CN102898113A

CN102898113A - 一种憎水型膨胀珍珠岩保温制品及其制备方法

Info

Publication number: CN102898113A
Application number: CN2012104047737A
Authority: CN
Inventors: 孙诗兵; 郭现龙; 田英良; 汪浩; 陈华
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2012-10-22
Filing date: 2012-10-22
Publication date: 2013-01-30

Abstract

本发明是一种憎水型膨胀珍珠岩保温制品及其制备方法，该材料特别适用于建筑外墙保温、冷热交替的设备和管道中应用。该制品使用甲基硅酸钾和聚二甲基硅氧烷作为复合憎水剂，使制品憎水率不小于99.7%。该憎水型膨胀珍珠岩保温制品的配料组成（按重量计）：20%-35%的膨胀珍珠岩颗粒，63%-75%硅酸钠水溶液，1.0%-4.5%的甲基硅酸钾和0.5%-2%的聚二甲基硅氧烷。该制品具有憎水率高，表观密度小，导热系数小，机械强度高等性能，克服了传统珍珠岩制品的导热系数、机械强度、憎水率等问题。

Description

一种憎水型膨胀珍珠岩保温制品及其制备方法

技术领域：

本发明涉及膨胀珍珠岩保温制品，特别是一种憎水型的膨胀珍珠岩保温制品。该制品具有极佳的憎水效果，并且轻质高强，导热系数小、较好的机械性能，材料燃烧等级为A级。适用于特别是潮湿环境下的建筑保温、管道、设备等各需要保温绝热的部位。

背景技术

目前，中国是世界最大的建筑市场，每年新增建筑面积约为20亿立方米，其中95%以上是高能耗建筑，若不采取有效节能措施，到2020年中国建筑能源将占中国总能量消耗的50%，为此将带来巨大的能源损失。中国政府相继以法律及文件的形式出台了建筑节能政策，大力推动建筑节能工作，建筑节能已成为中国能源可持续发展的战略重要领域。因此建筑节能必须与社会经济、生态环境等协调发展，需要对建筑材料的保温隔热性能、实用价值、材料的稳定性和使用寿命、工艺技术的可靠性、生态环保性和可循环利用等方面进行重点研究和开发。

近年来，在中国发生多起因建筑外保温材料所引发的重大火灾事故，造成严重人员伤亡和财产损失，比如北京央视新址配楼大火，上海胶州湾教师公寓大火等。因此，国家对建筑保温材料的防火性能有了更高的要求，这使得具有不燃性（燃烧等级为A级）的无机保温材料成为研究、开发和应用的热点。

膨胀珍珠岩具有表观密度小、导热系数低、化学稳定性好、使用温度范围广，且无毒、无味、防火、吸音等特点，早在几十年前已经成为一种工业保温材料，其产品形态主要包括粒状、板状、管壳等形式。尽管也有建筑保温应用，但是由于传统珍珠岩制品所固有的缺陷，严重限制和影响其在建筑保温节能应用。传统膨胀珍珠岩在实际应用过程中存在的诸多问题包括：1）吸水率大。通常其质量吸水率高达300%~400%，这就使得膨胀珍珠岩保温制品在施工应用中吸收大量的水分，使其制品的保温性能大幅降低，同时还会造成制品表面颗粒的剥离，开裂等问题；2）强度极低。由于膨胀珍珠岩多孔结构和脆性原因，这就使得生产膨胀珍珠岩保温制品过程中，在外力的作用下（如搅拌、挤压作用等）会造成膨胀珍珠岩的破碎，从而降低其保温制品的性能，严重限制了膨胀珍珠岩的应用，制品抗压强度仅有0.1MPa。因此，降低吸水率，提高憎水性，提高制品强度，将是传统珍珠岩制品在建筑节能应用领域发展的关键。

发明内容

本发明的目的基于发明的背景现状和制品应用问题所在，将改进传统珍珠岩制品的不足和缺陷，提供一种具有憎水性能极佳，可以在潮湿环境条件中应用的建筑节能保温材料，并且具有轻质高强特性，同时导热系数较小的憎水型膨胀珍珠岩保温制品。

