用于制备多孔复合材料的组合物、制备多孔复合材料的方法、多孔复合材料及其应用与流程

1.本发明涉及建筑隔音、保温材料领域，具体地，涉及用于制备多孔复合材料的组合物、制备多孔复合材料的方法、多孔复合材料及其应用。


背景技术：

2.目前，绿色节能建筑已成为一种主流趋势。建筑全过程能耗中，运行阶段的能耗占整体能耗的46.6％，其中，经由外墙的能量损失占比为35％，经由屋顶的能量损失占比为25％，经由门窗的能量损失占比为25％，经由楼板的能量损失占比为15％，故外墙和屋顶常使用保温材料减少能量损失，并使用节能门窗减少门窗能量损失。
3.建筑外墙保温行业中，分为无机保温材料和有机保温材料。常用的无机保温材料包括玻璃棉、岩棉、膨胀珍珠岩、发泡混凝土、保温砂浆等，其具有高阻燃(能达到a级阻燃)的优点，但其存在高能耗、吸水率大、容重高、导热系数偏高等缺点。常用的有机保温材料包括聚氨酯泡沫、聚苯板、酚醛泡沫等，其具有重量轻、可加工性好、导热系数低，但其存在不耐老化、变形系数大、稳定性差、易燃烧(阻燃最高只能达到b1级标准)等缺点，且难以循环利用。
4.cn106565167a公开了一种聚氨酯与发泡水泥微观复合的保温材料，其特征在于，具体包含有：水泥80-100份，粉煤灰0-20份，双氧水2-6份，pp短切纤维0.2-1.0份，稳泡剂0.3-2.0份，甲酸钙1-2份，水45-55份，异氰酸酯5-25份，聚醚多元醇5-15份，聚硅氧烷聚醚0.1-0.4份，催化剂0.005-0.3份。该现有技术是将聚氨酯泡沫填充穿插进入到发泡水泥中，无机材料与有机材料共存，提高了材料的保温性能。但因其有机材料组份的存在，导致其阻燃性能与浸入的聚氨酯泡沫材料量有关，且聚氨酯泡沫材料无法全部浸透发泡水泥所有泡孔，使其保温性能大打折扣。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种兼具优异阻燃性能与良好隔热性能的建筑材料。
6.为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种用于制备三维网状多孔复合材料的组合物，该组合物中含有以下组分：有机泡沫材料和无机砂浆材料；
7.所述无机砂浆材料中含有：无机凝胶材料、骨料、减水剂、早强剂、消泡剂、触变剂、保水剂、水；
8.所述无机凝胶材料为水硬性无机凝胶材料和气硬性无机凝胶材料的组合，且所述水硬性无机凝胶材料和所述气硬性无机凝胶材料的含量重量比为4-9：1；
9.相对于100重量份的所述有机泡沫材料，所述无机砂浆材料的含量为200-600重量份；
10.以所述无机砂浆材料的总重量为基准，所述无机凝胶材料的含量为35-60wt％，所
1wt％，所述消泡剂的含量为0.1-0.5wt％，所述触变剂的含量为0-5wt％，所述保水剂的含量为0.1-0.5wt％，所述水的含量为10-50wt％。
26.优选地，所述有机泡沫材料的密度为8-50kg/m3，平均孔径为0.1-0.4mm，开孔率为90-100％，导热系数为0.02-0.03w/(m
·
k)。本发明的发明人发现，该优选情况下获得的复合材料具有更好的稳定性(14d抗压强度)。
27.优选地，所述有机泡沫材料选自聚氨酯泡沫、三聚氰胺甲醛树脂泡沫中的至少一种。
28.优选地，所述水硬性无机凝胶材料的平均粒径为3-32μm。
29.优选情况下，所述水硬性无机凝胶材料选自硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟氯酸盐水泥、磷酸盐水泥中的至少一种。
30.优选地，所述气硬性无机凝胶材料的平均粒径为5-45μm。本发明的发明人发现，该优选情况下获得的复合材料具有更小的容重(绝对干密度)、更好的隔声性能。
31.优选情况下，所述气硬性无机凝胶材料选自石灰、氧化镁、石膏、水玻璃中的至少一种。
32.优选地，所述骨料选自石英砂、钙砂、砾石中的至少一种。
33.优选地，所述减水剂选自亚甲基二甲基二萘磺酸钠聚合物、脂肪族羟基磺酸盐、聚羧酸盐中的至少一种。
