专利名称：使用闭孔膨胀珍珠岩的绝热体的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用闭孔膨胀珍珠岩(closed well expanded perlite)的绝热体，尤其涉及满足下述条件的绝热体可通过使用在其表面上不具有针状结构的中空闭孔膨胀珍珠岩，从而通过低密度来改善可构建性(constructability);可降低材料成本和能源成本；以及由于出色的导热率，可通过减小绝热体的厚度来减少设备安装所需面积。
背景技术：
在诸如石油化工、发电厂和钢铁厂等行业中，它们的生产工序和生产线(lines)由复合结构组成。尤其是，经常使用在高温或低温下储存流体的生产线或转移流体的生产线。由于绝热体防止能源流失，因而工业绝热体在高温或低温部分的行业中起着非常重要的作用，并与产品质量有密切的关系。尤其是，主要依赖于能源进口的国家更易受到整个行业中能源减少的影响，能源减少例如归因于高油价、按照气候变化公约对碳排放的调节等。根据这些趋势，对如下方面进行了持续不断的研究和努力开发各领域中的材料，并改善其在用于工业设施的绝热体中的性能。工业绝热体中通常使用基于无机纤维的绝热体、基于粉末的绝热体和基于泡沫的绝热体。通过使用玻璃棉、岩棉(rock wool)和无机纤维制造基于纤维的绝热体，所述玻璃棉使用基于玻璃的矿物质(如石英砂、石灰石、长石和苏打灰等)作为材料，所述岩棉使用高炉渣和玄武岩作为材料，所述无机纤维例如基于氧化铝的纤维、氧化锆纤维和碳纤维等。正如多篇文献(如韩国专利号10-0522568“Water_vaporable adiabaticpipe byusing glass fiber and its manufacturing method，，和韩国专利号 10-0760003 “Glassfiber insulating material of curved type for heat_retainingand itsmanufacturing method”等)中所公开的，通过使用无机纤维组中的长玻璃纤维来生产席垫(mat),对在其上叠加有多个层的席垫再次进行针刺穿孔(needle-punched),然后注入粘合剂并进行粘合来制造产品。由上述方法制造的产品其有利之处在于，由于纤维形式的特性而使该产品易于运输，并且该产品具有比相关领域中基于无机纤维的绝热体更低的导热率；但不足之处在于，该产品的密度变化太大，以致于热特性不均匀。尤其是，该产品易受水分(moisture)损害，即使当其表面经过防水处理后，纤维的特性使得水分能容易地渗入到其横截面等处，结果存在如下问题在其上叠加有多个层的席垫上产生了裂缝，因此，导热率急剧升高且产品的耐用性减退。进一步而言，施工期间产生的玻璃纤维粉尘对人体有害，因此，还得努力防止在工作场地生成粉尘。通过使用硅酸钙、硅藻土和碱式碳酸镁等制造基于粉末的绝热体。
尤其是，其中常用的硅酸钙绝热体是通过如下步骤固化成的产品使硅藻土和熟石灰在过量的水中进行水热反应，将混合物在泥浆状态下湿法成型，并在高压釜中于高压下加热该混合物。雪硅钙石和硬硅钙石的形状其有利在于出色的刚度(随固化期间的晶体结构而变化)和降低的导热率(随晶体形状而变化)，但是随着固化作用而进行的制造过程很复杂，因此生产能力较低。尤其是，就雪硅钙石来说，存在着可能不会改善防水性能的问题。基于泡沫的绝热体是使用膨胀蛭石或膨胀珍珠岩的绝热体，并且通常将膨胀珍珠岩绝热体用于工业用途。膨胀珍珠岩绝热体其有利之处在于，该绝热体具有简单的制造工艺、高的产率和低的材料成本，并因此已在工业绝热体中普遍使用。然而，作为原料的膨胀珍珠岩具有极少量的小颗粒填充颗粒间的间隙，而其粒径分布极其偏向于针状结构的、具有开孔形状的大颗粒。·因为这一原因，颗粒间的间隙增多并形成高水平的总孔隙率，因此，存在着在成型过程中的压缩作用使膨胀珍珠岩的孔损坏的问题，并因而热效率减退。另外，当制造针状结构的开孔膨胀珍珠岩时，由于基于硅酸盐的粘合剂作为无机粘合剂时的吸收率较高，使得基于硅酸盐的粘合剂的用量增高；并且基于硅酸盐的粘合剂本身具有无定形形状，因此其不足之处在于膨胀珍珠岩绝热体具有比基于玻璃纤维或基于粉末的水合物绝热体更高的导热率，或者具有比基于粉末的水合物绝热体更低的刚度。为解决上述问题，已进行了各种研究和开发(R&D)，但是所述R&D的焦点放在制造方法而非改善膨胀珍珠岩本身上，因此，在克服由压缩成型引起的导热率减退方面存在限制；并且因为在用于增强刚度的干燥过程中提出了烧结或固化等方法，存在着制造工艺复杂且制造成本增加等问题。此外，即使就膨胀珍珠岩本身来说，各项发明公开如下。在日本专利申请号2007-320805 “Hard foamed perlite and itsmanufacturingmethod”中，公开了通过对膨胀珍珠岩各压缩强度的烧结条件进行调节，制造刚度高的细小球形硬质泡沫珍珠岩。在美国专利号5，005，696 “Round Baler”中，公开了通过使用间接加热型膨胀烧
