一种玻璃棉的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于保温材料领域，涉及一种玻璃棉的制备方法，更具体而言，本发明涉及一种导热系数低的玻璃棉的制备方法。
【背景技术】
[0002]玻璃棉属于玻璃纤维中的一个类别，是一种人造无机纤维。玻璃棉是将熔融玻璃纤维化，形成棉状的材料，化学成分属玻璃类，是一种无机质纤维。具有成型性好、体积密度小、热导率祗、保温绝热、吸音性能好、耐腐蚀、化学性能稳定。
[0003]目前市场上的玻璃棉分白色的无甲醛玻璃棉和黄色的酚醛树脂玻璃棉两种。白色的无甲醛玻璃棉主要采用废玻璃为原料，通过融化、离心，喷吹成棉，然后用无甲醛的丙烯酸树脂为粘结剂，做成玻璃棉板。市场上其他的玻璃棉采用的粘结剂为酚醛树脂颜色为黄色，为含甲醛不环保的玻璃棉制品。
[0004]据国务院发布的国家建筑节能专项计划:“i 五”期间，我国执行的建筑节能标准主要为50%节能标准，“十一五”期末逐步提高到65%节能标准的水平。“十二五”期间提出了新的规划要求:到2015年，城镇新建建筑执行不低于65%的建筑节能标准，城镇新建建筑95%达到建筑节能强制性标准的要求。鼓励北京、天津、上海、重庆四个直辖市和有条件的地区率先实施节能75%的标准。
[0005]节能标准的提高导致市场上现有的厚度为2cm的玻璃棉已无法满足要求；而多数玻璃棉企业采用了增加玻璃棉厚度牺牲建筑有效体积的办法，这势必会对生产和安装系统进行大幅度调整，消耗大量的人力，物力，财力同时也与国家建筑节能的长期规划发展相悖，不利于社会的可持续发展。另外对于空间狭小、管道复杂的部位的保温目前还没有合适的材料。因此，对于导热系数低的玻璃棉仍存在需求。
【发明内容】
[0006]针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种新的玻璃棉的制备方法，该方法制备的玻璃棉具有低导热系数。
[0007]本发明提供的玻璃棉的制备方法，其包括以下步骤:
[0008](I)将纳米粒子与玻璃纤维混合、搅拌或者在玻璃纤维的表面喷涂含有纳米粒子的溶液，使得纳米粒子附着在玻璃纤维的表面上，得到纳米粒子和玻璃纤维的复合物；
[0009](2)向上述制备得到的纳米粒子和玻璃纤维的复合物喷涂含有粘结剂的溶液；
[0010](3)将上述得到的产物压制成型，然后加热固化。
[0011]优选地，所述纳米粒子的平均粒径可以为大于O?约lOOnm。例如，可以为约lnm、约 3nm、约 5nm、约 10nm、约 20nm、约 30nm、约 40nm、约 50nm、约 60nm、约 70nm、约 80nm、约 90nm或约10nnu
[0012]更优选地，所述纳米粒子的平均粒径可以为大于O?约60mru例如，可以为约lnm、约 3nm、约 5nm、约 10nm、约 20nm、约 30nm、约 40nm、约 50nm 或约 60nm。
[0013]进一步优选地，所述纳米粒子的平均粒径可以为约1nm?约20nm。例如，可以为约 llnm、约 12nm、约 13nm、约 14nm、约 15nm、约 16nm、约 17nm、约 18nm、约 19nm 或约 20nm。
[0014]优选地，所述纳米粒子的用量小于等于所述玻璃纤维重量的20%。
[0015]更优选地，所述纳米粒子的用量为所述玻璃纤维重量的11%?18%。
[0016]所述含有所述纳米粒子的溶液的溶剂可以是将纳米粒子悬浮其中并便于喷涂的溶剂，例如可以是水、乙醇或丙醇。
[0017]优选地，所述纳米粒子包含纳米Si02。
[0018]优选地，所述纳米粒子形成纳米粒子层。