为了实现上述目的，本发明的憎水型膨胀珍珠岩保温绝热制品，采用市售的固含量为30%-60%的甲基硅酸钾溶液和固含量为40%-70%的聚二甲基硅氧烷混合形成复合憎水剂，并且本发明主旨是通过憎水剂的复合性作用来实现更加的憎水效果，大幅降低膨胀珍珠岩制品的吸水性。聚二甲基硅氧烷的憎水机理是：聚二甲基硅氧烷受热反应会在珍珠岩表面和内部形成一层透气不透水的薄膜。甲基硅酸钾的憎水机理是：甲基硅酸钾会与空气中的CO₂反应会在珍珠岩表面生产一层几个分子厚的不溶性防水树脂薄膜。即两种憎水剂可以一起使用，而憎水效果不会相互干扰，同时起到作用相互协同，憎水效果明显提升。

单一使用甲基硅酸钾憎水剂时，用量过多会使制品表面形成白色残留物影响制品美观；而且单一使用一种憎水剂时，其憎水率至多可达90%-92%，对于建筑保温材料来说，还是远远不够的。因此本发明采取两种憎水剂混合使用的方法既解决了单一憎水剂的憎水效果不佳问题，同时节省了原料，降低了成本。

憎水型膨胀珍珠岩保温制品的配料组成特征在于（按重量计）：膨胀珍珠岩为20%-35%，粘结剂为63%~75%，复合憎水剂1.5%-6.5%，其中甲基硅酸钾和聚二甲基硅氧烷分别是1.0%-4.5%和0.5%-2%。粘结剂是固含量为3%-15%的硅酸钠水溶液；憎水剂是固含量30%-60%的甲基硅酸钾和固含量40%-70%的聚二甲基硅氧烷；其中膨胀珍珠岩的颗粒粒径为0.1mm-5mm，堆积密度为60~100kg/m³。

憎水型膨胀珍珠岩保温制品配料的最佳组成，以重量百分比计，膨胀珍珠岩为26%-29%；硅酸钠溶液为69%-71%；甲基硅酸钾和聚二甲基硅氧烷分别是2.0%-3.5%和1.3%-1.8%。

一种憎水型膨胀珍珠岩保温制品的制备方法，其特征在于：首先将粘结剂和憎水剂进行混合得到混合溶液，其次将混合溶液喷涂在膨胀珍珠岩颗粒表面，同时送入热风干燥，再采用压机进行压制成制品，最后将制品进行烘干。

进一步，利用旋筒式混料机，将膨胀珍珠岩颗粒翻腾起来，在旋筒式混料机中心轴线位置上设置喷雾雾化器，将混合溶液均匀喷涂在膨胀珍珠岩颗粒表面。

进一步，所述送入的热风温度为50℃-150℃，送热风干燥的时间为15min-40min。

进一步，所述压机为双面压力机。

进一步，压机工作参数为0.20MPa-0.50MPa，压制时间为5-30秒。

进一步，所述烘干温度为85℃-200℃。

本发明最终得到了憎水型膨胀珍珠岩保温制品。制品密度≤200kg/m³，导热系数<0.060W/（M·K），憎水率不小于99.7%，抗压强度>0.27MPa，抗折强度>0.07MPa，拉拔强度>20KPa。其中采用“GBT 5486-2008 无机硬质绝热制品试验方法”测试其强度和表观密度，按照“GBT 10299-1988 保温材料憎水性试验方法”测试其憎水率，导热系数则是用双平板导热系数测定仪测得。