结炉来制造球形膨胀珍珠岩。然而，上述发明通过使用球形形状来增强刚度，并且仅允许水或油的吸收达到低水平，因此存在以下问题由于仅追求球形无孔的性质而造成膨胀珍珠岩的比重高，内孔间的壁变厚，结果，在绝热体的制造期间实现了刚度的增强，但在导热率方面产生了不良影响。现有技术文件专利文件专利文件I :韩国专利号 10-0522568“Water_vaporable adiabatic pipeby usingglass fiber and its manufacturing method” ；专利文件2 :韩国专利号 10-0760003 “GLASS FIBER INSULATINGMATERIAL OFROUND TYPE FOR HEAT-RETAINING EQUIPMENTAND ITS MANUFACTURING METHOD” ；专利文件3 :日本专利申请号 2007-320805 “Hard foamed perlite anditsmanufacturing method，，；专利文件4 :美国专利号 5，005，696 “Round Baler”。
发明内容
技术问题因此，完成 了本发明以解决上述问题，本发明的目的是使压缩成型期间膨胀珍珠岩的颗粒破碎(particle crushing)和孔结构破坏得以最小化,通过以下作用实现制造出大多数在其表面上不具有针状结构的中空闭孔形式的膨胀珍珠岩，来最大程度地使单位颗粒变轻、并改善膨胀珍珠岩的刚度；通过适当控制大颗粒、中等颗粒和小颗粒的粒径分布，来致密地填充本体使颗粒间的间隙最大限度地被填充，从而防止膨胀珍珠岩在压缩成型期间由于颗粒间的大间隙而发生破碎。本发明的另一目的是提供使用膨胀珍珠岩的绝热体，该绝热体可通过辐射和传导来降低导热率、并得到更加改善的刚度和硬度，这是因为可通过使待透入膨胀珍珠岩的基于硅酸盐的粘合剂的量降低，来制造出密度大大降低的绝热体，同时，膨胀珍珠岩的表面变为闭孔形状，并且由于其表面上的针状结构的移除而减小待涂覆的比表面积，从而仅使用在其表面上赋予粘附作用的粘合剂的量。技术方案为实现上述目的，本发明所述使用闭孔膨胀珍珠岩的绝热体包含10wt%-84wt%膨胀珍珠岩，该膨胀珍珠岩含有中空干燥的膨胀珍珠岩矿石颗粒作为活性成分，该颗粒具有闭孔形状的表面；15wt% _85wt%液态粘合剂；以及O. 25wt% _5wt%增强纤维。本发明所述使用闭孔膨胀珍珠岩的绝热体的制造方法包括如下步骤第一步，干燥珍珠岩矿石，控制结晶水占珍珠岩重量的Wt %，然后使珍珠岩矿石膨胀，其中使具有闭孔形状表面的中空颗粒膨胀以制造膨胀珍珠岩，从而使该颗粒的组成中具有一定的粒径分布；第二步，通过向第一步中制造的膨胀珍珠岩中加入液态粘合剂和增强纤维、并对得到的混合物进行混合，来制备混合材料；第三步，通过对第二步中制备的混合材料进行压缩，来制造成型体(molded body);以及第四步,对第三步中制造的成型体进行干燥。在第三步的成型体制造期间，使第二步的混合材料进一步经受本体致密填充法(body compact filling)进行振动(vibration)或冲击(shock),然后对其进行压缩,从而制造成型体。此外，在第四步的干燥过程中，可通过使用直接或间接的热风或者微波进行干燥。有益效果根据上述解决手段，可将本发明所述的绝热体作为绝热体用于高温或低温过程、例如用于工业设施等，所述绝热体可通过使用中空闭孔膨胀珍珠岩最大程度地致密填充本体，而使膨胀珍珠岩颗粒间的间隙最小化，从而由于低密度而改善可构建性，并且该绝热体可降低材料成本和能源成本，并且通过减少绝热体的厚度来减少设备安装所需面积。
图I为阐明用于相关领域中的绝热体的膨胀珍珠岩的图(A):大于 800 μ m(30 倍放大);⑶500 μ m_800 μ m(32 倍放大);
(C) 500 μ m-400 μ m(32 倍放大)；(D) :250 μ m-400 μ m(48 倍放大)；(E) 250 μ m-160 μ m(84 倍放大)；(F) :63 μ m-160 μ m(100 倍放大)；(G) 63 μ m(100 倍放大)。图2为阐明本发明的膨胀珍珠岩的图(A):大于 400 μ m(32 倍放大)；(B) :250 μ m-400 μ m(48 倍放大)；(C) 160 μ m-250 μ m(84 倍放大)；(D) :63 μ m-160 μ m(100 倍放大)；(E) 63 μ m(100 倍放大)。
图3为本发明所述使用闭孔膨胀珍珠岩的绝热体的制造过程图。
具体实施例方式下文中将参考附图对本发明的优选实施方式进行详细描述。首先，相关领域中使用膨胀珍珠岩的绝热体的制造方法包括使矿物相珍珠岩得到开孔膨胀珍珠岩的膨胀过程，其中，所述膨胀过程包括使矿物相珍珠岩与无机粘合剂进行混合的混合过程；使混合物具有目标形状的成型过程；以及将液态无机粘合剂中的水分物理移除的干燥过程。如果对上述膨胀过程进行更详细的描述的话，珍珠岩通常分为天然矿物质、例如珍珠石(pearlstone)、松脂石(pitchstone)和黑曜岩(obsidian)等,并且还包括具有其它相似性能的浮石(pumice)(下文中统称为矿石)。虽然根据其种类不同，矿石可具有不同的含水量，但是在其内部含有称为结晶水的水分；当在烧结过程中使矿石于高温下通过火焰时，其表面透明化，并且其内部的水分蒸发使矿石膨胀。通常，膨胀珍珠岩绝热体极大程度上受到传导和辐射的影响。在材料相同的情况下，传导主要受到材料密度的影响；材料轻时传导作用低，材料越重，传导作用往往越高。随着辐射从低温区域至高温区域，辐射对热转移的影响增加。