一种孔隙率梯度可控的地聚物外墙保温板材及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种孔隙率梯度可控的地聚物外墙保温板材及其制备方法，所述保温板材内部具有气泡，并且气泡在保温板材内部随厚度呈梯度分布。其制备方法为：将碱金属氢氧化物和碱金属硅酸盐水溶液以及水混合，使碱金属氢氧化物完全溶解，然后加入粉煤灰形成地质聚合物浆体，并向地质聚合物浆体中加入发泡剂进行发泡，再加入分散剂和增稠剂，最后注模、养护、脱模即得到孔隙率梯度可控的地聚物外墙保温板材。本发明所述保温板材不仅抗压强度大，导热系数低，而且孔隙率大，气泡在保温板材内部随厚度呈梯度分布，不仅能够提高保温效果，用于建筑物墙体保温可以承受更大的负风压，可以有效避免高空坠物。
【专利说明】
一种孔隙率梯度可控的地聚物外墙保温板材及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种外墙保温材料及其制备方法，属于建筑材料技术领域。
【背景技术】
[0002]随着生活水平的提高和建筑科学的发展，人们对建筑外墙保温性能要求越来越高，相应地对建筑外墙保温材料提出了更高的要求。
[0003]目前，常用保温材料主要有两大类，一类是有机保温材料，其质轻、导热系数低、保温性能好，但也存在易燃、易老化释放有毒小分子化合物、耐久性差等缺点，具有引发火灾、影响人体健康等隐患，正逐渐被市场淘汰;另外一类是无机保温材料，其具有强度高、安全、耐久、耐高温等突出优点，逐渐受到人们的重视，保温性能也在不断的提升，但现有无机保温材料用于外墙保温在承受建筑物的风荷载方面还有一定的不足，存在高空坠落的隐患。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种孔隙率梯度可控的地聚物外墙保温板材及其制备方法，该保温板材能够承受的建筑物的风荷载更大，另外，本发明制备方法工艺简单，成本低，还可以有效利用工业废弃物。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是:
[0006]提供一种孔隙率梯度可控的地聚物外墙保温板材，所述保温板材内部具有气泡，并且气泡在保温板材内部随厚度呈梯度分布。
[0007]优选的是，所述保温板材的厚度为30?70mm。
[0008]本发明还提供上述孔隙率梯度可控的地聚物外墙保温板材的制备方法:将碱金属氢氧化物和碱金属硅酸盐水溶液以及水混合，使碱金属氢氧化物完全溶解，然后加入粉煤灰形成地质聚合物浆体，地质聚合物浆体中元素摩尔比nA1/nSi为0.28?0.34，nNa/nA1为1.49?3.35，nNa/nSi为0.50?1.10，随后向地质聚合物浆体中加入发泡剂进行发泡，再分别加入分散剂和增稠剂，最后注模、养护、脱模即得到孔隙率梯度可控的地聚物外墙保温板材。
[0009]粉煤灰为火力发电后产生的废弃物，预计到2020年我国粉煤灰的总堆存量将达到30多亿吨。利用粉煤灰为原料制备保温板材不仅能够有效利用废弃物，而且所制备的保温板材还具有质轻的特点。
[0010]按上述方案，所述碱金属硅酸盐水溶液的制备方法为:将碱金属氢氧化物溶于水中得到碱溶液，然后加热碱溶液至80?90°C，随后加入S12粉末，搅拌使其完全溶解，冷却至室温、加水稀释得到碱金属娃酸盐水溶液，其模数为3.10?3.40，密度为1.2?1.4g/cm3。[0011 ]按上述方案，所述碱金属氢氧化物为氢氧化钠或氢氧化钾。本发明加入碱金属氢氧化物可调节所得地质聚合物浆体的粘度。
[0012]按上述方案，所述粉煤灰为F级粉煤灰，其中Al203+Si02+Fe203的重量含量>70%，碱金属娃酸盐水溶液加入量为粉煤灰质量的35?73%，碱金属氢氧化物的加入量为粉煤灰质量的10?30%。
[0013]按上述方案，所述发泡剂为硅灰和铝粉的混合物，发泡剂加入量为粉煤灰质量的7?25%。发泡剂中的硅灰可以改善所得地质聚合物浆体的流动性。
[0014]优选的是，所述发泡剂由硅灰与铝粉按质量比100:1混合得到。
[00?5] 优选的是，所述娃灰的平均粒径为0.I?0.3μηι，所述招粉粒度为1?35μηι。
[0016]按上述方案，所述分散剂为聚乙烯醇溶液，分散剂加入量为粉煤灰质量的3?5%;所述增稠剂为纤维素醚，增稠剂加入量为粉煤灰质量的2?9%。分散剂和增稠剂调节地聚物浆体的分散性和粘度，从而使产生的气泡在浮力和粘结力的作用下梯度分布。
[0017]优选的是，所述养护工艺为:置于70?85°C恒温烘箱中保温18?28h。
[0018]本发明的发泡原理是采用硅灰中游离的单质硅硅或铝粉与碱金属氢氧化物反应产生氢气进行发泡，再加入聚乙烯醇溶液增加浆体的分散性，通过纤维素醚来调节浆体粘度，从而控制气泡在保温板材中的分布。
[0019]本发明的有益效果在于:本发明所述保温板材不仅抗压强度大(达9.4?
