本发明涉及建筑材料
技术领域：
，特别涉及一种墙体保温材料及其制备方法。
背景技术：
：随着我国节能减排力度的加大，近年来外墙保温正在我国广泛推广。通过有机聚合物发泡的方式制备的发泡材料普遍具有密度小、泡孔结构多、导热系数小等优点，但是存在极限氧指数值低、燃烧性能差的缺点，而且在燃烧时释放大量热量，产生大量有毒烟气，阻燃抑烟效果没有无机聚合物好且成本较高、极大的限制了聚合物发泡材料的应用。无机聚合物发泡材料以硅酸盐水泥为主，原料大量使用工业废料，降低了工业成本的同时减少对环境的污染。但是无机发泡材料存在料浆稳定性较差，吸水率和收缩率大，抗压强度和韧性低等缺点，使无机聚合物的应用受到限制。针对这种情况，急需研制一种新型保温材料，使其具有表观密度低，导热系数低、吸水率低、力学性能优异，阻燃性能好等特点。目前研究的大多是树脂和水泥进行复合的发泡材料，例如：一种外墙保温材料及其制备方法(专利申请号：201610779109.9)；一种添加有聚苯颗粒的发泡水泥保温板的制作方法(专利申请号：201510228694.9)；无机发泡体的制造方法(专利申请号：200610089961.x)；磷酸盐水泥保温墙体材料(专利申请号：201110147025.0)；磷酸盐水泥胶结的聚苯乙烯泡沫颗粒绝热材料(专利申请号：201010524987.9)；以上复合保温材料的容重和导热系数较水泥有所降低，较树脂有所增大，阻燃性能相对于树脂有所改善，整体综合性能提高。但是，上述复合保温材料仍存在力学性能较低(压缩强度为0.35～0.55mpa)，且在燃烧过程中总放热量较大(燃烧10min后总放热量为6.8～7.8mj/m2)等问题，综合性能需要进一步改善。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种墙体保温材料及其制备方法。本发明提供的墙体保温材料具有良好的力学性能和阻燃性能。本发明提供了一种墙体保温材料，按质量份数计，由包括以下组分的原料制备得到：有机组成20～200份，磷酸溶液1～80份，金属氢氧化物1～25份，碳酸盐类发泡剂10～100份，阴离子表面活性剂溶液10～26份和有机溶剂50～100份；以有机组成的质量份数为20～200份计，所述有机组成包括：聚氯乙烯树脂10～100份，邻苯二甲酸二辛酯8～150份，有机锡0.3～3份，以及液体石蜡0.1～1份；所述磷酸溶液的质量浓度为50～85％；所述阴离子表面活性剂溶液的摩尔浓度为0.157～0.831mol/l。优选的，所述金属氢氧化物包括氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化锌和氢氧化钡中的一种或多种。优选的，所述碳酸盐类发泡剂包括碱金属或碱土金属的碳酸盐。优选的，所述阴离子表面活性剂包括十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和月桂酸钠中的一种。优选的，所述有机溶剂包括醚、酮、氯化脂肪烃和芳香烃中的一种。优选的，所述聚氯乙烯树脂的聚合度为500～1500。优选的，所述有机锡包括甲基硫醇锡、二甲基氯化锡和二甲基氧化锡中的一种或多种。本发明还提供了上述技术方案所述墙体保温材料的制备方法，包括以下步骤：将磷酸溶液与金属氢氧化物混合，中和反应得到金属磷酸盐溶液；将有机组成、碳酸盐发泡剂和有机溶剂混合，加热回流得到混合溶液；将所述混合溶液与阴离子表面活性剂溶液混合，冷却后与金属磷酸盐溶液混合，发泡固化得到墙体保温材料。优选的，所述加热回流的温度为40～100℃。优选的，所述发泡固化的温度为50～100℃。本发明提供了一种墙体保温材料，按质量份数计，由包括以下组分的原料制备得到：有机组成20～200份，磷酸溶液1～80份，金属氢氧化物1～25份，碳酸盐类发泡剂10～100份，阴离子表面活性剂溶液10～26份和有机溶剂50～100份；以有机组成的质量份数为20～200份计，所述有机组成包括：聚氯乙烯树脂10～100份，邻苯二甲酸二辛酯8～150份，有机锡0.3～3份，以及液体石蜡0.1～1份；所述磷酸溶液的质量浓度为50～85％；所述阴离子表面活性剂溶液的摩尔浓度为0.157～0.831mol/l。