换句话说，辐射受膨胀珍珠岩颗粒所具有的孔的形状和尺寸的影响；闭孔形状的孔的尺寸越小、数量越多，通过辐射进行的热转移越低；开孔形状的孔的尺寸越大、数量越少，热转移越高。然而，当制造具有低密度的绝热体以改善膨胀珍珠岩的热转移时，造成膨胀珍珠岩本身的刚度不足，因此，其现在常用的标准几乎达到其极限。当珍珠岩轻微膨胀使得作为材料使用的膨胀珍珠岩的单位颗粒的比重大于其极限时，内孔的尺寸通过过度膨胀而增力口、并且孔的分隔膜变薄，结果是颗粒表面爆裂开，因此，膨胀珍珠岩变成具有针状结构的开孔形状，并且其比重由于剥离的片(peeled pieces)变得相当重。因此，随着其表面上的开孔形状变得严重(severe)，内孔也增多，通过辐射进行的热转移增高，并且颗粒的刚度降低，从而也降低了绝热体的刚度。如果要增加绝热体的刚度，要使成型期间膨胀珍珠岩的用量在相当程度上增加以增大其密度，从而增加通过传导进行的热转移，这一直被认为是一个问题。为解决该问题，将首先描述本发明用于使膨胀珍珠岩绝热体性能最大化的核心技术，然后将再按如下所述描述其益处与特性。第一，本发明产生了在大多数膨胀珍珠岩表面上不具有针状结构的、中空闭孔形状，并且当最大程度减轻膨胀珍珠岩的比重以降低导热率时，通过使开孔的生成最小化而在颗粒刚度方面变强。首先而言，为了生产在其表面上不具有针状结构的、中空闭孔膨胀珍珠岩，当通过干燥来控制内部结晶水的量以抑制过度膨胀时可制备膨胀珍珠岩，从而使膨胀珍珠岩的形状变成表面上无针状结构的中空闭孔形状。反之，当结晶水的量太少时，珍珠岩不膨胀或膨胀性减弱，并且颗粒的比重增高。因此，需要控制结晶水基于珍珠岩总重的wt%，从而使珍珠岩膨胀。此外，结晶水的控制程度根据珍珠岩矿石中结晶水的量和特性而不同，因此不可能统一决定；但是，根据矿石种类，通过直接的实验可确定上述程度。然而，一般而言，当珍珠岩的粒径大于400 μ m时，尽管不断地控制结晶水的wt%，但是珍珠岩的粒径越大，结晶水的绝对量越高；因此，当对结晶水进行汽化以使珍珠岩膨胀时,压力升高并破坏表面,从而产生大量的开孔。 因此,在其制备过程中，珍珠岩整齐石(perlite regular stone)(本文中用来定义结晶的珍珠岩)的粒径分布越广，将较大颗粒制成闭孔就越困难。此外，粒径小于63 μ m时容易造成不膨胀。因此，珍珠岩需要通过使用如下方法进行膨胀预先从珍珠岩整齐石中移除粒径小于63 μ m的颗粒，从而在烧结过程中不产生这些颗粒，减少大颗粒在总粒径分布中的数量，并适当严格地设计粒径分布。大多数由此制备的粒径小于63 μ m的颗粒具有不同于相关领域中的珍珠岩的中空形状，因此导热率或颗粒刚度方面明显不同，并且所得到的具有隔热性能的细微颗粒非常有助于填充颗粒间的间隙，从而起到优选的作用。在此，通常使用的膨胀方法的实例包括直接火焰法(使火焰直接接触原料的方法)和间接火焰法(不使火焰接触原料的方法)等，而且还包括对落入目标粒径分布范围内的珍珠岩同时进行膨胀的方法；以及使各粒径的珍珠岩进行膨胀，再将单独的珍珠岩进行混合，从而落入目标粒径分布范围内的方法。对于通过这些方法制造的大多数膨胀珍珠岩而言，在膨胀珍珠岩的内部形成数个孔(several cells)形式的小颗粒，并且随着珍珠岩粒径的增加，大量的孔聚集体形成颗粒刚度高的中空闭孔形状，从而使得可将珍珠岩膨胀至具有较轻的比重。然而，虽然可使用这些方法，但是不可能将所有的膨胀珍珠岩都制成完全中空闭孔形状。由于通常使用的垂直和水平膨胀炉的特性，根据粒径的差别，大约10% -30%的颗粒还具有开孔形状；并且对于制成闭孔形状的膨胀珍珠岩，由于在膨胀过程或在空气中转移期间的碰撞，其部分表面有时变成开孔，因此，通常大约70% -80%的颗粒会变成闭孔。然而，并不总是要求本发明中闭孔的范围满足于上述待使用的限定数值。这是由于如下事实矿石种类和设备条件存在着不同；并且相比于相关领域中的膨胀珍珠岩，即使当闭孔占约50%时，其效果也会得到显著改善。通过图I和图2，将对本发明的特性(已在上文中描述)进行如下详细描述。具体来说，图I为表明相关领域中绝热体的膨胀珍珠岩的扫描电镜照片的图，图2为表明本发明膨胀珍珠岩的扫描电镜照片的图。参考图I可以证实，相关领域中绝热体的膨胀珍珠岩中的大多数颗粒完全显示出开孔形式，并且在其表面形成许多针状颗粒；(E)在粒径为250 μ m以下的颗粒中包含由于过度膨胀而破碎的片；(F)包含于粒径为160 μ m以下的颗粒中的碎片的量增加一半以上；以及(G)粒径小于63 μ m的大多数颗粒(即使无孔)为碎粉末，并且包含大量的未膨胀颗粒。相反，图2表明本发明的膨胀珍珠岩，其中一些开孔部分地由粒径约400 μ m的大颗粒示出，但是，这实际上是仅限于其表面上的一种形式；内孔为各自独立的孔，并且几乎不包含由于过度膨胀而破碎的粉末。尤其是，粒径小于63 μ m的大多数颗粒是中空的。因此，在相关领域绝热体的膨胀珍珠岩中，存在大量粒径为400 μ m-800 μ m的颗粒，并且存在大量粒径甚至为800 μ m以上的颗粒。因此，膨胀珍珠岩内孔的整体尺寸增加；相比于本发明膨胀珍珠岩中的孔的数量，在相同体积中的孔的数量太小；由于过量的碎粉末，热转移只有进一步减退(破碎的膨胀珍珠岩和碎粉末几乎都没有孔)。