一种改性气凝胶的制备方法及其在复合保温板中的应用

1.本发明属于气凝胶技术领域，涉及二氧化硅气凝胶的改性，具体涉及一种改性气凝胶的制备方法及其在复合保温板中的应用。


背景技术：

2.气凝胶本身是具有亲水性的，凝胶在逐渐吸收水汽的过程中，会经历分子结构的变动，比如尺寸缩小，甚至完全被毁坏，损失其优异的隔热性能，因此常借由化学制程将它改变为疏水性。但是疏水性气凝胶很难均匀的分散在其他材料中，因此对其改性使其能够有效的与其他材料复合就显得尤为重要。
3.在我国现有的隔热材料中，主要分为有机类保温材料、无机类保温材料以及复合材料。有机类的保温材料主要有挤塑聚苯板、模塑聚苯板、聚氨酯泡沫板等，有机类保温板的导热系数较低，但是其燃烧性能较差，通常是b级可燃的，容易造成火灾；无机类的保温板主要有岩棉板、玻璃棉板、发泡水泥板等，这类材料虽然有较好的不燃性，但是其导热系数过高。因此有良好的隔热效果和不燃性就十分重要。复合保温板通常用有机材料和无机材料复合，使其保持较好的隔热效果和不燃性，胶粉聚苯颗粒保温板就是比较有代表性的材料，为了进一步降低其隔热系数，与改性气凝胶进行复合，可达到一个更好的效果。
4.cn109721312a公开利用硅烷偶联剂对气凝胶改性，在制备的过程中先将气凝胶和eps颗粒均匀混合，制得ag/eps混合物，由于气凝胶密度为3.55千克每立方米，仅为空气密度的2.75倍，被称为蓝烟，而eps颗粒的密度为18-30kg/m3，两种材料密度差巨大很难均匀混合，将偶联剂和无水乙醇配成的偶联剂醇溶液均匀喷洒在ag/eps混合物上，堆积在表面的ag/eps混合物容易被液体喷洒，实现偶联改性的效果，但是堆积在底下的ag/eps混合物很难实现均匀性，因此现有的制备技术很难有效的实现气凝胶改性复合保温板的制备。