34.优选地，所述早强剂选自硫酸盐类、氯化物类、有机物类中的至少一种。
35.优选情况下，所述消泡剂选自有机硅类消泡剂、聚醚类消泡剂、矿物油类消泡剂中的至少一种。
36.优选地，所述触变剂选自超细微珠集料中的至少一种。
37.需要说明的是，本发明中的超细微珠集料是指粒径在1-3μm的球状超细微粒。示例性地，所述超细微珠集料可以为火电站排放烟雾中收集的超细微粒，如粉煤灰、硅灰、高炉矿渣等。
38.优选地，所述保水剂选自纤维素醚、淀粉醚中的至少一种。
39.如前所述，本发明的第二方面中提供了一种制备三维网状多孔复合材料的方法，该方法应用前述第一方面中所述的组合物进行，包括：
40.(1)将无机凝胶材料、骨料、减水剂、早强剂、消泡剂、触变剂、保水剂进行第一混合，得到混合物i；
41.(2)将所述混合物i与水进行第二混合，得到无机砂浆材料；
42.(3)将有机泡沫材料与所述无机砂浆材料接触后依次进行养护和加热处理，得到所述三维网状多孔复合材料。
43.根据一种优选的实施方式，在步骤(1)中，所述第一混合的条件包括：在搅拌条件下进行，且搅拌的转速为30-60rpm，温度为5-40℃，时间为3-6min。
44.根据另一种优选的实施方式，在步骤(2)中，所述第二混合的条件包括：在搅拌条件下进行，且搅拌的转速为30-90rpm，温度为5-40℃，时间为1-3min。
45.根据一种特别优选的实施方式，在步骤(3)中，所述接触的条件包括：真空度为-50kpa至-75kpa，温度为5-40℃，时间为3-5min。本发明的发明人发现，该优选情况下获得的复合材料具有更好的隔热保温性能、隔声性能以及稳定性等。
46.优选地，在步骤(3)中，所述养护的条件包括：温度为5-40℃，相对湿度为50-55％，时间为10-18d。
47.根据另一种特别优选的实施方式，在步骤(3)中，所述加热处理的条件包括：温度为400-800℃，时间为10-20min。本发明的发明人发现，该优选情况下获得的复合材料具有更好的阻燃性能。
48.如前所述，本发明的第三方面提供了一种由前述第一方面中所述的方法制备得到的三维网状多孔复合材料。
49.如前所述，本发明的第四方面提供了前述第三方面中所述的三维网状多孔复合材料在建筑材料中的应用。
50.以下将通过实例对本发明进行详细描述。
51.以下实例中，在没有特别说明的情况下，所采用的原料均为市售品。
52.本发明中，在没有特别说明的情况下，所述室温表示25
±
2℃。
53.本发明中，实例中无机砂浆材料的总用量均为1kg。
54.有机泡沫材料：
55.泡沫材料i：聚氨酯泡沫，密度为25kg/m3，平均孔径为0.2mm，开孔率为95％，导热系数为0.025w/(m
·
k)，购自上海井上维他高分子制品有限公司。
56.泡沫材料ii：聚氨酯泡沫，密度为50kg/m3，平均孔径为0.35mm，开孔率为92％，导热系数为0.028w/(m
·
k)，购自上海井上维他高分子制品有限公司。
57.泡沫材料iii：三聚氰胺甲醛树脂泡沫，密度为8kg/m3，平均孔径为0.15mm，开孔率为97％，导热系数为0.03w/(m
·
k)，购自成都玉龙化工有限公司。
58.泡沫材料iv：三聚氰胺甲醛树脂泡沫，密度为6kg/m3，平均孔径为0.16mm，开孔率为98％，导热系数为0.029w/(m
·
k)，购自成都玉龙化工有限公司。
59.无机凝胶材料：
60.水硬性无机凝胶材料：
61.凝胶材料s1：42.5硅酸盐水泥，平均粒径为20μm，购自海螺水泥公司。
62.凝胶材料s2：52.5硅酸盐水泥，平均粒径为15μm，购自中材水泥公司。
63.凝胶材料s3：快硬硫铝酸盐水泥，平均粒径为20μm，购自三湘特种水泥公司。
64.气硬性无机凝胶材料：
65.凝胶材料q1：消石灰粉，平均粒径为35μm，购自登峰精细化工公司。
66.凝胶材料q2：氧化镁i，平均粒径为10μm，购自神岛化学工业株式会社。
67.凝胶材料q3：氧化镁ii，平均粒径为70μm，购自无锡泽辉化工公司。