然而，在本发明中，通过使开孔的生成最小化来将大多数膨胀珍珠岩制成颗粒刚度高的中空闭孔形状，从而尽可能最大程度地减轻膨胀珍珠岩的比重，可降低对热转移影 响最大的导热率。第二，为防止在压缩成型过程中膨胀珍珠岩由于颗粒间的间隙大而粉碎，对本体进行致密填充，从而可通过适当控制大颗粒、中等颗粒、小颗粒和细微颗粒的粒径分布，来尽可能最大程度地填充颗粒间的间隙。当通过对制造膨胀珍珠岩绝热体的通用方法进行比较来描述本发明的上述特性时，通过压制(press)使成型过程以压缩成型进行。此时，通常以待制造的成型体的体积约3. 5倍以上的体积对堆积状态(bulkstate)的膨胀珍珠岩和混合材料进行压制。此时，如果膨胀珍珠岩具有开孔针状结构，颗粒间的间隙的尺寸大且颗粒的刚度脆弱，使得颗粒和孔往往在压缩成型过程中被破碎。相反，如果压缩未充分进行，产品的成型状态劣化，从而减弱了产品的刚度和硬度，这样是有问题的。进一步而言，为了使颗粒间的间隙最小化，采用如下方法机械引入堆积状态的膨胀珍珠岩，通过振动或冲击进行本体致密填充，然后进行压缩成型。在该方法中，当膨胀珍珠岩本身具有开孔形状的针状结构时，其效果并不显著，并且粒径分布本身也不合适。因此，在最终减小空隙方面存在限制。因此，相关领域中的膨胀珍珠岩绝热体在如下方面具有问题膨胀珍珠岩本身具有开孔形状的针状结构，颗粒本身刚度弱并且由于不合适的粒径分布使得颗粒间的间隙较大；因此，由于压缩成型过程中产生的膨胀珍珠岩颗粒的破碎和孔的破坏，由辐射和传导引起的效果增强，并且导热率因此增高。因此，本发明通过使用不具有针状结构的、中空闭孔膨胀珍珠岩来增强孔本身和颗粒的刚度，并通过适当控制大颗粒、中等颗粒、小颗粒和细微颗粒的粒径分布来使颗粒间的间隙最小化，从而使颗粒间的间隙非常小；当将膨胀珍珠岩引入成型模具时致密度得以改善，从而使其成型来实现比相关领域中膨胀珍珠岩的体积更小的体积。此外，本发明通过使膨胀珍珠岩(即使在低的压缩比下)具有绝热体的刚度，可使由于加压引起的、膨胀珍珠岩颗粒和孔的破碎最小化。也就是说，考虑到破碎过程中自然产生的粒径分布比、并且基于制造出不具有针状结构的、中空闭孔膨胀珍珠岩的前提，最合理的情况是本发明的绝热体具有20-40kg/m3的堆积密度；基于膨胀珍珠岩的重量，膨胀珍珠岩中含有的颗粒具有如下粒径分布，即，15± IOwt %的颗粒具有大于400μπι的粒径、40±15wt%的颗粒具有250-400 μ m的粒径、20 ± IOwt %的颗粒具有160-250 μ m的粒径、30± 15wt%的颗粒具有小于160 μ m的粒径；并且通过本体致密填充尽可能最大程度地使颗粒间的间隙最小化。在本发明中，从约400 μ m的粒径起，即使充分控制珍珠岩的膨胀，仍有大量的开孔开始生成。具有400μπι粒径的颗粒的量增高的原因是即使通过适当的粒径分布使颗粒间的间隙最小化，但是仍有一些颗粒需要在压缩成型期间破碎，仍有空的间隙需要填充；而且粒径为400 μ m以上的膨胀珍珠岩比起粒径为400 μ m以下的颗粒具有更弱的刚度，因此 可以起到这一作用。此外，当粒径太小时，存在膨胀珍珠岩在混合过程中与液态粘合剂聚集的问题。另外，由于绝热体内部因压缩成型而变得过于致密，所以在干燥等过程中生成裂缝。然而，并不总是要求将本发明中的粒径分布应用于待使用的限定数值。在本发明中，从约400 μ m的粒径起，即使充分控珍珠岩膨胀，也会部分地生成开孔；根据结晶水和预热程度，可更好地控制基于500 μ m的珍珠岩的膨胀。更具体而言，珍珠岩是自然资源之一，因此，粗岩石的结晶水和硬度根据矿石的产生过程而不同；因为结果(例如，膨胀珍珠岩的刚度和粒径、开孔的生成比率等)可能会根据所制得的整齐石、加热程度和膨胀炉种类而不同，所以很难统一地确定出标准。此外，由于当粗岩石破碎过程中的粒径减小时，经常生成大量尺寸为200目以下的细粉，所以几乎不可能维持恒定的粒径分布比率或持续地控制破碎粒径并处理掉残余物，因此，可优选粒径在尽可能大的范围内增加。进一步而言，可通过选自下述方法中的一种或多种方法实现制备在符合目标粒径分布范围的情况下，同时进行膨胀的方法；以及生产具有各粒径的颗粒并将各颗粒进行混合，从而得到目标粒径分布范围内的颗粒的方法。第三，减少用作粘合材料的液态无机粘合剂的量以降低热转移效果。一般来说，在膨胀珍珠岩绝热体中用作无机粘合剂的硅酸盐是由M2OnSiO2XH2O所示的化合物，其中，M表示属于元素周期表IA族的碱金属，并且η和X为整数。属于IA族的碱金属的具体实例包括锂、钠和钾等。硅酸盐形式的液态无机粘合剂可根据其种类而不同，但它们中的大多数含有水的量为50%以上。将这些无机粘合剂用作膨胀珍珠岩绝热体的粘合材料，并与膨胀珍珠岩和无机纤维进行混合，并且在压缩成型前进行混合过程。此时，相关领域中的膨胀珍珠岩具有大的比表面积，这是由于膨胀期间的开孔位点和破碎颗粒吸收液态粘合剂的现象、破碎作用以及针状结构，因此需要使用过量的液态无机粘合剂。然而，本发明的闭孔膨胀珍珠岩具有大部分封闭的表面和少量的针状结构，因此，即使以相比于相同体积膨胀珍珠岩用量的80%以下的量使用液态无机粘合剂，本发明的闭孔膨胀珍珠岩在保证刚度方面也是有利的。在本发明中，以比相关领域中的绝热体更少的量来使用膨胀珍珠岩，因此，无机粘结剂的用量实际上显著减少。硅酸盐本身为非晶，因此导热率高；由于硅酸盐的用量减少，制造出低密度的绝热体，结果得到了对传导作用的影响降低的效果。此外，水分会对导热率产生不利影响，而本发明的绝热体其有利之处在于本发明的绝热体在相同的干燥条件下以更小的量加以使用，具有更低含量的、由无机粘合剂残留在绝热体中的水分。因此进一步而言，本发明的绝热体也有利于节约能源成本和干燥时间。此外，本发明的液态粘合剂可另外使用有机粘合剂，或可以与无机粘合剂一起使用。如果液态粘合剂可以充当粘合材料，可将该液态粘合剂用于绝热体。然而，此时需要考虑应用绝热体的使用条件。通常而言，在膨胀珍珠岩绝热体的使用中，使用娃基防水剂(silicon-based
