一种建筑用保温耐热板的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种保温效果好、自重轻、可防火耐热的保温耐热板的制备方法，包括以下步骤：（1）制备生物纤维素；（2）将生物纤维素溶于溶剂中，制成分散溶液；（3）在不断搅拌下，向分散溶液中加入硅酸盐水溶液进行反应；（4）反应完毕后的凝胶溶液经过超临界干燥制得气凝胶；（5）将所述气凝胶与其余辅料一起混合、压制、成型后得到所述建筑用保温耐热板。由于本发明在保温耐热板中采用了由生物纤维素制备的气凝胶产品，使得保温板的重量、密度大为减少，且具有更好的耐热、绝缘性。
【专利说明】一种建筑用保温耐热板的制备方法
[0001]【技术领域】
本发明涉及建筑材料【技术领域】，尤其是涉及一种建筑用保温耐热板的制备方法。
[0002]
【背景技术】
[0003]建筑用保温板说的通俗易懂就是给楼房保温用的板子。保温板是以聚苯乙烯树脂为原料加上其他的原辅料与聚含物，通过加热混合同时注入催化剂，然后挤塑压出成型而制造的硬质泡沫塑料板，具有防潮、防水性能，可使减少建筑物外围护结构厚度，从而增加室内使用面积。
[0004]其常见种类有:
XPS保温板，以聚苯乙烯树脂为原料加上其他的原辅料与聚含物，通过加热混合同时注入催化剂，然后挤塑压出成型而制造的硬质泡沫塑料板。它的学名为绝热用挤塑聚苯乙烯泡沫塑料(简称XPS)，XPS具有完美的闭孔蜂窝结构，这种结构让XPS板有极低的吸水性(几乎不吸水)、低热导系数、高抗压性、抗老化性(正常使用几乎无老化分解现象)。
[0005]聚氨酯保温板，聚氨酯在添加阻燃剂后，是一种难燃的自熄性材料，它的软化点可达到250摄氏度以上，仅在较高温度时才会出现分解:另外，聚氨酯在燃烧时会在其泡沫表面形成灰，这层灰有助隔离下面的泡沫。能有效地防止火灾蔓延。而且，聚氨酯在高温下也不产生有害气体。
[0006]水泥发泡保温板，主要原料是水泥和粉煤灰，通过加入一些配料使其发泡而产生气孔，从而达到保温效果。
[0007]膨胀聚苯板，全称聚苯乙烯泡沫板，该材料是由含有挥发性液体发泡剂的可发性聚苯乙烯珠粒，经加热预发后在模具中加热成型的具有微细闭孔结构的白色固体。苯板是易燃的，保温效果好，但是容易吸水，而引起重量增加变形，防水措施必须要做到位，否则会直接影响使用寿命再加上防火性能低，施工工艺复杂，需要加设网格布。
[0008]酚醛保温板，由酚醛泡沫制成，酚醛泡沫是一种新型不燃、防火低烟保温材料，它是由酚醛树脂加入发泡剂、固化剂及其它助剂制成的闭孔硬质泡沫塑料。
[0009]岩棉板，是以玄武岩及其它天然矿石等为主要原料，经高温熔融成纤，加入适量粘结剂，固化加工而制成的。
【发明内容】
[0010]本发明所解决的技术问题是提供一种保温效果好、自重轻、可防火耐热的保温耐热板的制备方法。根据此方法制得的保温耐热板具有保温效果好、自重轻、防火效果好等技术效果。可以用于各类建筑的外墙保温与内墙保温。
[0011]本发明采用的技术方案是:
一种建筑用保温耐热板的制备方法，包括以下步骤:
(I)制备生物纤维素； (2)将生物纤维素溶于溶剂中，制成分散溶液；
(3)在不断搅拌下，向分散溶液中加入硅酸盐水溶液进行反应；
(4)反应完毕后的凝胶溶液经过超临界干燥制得气凝胶；
(5)将所述气凝胶与其余辅料一起混合、压制、成型后得到所述建筑用保温耐热板。
[0012]本发明的制备方法，其中所述步骤(I)制备生物纤维素为采用可发酵生产生物纤维素的菌种接种入发酵培养基中进行静态发酵得到的膜状生物纤维素凝胶或动态发酵得到的粒状生物纤维素凝胶。
[0013]本发明的制备方法，其中所述可发酵生产生物纤维素的菌种包括醋酸菌属(Acetobacter)、土壤杆菌属(Agrobacterium)、根瘤菌属(Rhizobium)和八叠球菌属(Sarcina)，优选为木葡糖酸醋杆菌。其中生物纤维素的发酵生产，可以使用任何能够为上述微生物提供生长繁殖条件的发酵培养基，优选使用含有椰子水的发酵培养基。
[0014]本发明的制备方法，其中所述步骤(2)中用于溶解生物纤维素的溶剂为:氢氧化钠水溶液、氢氧化锂水溶液、氨水中的一种或几种的组合；所述氢氧化钠水溶液的浓度为4-10% ;所述氢氧化锂水溶液的浓度为2-6% ;所述氨水的浓度为30-40%。