14.9MPa)，导热系数低(为0.05?0.074ff/m.K)，阻燃性能好(阻燃等级为BI级)，而且孔隙率大，并且气泡在保温板材内部随厚度呈梯度分布，不仅能够提高保温效果，用于建筑物墙体保温可以承受更大的负风压，可以有效避免高空坠物。另外，本发明制备方法简单，采用硅灰和铝粉混合物作为发泡剂，不仅发泡效果好，而且相比现有技术(以Al和H2O2作为发泡剂)降低了成本，同时有效利用了大工业冶炼中的副产物硅灰，有助于环保。
【附图说明】
[0020]图1为本发明实施例1所制备的保温板材的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
[0022]本发明实施例所用粉煤灰为F级粉煤灰，其中Al203+Si02+Fe203的重量含量>70%。所用纤维素醚数据分子量为10?15万。
[0023]实施例1
[0024]制备碱金属娃酸盐水溶液:称取Imol氢氧化钠加入10g水中，充分搅拌使碱金属氢氧化物完全溶解得到碱溶液，加热碱溶液至80_90°C，然后将99.6g S12粉末(1.66mol)慢慢加入到碱溶液中，不断搅拌，使其完全溶解，待溶液冷却至室温，加水得到密度为
1.33g/cm3的碱金属硅酸盐水溶液，其模数为3.32。
[0025]配制分散剂:称取0.4g聚乙烯醇(PVA-1788)，缓慢加入到95°C的200g蒸馏水中，不断搅拌使其完全溶解，待溶液冷却至室温后加水定量至300g，即得聚乙烯醇溶液。
[0026]制备地聚物外墙保温板材:
[0027]称取3.9Kg水玻璃和1.1Kg氢氧化钠以及4.2kg水混合，用搅拌棍不断搅拌，使NaOH固体完全溶解，形成均一的水溶液，然后加入称好的11.15Kg粉煤灰充分搅拌形成地质聚合物楽体(地质聚合物楽体中元素摩尔比rui/nsi为0.34，nNa/nAi为1.49，nNa/nsi为0.50)，并向地质聚合物浆体中加入发入0.78Kg发泡剂(硅灰与铝粉按质量比100:1混合得到)不断搅拌进行发泡，然后再向浆体中加入0.33Kg上述制备的聚乙烯醇溶液作为分散剂，充分搅拌均匀，最后向其中加入1.0lKg的纤维素醚，不断搅拌，将搅拌好的浆体注入备好的模具中密封，放入70 0C左右的烘箱中养护28h，脱模后即得到孔隙率梯度可控的地聚物外墙保温板材(厚度30mm)。
[0028]将所得保温板材进行性能测试，测试结果为:抗压强度为9.4MPa，导热系数为
0.074ff/m.K，阻燃等级为BI级，容重为750kg/m3。将保温板材切开，可观察到内部孔隙率大，并且气泡在保温板材内部随厚度呈梯度分布，其结构示意图如图1所示。
[0029]实施例2
[0030]采用与实施例1相似的方法制备碱金属硅酸盐水溶液和分散剂。
[0031 ]制备地聚物外墙保温板材:称取5.0Kg水玻璃和3.72Kg氢氧化钠以及3.8kg水混合，用搅拌棍不断搅拌，使NaOH固体完全溶解，形成均一的水溶液，然后加入称好的12.41Kg粉煤灰充分搅拌形成地质聚合物浆体(地质聚合物浆体中元素摩尔比1^/1151为0.33，^/1^为3.35，nNa/nSi为1.10)，并向地质聚合物浆体中加入发入2.48敁发泡剂(娃灰与铝粉按质量比100:1混合得到)不断搅拌进行发泡，然后再向浆体中加入0.62Kg的聚乙烯醇溶液，充分搅拌均匀，最后向其中加入0.98Kg的纤维素醚，不断搅拌，将搅拌好的浆体注入备好的模具中密封，放入85 °C左右的烘箱中养护18h，脱模后即得到孔隙率梯度可控的地聚物外墙保温板材(厚度70_)。
[0032]将所得保温板材进行性能测试，测试结果为:抗压强度为13.4MPa，导热系数为0.062ff/m.K，阻燃等级为BI级，容重为542kg/m3。
[0033]实施例3
[0034]采用与实施例1相似的方法制备碱金属硅酸盐水溶液和分散剂。