具体实施方式

首先对上述配料的溶液部分进行均匀混合，其次利用直通型转筒式混料机，之所以采用直通型转筒式混料机而不用搅拌桨混料机，是因为搅拌桨混料机的搅拌叶片产生极大的剪切力会使膨胀珍珠岩颗粒破碎，而是用直通型转筒式混料机可以最大限度的保证膨胀珍珠岩颗粒的完整，将膨胀珍珠岩颗粒从直通型转筒式混料机一端送入，使珍珠岩颗粒翻腾起来，在转筒式混料机中心轴线位置上设置长杆式喷雾雾化器，沿圆周方向进行喷雾，将混合溶液均匀喷涂在膨胀珍珠岩颗粒表面，同时送入50-150℃热风，干燥时间大于10分钟，在干燥作用下，水玻璃溶液（即熔胶）在颗粒表面初步产生凝胶化，逐步封闭了颗粒内部的毛细孔，起到了降低吸水率作用，同时由于水玻璃的初步玻璃化（凝胶化），从而使珍珠岩颗粒产生一定刚性强度，有效遏制和解决了传统珍珠岩颗粒易粉化问题，即颗粒在轻微作用条件下变成细粉的情况，主要因为传统珍珠岩颗粒强度极低缘故，这样可以有效避免珍珠岩颗粒的破损，同样条件下，破碎率仅有原来的3-5%。当珍珠岩表面喷涂混合溶液的颗粒从转筒式混料机另一端旋出，将已喷涂混合溶液的膨胀珍珠岩颗粒送入双面压力机的模具中，之所以采用双面压力机而非单面压力机的原因是，采用单面压力机压制时，在压头部位的膨胀珍珠岩颗粒压制的相对密实，远离压头一侧的膨胀珍珠岩颗粒则压制的相对疏松，并且离压头越远越是疏松，而采用双面压力机，则保证了膨胀珍珠岩颗粒被充分地压制密实，采用0.20MPa-0.50MPa作用条件，压制5-30秒时间，随后，将制品移出模具，随后将脱模的制品送入烘箱，于85℃-200℃烘干。在烘干作用下，制品内的水分完全排出，粘结剂水玻璃产生了完全的凝胶作用，将膨胀珍珠岩颗粒之间粘结在一起，从而使制品产生强度。同时加入的憎水剂在烘干的作用下产生一系列化学反应，使得制品从内到外产生憎水效果。

实施例1

憎水性膨胀珍珠岩制品的的配料组成（按重量计）为：膨胀珍珠岩为20%，粘结剂为75%，憎水剂5%。粘结剂是固含量为3%的硅酸钠水溶液，膨胀珍珠岩的颗粒粒径为0.1mm-2mm占25%，2mm-5mm占75%，堆积密度为60kg/m³，憎水剂为市售的固含量为40%的聚二甲基硅氧烷乳液占配料的0.5%和固含量为60%的甲基硅酸钾溶液占配料的4.5%。

采用直通型转筒式混料机，将膨胀珍珠岩颗粒从混料机一端送入，使珍珠岩颗粒翻腾起来，在旋筒式混料机中心轴线位置上设置长杆式喷雾雾化器，沿圆周方向进行喷雾，将混合溶液均匀喷涂在膨胀珍珠岩颗粒表面，同时送入100℃热风，使颗粒表面水分进行干燥15分钟，同时使硅酸钠溶液在珍珠岩颗粒形成硅胶膜，促使珍珠岩颗粒产生一定刚性强度和颗粒韧性，可以避免颗粒的破损，表面喷涂混合溶液的珍珠岩颗粒从旋筒式混料机另一端出来，将已喷涂混合溶液的定量体积的膨胀珍珠岩送入平板双面压力机模具中，采用0.50MPa作用条件，压制5秒时间，随后将制品移出模具，送入烘干炉进行烘干，烘干温度为200℃。最终形成一种憎水型膨胀珍珠岩保温制品，制品表观密度153.9kg/m³，导热系数0.0501W/（m·k），憎水率为99.70%，抗压强度0.2014MPa，抗折强度0.0574MPa，拉拔强度21KPa。

实施例2

憎水性膨胀珍珠岩制品的的配料组成（按重量计）为：膨胀珍珠岩为35%，粘结剂为63%，憎水剂2%。粘结剂是固含量为15%的硅酸钠水溶液，膨胀珍珠岩的颗粒粒径为0.1mm-2mm占30%，2mm-5mm占70%，堆积密度为80kg/m³，憎水剂为市售的固含量为40%的聚二甲基硅氧烷乳液占配料的0.5%和固含量为60%的甲基硅酸钾溶液占配料的1.5%。