[0015]本发明的制备方法，其中所述步骤(2)中加入溶剂后，优选在200w-450w的功率条件下超声分散0.5-2小时，制得分散溶液。
[0016]本发明的制备方法，其中所述步骤(3)中硅酸盐水溶液的浓度为:0.5-2.5mol/L ；加入硅酸盐溶液后在50-80温度下保温反应I个小时，调节pH值至6.0-7.0 ;再保温反应I个小时后，用去离子水洗涤终止反应。
[0017]本发明的制备方法，其中所述步骤(4)中超临界干燥为高温乙醇超临界干燥或低温二氧化碳超临界干燥。
[0018]本发明的制备方法，其中所述步骤(5)中的所述辅料包括聚氨酯、聚苯乙烯树脂、酚醛树脂、或岩棉等，压制成型方法采用常规技术中已知的成型方法，可以按任意比重在所述气凝胶中添加上述辅料，根据需要保温耐热的效果可以适当增加所述气凝胶所占的比重。
[0019]本发明的制备方法，创新性地使用生物纤维素这种新型材料作为保温耐热的主要材料。生物纤维素(Biocellulose),又被称为细菌纤维素(Bacterial cellulose, BC),其是由醋酸菌属的微生物，如木醋杆菌等发酵制成的纤维素产品。目前多以废弃物，如椰子水、菠萝皮汁等作为原料，因此其成本低廉。得到的产品中含有高达95%以上的水分，因此又被称为生物纤维素凝胶。生物纤维素凝胶的制备方法是本领域已知的，如CN101671708、CN1840677A、CN101319242A中均有所公开。生物纤维素与植物纤维素相比无木质素、果胶和半纤维素等伴生产物，具有高结晶度(可达95%，植物纤维素的为65%)和高的聚合度(DP值2 000?8 000);其具有超精细网状结构，生物纤维素纤维是由直径3?4纳米的微纤组合成40?60纳米粗的纤维束，并相互交织形成发达的超精细网络结构；其弹性模量为一般植物纤维的数倍至十倍以上，并且抗张强度高；生物纤维素有很强的持水能力，同时具有较高的生物相容性、适应性和良好的生物可降解性。生物纤维素凝胶现有的产品主要用于食品、化妆品中，如用于制作果冻、酸奶，增加膳食纤维的摄入；或者用于制作面膜产品的载体；这些产品在制作过程中对生物纤维素的性状要求较高，一般均要经过切割，此时会产生很多的切割废弃物、边角料，通常情况下废弃不用。[0020]本发明优选使用生物纤维素加工时的废弃物，如制作果冻或面膜时切割后的废弃边角料，或者发酵过程中成膜性状不好的废弃物等，不但可以降低成本，还可以将加工废弃物二次利用。刚生产得到的生物纤维素为凝胶性质的产品，纤维结晶程度高，但是具有高持水性和高弹性，无法直接将其用于建筑材料的制备。发明人研究将其溶于碱性溶剂后，可以打破生物纤维素分子结构中大量的氢键结构，降低天然生物纤维素的结晶程度，再螯合二氧化硅，在超临界干燥条件下使得分子结构中大量的水分子逸出，而充满气体分子，形成重量超轻、密度低、导热差、绝缘性好、耐热效果好的二氧化硅型气凝胶产品。再将所述气凝胶产品与诸如聚氨酯、聚苯乙烯树脂、酚醛树脂、或岩棉等辅料经过常规技术压制成型后得到建筑用的保温耐热板产品。可根据保温效果的需要适当调整所述气凝胶所占的比例，比例越高，自重越轻，且保温效果越好。
【具体实施方式】
[0021]下面结合【具体实施方式】和对比实验来对本发明作进一步的说明，但是下文中的具体实施方法不应当被理解为对本发明的限制。本领域普通技术人员能够在本发明基础上显而易见地作出的各种改变和变化，应该均在本发明的范围之内。
[0022]一、生物纤维素的生产 实施例1
以椰子水作为培养基，接种经过活化的木葡糖酸醋杆菌，接种量为培养基重量的8%，28°C下浅盘静态发酵7天，在培养基表面获得生物纤维素膜，厚度为15mm。将其切割为适当形状的面膜产品后，剩余的边角小块凝胶产品备用。
[0023]实施例2
以葡萄糖3wt%、鹿糖2wt%、酵母膏lwt%、蛋白胨0.5wt%、磷酸氢二钠0.2wt%、磷酸氢二钾0.lwt%、硫酸镁0.lwt%、琼脂2wt%和91.lwt%的水配制成培养基,接种经过活化的木醋杆菌，接种量为培养基重量的10%，26°C下在摇瓶或其他容器中动态发酵5天，在培养基中获得球形的生物纤维素凝胶颗粒。
[0024]二、制备气凝胶 实施例3
将实施例1得到的边角小块凝胶产品溶于6%的氢氧化钠水溶液中，连续搅拌，并在300w的功率条件下超声分散I小时，制得分散溶液。继续搅拌，加入2.5mol/L的硅酸盐溶液后在50-80温度下保温反应I个小时，调节pH值至6.0-7.0 ;再保温反应I个小时后，用去离子水洗涤终止反应。将螯合了二氧化硅的凝胶溶液经过高温乙醇超临界干燥制得气凝胶产品。