[0035]制备地聚物外墙保温板材:称取11.86Kg水玻璃和2.4Kg氢氧化钠以及1.0kg水混合，用搅拌棍不断搅拌，使NaOH固体完全溶解，形成均一的水溶液，然后加入称好的16.25Kg粉煤灰充分搅拌形成地质聚合物浆体(地质聚合物浆体中元素摩尔比1^/1151为0.28，1^/1^为2.31，nNa/nSi为0.64)，并向地质聚合物浆体中加入发入4.1Kg发泡剂(硅灰与铝粉按质量比100:1混合得到)不断搅拌进行发泡，然后再向浆体中加入0.7Kg的聚乙烯醇溶液，充分搅拌均匀，最后向其中加入0.32Kg的纤维素醚，不断搅拌，将搅拌好的浆体注入备好的模具中密封，放入75°C左右的烘箱中养护24h，脱模后即得到孔隙率梯度可控的地聚物外墙保温板材(厚度50mm)。
[0036]将所得保温板材进行性能测试，测试结果为:抗压强度为14.9MPa，导热系数为0.05ff/m.K，阻燃等级为BI级，容重为450kg/m3。
【主权项】
1.一种孔隙率梯度可控的地聚物外墙保温板材，其特征在于:所述保温板材内部具有气泡，并且气泡在保温板材内部随厚度呈梯度分布。2.根据权利要求1所述的地聚物外墙保温板材，其特征在于，所述保温板材的厚度为30?70mmo3.—种权利要求1所述的孔隙率梯度可控的地聚物外墙保温板材的制备方法，其特征在于:将碱金属氢氧化物和碱金属硅酸盐水溶液以及水混合，使碱金属氢氧化物完全溶解，然后加入粉煤灰形成地质聚合物浆体，地质聚合物浆体中元素摩尔比nA1/nSlS0.28?0.34，nNa/nAi为I.49?3.35，nNa/nSi为0.50?I.10，随后向地质聚合物浆体中加入发泡剂进行发泡，再分别加入分散剂和增稠剂，最后注模、养护、脱模即得到孔隙率梯度可控的地聚物外墙保温板材。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述碱金属硅酸盐水溶液的制备方法为:将碱金属氢氧化物溶于水中得到碱溶液，然后加热碱溶液至80?90°C，随后加入S12粉末，搅拌使其完全溶解，冷却至室温、加水稀释得到碱金属硅酸盐水溶液，其模数为3.10?3.40，密度为1.2?1.4g/Cm305.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于:所述碱金属氢氧化物为氢氧化钠或氢氧化钾。6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于:所述粉煤灰为F级粉煤灰，其中Al2O3+S1dFe2O3的重量含量>70%，碱金属硅酸盐水溶液加入量为粉煤灰质量的35?73%，碱金属氢氧化物的加入量为粉煤灰质量的10?30%。7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于:所述发泡剂为硅灰和铝粉的混合物，发泡剂加入量为粉煤灰质量的7?25%。8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于:所述发泡剂由硅灰与铝粉按质量比100:1混合得到。9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于:所述分散剂为聚乙烯醇溶液，分散剂加入量为粉煤灰质量的3?5%;所述增稠剂为纤维素醚，增稠剂加入量为粉煤灰质量的2?10.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于:所述养护工艺为:置于70?85°C恒温烘箱中保温18?28h。
【文档编号】C04B111/40GK106007524SQ201610345257
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月23日
【发明人】黄健, 熊旭峰, 马保国, 李相国, 蹇守卫, 谭洪波
【申请人】武汉理工大学