68.减水剂：
69.减水剂i：聚羧酸盐，牌号540p，购自西卡公司。
70.减水剂ii：亚甲基二甲基二萘磺酸钠聚合物，牌号fdn-05，购自浙江龙盛公司。
71.减水剂iii：聚羧酸盐，牌号pc400，购自上海英杉新材料公司。
72.早强剂：
73.早强剂i：氯化物类，氯化钙，购自广州东歌化工公司。
74.早强剂ii：有机物类，甲酸钙，购自广州建涂堡公司。
75.早强剂iii：硫酸盐类，牌号ac-01，购自上海英杉新材料公司。
76.消泡剂：
77.消泡剂i：有机硅类，牌号sitren av 370，购自赢创公司。
78.消泡剂ii：聚醚类，牌号df-04，购自上海英杉新材料公司。
79.消泡剂iii：矿物油类，牌号p803，购自德国明凌公司。
80.触变剂：
81.触变剂i：超细微珠粉煤灰，购自福建大唐宁德火电站。
82.触变剂ii：硅灰，购自上海神运铁合金公司。
83.触变剂iii：粒化高炉矿渣，购自山东鲁碧建材公司。
84.保水剂：
85.保水剂i：纤维素醚，牌号pmk20z，购自惠广公司。
86.保水剂ii：纤维素醚，牌号hemc4w，购自天盛公司。
87.保水剂iii：淀粉醚，牌号t500，购自凯聚公司。
88.水：去离子水。
89.实施例1
90.本实施例用于说明本发明所述的用于制备三维网状多孔复合材料的组合物按照表1中的配方和工艺参数，并按如下所述的方法制备三维网状多孔复合材料。
91.所述三维网状多孔复合材料的制备方法包括以下步骤：
92.(1)室温下，将无机凝胶材料、骨料、减水剂、早强剂、消泡剂、触变剂、保水剂在搅拌机中进行第一混合，得到混合物i；
93.所述第一混合的条件为：以30rpm的转速搅拌6min；
94.(2)室温下，将所述混合物i与水进行第二混合，得到无机砂浆材料；
95.所述第二混合的条件为：以80rpm的转速搅拌3min；
96.(3)将有机泡沫材料与所述无机砂浆材料接触后依次进行养护和加热处理，冷却至室温，得到所述三维网状多孔复合材料c1；
97.所述接触的条件为：真空度为-50kpa，温度为室温，时间为4min；
98.所述养护的条件为：温度为23℃，相对湿度为50％，时间为14d；
99.所述加热处理的条件为：温度为450℃，时间为15min。
100.实施例2-3
101.实施例2-3采用与实施例1相同的流程进行，不同的是，所采用的用于制备三维网状多孔复合材料的组合物配方和工艺参数不同，具体参见表1中。
102.分别制备得到三维网状多孔复合材料c2和c3。
103.实施例4
104.本实施例采用与实施例3相似的配方和方法制备三维网状多孔复合材料，所不同的是：将泡沫材料iii等重量替换为泡沫材料iv，其余条件均与实施例3相同，制备得到三维网状多孔复合材料c4，具体参见表1。
105.实施例5
106.本实施例采用与实施例2相似的配方和方法制备三维网状多孔复合材料，所不同的是：将凝胶材料q2等重量替换为凝胶材料q3，其余条件均与实施例2相同，制备得到三维网状多孔复合材料c5，具体参见表1。
107.实施例6
108.本实施例采用与实施例1相似的配方和方法制备三维网状多孔复合材料，所不同的是：步骤(3)中接触的条件为：真空度为-10kpa，其余条件均与实施例1相同，制备得到三维网状多孔复合材料c6，具体参见表1。
109.实施例7
110.本实施例采用与实施例1相似的配方和方法制备三维网状多孔复合材料，所不同的是：步骤(3)中加热处理的条件为：温度为200℃，时间为15min，其余条件均与实施例1相同，制备得到三维网状多孔复合材料c7，具体参见表1。
111.对比例1
112.本对比例采用与实施例1相似的配方和方法制备三维网状多孔复合材料，所不同的是：采用凝胶材料s1等重量替换凝胶材料q1，也即不使用气硬性无机凝胶材料，仅使用水硬性无机凝胶材料，其余条件均与实施例1相同，制备得到三维网状多孔复合材料dc1，具体参见表1。
113.对比例2