[0025]实施例4
将实施例2得到的生物纤维素凝胶颗粒溶于4%的氢氧化钠水溶液和2%的氢氧化锂水溶液的混合溶液中，连续搅拌，并在200w的功率条件下超声分散1.5小时，制得分散溶液。继续搅拌，加入1.5mol/L的硅酸盐溶液后在50-80温度下保温反应1.5个小时，调节pH值至6.0-7.0 ;再保温反应I个小时后，用去离子水洗涤终止反应。将螯合了二氧化硅的凝胶溶液经过低温二氧化碳超临界干燥制得气凝胶产品。
[0026]三、制备建筑用保温耐热板实施例5
将实施例3得到的气凝胶按体积百分比20%与30%的聚氨酯、50%的岩棉混合后，压制成型制成建筑用保温耐热板，板的厚度按实际需要而确定。
[0027]对比实施例5
将体积百分比50%的聚氨酯、50%的岩棉混合后，压制成型制成建筑用保温耐热板，板的尺寸同实施例5。
[0028]测定实施例5和对比实施例5的保温板的重量和导热性，导热性的检测方法为:在密封环境中，将保温板的一侧降温为零下10度的环境，另一侧为室温20度的环境，放置2小时后，测定保温板另「侧室温的温度，结果如下:
【权利要求】
1.一种建筑用保温耐热板的制备方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)制备生物纤维素； (2)将生物纤维素溶于溶剂中，制成分散溶液； (3)在不断搅拌下，向分散溶液中加入硅酸盐水溶液进行反应； (4)反应完毕后的凝胶溶液经过超临界干燥制得气凝胶； (5)将所述气凝胶与其余辅料一起混合、压制、成型后得到所述建筑用保温耐热板。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述步骤(I)制备生物纤维素为采用可发酵生产生物纤维素的菌种接种入发酵培养基中进行静态发酵得到的膜状生物纤维素凝胶或动态发酵得到的粒状生物纤维素凝胶。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于:所述可发酵生产生物纤维素的菌种包括醋酸菌属(Acetobacter)、土壤杆菌属(Agrobacterium)、根瘤菌属(Rhizobium)和八叠球菌属(Sarcina),优选为木葡糖酸醋杆菌。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)中用于溶解生物纤维素的溶剂为:氢氧化钠水溶液、氢氧化锂水溶液、氨水中的一种或几种的组合；所述氢氧化钠水溶液的浓度为4-10% ;所述氢氧化锂水溶液的浓度为2-6% ;所述氨水的浓度为30-40%。
5.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)中加入溶剂后，在200w-450w的功率条件下超声分散0.5-2小时，制得分散溶液。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述步骤(3)中硅酸盐水溶液的浓度为:0.5-2.5mol/L ;加入硅酸盐溶液后在50-80温度下保温反应I个小时，调节pH值至6.0-7.0 ;再保温反应I个小时后,用去离子水洗涤终止反应。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述步骤(4)中超临界干燥为高温乙醇超临界干燥或低温二氧化碳超临界干燥。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述步骤(5)中的所述辅料包括聚氨酯、聚苯乙烯树脂、酚醛树脂、或岩棉。
9.权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到的建筑用保温耐热板。
10.含有权利要求9所述的建筑用保温耐热板的建筑材料。
【文档编号】E04B1/94GK103790248SQ201410038424
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月27日 优先权日:2014年1月27日
【发明者】钟春燕, 钟宇光 申请人:钟春燕