water repellents)以防止对影响导热率的水分进行吸收。在本发明中，还可使用相关领域中的硅基防水剂，但是可另外涂覆硅烷单体系列，以改善防水性、降低吸收能力并改善流动性等(本文所表达的流动性是指由于休止角以及颗粒间的摩擦作用低而易于位移)。在膨胀珍珠岩绝热体中，使用硅基防水剂是为了消除水分的影响；当向上面施用基于娃烧的单体涂层(monomer coating)时,各颗粒均展现出防水性能,并可在压缩成型前对致密填充产生有利影响。硅基防水剂对珍珠岩表面没有反应性，但具有处于硅氧烷低聚物形式的硅易于粘附的形式，硅基防水剂只充当防水剂，并不能改善流动性。然而，基于硅烷的单体具有烷氧基，该烷氧基在其末端具有与与珍珠岩形成的化学键，并且在其尾部具有显示出防水性特征的烷基基团；因此，该单体如同树枝或丛状物(tree branches or flocci) 一样从珍珠岩的整个表面向外延伸形成层,从而降低表面上的摩擦阻力。结果是改善了流动性，因此，当将该单体引入压缩成型过程中时易于进行本体致密填充，并且不同于相关领域中的硅基单体，得到持久具有防水性特性的效果。在本发明中，由于防水剂使用目的为显示出防水性能的表面涂层，所以不仅可使用基于有机硅烷的防水剂，还可使用可增强强度的基于钛酸酯的防水剂和基于锆酸酯的防水剂；更具体而言，其实例包括基于有机硅烷的偶联剂，包括异辛基三甲氧基硅烷、甲基二甲氧基娃烧、羊基二乙氧基娃烧、3-氨基丙基二乙氧基娃烧、3-缩水甘油氧基丙基二甲氧基娃烧、3_甲基丙稀酸氧基丙基二甲氧基娃烧、乙稀基二乙氧基娃烧、乙稀基二甲氧基娃烧和乙稀基二(2_甲氧基-乙氧基)娃烧等；基于钦酸酷的偶联剂，包括新戍基(_■稀丙基)氧基三新癸酸基钦酸酯(neopentyl (diallyl)-oxy, trineodecanonyl titanate)、新戍基(~■稀丙基)氧基二(十~■烧基)苯横酸钦酸酷、新戍基(~■稀丙基)氧基二( ~■羊基)磷酰钛酸酯、新戊基(二烯丙基)氧基三(二辛基)焦磷酰钛酸酯、新戊基(二烯丙基)氧基二(N-乙_■胺基)乙基钦酸酷、新戍基(_■稀丙基)氧基二(间氣基)苯基钦酸酷等；基于错酸酷的偶联剂，包括新戍基(~■稀丙基)氧基二新癸酸基错酸酷、新戍基(~■烯丙基)氧基三(十二烷基)苯磺酰锆酸酯、新戊基(二烯丙基)氧基三(二辛基)磷酰错酸酷、新戍基(~■稀丙基)氧基二( ~■羊基)焦憐酸错酸酷、新戍基(~■稀丙基)氧基，二 (N-乙_■胺基)乙基错酸酷、新戍基(_■稀丙基)氧基二(间氣基)苯基错酸酷等；以及上述物质的类似物。
为了增强本发明膨胀珍珠岩绝热体的可成型性、弯曲强度和可构建性等，使其包含长度为5-30mm的增强纤维(reinforcing fibers)。该增强纤维使用各种基于无机材料的纤维和基于有机材料的纤维，或者使用它们的混合物。此外，可使用增强剂，从而额外增强强度或降低导热率。为增强强度，使用白炭(white carbon)或尺寸小于50 μ m的气相二氧化娃(fumedsilica)，尽管在压缩前对膨胀珍珠岩颗粒间的间隙进行填充并降低成型压缩比，仍获得了致密成型状态，从而改善了强度。为了降低导热率，可使用福射热阻断剂(radiant heat blocking agent)。当膨胀珍珠岩由开孔形状转变为闭孔形状时，能够降低辐射和传导的影响；但是随着温度的升高，辐射的影响增强，在阻断辐射的影响方面存在限制。因此，通过添加额外阻断辐射的材料可进一步降低导热率。
尤其是，在高温区域表现出更重要的影响。实施例为基于上述内容进行更详细的描述，将参考实施例和实验实施例对本发明进行如下详细描述，但是本发明的范围并不限于此。<实施例1>本发明所述使用闭孔膨胀珍珠岩的绝热体I的制造使用珍珠岩整齐石，制造膨胀珍珠岩；所述膨胀珍珠岩的密度为30kg/m3，根据粒径差别，所述膨胀珍珠岩基于膨胀珍珠岩的总重表现出如下粒径分布15wt%的颗粒具有大于400 μ m的粒径、40wt%的颗粒具有250-400 μ m的粒径、20wt%的颗粒具有160-250 μ m的粒径、3(^七％的颗粒具有小于160 μ m的粒径，闭孔比率为70%。通过向1，OOOg如上制造的闭孔膨胀珍珠岩中加入占膨胀珍珠岩重量1.5Wt%的无机纤维,然后对混合物进行混合,来制备混合材料。通过向l，000g的33Be'硅酸钠中加入占硅酸钠重量O. 5wt%的硅基防水剂，然后对混合物进行混合，来制备液态无机粘合剂。将459g如上制备的混合材料和413g如上制备的液态无机粘合剂进行混合，然后将所得到的混合物压缩约3. 2倍(初始体积)来制造尺寸为300 X 300 X 50mm3的成型体(体积4. 5L)(在本文中，压缩比并不是人为调节的，而是意味着当向成型模具中引入一定量的混合物时，基于堆积状态体积制造4. 