一种日光反射型双核节能复合轻质陶瓷砖及其制备方法与流程

本发明属于建筑材料，具体涉及一种日光反射型双核节能复合轻质陶瓷砖及其制备方法。

背景技术：

1、建筑节能是指在建筑设计、施工和使用过程中，采用各种技术措施，降低建筑物的能耗，提高建筑物的能源利用效率，减少对环境的污染和影响。建筑节能的主要内容包括建筑物的热工性能、建筑物的照明和通风、建筑物的供暖和空调、建筑物的热水供应和太阳能利用等。

2、建筑节能的重要途径之一是提高建筑物的保温性能，即降低建筑物的热损失，减少建筑物的供暖和制冷的能耗。建筑物的保温性能主要取决于建筑材料的导热系数和厚度，以及建筑物的结构形式和细部处理。因此，开发和使用具有低导热系数和高效保温功能的建筑材料，是提高建筑物保温性能的有效方法。

3、目前，市场上常用的建筑保温材料主要有保温砂浆、岩棉、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫等。这些材料的导热系数一般在0.03～0.06w/m·k之间，具有一定的保温效果，但也存在一些不足之处，具体如下：

4、保温砂浆：保温砂浆是一种由水泥、砂、保温填料和添加剂等混合而成的干混砂浆，具有施工方便、适应性强、成本低等优点，但也有保温性能较低、容易开裂、强度不高、耐久性差等缺点。

5、岩棉：岩棉是一种由熔融岩石纤维化而成的无机纤维材料，具有导热系数低、隔音性能好、防火性能优等优点，但也有吸水性大、易潮湿、易腐蚀、易产生粉尘等缺点。

6、玻璃棉：玻璃棉是一种由熔融玻璃纤维化而成的无机纤维材料，具有导热系数低、隔音性能好、防火性能优等优点，但也有吸水性大、易潮湿、易腐蚀、易产生粉尘等缺点。

7、聚苯乙烯泡沫：聚苯乙烯泡沫是一种由聚苯乙烯树脂经发泡剂发泡而成的有机泡沫材料，具有导热系数低、质轻、强度高等优点，但也有易燃、易老化、易收缩、易污染等缺点。

8、聚氨酯泡沫：聚氨酯泡沫是一种由聚异氰酸酯和多元醇等原料经发泡剂发泡而成的有机泡沫材料，具有导热系数低、质轻、强度高等优点，但也有易燃、易老化、易收缩、易污染等缺点。

9、除了上述的保温材料外，还有一些新型的保温材料正在研发和应用中，如气凝胶、真空保温板、相变材料等。这些材料的导热系数一般在0.01w/m·k以下，具有保温性能高、质轻、节能效果好等优点，但也有成本高、施工难、稳定性差等缺点。

10、同时，建筑外墙的节能和保温是建筑节能的重要内容之一，也是建筑美观和舒适的重要因素之一。传统的建筑外墙材料，如水泥、砖瓦、石材等，通常具有较高的吸热量和较低的保温性能，导致建筑外墙的表面温度和内部温差较大，不仅影响建筑的节能效率，也影响建筑的使用寿命和美观度。

11、因此，现有的建筑保温材料在保温性能、美观度和节能方面仍有待提高，亟需开发一种既能满足建筑物的保温需求，又能提高建筑物的美观度和节能效果的建筑外墙保温材料。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种日光反射型双核节能复合轻质陶瓷砖及其制备方法，所述复合轻质陶瓷砖能够有效地降低建筑外墙的吸热量和热损失，提高建筑的节能和保温性能，同时具有轻质化和高强度的特点，适用于各种建筑外墙的装饰和保护。

2、为解决上述技术问题，本发明的第一方面提供了一种复合轻质陶瓷砖，包括轻质陶瓷砖基体，所述轻质陶瓷砖基体的上表面设有日光反射釉层；所述轻质陶瓷砖基体的下表面由内到外设有第一气凝胶涂层和第二气凝胶涂层，且所述第一气凝胶涂层和第二气凝胶涂层之间形成三维网状空气隔热结构。