[0019]优选地，所述纳米粒子进一步包含纳米A1203。
[0020]优选地，所述纳米Al2O3的平均粒径可以为约30nm?约50nm。
[0021]优选地，所述纳米Al2O3的重量为所述纳米S12重量的5%?10%。
[0022]所述玻璃纤维可以是现有技术中可以使用的任何尺寸的适于制备玻璃棉的玻璃纤维。
[0023]优选地，所述玻璃纤维的直径为5 μ m?8 μ m。
[0024]进一步优选地，所述纳米粒子中可以掺和有红外遮光剂粒子。
[0025]所述红外遮光剂粒子可以包括但不限于SiC粒子、BN粒子、ZrS14粒子或KT 6粒子。
[0026]优选地，所述红外遮光剂粒子为SiC粒子。
[0027]优选地，所述红外遮光剂粒子的平均粒径为约1.5 μ m?约5 μ m。例如，可以为约1.5 μ m、约 1.8 μ m、约 2 μ m、约 2.5 μ m、约 3 μ m、约 3.5 μ m、约 4 μ m、约 4.5 μ m 或约 5 μ m。
[0028]更优选地，所述红外遮光剂粒子的平均粒径为约2 μ m?约4 μ m。例如，可以为约2 μ m、约 2.5 μ m、约 3 μ m、约 3.2 μ m、约 3.5 μ m、约 3.8 μ m 或者约 4 μ m。
[0029]进一步优选地，所述红外遮光剂粒子的粒径为约3 μ m。
[0030]优选地，所述红外遮光剂与S12的重量比为0.8?1.2:1。
[0031]更优选地，所述红外遮光剂与S12的重量比为1:1。
[0032]优选地，所述粘结剂的用量为所述玻璃纤维和纳米粒子总重量的5%?15%。更优选地，所述粘结剂的用量为所述玻璃纤维和纳米粒子总重量的7%?12%。
[0033]所述粘结剂可以是本领域的任何可以将纳米粒子和/或玻璃纤维胶粘的粘结剂。
[0034]所述粘结剂包括但不限于丙烯酸树脂粘结剂、酚醛树脂粘结剂。
[0035]优选地，所述粘结剂可以是专利文献CN200680044591.6中的无甲醛粘结剂。
[0036]所述含有粘结剂的溶液的溶剂可以为将粘结剂溶解其中并便于喷涂的溶剂，例如可以是水、乙醇或丙醇。
[0037]所述搅拌可以采用本领域技术人员已知的任何方法进行。例如，采用强力搅拌机进行搅拌。所述搅拌的转速可以为约10rpm。
[0038]所述喷涂可以采用本领域技术人员已知的任何方法进行。例如，采用高压喷枪装置进行喷涂。
[0039]优选地，所述固化是于80°C加热4小时。
[0040]本发明提供的方法制备的玻璃棉，其包含多根玻璃纤维，其中，在所述玻璃纤维的表面附着有纳米粒子。
[0041]本领域技术人员应当理解，术语“多根”指的是多于或等于2根。
[0042]所述纳米粒子的平均粒径为纳米级，具有高的比表面积，容易附着在所述玻璃纤维的表面上。本发明的玻璃棉，通过其包含的玻璃纤维的表面上附着的纳米粒子，将现有技术的玻璃棉为玻璃纤维之间的面接触改变为本发明的纳米粒子之间的点接触，从而可以显著降低玻璃棉的热传导，从而使得玻璃棉具有低导热系数。
[0043]本领域技术人员应当理解，可以达到上述效果的具有任何粒径的纳米粒子均适用于本发明。
[0044]优选地，所述纳米粒子的平均粒径可以为大于O?约lOOnm。例如，可以为约lnm、约 3nm、约 5nm、约 10nm、约 20nm、约 30nm、约 40nm、约 50nm、约 60nm、约 70nm、约 80nm、约 90nm或约lOOnm。当所述纳米粒子的平均粒径为上述数值时，本发明玻璃棉的玻璃纤维与纳米粒子之间以及纳米粒子和纳米粒子之间形成的空腔的体积小，其中的空气分子基本上失去了自由流动的能力而附着在空腔壁上，使得本发明的玻璃棉处于近似于真空状态，从而可以降低玻璃棉的热对流，从而使得玻璃棉具有低导热系数。