本发明提供的墙体保温材料以金属氢氧化物与磷酸为原料，形成无机网络结构和金属磷酸盐结构，配合包括聚氯乙烯树脂(pvc)的有机组成，通过聚氯乙烯树脂(pvc)独特的分子结构与金属磷酸盐结构形成交联网络结构，提高了材料的力学性能和阻燃性能。此外，墙体保温材料在所述交联网络结构在碳酸盐类发泡剂的作用下密度降低，并且具有良好的绝热性能，吸水率低。实验结果表明，本发明提供的墙体保温材料密度低：表观密度可低至0.22g/cm3；力学性能高：拉伸强度可达780kpa，压缩强度可达998kpa，邵氏硬度可达83ha；阻燃性能好：极限氧指数值可达40.8％，炉内温升29℃时，质量损失率为46.9％，总热量为6.09mj/kg，持续燃烧时间为3505s；导热系数可低至0.06877w/m·k；吸水率可低至15.2％。具体实施方式本发明提供了一种墙体保温材料，按质量份数计，由包括以下组分的原料制备得到：有机组成20～200份磷酸溶液1～80份金属氢氧化物1～25份碳酸盐类发泡剂10～100份阴离子表面活性剂溶液10～26份有机溶剂50～100份；以有机组成的质量份数为20～200份计，所述有机组成包括：聚氯乙烯树脂10～100份，邻苯二甲酸二辛酯8～150份，有机锡0.3～3份，以及液体石蜡0.1～1份；所述磷酸溶液的质量浓度为50～85％；所述阴离子表面活性剂溶液的摩尔浓度为0.157～0.831mol/l。按质量份数计，在本发明中，制备墙体保温材料的原料包括有机组成20～200份，优选为50～150份，更优选为80～120份。在本发明中，以有机组成的质量份数为20～200份计，所述有机组成包括：聚氯乙烯树脂(pvc)10～100份，邻苯二甲酸二辛酯8～150份，有机锡0.3～3份，以及液体石蜡0.1～1份。在本发明中，所述有机组成包括聚氯乙烯树脂(pvc)10～100份，优选为30～80份，更优选为50～60份。在本发明中，所述聚氯乙烯树脂(pvc)的聚合度优选为500～1500，更优选为700～1300，最优选为900～1000。在本发明中，所述pvc的聚合度过高会导致塑化困难，发泡不均匀。本发明对所述pvc的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中，所述聚氯乙烯树脂(pvc)为刚性高分子聚合物，具有自阻燃性，其独特的分子结构与金属磷酸盐形成复合增强作用，提高材料的综合性能。在本发明中，所述有机组成包括邻苯二甲酸二辛酯(dop)8～150份，优选为40～120份，更优选为70～90份。在本发明中，所述有机组成包括有机锡0.3～3份，优选为0.5～2.5份，更优选为1～2份。在本发明中，所述有机锡优选包括甲基硫醇锡、二甲基氯化锡和二甲基氧化锡中的一种或多种。在本发明中，所述有机组成包括液体石蜡0.1～1份，优选为0.3～0.8份，更优选为0.5～0.6份。本发明对所述dop、有机锡和液体石蜡的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中，所述邻苯二甲酸二辛酯作为增塑剂，所述有机锡作为热稳定剂，所述液体石蜡作为外润滑剂，三者配合作用能够提高pvc的加工性能。在本发明中，所述有机组成作为增韧骨架材料，能够提高材料的力学性能。按质量份数计，在本发明中，制备墙体保温材料的原料包括磷酸溶液1～80份，优选为10～76份，更优选为35～60份。在本发明中，所述磷酸溶液的质量浓度为50～85％，优选为60～80％，更优选为65～75％。在本发明中，所述磷酸溶液的溶剂优选为水，更优选为蒸馏水。本发明对所述磷酸溶液的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品或按照本领域技术人员熟知的配制方法配制即可。按质量份数计，在本发明中，制备墙体保温材料的原料包括金属氢氧化物1～25份，优选为5～20份，更优选为10～15份。在本发明中，所述金属氢氧化物优选包括氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化锌和氢氧化钡中的一种或多种。