3、具体地，本发明的轻质陶瓷砖基体的上下表面分别设有日光反射釉层和双层气凝胶涂层，一方面，上表面的日光反射釉层能够有效地反射可见光和红外光，减少砖体的表面温度和内部温差，延长砖体的使用寿命，同时提高建筑的美观度和个性化程度；另一方面下表面的双层气凝胶涂层，具有低导热系数和高效保温功能；且双层气凝胶涂层之间形成三维网状空气隔热结构，能够阻隔热量的传递，避免冷热桥效应，提高砖体的保温性能，从而有效地降低建筑外墙的热损失，节约能源。此外，轻质陶瓷砖基体具有轻质化的特点，可降低建筑的荷载，提高建筑的安全性。

4、作为上述方案的进一步改进，所述日光反射釉层由日光反射釉烧制而成，所述日光反射釉的制备原料包括日光反射氧化物和热致变色材料，所述热致变色材料包括钒氧化物。

5、具体地，热致变色材料是一种能够随着温度的变化而改变颜色的材料，其变色原理是利用了材料的相变或化学反应导致的电子结构或晶格结构的变化，从而影响了光的吸收或散射。例如，钒氧化物，它在低温时呈现黄色，随着温度升高，颜色逐渐变为橙色、红色、紫色、蓝色，最后变为黑色。这是因为钒氧化物在不同温度下会发生不同的氧化还原反应，导致钒的氧化态和价态的变化，从而改变了它对光的反射率。因此，本发明通过在日光反射釉中添加热致变色材料钒氧化物，使得砖体的反射率能够随着温度的变化而变化。当日照强烈，砖体表面温度升高时，热致变色材料的颜色会变深，反射率会降低，从而减少砖体的吸热量，降低砖体的内部温差，延长砖体的使用寿命；当日照弱，砖体表面温度降低时，热致变色材料的颜色会变浅，反射率会升高，从而增加砖体的反射光，提高建筑的美观度和个性化程度。同时，本发明的复合轻质陶瓷砖具有智能调节功能，能够适应不同的日照条件和季节，调节砖体的反射率，实现砖体的智能调节功能，提高建筑的节能和舒适性。

6、优选的，所述日光反射氧化物和所述热致变色材料的质量比为(5-25)：1。

7、优选的，所述日光反射氧化物包括氧化锡、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化硅、氧化钛、氧化铁中的至少一种。

8、作为上述方案的进一步改进，所述日光反射釉的原料组分，按重量份计包括：氧化锡40-60份，氧化铝10-20份，氧化钙5-15份，氧化镁5-15份，氧化硅5-15份，氧化钛2-10份，氧化铁0.1-1份，钒氧化物5-15份。

9、具体地，氧化锡、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化硅、氧化钛和氧化铁均具有较高的反射率，能够有效地反射可见光和红外光，减少砖体的表面温度和内部温差；而且不同的氧化物的反射率随着波长的变化而不同，如氧化铝和氧化锌的反射率在可见光和近红外区域较高，而氧化镁和氧化钛的反射率在中红外和远红外区域较高。因此，本发明通过选择具有不同反射率波长的氧化物作为日光反射材料，并合理优化各原料的配比关系，使得各种氧化物的反射特性互补，形成宽波段的高反射区域，从而提高砖体的反射率，降低砖体的吸热量。

10、作为上述方案的进一步改进，所述第一气凝胶涂层由第一气凝胶涂料经干燥固化而成，所述第一气凝胶涂料的原料组分，按重量份计包括：气凝胶粉末5-15份、粘合剂1-3份和稀释剂6-10份。

11、具体地，本发明制备的气凝胶涂料可通过涂覆的方式与轻质陶瓷砖基体结合，并与日光反向釉层形成双核节能系统，从而有效地提高陶瓷砖的保温性能和节能效果。相比于常规的气凝胶复合材料，如气凝胶板或气凝胶毡，气凝胶涂料具有更好的附着性和更高的利用率。

