专利名称：一种低温微晶泡沫玻璃及其制备方法
技术领域：
本发明属于微晶泡沫玻璃及其制备领域，特别涉及一种低温微晶泡沫玻璃及其制备方法。
背景技术：
公消201165号红头文件规定1、将民用建筑外保温材料纳入建设工程消防设计审核、消防验收和备案抽查范围。在新标准发布前，从严执行《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》(公通字[2009] 46号)第二条规定，民用建筑外保温材料采用燃烧性能为A级的材料。2、加强民用建筑外保温材料的消防监督管理。2011年3月15日起，各地受理的建设工程消防设计审核和消防验收申报项目，应严格执行本通知要求。对在建工 程，如建筑外保温采用易燃、可燃材料的，应提请政府组织有关主管部门督促建设单位拆除易燃、可燃保温材料；对尚未开工的建设工程，建筑外保温采用易燃、可燃材料的，应督促建设单位更改设计、选用不燃材料，重新报审。因此，无机保温隔热材料已经拥有极大地市场，而现在还没有市场化的无机保温隔热材料可代替有机保温隔热材料。目前传统无机保温隔热材料可分为三类一类为自保温墙体的构成材料，如泡沫混凝土、泡沫地聚合物、加气混凝土、硅藻土制品、硅酸钙绝热制品和泡沫玻璃等；一类为岩棉、玻璃棉等无机保温纤维；一类为添加保温骨料的保温砂浆。而无机保温隔热材料的主要优点在于防火阻燃、变形系数小、抗老化、使用寿命长、生态环保性好，主要缺点在于容重较大、致密性和可加工性较差，保温隔热性能不如有机保温材料。还有一类仍未大规模应用的无机保温隔热材料，就是气凝胶，其具有导热系数低，容重小等优点，但是具有制备成本闻和机械强度差等缺点。泡沫玻璃属于国家建设事业“十二五”大力推广和应用的环保型材料，具有密度小、防化学腐蚀、不受蚁鼠侵害、保温隔热、防水防潮、防火、吸声等一系列优异性能，作为保温保冷、吸声的工程材料已广泛应用于化工、石化、轻工、冷藏、暖气输送、建筑环保等领域。但是泡沫玻璃的力学强度低，在加工搬运过程中容易破碎、断裂，而且其抗折、抗压强度都难以满足建筑领域轻质高强材料的要求。因此，为了提高泡沫玻璃的强度，微晶泡沫玻璃进入了我们的视野。然而微晶泡沫玻璃的制备工艺和泡沫玻璃的制备工艺很相似，但引入了成核剂和热处理的过程，增加了其制备成本。同时目前生产微晶泡沫玻璃，均将粉料装在模具中，模具和粉料一起加热(发泡温度基本在800°C以上)。所以除了消耗大量的发泡剂和能源外，还有模具的折损成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种低温微晶泡沫玻璃及其制备方法，该微晶泡沫玻璃密度低，强度高，保温隔热性能好，使用寿命长，防火性能好，该方法操作简单，降低了发泡温度。本发明的一种低温微晶泡沫玻璃，该微晶泡沫玻璃中各主要组分的摩尔比的范围为Na20(或K2O)与SiO2的摩尔比为O. I I. O :1，SiO2与Al2O3的摩尔比为I. O 20 :1，B2O3与SiO2的摩尔比为O O. 2 :1。所述的低温微晶泡沫玻璃的骨料颗粒之间的玻璃相中含有铝氧四面体和硼氧四面体的网络结构(如附图1、2)，同时骨料颗粒与玻璃相之间或骨料颗粒与骨料颗粒之间则是以硅氧硅键、硅氧铝键或硅氧硼键结合在一起(如附图3)。本发明的一种低温微晶泡沫玻璃的制备方法，包括(I)按照摩尔比为 O. I ( Na2O(K2O)/SiO2 彡 I. 0，I. O 彡 SiO2Al2O3 ^ 20,0 ^ B2O3/SiO2 ( O. 2，10 ( H20/Na20 ( 25称取水玻璃、活性骨料(即晶核剂)和添加剂，然后将水玻璃、活性骨料在室温下混合并搅拌，之后加入添加剂，得到高粘度的溶胶；(2)将上述溶胶密封之后在10-80°c下老化I 7天，以促进碱骨料反应；将老化后的溶胶在100 150°c干燥，制得含水率为10% 50%的固态凝胶；