5L成型体期间所生成的压缩比。这一点同样也适用于实施例和比较例)。在对流干燥器中于200°C下将所制造的成型体干燥4小时，以制造密度为130±5kg/m3的闭孔膨胀珍珠岩绝热体I。<实施例2>本发明所述使用闭孔膨胀珍珠岩的绝热体2的制造制备在实施例I中制造的、密度为30kg/m3的闭孔膨胀珍珠岩。通过向1，OOOg如上制造的闭孔膨胀珍珠岩中加入占膨胀珍珠岩重量1.5Wt%的无机纤维,然后对混合物进行混合,来制备混合材料。通过向l，000g的33Be'硅酸钠中加入占硅酸钠重量O. 5wt%的硅基防水剂，然后对混合物进行混合，来制备液态无机粘合剂。将405g如上制备的混合材料和365g如上制备的液态无机粘合剂进行混合，然后将所得到的混合物压缩约2. 8倍(初始体积)来制造尺寸为300 X 300 X 50mm3的成型体(体积 4. 5L) ο在对流干燥器中于200°C下将所制造的成型体干燥4小时，以制造密度为115±5kg/m3的闭孔膨胀珍珠岩绝热体2。<实施例3>本发明所述使用闭孔膨胀珍珠岩的绝热体3的制造制备在实施例I中制造的、密度为30kg/m3的闭孔膨胀珍珠岩。通过向1，OOOg如上制造的闭孔膨胀珍珠岩中加入占膨胀珍珠岩重量1.5Wt%的无机纤维,然后对混合物进行混合,来制备混合材料。通过向l，000g的33Be'硅酸钠中加入占硅酸钠重量O. 5wt%的硅基防水剂，然后对混合物进行混合，来制备液态无机粘合剂。 将352g如上制备的混合材料和317g如上制备的液态无机粘合剂进行混合，然后将所得到的混合物压缩约2. 5倍(初始体积)来制造尺寸为300 X 300 X 50mm3的成型体(体积 4. 5L) ο在对流干燥器中于200°C下将所制造的成型体干燥4小时，以制造密度为100±5kg/m3的闭孔膨胀珍珠岩绝热体3。<实施例4>本发明所述使用闭孔膨胀珍珠岩的绝热体4的制造将占膨胀珍珠岩重量O. 5wt%的甲基三甲氧基硅烷涂覆到实施例I中制造的、密度为30kg/m3的闭孔膨胀珍珠岩上，从而制造闭孔膨胀珍珠岩。通过向IOOOg经涂覆的闭孔膨胀珍珠岩中加入占膨胀珍珠岩重量I. 5wt%的无机纤维，然后对混合物进行混合，来制备混合材料。将IOOOg的33Be'硅酸钠单独制备为液态无机粘合剂。将459g如上制备的混合材料和413g如上制备的液态无机粘合剂进行混合，然后将所得到的混合物压缩约3. I倍(初始体积)来制造尺寸为300 X 300 X 50mm3的成型体(体积 4. 5L) ο在对流干燥器中于200°C下将所制造的成型体干燥4小时，以制造密度为130±5kg/m3的闭孔膨胀珍珠岩绝热体4。<实施例5>本发明所述使用闭孔膨胀珍珠岩的绝热体5的制造制备在实施例I中制造的、密度为30kg/m3的闭孔膨胀珍珠岩。通过向1，OOOg如上制造的闭孔膨胀珍珠岩中加入占膨胀珍珠岩重量1.5Wt%的无机纤维,然后对混合物进行混合,来制备混合材料。通过向l，000g的33Be'硅酸钠中加入占硅酸钠重量O. 5wt%的硅基防水剂，然后对混合物进行混合，来制备液态无机粘合剂。将352g如上制备的混合材料和317g如上制备的液态无机粘合剂进行混合，然后将所得到的混合物用占混合材料重量3wt%的气相二氧化硅进行处理、并再次进行混合，然后再压缩约2. 5倍(初始体积)来制造尺寸为300 X 300 X 50mm3的成型体(体积4. 5L)。在对流干燥器中于200°C下将所制造的成型体干燥4小时，以制造密度为100±5kg/m3的闭孔膨胀珍珠岩绝热体5。<比较例1>相关领域中使用开孔膨胀珍珠岩的绝热体I的制造使用珍珠岩整齐石，制造相关领域中的开孔膨胀珍珠岩；该膨胀珍珠岩的密度为40kg/m3,基于膨胀珍珠岩总重表现出如下粒径分布10wt%的颗粒具有大于800 μ m的粒径、35wt%的颗粒具有500-800 μ m的粒径、25wt%的颗粒具有250-500 μ m的粒径、15wt%的颗粒具有160-250 μ m的粒径、15wt%的颗粒具有小于160 μ m的粒径。通过向1，OOOg如上制造的相关领域开孔膨胀珍珠岩中加入占膨胀珍珠岩重量I. 5wt%的无机纤维,然后对混合物进行混合,来制备混合材料。通过向l，000g的33Be'硅酸钠中加入占硅酸钠重量O. 5wt%的硅基防水剂，然后对混合物进行混合，来制备液态无机粘合剂。将635g如上制备的混合材料和571g如上制备的液态无机粘合剂进行混合,然后将所得到的混合物压缩约3. 5倍(初始体积)来制造尺寸为300 X 300 X 50mm3的成型体(体积 4. 5L) ο在对流干燥器中于200°C下将所制造的成型体干燥4小时，以制造密度为 180±5kg/m3的开孔膨胀珍珠岩绝热体I。<比较例2>相关领域中使用开孔膨胀珍珠岩的绝热体2的制造制备在比较例I中制造的、密度为40kg/m3的开孔膨胀珍珠岩。通过向1，OOOg如上制造的相关领域开孔膨胀珍珠岩中加入占膨胀珍珠岩重量I. 5wt%的无机纤维,然后对混合物进行混合,来制备混合材料。通过向l，000g的33Be'硅酸钠中加入占硅酸钠重量O. 5wt%的硅基防水剂，然后对混合物进行混合，来制备液态无机粘合剂。将459g如上制备的混合材料和413g如上制备的液态无机粘合剂进行混合，然后将所得到的混合物压缩约3. 