劑和纖維等成 分，經(jīng)過一系列物理和化學(xué)反應(yīng)得到的新型材料。其不僅具有極低的導(dǎo)熱系數(shù)，隔熱性能是 傳統(tǒng)材料（陶瓷纖維，硅酸鈣，巖棉等）的3~4倍，而且導(dǎo)熱系數(shù)在高溫段上升很小，高達(dá) 1000°C的耐溫。然而，由于二氧化硅氣凝膠材料的固有強(qiáng)度低、脆性大及容易開裂等缺點(diǎn)， 為了使納米保溫材料具有良好的機(jī)械加工性和廣泛的使用范圍，在納米保溫材料中添加了 一定比例的纖維增強(qiáng)物及粘結(jié)劑。發(fā)明專利"一種納米孔保溫材料及其制備方法"（專利號(hào)： CN 104311096 A)利用氣相納米二氧化硅、增強(qiáng)纖維、紅外遮光劑、三氧化二鋁、磷酸來制備 導(dǎo)熱系數(shù)小于〇.〇15W/(m · K)的納米孔保溫材料;發(fā)明專利"納米級(jí)絕熱板及其制作方法" (專利號(hào):CN 102828563 B)利用納米級(jí)氣相二氧化硅、增強(qiáng)纖維、遠(yuǎn)紅外添加劑、碳化硅、干 燥劑、粘合劑來制備導(dǎo)熱系數(shù)低于〇.〇〇8W/(m · K)的納米級(jí)絕熱板。雖然這些納米保溫材料 通過摻入增強(qiáng)材料，解決了二氧化硅氣凝膠材料的固有強(qiáng)度低、脆性大等缺點(diǎn)，但是單一氣 凝膠的性能非常有限的，使得其在保溫材料工程中的推廣和應(yīng)用受到限制。因此，探索與研 究如何改善保溫材料的性能是非常有價(jià)值的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出了一種納米保溫材 料及其制備方法。
[0006] 本發(fā)明為解決上述問題所采取的技術(shù)方案為：
[0007] -種納米保溫材料，由以下重量份配比的各組分制成:氧化鋁/二氧化硅二元?dú)饽?膠60~80份、無機(jī)納米材料3~5份、硬硅鈣石1~3份、改性聚丙烯纖維2~6份、陶瓷粉體遮 光劑6~8份、無水氯化媽0.4~0.8份、粘結(jié)劑3~5份、空心微球20~40份、聚乙二醇1~5份、 珍珠巖7~9份、硅灰2~4份、阻燃劑1~3份、鋁粉0.4~0.8份、甲基硅酸鈉0.1~0.3份。
[0008] 優(yōu)選地，
[0009] -種納米保溫材料，由以下重量份配比的各組分制成:氧化鋁/二氧化硅二元?dú)饽?膠70份、無機(jī)納米材料4份、硬硅鈣石2份、改性聚丙烯纖維4份、陶瓷粉體遮光劑7份、無水氯 化鈣0.6份、粘結(jié)劑4份、空心微球30份、聚乙二醇3份、珍珠巖8份、硅灰3份、阻燃劑2份、錯(cuò)粉 0.6份、甲基硅酸鈉0.2份。
[0010]其中，所述的二元?dú)饽z的平均粒徑為20nm，比表面積為250±50m2/g，壓實(shí)密度 為80g± 10/1，氧化鋁與二氧化硅的摩爾比為1:1;
[0011] 所述的無機(jī)納米材料為納米氫氧化鋁，其粒度為60~80nm;所述的硬硅鈣石的顆 粒尺寸為25μπι;所述的改性聚丙烯纖維的直徑為8μπι;
[0012] 所述的陶瓷粉體遮光劑為碳化硅，其平均粒徑為4~6μπι;所述的無水氯化鈣的顆 粒為3mm;所述的粘結(jié)劑為聚乙稀醇；
[0013] 所述的空心微球?yàn)椴ＡЭ招奈⑶?0~20份、氧化鋯空心微球10~20份混合而成； 所述的阻燃劑為氫氧化鎂;所述的珍珠巖、硅灰、鋁粉的粒度為1~3mm。
[0014] 所述納米保溫材料的制備方法，包括以下步驟：
[0015] (1)按照重量份配比稱取所需的組分，先將二元?dú)饽z、硬硅鈣石加到混合機(jī)上混 合，混合10~20min，混合轉(zhuǎn)速為200~300r/min，然后再加入用乙醇處理后的改性聚丙烯纖 維混合，混合10~20min，混合轉(zhuǎn)速為200~300r/min，最后加入聚乙二醇混合，混合20~ 30min，混合轉(zhuǎn)速為400~500r/min，得到混合物A，備用；
[0016] (2)先將無機(jī)納米材料、陶瓷粉體遮光劑、珍珠巖、硅灰、錯(cuò)粉加到混合機(jī)上混合， 混合20~30min，混合轉(zhuǎn)速為200~300r/min，然后再加粘結(jié)劑混合，其中粘結(jié)劑為5~10 % 聚乙稀醇溶液，混合20~30min，混合轉(zhuǎn)速為400~500r/min，最后加入空心微球繼續(xù)混合， 混合40~60min，混合轉(zhuǎn)速為400~500r/min，得到混合物B，備用；
[0017] (3)先將混合物A、混合物B、阻燃劑、甲基硅酸鈉加到混合機(jī)上混合，混合40~ 60min，混合轉(zhuǎn)速為700~900r/min，然后再加無水氯化鈣混合，混合40~80min，混合轉(zhuǎn)速為 1000~1100r/min，得到混合物C，備用；
[0018] (4)將混合物C在溫度400~600°C，壓力1~3MPa，保溫時(shí)間15~20min條件下壓制 成型，得到成型材料；