(3)将上述固态凝胶捣碎，装入模具中，发泡工艺过程按照以下热处理制度进行升温发泡阶段，以10 20°C /min的速率升温至250 500°C，保温O. 5 10小时；降温冷却阶段，以2 30°C /min的降温速率降至室温，即得低温微晶泡沫玻璃。步骤(I)中所述的水玻璃为钠水玻璃或钾水玻璃。步骤(I)中所述的活性骨料为高岭土、偏高岭土、火山灰、粉煤灰、膨润土、硅藻土、硅微粉、废玻璃粉、硅灰、矿物废渣、烧粘土中的一种或几种。步骤(I)中所述的添加剂为硼酸、硼砂、硅溶胶中的一种或几种。步骤(2)所述的热处理制度中的加热方式为电加热、火焰加热或微波加热。本发明的低温微晶泡沫玻璃具备胶凝材料的胶结特性和有机高分子材料的键联结构，同时又具备微晶结构，因而表现出高的强度、好的耐久性能和良好的耐水性等。本发明具体是以水玻璃为基，首先在搅拌的条件下加入晶核剂即活性骨料(如高岭土、偏高岭土、火山灰等)，使碱骨料反应发生。之后加入添加剂(硼酸、硼砂和硅溶胶等)并搅拌至其完全溶解制得溶胶。然后在室温条件下老化一段时间后，将该溶胶干燥制得含水率一定的固态凝胶，最后放入模具内并在高温或微波条件下发泡制得新型低温微晶泡沫玻璃。本发明以水玻璃为碱激发剂和发泡剂，活性骨料为晶核剂，同时加入定量的添加齐U，在低温下发泡制得一种高强度的新型低温微晶泡沫玻璃。材料的骨料颗粒之间的玻璃相中含有铝氧四面体和硼氧四面体的网络结构(如附图1、2)，同时骨料颗粒与玻璃相之间或骨料颗粒与骨料颗粒之间则是以硅氧硅键、硅氧铝键或硅氧硼键结合在一起(如附图3)。这种结构可以赋予其以下特点(1)形成的网络结合键是共价键，具有很高强度；(2)不存在晶体与胶体之间界面强度低的问题；(3)由于不存在与介质容易起化学反应的水化产物，所以可具有高的抗侵蚀性能；(4)在铝氧四面体和硼氧四面体附近出现了负电荷中心，可把各种阳离子束缚在网格内，提高的材料的耐水性。同时，赋予其优异的性能(1)力学性能好，主要力学性能指标优于泡沫玻璃和泡沫混凝土。(2)抗渗性好，耐冻融循环，耐化学侵蚀，在酸性环境中也能保持结构稳定。本发明的低温微晶泡沫玻璃是一种具备胶凝材料的胶结特性，同时又具备键联结构的新型的非晶和微晶共存、含水的多孔材料，其中水是以羟基的形式存在。本发明的低温微晶泡沫玻璃适用于保温墙体、外墙保温隔热层和其它包装材料中的保温隔热材料。本发明不但从简化了工艺也降低了发泡温度，同时还保持了微晶泡沫玻璃高强度，进一步降低了导热系数，有望代替有机保温隔热材料。有益效果(I)本发明的微晶泡沫玻璃全是无机相，因此不仅具有良好的保温隔热性能，且其使用寿命也较长，可与房屋的使用寿命匹配，同时也有优异的防火性能；此外，还因材料中含有铝氧四面体和硼氧四面体的网络结构和高的气孔率，所以本发明同样具有密度低和强度闻等的特点；(2)本发明的制备方法简单，使得制备微晶泡沫玻璃的温度大大降低，从原来的800度以上降到了 500度以下，节省了成本。
图I为本发明的低温微晶泡沫玻璃中的铝氧四面体的结构示意图；图2为本发明的低温微晶泡沫玻璃中的硼氧四面体的结构示意图； 图3为本发明的低温微晶泡沫玻璃中颗粒的结构示意图；图4为本发明的低温微晶泡沫玻璃样品照片；图5为本发明的低温微晶泡沫玻璃的表面结构的电镜照片；图6为本发明的低温微晶泡沫玻璃的断面结构的电镜照片；图7偏高岭土对本发明的低温微晶泡沫玻璃抗压强度的影响；图8容重对本发明的低温微晶泡沫玻璃抗压强度的影响；图9为本发明的低温微晶泡沫玻璃的XRD。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例I采用模数M=3. O、固含量为35%的液态钠水玻璃、硼酸和偏高岭土为原料进行系列实验。采用的四个配方分别为A、B、C、D。它们具体原料配比如下表所示