技术实现要素：

5.本发明的目的之一是提供一种改性气凝胶的制备方法，能比较容易地使疏水气凝胶分散在水溶液中。
6.本发明的目的之二是提供采用上述制备方法制备获得的改性气凝胶在复合保温板中的应用，通过改性的气凝胶复合聚苯保温板达到既能够实现良好的隔热效果又具有a级不燃保的性能。
7.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
8.第一方面，本发明提供一种改性气凝胶的制备方法，包括以下步骤：将一定量的分散剂加入一定量的水中，然后负压吸附气凝胶后直接将气凝胶输送到含有分散剂和水的混合液底部，在高速剪切搅拌下使气凝胶分散在水溶液中，得到含改性气凝胶水溶液，其中分散剂：气凝胶：水的重量比为1-2:1:100。
9.优选的，所述气凝胶为疏水性二氧化硅气凝胶，粒径为1-100nm。
10.优选的，所述分散剂为纳米型硅分散剂。
11.优选的，所述高速剪切搅拌的转速为3000-5000r/min，时间为10-30min。
12.第二方面，本发明提供采用上述制备方法制备获得的改性气凝胶在复合保温板中的应用，包括以下步骤：
13.a、将水泥800-1200份、减水剂10-30份和粘结剂10-20份混合搅拌60-90s；
14.b、将上述得到的含改性气凝胶水溶液加水稀释后与步骤a得到的混合粉料以0.4-0.5：1的重量比混合搅拌90-120s，得到含气凝胶的水泥浆料；
15.c、将步骤b中得到的水泥浆料与80-120份的eps颗粒混合搅拌60-120s，混合均匀的气凝胶聚苯颗粒倒入模具，用3-5mpa的压力和不同的压缩比例进行压缩成型，然后放置1-3天，等待保温板硬化，然后脱模；
16.e、脱模后，自然条件放置3-5天，根据不同的尺寸需求对样品进行切割。
17.优选的，所述水泥为普通硅酸盐水泥和/或硫铝酸盐水泥，强度等级为42.5或52.5。
18.优选的，所述减水剂为聚羧酸类减水剂，减水率在20％-30％之间。
19.优选的，所述粘结剂为羟丙基甲基纤维素(hpmc)，粘度为8w-10w。
20.优选的，所述eps颗粒为二次发泡颗粒，粒径2-5mm。
21.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
22.1.本发明通过分散剂和高速搅拌的方式使疏水气凝胶分散到溶液中，然后通过水溶液均匀分散到聚苯保温板中，有效的降低导热系数并增加其不燃性，且不造成强度的损失。
23.2.通过改性气凝胶制备复合保温板的方法操作简单，便于实施，且在实施的过程中不产生其他有害和污染物质，通过在工艺上的改进实现气凝胶与聚苯颗粒保温板的复合。
具体实施方式
24.下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
25.以下实施例中各原料的配比均为重量份数。
26.实施例1
27.a、气凝胶溶液的制备：先将纳米硅分散剂10份，水100份混合搅匀，然后通过负压吸入10份疏水性二氧化硅气凝胶后直接将气凝胶输送到溶液的底部，用4000r/min的转速高速搅拌20min使气凝胶分散溶解到水溶液中，加入400份的水稀释，备用。
28.b、将po42.5普通硅酸盐水泥800份，聚羧酸类减水剂10份和羟丙基甲基纤维素10干粉混合搅拌60s。
29.c、将步骤a得到的含改性气凝胶水溶液与步骤b得到的混合粉料以0.4：1的重量比混合搅拌90s，得到含气凝胶的水泥浆料。
30.d、将步骤c中得到的水泥浆料与80份eps颗粒混合搅拌90s，混合均匀的气凝胶聚苯颗粒倒入模具，用3mpa的压力按照3：2的压缩比成型，然后放置1天，等待保温板硬化，然后脱模。
31.e、脱模后，自然条件放置3天，根据不同的尺寸需求对样品进行切割。
32.实施例2
33.a、气凝胶溶液的制备：先将纳米硅分散剂15份，水100份混合搅匀，然后通过负压吸入10份的疏水性二氧化硅气凝胶后直接将气凝胶输送到溶液的底部，用4000r/min的转速高速搅拌15min使气凝胶分散溶解到水溶液中，加入400份的水稀释，备用。
34.b、将po42.5普通硅酸盐水泥1000份、聚羧酸类减水剂20份和羟丙基甲基纤维素15干粉混合搅拌90s。
35.c、将步骤a得到的含改性气凝胶水溶液与步骤b得到的混合粉料以0.45：1的重量比混合搅拌750s，得到含气凝胶的水泥浆料。
36.d、将步骤c中得到的水泥浆料与100份eps颗粒混合搅拌80s，混合均匀的气凝胶聚苯颗粒倒入模具，用4mpa的压力按照5：3的压缩比成型，然后放置1天，等待保温板硬化，然后脱模。
37.e、脱模后，自然条件放置3天，根据不同的尺寸需求对样品进行切割。
38.实施例3
39.a、气凝胶溶液的制备：先将纳米硅分散剂20份，水100份混合搅匀，然后通过负压吸入10份的疏水性二氧化硅气凝胶后直接将气凝胶输送到溶液的底部，用5000r/min的转速高速搅拌10min使气凝胶分散溶解到水溶液中，加入400份的水稀释，备用。
40.b、将po42.5普通硅酸盐水泥1200份，聚羧酸类减水剂30份和羟丙基甲基纤维素20干粉混合搅拌80s。
41.c、将步骤a得到的含改性气凝胶水溶液与步骤b得到的混合粉料以0.5：1的重量比混合搅拌90s，得到含气凝胶的水泥浆料。
42.d、将步骤c中得到的水泥浆料与120份eps颗粒混合搅拌120s，混合均匀的气凝胶聚苯颗粒倒入模具，用3mpa的压力按照5：4的压缩比成型，然后放置1天，等待保温板硬化，然后脱模。
43.e、脱模后，自然条件放置3天，根据不同的尺寸需求对样品进行切割。
44.对比例
45.a、取水100份，加入10份疏水性二氧化硅气凝胶，搅拌20min使气凝胶分散溶解到水溶液中，加入400份的水稀释，备用。
46.b、将po42.5普通硅酸盐水泥800份、聚羧酸类减水剂10份和羟丙基甲基纤维素10干粉混合搅拌60s。
47.c、将步骤a得到的含气凝胶水溶液与步骤b得到的混合粉料以0.4：1的重量比混合搅拌90s，得到含气凝胶的水泥浆料。
48.d、将步骤c中得到的水泥浆料与80份eps颗粒混合搅拌90s，混合均匀的气凝胶聚苯颗粒倒入模具，用3mpa的压力按照3：2的压缩比成型，然后放置1天，等待保温板硬化，然后脱模。
49.e、脱模后，自然条件放置3天，根据不同的尺寸需求对样品进行切割。
50.以上实施例中使用的水泥除po42.5普通硅酸盐水泥外，还可以使用po52.5普通硅酸盐水泥、po42.5硫铝酸盐水泥、po52.5硫铝酸盐水泥等。
51.以上实施例中使用的疏水性二氧化硅气凝胶粒径为1-100nm。
52.以上实施例中使用的聚羧酸类减水剂的减水率在20％-30％之间。
53.以上实施例中使用的羟丙基甲基纤维素的粘度为8w-10w。
54.以上实施例中使用的eps颗粒为二次发泡颗粒，粒径2-5mm。
55.将不同工艺参数制备的产品进行性能测试(参照jc/t 2357-2016标准)，结果见表1。
56.表1实施例1～3和对比例所制的聚苯板的性能测试结果
[0057][0058]
由表1可知，本发明的实施例1～3制备的气凝胶改性聚苯保温板产品在保证一定强度的情况下，具有较低的导热系数，阻燃系数达到a2级，具有较好的保温隔热且阻燃的性能；而对比例1制备的由于直接添加气凝胶，气凝胶分散不均匀，在保温板中抱团团聚，使保温板的强度明显下降导热系数明显较高，耐候性也明显降低，并且抱团的气凝胶在保温板中不能起到有效的作用，不能降低导热系数，所以对比例的导热系数较高。
[0059]
通过本发明的气凝胶改性方法使疏水性气凝胶在复合保温板中分布均匀，操作简单，且在实施的过程中不产生其他有害和污染物质，通过在工艺上的改进实现气凝胶与聚苯颗粒保温板的复合。本发明提供的工艺可产业化生产，有利于绿色建筑和保温材料应用的发展。