[0019] (5)將脫模后的成型材料放入馬沸爐煅燒，煅燒溫度為400~500°C，保溫時(shí)間1~ 2h；
[0020] (6)待步驟(5)處理得到的材料冷卻后，在材料表面覆設(shè)鋁箱質(zhì)反射層，真空壓制 成型，即得所述的納米保溫材料。
[0021] 本發(fā)明的有益效果是：
[0022] 1、二元?dú)饽z有效地克服了單一氣凝膠性能的缺陷。二氧化硅氣凝膠是一種由膠 體粒子相互聚集而成的納米多孔固體材料，具有質(zhì)量輕、孔隙率高、體積小、比表面積大、隔 熱性能好等特點(diǎn)，但純的二氧化硅氣凝膠的紅外熱輻射隨著溫度的升高而急劇升高，限制 了其在高溫條件下的應(yīng)用，而在高溫下，氧化鋁氣凝膠有著比二氧化硅更加優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn) 定性、熱穩(wěn)定性和隔熱性能，將其加入二氧化硅氣凝膠中，不僅可以有效地提高氣凝膠耐高 溫性能，而且改善氣凝膠結(jié)構(gòu)、優(yōu)化氣凝膠性能，進(jìn)而提高納米保溫材料的性能。同時(shí)，由于 晶體結(jié)構(gòu)的氧化鋁分散在非晶體結(jié)構(gòu)的二氧化硅網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使氣凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加均勻， 熱穩(wěn)定更好，同時(shí)也使材料熱傳導(dǎo)路徑長(zhǎng)度增大，從而提高材料保溫性能，進(jìn)而擴(kuò)寬其的使 用范圍。
[0023] 2、玻璃空心微球、氧化鋯空心微球兩種空心微球的添加不僅能顯著增強(qiáng)材料的強(qiáng) 度，還可以使材料具有良好的耐高溫性能和保溫性能，本發(fā)明采用了不同的空心球相互配 合，并與其他材料發(fā)生協(xié)同效應(yīng)，增強(qiáng)保溫材料的強(qiáng)度、耐高溫性能和保溫性能，從而擴(kuò)寬 其的使用范圍。
[0024] 3、鋁粉具有質(zhì)輕、漂浮力高、遮蓋力強(qiáng)、對(duì)光和熱的反射性能均好的特點(diǎn)，其的加 入，不僅可以起到起著隔熱作用，還可以增強(qiáng)保溫材料的強(qiáng)度。同時(shí)，材料表面也使用了鋁 箱層，增加保溫材料的阻隔性能、防水性能和遮光性能等性能。材料內(nèi)部-表面都使用鋁粉 優(yōu)良的特性，內(nèi)-外相結(jié)合，能進(jìn)一步地改善保溫材料的綜合性能，從而擴(kuò)寬其的使用范圍。
【具體實(shí)施方式】 [0025] 實(shí)施例1
[0026] -種納米保溫材料，由以下重量份配比的各組分制成:氧化鋁/二氧化硅二元?dú)饽?膠70份、納米氫氧化鋁4份、硬硅鈣石2份、改性聚丙烯纖維4份、碳化硅7份、無水氯化鈣0.6 份、聚乙烯醇4份、玻璃空心微球15份、氧化鋯空心微球15份、聚乙二醇3份、珍珠巖8份、硅灰 3份、氫氧化鎂2份、錯(cuò)粉0.6份、甲基硅酸鈉0.2份。
[0027]其中，所述的氧化鋁/二氧化硅二元?dú)饽z的平均粒徑為20nm，比表面積為250 土 50m2/g，壓實(shí)密度為80g± 10/1，氧化鋁與二氧化硅的摩爾比為1:1;
[0028]所述的納米氫氧化鋁的粒度為70nm;所述的硬硅鈣石的顆粒尺寸為25μπι;所述的 改性聚丙烯纖維的直徑為8μι;
[0029]所述的碳化硅的平均粒徑為5μπι;所述的無水氯化鈣的顆粒為3 mm;所述的珍珠巖、 硅灰、鋁粉的粒度為2mm〇
[0030] 所述納米保溫材料的制備方法，包括以下步驟：
[0031] (1)按照重量份配比稱取所需的組分，先將氧化鋁/二氧化硅二元?dú)饽z、硬硅鈣 石加到混合機(jī)上混合，混合15min，混合轉(zhuǎn)速為250r/min，然后再加入用乙醇處理后的改性 聚丙稀纖維混合，混合15min，混合轉(zhuǎn)速為250r/min，最后加入聚乙二醇混合，混合25min，混 合轉(zhuǎn)速為450r/min，得到混合物A，備用；
[0032] ( 2)先將納米氫氧化鋁、碳化硅、珍珠巖、硅灰、鋁粉加到混合機(jī)上混合，混合 25min，混合轉(zhuǎn)速為250r/min，然后再加8 %聚乙烯醇溶液混合，混合25min，混合轉(zhuǎn)速為 450r/min，最后加入玻璃空心微球、氧化錯(cuò)空心微球繼續(xù)混合，混合50min，混合轉(zhuǎn)速為 450r/min，得到混合物B，備用；
[0033] (3)先將混合物A、混合物B、氫氧化鎂、甲基硅酸鈉加到混合機(jī)上混合，混合50min， 混合轉(zhuǎn)速為800r/min，然后再加無水氯化鈣混合，混合60min，混合轉(zhuǎn)速為1050r/min，得到 混合物C，備用；
[0034] ⑷將混合物C在溫度500°C，壓力2MPa，保溫