114.本对比例采用与实施例1相似的配方和方法制备三维网状多孔复合材料，所不同的是：采用凝胶材料q1等重量替换凝胶材料s1，也即不使用水硬性无机凝胶材料，仅使用气硬性无机凝胶材料，其余条件均与实施例1相同，制备得到三维网状多孔复合材料dc2，具体参见表1。
115.对比例3
116.本对比例采用与实施例1相似的配方和方法制备三维网状多孔复合材料，所不同的是：凝胶材料s1的用量为48wt％，凝胶材料q1的用量为2wt％，也即水硬性无机凝胶材料与气硬性无机凝胶材料的用量重量比为24：1，其余条件均与实施例1相同，制备得到三维网状多孔复合材料dc3，具体参见表1。
117.对比例4
118.本对比例采用与实施例1相似的配方和方法制备三维网状多孔复合材料，所不同的是：凝胶材料s1的用量为63wt％，凝胶材料q1的用量为7wt％，水的用量为27.5wt％，其余条件均与实施例1相同，制备得到三维网状多孔复合材料dc4，具体参见表1。
119.对比例5
120.本对比例采用与实施例1相似的配方和方法制备三维网状多孔复合材料，所不同的是：早强剂i的用量为2wt％，水的用量为46.5wt％，其余条件均与实施例1相同，制备得到三维网状多孔复合材料dc5，具体参见表1。
121.对比例6
122.本对比例采用与实施例1相似的配方和方法制备三维网状多孔复合材料，所不同的是：保水剂i的用量为0.7wt％，水的用量为47wt％，其余条件均与实施例1相同，制备得到三维网状多孔复合材料dc6，具体参见表1。
123.对比例7
124.本对比例采用与实施例1相似的配方和方法制备三维网状多孔复合材料，所不同的是：泡沫材料i与无机砂浆的用量为1：7，也即相对于100重量份的所述有机泡沫材料，所述无机砂浆材料的用量为700重量份，其余条件均与实施例1相同，制备得到三维网状多孔
复合材料dc6，具体参见表1。
125.测试例
126.将实施例和对比例中的获得的三维网状多孔复合材料进行性能测试，具体如下，测试结果见表2。
127.1、绝对干密度：参照gb/t 6343-2009《泡沫塑料及橡胶表观密度的测定》中的方法进行测试。
128.2、导热系数：参照gb/t 10295-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定热流计法》中的方法进行测试。
129.3、吸声系数(500hz)：参照en iso 11654-1997《声学.吸声器.吸声系数的额定值》中的方法进行测试。
130.4、阻燃等级：参照gb 8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》中的方法进行测试。
131.5、14d抗压强度：参照gb/t 5486-2008《无机硬质绝热制品试验方法》中的方法进行测试。
132.表1
133.[0134][0135]
续表1
[0136]
[0137][0138]
表2
[0139][0140][0141]
通过表2的结果可以看出，采用本发明提供的组合物制备得到的三维网状多孔复合材料具有三维网状微观结构，稳定可控，容重小，导热系数低、隔热和隔声性能好，能够满足建筑节能材料a级阻燃等级标准。
[0142]
图1是本发明提供的泡沫材料i的微观示意图。从图1中可以看出，泡沫材料具有均匀的三维多面体开孔结构。
[0143]
本发明提供的三维网状多孔复合材料c1、三维网状多孔复合材料c2、三维网状多孔复合材料c3、三维网状多孔复合材料c4、三维网状多孔复合材料c5、三维网状多孔复合材料c6、三维网状多孔复合材料c7的微观示意图类似，示例性地，本发明提供三维网状多孔复合材料c1的微观示意图。图2是本发明提供的三维网状多孔复合材料c1的微观示意图。
[0144]
从图2中可以看出，本发明的提供的三维网状多孔复合材料基本保持了泡沫材料的微观网状结构，具有孔径均匀、稳定可控等优点。
[0145]
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。