一种无机组合物、无机泡沫材料及其制备方法

一种无机组合物、无机泡沫材料及其制备方法
【专利摘要】提供一种无机组合物、由其制备的无机泡沫材料及其制法。无机组合物包括200-350重量份的活性硅铝质物料、0.5-22重量份的早强组分、100-300重量份的水玻璃和0.5-20重量份的发泡剂。所述无机泡沫材料制法如下：1）原料的预混合：将活性铝硅质物料和任选地添加剂、增韧纤维、钢渣等混合均匀，得到混合固相；2）料浆的制备：将所得的混合固相、水玻璃和水加入搅拌机内搅拌，得到料浆；3）加入早强组分：在所得的料浆中加入早强组分搅拌，得到均匀料浆；4）发泡剂与料浆的拌合：在所得的均匀料浆中加入发泡剂搅拌；和5）随即将得到的料浆倒入模具，注模成型，并优选自然养护、切割、成品。无机泡沫材料包含较大量粉煤灰，且产品性能好。
【专利说明】一种无机组合物、无机泡沬材料及其制备方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种无机组合物、一种由该无机组合物制得的无机泡沫材料及该无机 泡沫材料的制备方法。

【背景技术】
[0002] 近年来，对于无机泡沫材料的需求日渐增长。在建筑业，无机泡沫材料和有机泡沫 材料都获得了广泛应用。然而，现有用作建筑墙体保温材料的泡沫材料性能较差，导致建筑 物能耗较大，例如，空调能耗约占建筑物能耗的三分之二。而有机保温材料防火性能差，存 在严重的安全隐患。
[0003] 近年来出现了一些水泥基泡沫混凝土材料，其可作为无机泡沫保温型材料使用。 但其强度低，易粉化等，因而在建筑保温材料市场中所占份额较小。
[0004] 另一方面，近年来粉煤灰的产量日益递增，污染严重，亟需寻求利用方式。因而，以 粉煤灰为材料制备的泡沫材料引起了人们的研究兴趣。
[0005] 中国专利申请CN102603355A提出了一种碱基地质聚合物多孔材料，在制备时，先 制备均匀料浆和复合发泡剂，然后将两者机械混合后浇筑成型、室温养护，从而制得多孔材 料。该专利申请所述配方中，矿渣所占比重较大，而粉煤灰在配比中所占比例较小，无法做 到大量利用粉煤灰。
[0006] 中国专利申请CN101891498A提出了一种粉煤灰基加气混凝土的制备方法，该方 法用粉煤灰和水玻璃制备浆体，然后加入发泡剂铝粉使其发泡、硬化制得粉煤灰基加气混 凝土。然而，其中加气混凝土的硬化时间无法人为控制，在一定程度上不利于实现工业化； 此外，加气混凝土的表观干密度较大，无法达到轻质的效果。同时该专利申请附图2显示该 粉煤灰基加气混凝土连通孔较多，吸水率较大。


【发明内容】

[0007] 为解决现有技术的问题，本发明提供一种无机组合物，其含有较大量的粉煤灰作 为原材料。本发明人发现，出人意料地，将早强组分与粉煤灰结合，可以利用较大量的粉煤 灰，得到具有优良性状的无机组合物和由其制得的无机泡沫材料。添加早强组分，有助于在 泡沫形成初期提供框架支撑强度，解决传统制备方法中大量粉煤灰使用过程中出现的易塌 模、泡孔不均一、密闭性较差等一系列问题。从而获得具有优良性状的无机组合物和由其制 得的无机泡沫材料。
[0008] 因此，本发明的一个方面提供一种无机组合物，其包括200-350重量份的活性硅 铝质物料、〇. 5-22重量份的早强组分、100-300重量份的水玻璃(按溶液重量计算，下同）和 0. 5-20重量份的发泡剂。
[0009] 在一个优选实施方案中，所述活性硅铝质物料包括粉煤灰、偏高岭土、粘土、炉灰、 赤泥等中的一种或多种。
[0010] 在一个优选实施方案中，所述活性娃错质物料中粉煤灰所占比例为25-85重量％。