在本发明中，所述金属氢氧化物与磷酸形成无机网络结构和金属磷酸盐晶体结构，然后与有机组成中的pvc形成交联网络结构，提高材料的力学性能。按质量份数计，在本发明中，制备墙体保温材料的原料包括碳酸盐类发泡剂10～100份，优选为30～80份，更优选为40～70份。在本发明中，所述碳酸盐类发泡剂优选包括碱金属或碱土金属的碳酸盐，更优选为碳酸钙、碳酸钠碳酸镁和碳酸钡中的一种或多种。在本发明中，所述碳酸盐类发泡剂同时作为发泡剂和固化剂，使保温材料的密度降低，并且具有良好的绝热性能，吸水率低。按质量份数计，在本发明中，制备墙体保温材料的原料包括阴离子表面活性剂溶液10～26份，优选为12～24份，更优选为15～20份。在本发明中，所述阴离子表面活性剂溶液的浓度为0.157～0.831mol/l，优选为0.2～0.6mol/l，更优选为0.3～0.5mol/l。在本发明中，所述阴离子表面活性剂溶液的溶剂优选为水，更优选为蒸馏水。在本发明中，所述阴离子表面活性剂优选包括十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和月桂酸钠中的一种。在本发明中，所述阴离子表面活性剂对有机组成和金属磷酸盐形成的乳液起到乳化作用和分散作用，提高有机相和无机相的相容性，同时能够降低乳液的表面张力。按质量份数计，在本发明中，制备墙体保温材料的原料包括有机溶剂50～100份，优选为60～90份，更优选为70～80份。在本发明中，所述有机溶剂优选包括醚、酮、氯化脂肪烃和芳香烃中的一种，更优选包括环己酮、甲苯、二氯乙烷和四氢呋喃中的一种。本发明还提供了上述技术方案所述墙体保温材料的制备方法，包括以下步骤：将磷酸溶液与金属氢氧化物混合，中和反应得到金属磷酸盐溶液；将有机组成、碳酸盐发泡剂和有机溶剂混合，加热回流得到混合溶液；将所述混合溶液与阴离子表面活性剂溶液混合，冷却后与金属磷酸盐溶液混合，发泡固化得到墙体保温材料。本发明将磷酸溶液与金属氢氧化物混合，中和反应得到金属磷酸盐溶液。在本发明中，所述磷酸溶液优选由市售浓磷酸与水混合得到；所述市售浓磷酸的质量浓度优选为85～86％。本发明对所述磷酸溶液与金属氢氧化物混合的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的制备混合溶液的技术方案即可。本发明优选在搅拌条件下将金属氢氧化物与磷酸溶液混合；所述搅拌的速率优选为50～500rpm，更优选为100～400rpm，最优选为200～300rpm；所述搅拌的时间优选为不高于1min。在本发明中，所述中和反应的温度优选为30～100℃，更优选为40～90℃，最优选为60～80℃；所述中和反应的时间优选为10～120min，更优选为30～90min，最优选为50～70min。在本发明中，所述中和反应优选在油浴条件下进行。在本发明中，所述中和反应优选在搅拌条件下进行；所述搅拌的速率优选为50～500rpm，更优选为100～400rpm，最优选为200～300rpm。在本发明中，所述中和反应过程中，磷酸与金属氢氧化物在水中反应生成金属磷酸盐溶液。本发明将有机组成、碳酸盐发泡剂和有机溶剂混合，加热回流得到混合溶液。本发明对所述有机组成、碳酸盐发泡剂和有机溶剂混合的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的混合的技术方案即可。在本发明中，所述加热回流的温度优选为40～100℃，更优选为50～90℃，最优选为60～80℃；所述加热回流的时间优选为10～40min，更优选为20～30min。在本发明中，所述加热回流优选在油浴条件下进行。在本发明中，所述加热回流的作用是减少有机溶剂的挥发，使形成均匀乳液。得到混合溶液后，本发明将所述混合溶液与阴离子表面活性剂溶液混合，冷却后与金属磷酸盐溶液混合，发泡固化得到墙体保温材料。本发明对所述阴离子表面活性剂溶液的制备方法没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的溶液的配制方法即可。在本发明中，所述阴离子表面活性剂溶液的制备优选由阴离子表面活性剂与水混合得到。