\^项目原料(按重量份数计)
权利要求
1.一种低温微晶泡沫玻璃，其特征在于该微晶泡沫玻璃中各主要组分的摩尔比为Na2O或K2O与SiO2的摩尔比为0. I I. 0 :1，SiO2与Al2O3的摩尔比为I. 0 20 =LB2O3与SiO2的摩尔比为0 0. 2 :1。
2.根据权利要求I所述的一种低温微晶泡沫玻璃，其特征在于所述的低温微晶泡沫玻璃的骨料颗粒之间的玻璃相中含有铝氧四面体和硼氧四面体的网络结构，同时骨料颗粒与玻璃相之间或骨料颗粒与骨料颗粒之间则是以硅氧硅键、硅氧铝键或硅氧硼键结合在一起。
3.—种低温微晶泡沫玻璃的制备方法，包括 (1)按照Na20(或K2O)与SiO2的摩尔比为0.I I. 0 :l、Si02与Al2O3的摩尔比为I. 0 20 =UB2O3与SiO2的摩尔比为0 0. 2 :I、H2O与Na2O的摩尔比为10 25 :1称取水玻璃、活性骨料和添加剂，然后将水玻璃、活性骨料在室温下混合并搅拌，之后加入添加剂，得到溶胶； (2)将上述溶胶密封并老化I 7天，然后将老化后的溶胶在100 150°C干燥，制得含水率为10% 50%的固态凝胶； (3)将上述固态凝胶捣碎，装入模具中，发泡工艺过程按照以下热处理制度进行升温发泡阶段，以10 20°C /min的速率升温至250 500°C，保温0. 5 IOh ;降温冷却阶段，以2 30°C /min的降温速率降至室温，即得低温微晶泡沫玻璃。
4.根据权利要求3所述的一种低温微晶泡沫玻璃的制备方法，其特征在于步骤(I)中所述的水玻璃为钠水玻璃或钾水玻璃。
5.根据权利要求3所述的一种低温微晶泡沫玻璃的制备方法，其特征在于步骤(I)中所述的活性骨料为高岭土、偏高岭土、火山灰、粉煤灰、膨润土、硅藻土、硅微粉、废玻璃粉、硅灰、矿物废渣、烧粘土中的一种或几种。
6.根据权利要求3所述的一种低温微晶泡沫玻璃的制备方法，其特征在于步骤(I)中所述的添加剂为硼酸、硼砂、硅溶胶中的一种或几种。
7.根据权利要求3所述的一种低温微晶泡沫玻璃的制备方法，其特征在于步骤(2)所述的热处理制度中的加热方式为电加热、火焰加热或微波加热。
全文摘要
本发明涉及一种低温微晶泡沫玻璃及其制备方法，该微晶泡沫玻璃中各主要组分的摩尔比为Na2O(K2O)与SiO2的摩尔比为0.1～1.0:1，SiO2与Al2O3的摩尔比为1.0～20:1，B2O3与SiO2的摩尔比为0～0.2:1；其制备方法包括(1)将水玻璃、活性骨料混合并搅拌，之后加入添加剂，得到溶胶；(2)将上述溶胶老化1～7天，然后将老化后的溶胶干燥，制得含水率为10%～50%的固态凝胶；(3)将上述固态凝胶捣碎，装入模具中，最后发泡即可。本发明的微晶泡沫玻璃密度低，强度高，保温隔热性能好，使用寿命长，防火性能好，本发明的制备方法操作简单，降低了发泡温度。
文档编号C03C11/00GK102795780SQ201210295629
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月20日 优先权日2012年8月20日
发明者王子生, 屠浩驰, 王智宇, 王小山, 阮华, 李陆宝 申请人:宁波荣山新型材料有限公司