[0011] 在一个优选实施方案中，所述早强组分选自强度等级42. 5级或52. 5级的普通硅 酸盐水泥和硫铝酸盐水泥、矿渣中的一种或多种。在一个更为优选实施方案中，所述早强组 分为强度等级52. 5级的普通硅酸盐水泥和/或硫铝酸盐水泥。
[0012] 在一个优选实施方案中，所述无机组合物包括所述活性铝硅质物料为240-300重 量份，早强组分为1-22重量份，水玻璃为120-280重量份。
[0013] 在一个优选实施方案中，所述发泡剂为双氧水，折合成纯双氧水（即过氧化氢）的 用量为1. 5-15重量份，优选为2-12重量份。在又一个优选实施方案中，所述发泡剂为铝粉， 其用量为〇. 5-3重量份，优选0. 9-2重量份。
[0014] 在一个优选实施方案中，所述组合物还包括1-20重量份的添加剂，优选地，所述 添加剂为减水剂、防水剂、催化剂、稳泡剂、泵送剂等，可选择其中一种或几种。
[0015] 在一个优选实施方案中，所述组合物还包括增韧纤维、钢渣等有助于提高无机组 合物形成的无机泡沫材料抗压强度的物料。
[0016] 在一个优选实施方案中，所述水玻璃的模数即二氧化硅与氧化钠或氧化钾的摩尔 比为1. 0-1. 8,为钠水玻璃、钾水玻璃或钠钾水玻璃，其固含量为25-46%，优选28-40%。
[0017] 本发明的另一个方面提供一种无机泡沫材料，其通过上述无机组合物制得。
[0018] 本发明的再一个方面提供一种由上述无机组合物制备无机泡沫材料的方法，包括 以下步骤：
[0019] 1)原料的预混合：将活性铝硅质物料和任选的添加剂、增韧纤维、钢渣等混合均 匀，得到混合固相；
[0020] 2)料浆的制备：将所得的混合固相、水玻璃和水加入搅拌机内搅拌，得到料浆；
[0021] 3)加入早强组分：在所得的料浆中加入早强组分搅拌，得到均匀料浆；
[0022] 4)发泡剂与料浆的拌合：在所得的均匀料浆中加入发泡剂搅拌；
[0023] 5)随即将得到的料浆倒入模具，注模成型。
[0024] 在一个优选的实施方式中，在第5)步于注模成型之后，还包括自然养护、切割、成 品。
[0025] 本发明的无机组合物和无机泡沫材料以较大量的粉煤灰为原材料，因而可以利用 工业固体污染；其材质为耐火材料，具有良好的防火性能，并具有优良的保温隔热性能，有 助于降低现有建筑和新建建筑的能耗；此外，本发明的材料强度好，且易与工程墙体材料粘 结，成型时不需要压制，制备工艺简单，施工性好。

【具体实施方式】
[0026] 除非另有说明，本发明中各溶液、组合物或混合物所涉及的含量都以重量份计算。 如无相反说明，所有操作、检测、计量均在常温常压下进行。
[0027] 本发明的第一个方面涉及一种无机组合物，其包括200-350重量份的活性硅铝质 物料、0. 5-22重量份的早强组分、100-300重量份的水玻璃和0. 5-20重量份的发泡剂。
[0028] 在本发明的一个优选的实施方案中，本发明的无机组合物还包括其他添加剂。
[0029] 在本发明的一个优选的实施方案中，本发明的无机组合物还包括增韧纤维、钢渣 等有助于提商抗压强度的物料。
[0030] 〈活性铝硅质物料〉
[0031] 本发明的活性铝硅质物料包括粉煤灰、偏高岭土、粘土、炉灰、赤泥等中的一种或 多种。本发明可以使用各种颗粒大小的活性铝硅质物料，对其并没有限制。
[0032] 在本发明的一个优选实施方案中，活性铝硅质物料中粉煤灰所占比例为25-85重 量％，优选40-80重量％。
[0033] 本发明可以使用的粉煤灰包括多种来源，可以使用的粉煤灰的主要成分为30-65 重量 ％ 的 Si02、14. 6-41 重量 ％ 的 A1203、1. 5-6. 2 重量 ％ 的 Fe203、0. 44-16. 8 重量 ％ 的 CaO、 0-3. 72 重量 ％ 的 Ti02、0-6 重量 ％ 的 Mg0、0. 1-4. 3 重量 ％ 的 S03、0. 02-2. 14 重量 ％ 的 Na20、 0· 63-29. 97 重量 ％ 的 K20 等。