本发明对所述混合溶液与阴离子表面活性剂溶液混合的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的混合的技术方案即可。在本发明中，所述冷却的终止温度优选为室温。本发明对所述冷却的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的冷却的技术方案即可。在本发明中，所述冷却后的溶液与金属磷酸盐溶液混合优选为：在搅拌条件下，将所述金属磷酸盐溶液缓慢加入冷却后的溶液中。在本发明中，所述搅拌的速率优选为50～500rpm，更优选为100～400rpm，最优选为200～300rpm。在本发明中，所述金属磷酸盐溶液的加入速率优选为10～20滴/min，更优选为14～16滴/min。在本发明中，所述缓慢加入能够避免发泡和固化速率过快，从而导致材料泡孔不均匀，力学性能降低。在本发明中，所述发泡固化的温度优选为50～100℃，更优选为60～90℃，最优选为70～80℃。本发明对所述发泡固化的装置没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的发泡固化装置即可。在本发明中，所述发泡固化优选在模具中进行；所述模具优选置于热风循环装置中。在本发明中，所述发泡固化过程中，磷酸与碳酸盐类发泡剂反应生成二氧化碳，形成泡孔结构。发泡固化完成后，本发明优选将所述发泡固化的产物进行干燥，得到墙体保温材料。本发明对所述干燥的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的干燥的技术方案即可。在本发明中，所述干燥的温度优选为50～100℃，更优选为60～80℃；所述干燥的时间优选为60～80h，更优选为70～75h。为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的墙体保温材料及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。实施例1:原料来源：聚氯乙烯树脂(新疆石河子天业集团sg-5，平均聚合度：1000)。金属氢氧化物：氢氧化铝(天津富宇精细化工有限公司，分析纯)。碳酸盐：碳酸钙(天津富宇精细化工有限公司，分析纯)。无机酸：磷酸(成都市科龙化工试剂厂，分析纯)。阴离子表面活性剂：十二烷基硫酸钠(成都市科龙化工试剂厂，分析纯)。有机溶剂：四氢呋喃(国药集团化学试剂有限公司，分析纯)。原料组成(质量份)：有机组成134份：pvc100份，dop30份，二甲基氧化锡3份，液体石蜡1份；碳酸钙45份；氢氧化铝5份；磷酸(85wt％)40份；十二烷基硫酸钠2.4份；蒸馏水23份；四氢呋喃50份。复合发泡材料的制备：本实施例中搅拌的速率均为300rpm。金属磷酸盐配置过程如下：将85wt％的磷酸与水配成60wt％的磷酸溶液共52份，然后向磷酸溶液中边搅拌边加入氢氧化铝，将反应装置放置在80℃的水浴中边搅拌边快速反应30min，直到溶液变澄清时将反应停止，此时磷酸溶液中氢氧化物反应完全，生成磷酸铝溶液。将十二烷基硫酸钠与剩余水配成摩尔浓度为0.438mol/l的表面活性剂溶液共26份。将碳酸钙和有机组成放入三口圆底烧瓶中，搅拌均匀，然后加入四氢呋喃，50℃油浴中回流搅拌30min，并加入表面活性剂溶液，降温至室温，搅拌下缓慢加入金属磷酸盐溶液，搅拌1min，倒入模具中室温发泡直至泡体不再长大，然后在70℃干燥72h，得到墙体保温材料。实施例2:采用实施例1中相同的原料和制备方法。原料组成中dop替换为40份。实施例3:采用实施例2中相同的原料和制备方法。原料组成中四氢呋喃替换为70份。实施例4:采用实施例2中相同的原料和制备方法。原料组成中磷酸(85wt％)替换为60份，其中磷酸溶液浓度为69wt％，共76份。实施例5:采用实施例2中相同的原料和制备方法。原料组成中碳酸钙替换为60份。实施例6:采用实施例5中相同的原料和制备方法。原料组成中蒸馏水替换为13份，其中磷酸溶液浓度为85wt％，共40份；阴离子表面活性剂浓度0.831mol/l，共16份。