12、作为上述方案的进一步改进，所述第二气凝胶涂层由第二气凝胶涂料经干燥固化而成，所述第二气凝胶涂料的原料组分与所述第一气凝胶涂层的原料组分相同。

13、优选的，所述粘合剂为聚乙烯醇。

14、优选的，所述稀释剂为水。

15、作为上述方案的进一步改进，所述气凝胶粉末的原料组分，按重量份计包括：硅酸钠5-15份，硅酸铝3-8份，甲醛1-3份和硫酸0.5-1.5份。

16、具体地，本发明的气凝胶粉末以硅酸钠和硅酸铝为主要制备原料，在硅酸钠和硅酸铝的共同作用下，形成具有高强度和低密度的三维网络结构；相比于单一的硅气凝胶，本发明的气凝胶具有更好的机械性能和更低的热导率。

17、优选的，所述气凝胶粉末采用溶胶-凝胶法制备，制备过程包括：将硅酸钠、硅酸铝、甲醛和硫酸按质量比混合，在中性条件下制成溶胶；然后将制得的溶胶进行凝胶化，经干燥，得所述气凝胶粉末。

18、具体地，本发明采用溶胶-凝胶法制备气凝胶粉末，无需使用有机溶剂或催化剂，降低了制备成本和环境污染。相比于常规的气凝胶制备方法，如超临界干燥法或冷冻干燥法，溶胶-凝胶法的制备过程更简便，节能和环保。

19、优选的，所述气凝胶粉末的平均粒径为5-15μm。

20、作为上述方案的进一步改进，所述第一气凝胶涂层和所述第二气凝胶涂层的厚度均为1-4mm。通过控制气凝胶涂层的厚度，能够在保证轻质化的同时，达到最佳的保温效果。

21、优选的，所述第一气凝胶涂层的厚度为1-2mm。

22、优选的，所述第二气凝胶涂层的厚度为2-4mm。

23、作为上述方案的进一步改进，所述轻质陶瓷砖基体的厚度为8-10mm。通过控制轻质陶瓷砖基体的厚度，能够在保证砖体强度的同时，减少材料的消耗。

24、优选的，所述轻质陶瓷砖体的体积密度为0.8-1.2g/cm3。

25、优选的，所述轻质陶瓷砖体的原料组分，按重量份计包括高岭土50-70份，石英10-30份，长石5-15份，钙质粘土5-15份。

26、本发明的第二方面提供了上述复合轻质陶瓷砖的制备方法，包括以下步骤：

27、(1)将制备轻质陶瓷砖基体的原料混合，制成粉料，经压制成型，得轻质陶瓷砖坯体；然后在所述轻质陶瓷砖坯体的上表面施日光反射釉，经烧成，得含有日光反射釉层的轻质陶瓷砖基体；

28、(2)在步骤(1)制得的轻质陶瓷砖基体的下表面先涂覆第一气凝胶涂料，干燥固化，形成第一气凝胶涂层；然后在所述第一气凝胶涂层的下表面涂覆第二气凝胶涂料，干燥固化，形成第二气凝胶涂层，得所述复合轻质陶瓷砖。

29、优选的，步骤(1)中，所述烧成的温度为1000-1100℃，所述烧成的时间为30min。

30、优选的，步骤(2)中，所述干燥固化的温度为50-70℃，所述干燥固化的时间为1-3小时。

31、本发明的第三方面提供了上述复合轻质陶瓷砖在建筑外墙中的应用。

32、本发明的上述技术方案相对于现有技术，至少具有如下技术效果或优点：

33、(1)本发明的复合陶瓷轻质砖包括轻质陶瓷砖基体，通过在轻质陶瓷砖基体的上下表面分别施日光反射釉和涂覆双层气凝胶涂料，形成双核节能系统。一方面利用日光反射釉层反射可见光和红外光，减少砖体的表面温度和内部温差，延长砖体的使用寿命，同时提高建筑的美观度和个性化程度；另一方面利用下表面的双层气凝胶涂层及涂层间形成的空气隔热层，降低砖体的导热体系，阻隔热量的传递，避免冷热桥效应，提高砖体的保温性能，从而有效地降低建筑外墙的热损失，节约能源。

34、(2)本发明制备的复合陶瓷轻质陶瓷砖具有高日光反射率、低热损失，保温性能优异，且产品可同时兼具轻质化和高强度。