[0034] 本发明可以使用的粉煤灰的烧失量为1-5重量％，优选2_4重量％。
[0035] 在本发明的一个实施方案中，使用火电厂产生的一级或二级粉煤灰。
[0036] 在本发明的一个实施方案中，使用的偏高岭土是经800°C高温煅烧而成的超细高 岭土，其主要包括A1 203、Si02、K20、Fe20 3等成分。
[0037] 在本发明的一个实施方案中，使用的粘土的主要成分是高岭石，常含有氧化铁等 杂质。其主要化学组分是A1 203、Si02和水。
[0038] 在本发明的一个实施方案中，使用的炉灰是矿石在高温燃烧后产生的粉末，其主 要包括 A1203、Si02、CaO、Fe20 3、MgO 等成分。
[0039] 在本发明的一个实施方案中，使用的赤泥是从铝土矿中提炼氧化铝后排出的工业 固体废物，其主要成分是文石和方解石，此外还含有蛋白石、三水铝石和针铁矿等。
[0040] 本发明的活性铝硅质物料的用量优选为240-300重量份。
[0041] 〈早强组分〉
[0042] 在本发明的无机组合物中，早强组分对于最终产物的性能有着重要影响。本发明 可以使用的早强组分选自氯化物、硫酸盐、亚硝酸盐、三乙醇胺复合早强剂、硅酸盐水泥或 硫铝酸盐水泥或矿渣的一种或多种；优选选自强度等级42. 5级或52. 5级的普通硅酸盐水 泥和硫铝酸盐水泥、矿渣中的一种或多种；更优选为强度等级为52. 5级的普通硅酸盐水泥 和/或硫铝酸盐水泥。
[0043] 矿渣可以是冶炼生铁时从高炉中排出的一种废渣粉末；其主要成分是Al20 3、Si02、 K20、Fe203、Ca0、S03、Mg0、Ti0 2 等。
[0044] 本发明使用的矿禮:的烧失量可以为0. 05-3重量％，优选0. 1_1重量％。
[0045] 本发明早强组分的用量优选为1-22重量份。
[0046] 〈水玻璃〉
[0047] 本发明使用的水玻璃可以是模数(二氧化硅与氧化钠或氧化钾的摩尔比）为 1. 0-1. 8的钠水玻璃、钾水玻璃或钠钾水玻璃，其固含量可以为25-46%，优选28-40% ;或者， 所述水玻璃通常将石英砂与碳酸钠或碳酸钾高温熔合而成，溶于水而制得。本发明使用的 不同模数的水玻璃可以购得或由多种方法制得，例如，可以使用在工业水玻璃中加入NaOH 或Κ0Η配制而得的水玻璃。
[0048] 本发明使用的水玻璃的量优选为120-280重量份（以溶液重量计)。
[0049] 〈发泡剂〉
[0050] 本发明可以使用的发泡剂为本领域中常用的发泡剂，包括化学发泡剂和物理发泡 剂等。可以使用的物理发泡剂例如低沸点烷烃(丙烷、丁烷等）和碳氟化合物；化学发泡剂 例如偶氮化合物类(例如偶氮二甲酰胺等)、亚硝基化合物类、磺酰肼类化合物和无机发泡 齐|J(例如碳酸氢钠、双氧水、铝粉等）或它们的混合物。发泡剂的添加量优选为〇. 5-18重量 份，更优选0.5-15重量份。
[0051] 本发明可以使用液体发泡剂、固体发泡剂或其结合物。
[0052] 在本发明的一个实施方案中，使用一种液体发泡剂，其为质量浓度为20-50%的双 氧水，折合成纯双氧水（即过氧化氢）的用量为1. 5-15重量份，优选为2-12重量份。
[0053] 在本发明的另一个实施方案中，使用一种固体发泡剂，其为粒度大于500目的工 业铝粉。其用量为0.5-3重量份，优选为0.9-2重量份。
[0054] 〈其他添加剂〉
[0055] 在一个优选的实施方案中，本发明的无机组合物可包括1-20重量份的添加剂，优 选地，所述添加剂为减水剂、防水剂、催化剂、稳泡剂、泵送剂等，可选择其中一种或几种。