2倍(初始体积)来制造尺寸为300 X 300 X 50mm3的成型体(体积 4. 5L) ο在对流干燥器中于200°C下将所制造的成型体干燥4小时，以制造密度为130±5kg/m3的开孔膨胀珍珠岩绝热体2。<比较例3>相关领域中使用开孔膨胀珍珠岩的绝热体3的制造为了对相同密度的本发明闭孔膨胀珍珠岩与相关领域中的开孔膨胀珍珠岩进行比较，将相关领域中的膨胀珍珠岩在与本发明实施例I中的膨胀珍珠岩相同的密度下进行膨胀，但当密度降到35kg/m3以下时，膨胀珍珠岩相当过度膨胀而变得脆弱，因此变得膨胀但其后发生破碎，从而使密度再次增加。因此，对密度为35kg/m3的颗粒进行分析，结果膨胀珍珠岩的粒径全部提高；由此制造出相关领域中的开孔膨胀珍珠岩，该膨胀珍珠岩的密度为35kg/m3，基于膨胀珍珠岩总重表现出如下粒径分布15wt%的颗粒具有大于800 μ m的粒径、40wt%的颗粒具有500-800 μ m的粒径、20wt%的颗粒具有250-500 μ m的粒径、IOwt %的颗粒具有160-250 μ m的粒径、15wt%的颗粒具有小于160 μ m的粒径。通过向1，OOOg如上制造的相关领域开孔膨胀珍珠岩中加入占膨胀珍珠岩重量I. 5wt%的无机纤维,然后对混合物进行混合,来制备混合材料。通过向l，000g的33Be'硅酸钠中加入占硅酸钠重量O. 5wt%的硅基防水剂，然后对混合物进行混合，来制备液态无机粘合剂。将635g如上制备的混合材料和571g如上制备的液态无机粘合剂进行混合,然后将所得到的混合物压缩约3. 8倍(初始体积)来制造尺寸为300 X 300 X 50mm3的成型体(体积 4. 5L) ο
在对流干燥器中于200°C下将所制造的成型体干燥4小时，以制造密度为180±5kg/m3的开孔膨胀珍珠岩绝热体3。<比较例4>相关领域中使用开孔膨胀珍珠岩的绝热体4的制造制备在比较例3中制造的、密度为35kg/m3的开孔膨胀珍珠岩。通过向1，OOOg如上制造的相关领域开孔膨胀珍珠岩中加入占膨胀珍珠岩重量I. 5wt%的无机纤维,然后对混合物进行混合,来制备混合材料。通过向l，000g的33Be'硅酸钠中加入占硅酸钠重量O. 5wt%的硅基防水剂，然后对混合物进行混合，来制备液态无机粘合剂。将459g如上制备的混合材料和413g如上制备的液态无机粘合剂进行混合，然后将所得到的混合物压缩约3. 3倍(初始体积)来制造尺寸为300 X 300 X 50mm3的成型体(体积 4. 5L) ο·在对流干燥器中于200°C下将所制造的成型体干燥4小时，以制造密度为130±5kg/m3的膨胀珍珠岩绝热体4。<比较例5>相关领域中使用开孔膨胀珍珠岩的绝热体5的制造为了对相同粒径的本发明闭孔膨胀珍珠岩与相关领域中的膨胀珍珠岩进行比较，打算制造出与本发明实施例I中的膨胀珍珠岩具有相同粒径的相关领域膨胀珍珠岩，但是以相同或相似粒径制造出的膨胀珍珠岩其密度为51kg/m3。当为了与具有相似密度的膨胀珍珠岩绝热体进行比较而减小密度时，粒径再次增加；由此，粒径接近于比较例I中所用的膨胀珍珠岩的粒径。因此，在以小于51kg/m3的密度进行膨胀期间，无法获得目标粒径；由此制造出膨胀珍珠岩，该膨胀珍珠岩的密度为51kg/m3，基于膨胀珍珠岩总重表现出如下粒径分布15wt%的颗粒具有大于400 μ m的粒径、40wt%的颗粒具有250-400 μ m的粒径、20wt%的颗粒具有160-250 μ m的粒径、30wt%的颗粒具有小于160 μ m的粒径。通过向1，OOOg如上制造的膨胀珍珠岩中加入占膨胀珍珠岩重量I. 5wt%的无机纤维，然后对混合物进行混合，来制备混合材料。通过向l，000g的33Be'硅酸钠中加入占硅酸钠重量O. 5wt%的硅基防水剂，然后对混合物进行混合，来制备液态无机粘合剂。为了制造如实施例I中密度为130±5kg/m3的膨胀珍珠岩绝热体，将459g如上制备的混合材料和413g如上制备的液态无机粘合剂进行混合。此时，由于膨胀珍珠岩本身的密度高达51kg/m3，所以体积在压缩前较低，压缩比增加约2倍，由此制造出尺寸为300 X 300 X 50mm3的成型体(体积4. 5L)。在对流干燥器中于200°C下将所制造的成型体干燥4小时，以制造密度为130±5kg/m3的开孔膨胀珍珠岩绝热体5。<比较例6>相关领域中使用开孔膨胀珍珠岩的绝热体6的制造制备在比较例5中制造的、密度为51kg/m3的膨胀珍珠岩。通过向1，OOOg如上制造的膨胀珍珠岩中加入占膨胀珍珠岩重量I. 5wt%的无机纤维，然后对混合物进行混合，来制备混合材料。通过向l，000g的33Be'硅酸钠中加入占硅酸钠重量O. 5wt%的硅基防水剂，然后对混合物进行混合，来制备液态无机粘合剂。
为了制造如实施例2中密度为115±5kg/m3的膨胀珍珠岩绝热体，将405g如上制备的混合材料和365g如上制备的液态无机粘合剂进行混合。为了制造尺寸为300 X 300 X 50mm3的成型体(体积4. 5L)，在压缩成型期间，压缩比相比于体积只增加I. 7倍；并且当将产品从成型模具(molding die)中释出时，其成型强度几乎低至零，并且成型体发生破碎，因此不能制造出成型体。 <实验实施例1>对膨胀珍珠岩绝热体的特性进行的分析根据KS F 4714，对实施例和比较例中的膨胀珍珠岩绝热体的导热率、弯曲强度、线性收缩和防水性进行测量和分析，结果在下表I中示出。表I