[0045]更优选地，所述纳米粒子的平均粒径可以为大于O?约60nm。例如，可以为约lnm、约3nm、约5nm、约10nm、约20nm、约30nm、约40nm、约50nm或约60nm。当所述纳米粒子的平均粒径为上述数值时，本发明玻璃棉的玻璃纤维与纳米粒子之间以及纳米粒子和纳米粒子之间形成的空腔的体积进一步减小，其中的空气分子进一步失去了自由流动的能力而附着在空腔壁上，使得本发明的玻璃棉进一步处于近似于真空状态，从而可以进一步降低玻璃棉的热对流。
[0046]进一步优选地，所述纳米粒子的平均粒径可以为约1nm?约20nm。例如，可以为约 llnm、约 12nm、约 13nm、约 14nm、约 15nm、约 16nm、约 17nm、约 18nm、约 19nm 或约 20nm。当所述纳米粒子的平均粒径为上述数值时，所述纳米粒子在市场上可以容易地获得且成本相对较低；从而使得所述玻璃棉在降低热对流的同时也具有相对较低的成本。
[0047]优选地，所述纳米粒子的重量小于等于所述玻璃纤维重量的20%。例如，可以为约1%、2%、4%、6%、8%、10%、12%、14%、15%、18%或20%。此时，所述纳米粒子形成的纳米粒子层的厚度小于所述玻璃纤维的直径。所述纳米粒子层太厚会使得成本增加，并且玻璃纤维之间的接触面积增大会增加固体导热，从而不利益导热系数的降低。
[0048]本领域技术人员可以理解，所述纳米粒子的重量的下限为在所述玻璃纤维的表面附着至少一层纳米粒子为宜。
[0049]更优选地，所述纳米粒子的重量为所述玻璃纤维重量的11%?18%。例如，可以为约11%、12%、13%、14%、15%、16%、17%或18%。此时，所述纳米粒子形成的纳米粒子层不但可以避免过多的纳米粒子团聚从而使得导热增加，还可以避免过少的纳米粒子会使得玻璃纤维之间会接触从而使得热传递增加。
[0050]优选地，所述纳米粒子中包含纳米Si02。所述纳米S12与玻璃棉的成分相同，性质相似，兼容性好，并且价格便宜，适合工业化。
[0051]优选地，所述纳米粒子形成纳米粒子层。形成纳米粒子层可以保证使得玻璃纤维之间的面接触变为纳米粒子之间的点接触。
[0052]优选地，所述纳米粒子中进一步包含纳米Al2O3(纳米三氧化二招)。所述纳米S12的比表面积大、自由能高，温度高时容易团聚。纳米三氧化铝具有较高的稳定性，可以将纳米S12隔开从而有效阻止其团聚。
[0053]优选地，所述纳米Al2O3的平均粒径可以为约30nm?约50nm。如果粒径太大，纳米Al2O3自身会聚集；如果粒径太小，成本太高。
[0054]优选地，所述纳米Al2O3的重量为所述纳米S12重量的5%?10%。此时，效果好且成本低。
[0055]所述玻璃纤维可以是现有技术中可以使用的任何尺寸的适于制备玻璃棉的玻璃纤维。
[0056]优选地，所述玻璃纤维的直径为5 μ m?8 μ m。
[0057]优选地，所述玻璃棉包含粘结剂。
[0058]优选地，所述粘结剂的用量为所述玻璃纤维和纳米粒子总重量的5%?15%。所述粘结剂的用量过少，会导致玻璃棉的强度低；所述粘结剂的用量过多，虽然玻璃棉强度高，但粘结剂是有机物，会使得玻璃棉达不到燃烧性能A级不燃的指标。
[0059]更优选地，所述粘结剂的用量为所述玻璃纤维和纳米粒子总重量的7%?12%。此时，玻璃棉的强度和燃烧性能最佳。
[0060]所述粘结剂可以是本领域的任何可以将纳米粒子和/或玻璃纤维胶粘的粘结剂。
[0061]所述粘结剂包括但不限于丙烯酸树脂粘结剂、酚醛树脂粘结剂。
[0062]优选地，所述粘结剂可以是专利文献CN200680044591.6