[0056] 本发明可以使用的减水剂包括选自木质素磺酸盐、聚氧乙烯烷基醚、烷基芳基磺 酸盐等中的一种或一种以上的物质。在本发明中，所添加的减水剂的量为0-8重量份。
[0057] 本发明可以使用的防水剂包括选自金属皂、油脂、石蜡、明胶、硅油、含氢硅油和表 面活性剂等中的一种或一种以上的物质。在本发明中，所添加的防水剂的量为0-5重量份。
[0058] 本发明可以使用的催化剂包括选自高锰酸钾、二氧化锰、碘化钾中的一种或一种 以上的物质。在本发明中，所添加的催化剂的量为〇_〇. 01重量份。
[0059] 本发明可以使用的稳泡剂为硬脂酸盐，包括但不限于硬脂酸钙、硬脂酸镁等。在本 发明中，所添加的稳泡剂的量为〇. 3-1重量份，优选0. 4-0. 8重量份。
[0060] 泵送剂可以采用现有技术已知的各种泵送剂，以业内习用的量使用，或由普通技 术人员根据需要确定用量。
[0061] 〈提高抗压强度的物料〉
[0062] 本发明的无机组合物中可以包括增韧纤维、钢渣等有助于提高无机组合物形成的 无机泡沫材料抗压强度的物料，其中增韧纤维可以为聚丙烯纤维、聚氯乙烯纤维、涤纶纤 维等其中的一种或一种以上，优选使用聚丙烯纤维和聚氯乙烯纤维。所述纤维的长度为 0. 05-20mm，优选0. l-10mm。当存在增韧纤维时，其含量为0. 5-2. 5重量份。
[0063] 本发明可以使用的钢渣主要由钙、铁、硅、镁和少量铝、锰、磷等的氧化物组成。
[0064] 本发明的另一个方面涉及一种无机泡沫材料，其通过上述无机组合物制得。
[0065] 本发明的再一个方面涉及由上述无机组合物制备无机泡沫材料的方法。其包括以 下步骤：
[0066] 1)原料的预混合：将活性铝硅质物料和任选地添加剂、增韧纤维、钢渣等混合均 匀，得到混合固相；
[0067] 2)料浆的制备：将所得的混合固相、水玻璃和水加入搅拌机内搅拌，得到料浆；
[0068] 3)加入早强组分：在所得的料浆中加入早强组分搅拌，得到均匀料浆；
[0069] 4)发泡剂与料浆的拌合：在所得的均匀料浆中加入发泡剂搅拌；
[0070] 5)随即将得到的料浆倒入模具，注模成型；然后优选自然养护、切割、成品。
[0071] 上文所述的各个组分的定义和用量等信息在此皆适用。
[0072] 优选地，在步骤1)原料的预混合过程中，加入除催化剂之外的其他添加剂。
[0073] 优选地，在步骤3)加入早强组分过程中，加入催化剂。
[0074] 在步骤4)中，加入发泡剂后，可以进行搅拌。搅拌的速度和时间可以由本领域 技术人员自行选择，可使用的混合器可以是常规用于水泥浆混合的所有搅拌器，例如螺杆 式搅拌器、桨式搅拌器和涡轮搅拌器。本实施例中合适的搅拌器为例如NJ-160A水泥净 楽搅拌机(无锡建筑仪器机械有限公司）。例如，可以在搅拌速度为2000-3000rpm下搅拌 0· 5-lmin，或在搅拌速度为400-1000rpm下搅拌2-5min。
[0075] 发泡可以采取注模成型，静置发泡的方式进行。在该步骤中，可以将无机泡沫材料 在模具中停留12-24小时，优选15-24小时，之后进行脱模。脱模后可以在常温常压下继续 自然养护2-5天，优选3-4天，得到一种轻质无机泡沫材料。
[0076] 本发明的无机组合物和无机泡沫材料以较大量的粉煤灰为原材料，因而可以利用 工业固体污染，变废为宝；其材质为耐火材料，具有良好的防火性能，并具有优良的保温隔 热性能，有助于降低现有建筑和新建建筑的能耗，因此，可望大量用作建筑材料；此外，本发 明的材料强度好，且易与工程墙体材料粘结，成型时不需要压制，制备工艺简单，施工性好。
[0077] 实施例