按照下述方法分别测定实施例1～6制备的墙体保温材料的表观密度、压缩性能、极限氧指数值、邵氏硬度进行测试，得到结果如表1所示。表观密度根据国家标准gb/t6343-2009提供的测量方法以及公式计算发泡材料的表观密度(g/cm3)：公式中：m为发泡体样品质量，g；v为发泡体样品的测量体积，cm3。压缩性能按国标gb/8813-2008标准进行测试。采用instron-3300·型万能材料试验机进行性能测试。将复合发泡材料制成标准尺寸长宽高依次为20mm、20mm、10mm的样品，记录万能实验机测量复合发泡材料高度受到相对压缩15％形变量时最大压力值。极限氧指数值按国标gb/t2406-93进行测试。将复合发泡材料制成标准尺寸长宽高依次为100mm、10mm、10mm的样品，采用ea04型临界氧指数仪进行极限氧指数值的测定。邵氏硬度按国标gb/t8810-2005进行测试。将复合发泡材料制成标准尺寸长宽高依次为20mm、20mm、10mm的样品，采用邵氏a型硬度计进行硬度测试。表1实施例1～6墙体保温材料性能实施例123456表观密度(g/cm3)0.240.220.220.320.240.29压缩强度(kpa)11410510279240998极限氧指数值(％)37.538.433.237.840.839.8邵氏硬度(ha)36.440.837.245.645.883实施例2比实施例5碳酸钙含量少，从表1可见实施例5的压缩强度、极限氧指数值等较高，由该结果可知增加碳酸钙含量可以提高材料力学性能和阻燃性。实施例1比实施例2有机组成中增塑剂含量少，从表1可见实施例2的表观密度较低、极限氧指数值较高，由该结果可知增加有机组成中增塑剂含量可以提高树脂增韧作用，使力学性能增加。实施例2比实施例3四氢呋喃含量少，从表1可见实施例2的压缩强度、极限氧指数值均较高、且表观密度变化不大，由该结果可知减少溶剂四氢呋喃的量可以提高复合材料力学性能和阻燃性。实施例2比实施例4磷酸含量少，从表1可见实施例2的压缩强度较高、表观密度较低、极限氧指数值较高，由该结果可知减少磷酸含量可以提高复合材料力学性能和阻燃性。实施例6比实施例5磷酸溶液的质量分数高，从表1可见实施例6的压缩强度高、表观密度低、极限氧指数值较高，由该结果可知增加磷酸质量分数可以提高复合材料力学性能、阻燃性、硬度，此条件下发泡材料的性能最优异。按照如下方法测试实施例6中制备的墙体保温材料的导热系数，吸水率和建筑材料不燃性，结果如表2所示。拉伸性能按国标gb/t9641-88进行测试。将复合发泡材料制成长宽高依次为100mm、10mm、10mm的样品，采用instron-3300·型万能材料试验机进行性能测试。记录万能实验机测量复合发泡材料断裂时拉力值。导热系数按国标gb/t10294-2008进行测试将复合发泡材料制成长宽高依次为50mm、50mm、10mm的样品，采用稳态平衡法在25℃条件下对发泡材料导热系数进行测试。吸水率按国标gb/t8810-2005进行测试。严格按照测试环境要求条件将复合发泡材料制成标准尺寸长宽高依次为50mm、50mm、10mm的样品测试样品吸水率。将制备好的样品放入已经静置48h的蒸馏水中96h，然后记录样品测试前后的质量，进行相应计算，吸水率计算方法如公式所示：w：吸水率；m1：浸泡前试样的质量(g)；m2：浸泡后试样的质量(g)；燃烧等级测试按照国标gb/t5464-2010和gb/t14402建筑材料不燃性试验进行测试。表2实施例6墙体保温材料性能通过表2的可以得知，稳态平板热流计法对制得的pvc/金属磷酸盐复合墙体保温材料进行导热系数的测试，导热系数为0.06877w/m·k，低于磷酸盐保温墙体材料(0.10w/m·k～0.15w/m·k)。通过表2可以得知，采用建筑材料不燃性试验方法对墙体保温材料阻燃性能进行研究发现材料的炉内温升、质量损失率均满足建筑材料a1标准。由以上实施例可以看出，本发明提供的墙体保温材料具有质量低、保温、力学性能优异、阻燃性能好等优点。以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页12