权利要求
1.一种使用闭孔膨胀珍珠岩的绝热体，所述绝热体包含 10wt%-84wt%膨胀珍珠岩，所述膨胀珍珠岩含有经干燥和膨胀的珍珠岩矿石颗粒作为活性成分，所述颗粒具有闭孔形状的表面； 15wt%-85wt%液态粘合剂；和 O. 25wt%-5wt% 增强纤维。
2.权利要求I所述的使用闭孔膨胀珍珠岩的绝热体，其中，所述膨胀珍珠岩的堆积密度为 20g/l-40g/l。
3.权利要求I所述的使用闭孔膨胀珍珠岩的绝热体，其中，以占所述膨胀珍珠岩重量50wt%以上的量包含所述膨胀珍珠岩的活性成分。
4.权利要求I所述的使用闭孔膨胀珍珠岩的绝热体，其中，所述膨胀珍珠岩的颗粒基于所述膨胀珍珠岩的重量具有如下的粒径分布15±10wt%的颗粒具有大于400 μ m的粒径、40± 15wt%的颗粒具有250-400 μ m的粒径、20± 10wt%的颗粒具有160-250 μ m的粒径、30± 15wt%的颗粒具有小于160 μ m的粒径。
5.权利要求I所述的使用闭孔膨胀珍珠岩的绝热体，其中，所述膨胀珍珠岩的矿石为选自珍珠石、黑曜岩、松脂石和浮石中的一种。
6.权利要求I所述的使用闭孔膨胀珍珠岩的绝热体，其中，所述液态粘合剂为选自无机粘合剂或有机粘合剂中的一种或两种。
7.权利要求I所述的使用闭孔膨胀珍珠岩的绝热体，其中，所述增强纤维为选自无机纤维或有机纤维中的一种或两种。
8.权利要求7所述的使用闭孔膨胀珍珠岩的绝热体，其中，所述无机纤维为选自下述纤维中的一种使用基于玻璃的矿物作为材料的玻璃纤维；基于二氧化硅氧化铝的纤维；氧化锆纤维；以及碳纤维。
9.权利要求I所述的使用闭孔膨胀珍珠岩的绝热体，所述绝热体在所述膨胀珍珠岩的表面上进一步包含一层涂覆膜，所述涂覆膜选自基于玻璃硅烷的偶联剂、基于钛酸酯的偶联剂和基于锆酸酯的偶联剂。
10.使用闭孔膨胀珍珠岩的绝热体的制造方法，所述方法包括 第一步，干燥珍珠岩矿石，控制结晶水占珍珠岩重量的重量百分比，然后使所述珍珠岩矿石膨胀，进行所述膨胀使得具有闭孔形状表面的颗粒的组成中具有一定的粒径分布，从而制造膨胀珍珠岩； 第二步，通过向所述第一步中制造的所述膨胀珍珠岩中添加液态粘合剂和增强纤维，并对所得到的混合物进行混合，从而制备混合材料； 第三步，通过对所述第二步中制备的所述混合材料进行压缩，来制造成型体；以及 第四步，对所述第三步中制造的所述成型体进行干燥。
11.权利要求10所述的使用闭孔膨胀珍珠岩的绝热体的制造方法，其中，在所述第一步的膨胀珍珠岩制造中，通过选自如下方法中的一种方法来制造所述膨胀珍珠岩通过对符合一定粒径分布范围的珍珠岩同时进行膨胀，来制造膨胀珍珠岩的方法；以及通过分别使各粒径的珍珠岩进行膨胀，再将各珍珠岩进行混合，来制造膨胀珍珠岩的方法。
12.权利要求10所述的使用闭孔膨胀珍珠岩的绝热体的制造方法，其中，在所述第一步的膨胀珍珠岩制造中，所述珍珠岩通过选自直接火焰法和间接火焰法中的一种方法进行膨胀。
13.权利要求10所述的使用闭孔膨胀珍珠岩的绝热体的制造方法，其中，在所述第三步的成型体制造中，通过对所述第二步中的所述混合材料进一步经受本体致密填充法进行振动或冲击，然后对所述混合材料进行压缩，从而制造所述成型体。
14.权利要求10所述的使用闭孔膨胀珍珠岩的绝热体的制造方法，其中，在所述第二步的混合材料制备中，将选自无机粘合剂或有机粘合剂中的一种或两种用作所述液态粘合剂。
15.权利要求10所述的使用闭孔膨胀珍珠岩的绝热体的制造方法，其中，在所述第二步的混合材料制备中，将选自无机纤维或有机纤维中的一种或两种用作所述增强纤维。
16.权利要求15所述的使用闭孔膨胀珍珠岩的绝热体的制造方法，其中，所述无机纤维为选自下述纤维中的一种使用基于玻璃的矿物作为材料的玻璃纤维；基于二氧化硅氧化铝的纤维；氧化锆纤维；以及碳纤维。
17.权利要求10所述的使用闭孔膨胀珍珠岩的绝热体的制造方法，其中，在所述第二步的混合材料制备中，通过进一步向其中添加选自防水剂、增强剂和辐射热阻断剂中的一种或多种，来制备所述混合材料。
18.权利要求17所述的使用闭孔膨胀珍珠岩的绝热体的制造方法，其中，所述防水剂为选自娃基防水剂、基于有机娃烧的偶联剂涂层、基于钦酸酷的偶联剂涂层以及基于错酸酯的偶联剂涂层中的一种。
19.权利要求17所述的使用闭孔膨胀珍珠岩的绝热体的制造方法，其中，所述增强剂为选自气相二氧化娃和白炭中的一种。
全文摘要
本发明涉及使用闭孔膨胀珍珠岩的绝热体。本发明所述使用闭孔膨胀珍珠岩的绝热体包含10wt%-84wt%膨胀珍珠岩，所述膨胀珍珠岩含有经干燥和膨胀的珍珠岩矿石颗粒作为活性成分，所述颗粒具有闭孔形状的表面；15wt%-85wt%液态粘合剂；以及0.25wt%-5wt%增强纤维。因此，本发明提供了一种绝热体，其通过降低压缩成型期间的压缩比而使膨胀珍珠岩颗粒间的孔隙率和间隙最小化，增强膨胀珍珠岩的刚度，从而产生较低的密度，通过降低导热率来改善可构建性，降低材料成本和能源成本，并且可通过减小绝热体的厚度来减少设备安装所需面积。
文档编号B28B3/00GK102884022SQ201180022477
公开日2013年1月16日 申请日期2011年3月3日 优先权日2010年3月5日
发明者白范圭, 李相允 申请人:(株)庆东One