[0078] 通过以下实施例更清楚地阐述本发明。应理解，以下实施例仅起到说明的用途，而 并不对本发明的范围作任何限制。
[0079] 原材料：
[0080] 粉煤灰：I级低钙粉煤灰（FA)，来自南京华能电厂。
[0081] 偏高岭土：超微煅烧高岭土（MK)，来自福建陶金峰新材料有限公司，（产品型号 CPAS-5010)。
[0082] 矿渣：高炉矿渣（SL)，来自梅山钢铁股份有限公司。
[0083] 表1粉煤灰、偏高岭土及矿渣的化学组成(重量％)
[0084]

【权利要求】
1. 一种无机组合物，其包括： 200-350重量份的活性硅铝质物料； 0. 5-22重量份的早强组分； 100-300重量份的水玻璃；和 0. 5-20重量份的发泡剂。
2. 根据权利要求1所述的无机组合物，其中，所述活性硅铝质物料包括粉煤灰、偏高岭 土、粘土、炉灰、赤泥等中的一种或多种。
3. 根据权利要求1所述的无机组合物，其中，所述活性硅铝质物料中粉煤灰所占比例 为25-85重量％。
4. 根据权利要求1-3中任一项所述的无机组合物，其中，所述早强组分选自强度等级 42. 5级或52. 5级的普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥、矿渣中的一种或多种。
5. 根据权利要求4所述的无机组合物，其中所述早强组分为强度等级52. 5级的普通硅 酸盐水泥和/或硫铝酸盐水泥。
6. 根据权利要求1-5中任一项所述的无机组合物，其中，所述活性铝硅质物料为 240-300重量份，早强组分为1-22重量份，水玻璃为120-280重量份。
7. 根据权利要求1-6中任一项所述的无机组合物，其中，所述发泡剂为双氧水，折合成 纯双氧水的用量为1. 5-15重量份，优选为2-12重量份。
8. 根据权利要求1-6中任一项所述的无机组合物，其中，所述发泡剂为铝粉，其用量为 0. 5-3重量份，优选0. 9-2重量份。
9. 根据权利要求1-8中任一项所述的无机组合物，所述组合物还包括1-20重量份的添 加剂，优选地，所述添加剂为减水剂、防水剂、催化剂、稳泡剂、泵送剂等，可选择其中一种或 几种。
10. 根据权利要求1-8中任一项所述的无机组合物，所述组合物还包括增韧纤维、钢渣 等有助于提高无机组合物形成的无机泡沫材料抗压强度的物料。
11. 根据权利要求1-8中任一项所述的无机组合物，其中所述水玻璃的模数即二氧化 硅与氧化钠或氧化钾的摩尔比为1. 0-1. 8,为钠水玻璃、钾水玻璃或钠钾水玻璃，其固含量 为 25-46%，优选 28-40%。
12. -种由权利要求1-11中任一项所述的无机组合物制得的无机泡沫材料。
13. -种由权利要求1-11中任一项所述的无机组合物制备无机泡沫材料的方法，包括 以下步骤： 1) 原料的预混合：将活性铝硅质物料和任选的添加剂、增韧纤维、钢渣等混合均匀，得 到混合固相； 2) 料浆的制备：将所得的混合固相、水玻璃和水加入搅拌机内搅拌，得到料浆； 3) 加入早强组分：在所得的料浆中加入早强组分搅拌，得到均匀料浆； 4) 发泡剂与料浆的拌合：在所得的均匀料浆中加入发泡剂搅拌； 5) 随即将得到的料浆倒入模具，注模成型。
14. 根据权利要求13所述的无机组合物制备无机泡沫材料的方法，其中在第5)步，于 注模成型之后还包括自然养护、切割、成品。
【文档编号】C04B38/02GK104119096SQ201310148098
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年4月25日 优先权日:2013年4月25日
【发明者】卢都友, 许仲梓, 杨功记, 赵永彬, 卓锦德, 李俏 申请人:神华集团有限责任公司, 北京低碳清洁能源研究所