采用直通型转筒式混料机，将膨胀珍珠岩颗粒从混料机一端送入，使珍珠岩颗粒翻腾起来，在旋筒式混料机中心轴线位置上设置长杆式喷雾雾化器，沿圆周方向进行喷雾，将混合溶液均匀喷涂在膨胀珍珠岩颗粒表面，同时送入50℃热风，使颗粒表面水分进行干燥40分钟，同时使硅酸钠溶液在珍珠岩颗粒形成硅胶膜，促使珍珠岩颗粒产生一定刚性强度和颗粒韧性，可以避免颗粒的破损，表面喷涂混合溶液的珍珠岩颗粒从旋筒式混料机另一端出来，将已喷涂混合溶液的定量体积的膨胀珍珠岩送入平板双面压力机模具中，采用0.20MPa作用条件，压制30秒时间，随后将制品移出模具，送入烘干炉进行烘干，烘干温度为8℃。最终形成一种憎水型膨胀珍珠岩保温制品，制品表观密度169.2kg/m³，导热系数0.0512W/（m·k），憎水率为99.76%，抗压强度0.2518MPa，抗折强度0.0680MPa，拉拔强度26.4KPa。

实施例3

憎水性膨胀珍珠岩制品的的配料组成（按重量计）为：膨胀珍珠岩为30%，粘结剂为67%，憎水剂3%。粘结剂是固含量为10%的硅酸钠水溶液，膨胀珍珠岩的颗粒粒径为0.1mm-2mm占40%，2mm-5mm占60%，堆积密度为90kg/m³，憎水剂为市售的固含量为60%的聚二甲基硅氧烷乳液占配料的2%和固含量为60%的甲基硅酸钾溶液占配料的1.0%。

采用直通型转筒式混料机，将膨胀珍珠岩颗粒从混料机一端送入，使珍珠岩颗粒翻腾起来，在旋筒式混料机中心轴线位置上设置长杆式喷雾雾化器，沿圆周方向进行喷雾，将混合溶液均匀喷涂在膨胀珍珠岩颗粒表面，同时送入70℃热风，使颗粒表面水分进行干燥30分钟，同时使硅酸钠溶液在珍珠岩颗粒形成硅胶膜，促使珍珠岩颗粒产生一定刚性强度和颗粒韧性，可以避免颗粒的破损，表面喷涂混合溶液的珍珠岩颗粒从旋筒式混料机另一端出来，将已喷涂混合溶液的定量体积的膨胀珍珠岩送入平板双面压力机模具中，采用0.31MPa作用条件，压制15秒时间，随后将制品移出模具，送入烘干炉进行烘干，烘干温度为105℃。最终形成一种憎水型膨胀珍珠岩保温制品，制品表观密度194.2kg/m³，导热系数0.0547W/（m·k），憎水率为99.81%，抗压强度0.2843MPa，抗折强度0.0721MPa，拉拔强度29.4KPa。

实施例4

憎水性膨胀珍珠岩制品的的配料组成（按重量计）为：膨胀珍珠岩为32%，粘结剂为62.5%，憎水剂5.5%。粘结剂是固含量为10%的硅酸钠水溶液，膨胀珍珠岩的颗粒粒径为0.1mm-2mm占50%，2mm-5mm占50%，堆积密度为100kg/m³，憎水剂为市售的固含量为50%的聚二甲基硅氧烷乳液占配料的1.0%和固含量为50%的甲基硅酸钾溶液占配料的4.5%。

采用直通型转筒式混料机，将膨胀珍珠岩颗粒从混料机一端送入，使珍珠岩颗粒翻腾起来，在旋筒式混料机中心轴线位置上设置长杆式喷雾雾化器，沿圆周方向进行喷雾，将混合溶液均匀喷涂在膨胀珍珠岩颗粒表面，同时送入85℃热风，使颗粒表面水分进行干燥20分钟，同时使硅酸钠溶液在珍珠岩颗粒形成硅胶膜，促使珍珠岩颗粒产生一定刚性强度和颗粒韧性，可以避免颗粒的破损，表面喷涂的混合溶液的珍珠岩颗粒从旋筒式混料机另一端出来，将已喷涂混合溶液的定量体积的膨胀珍珠岩送入平板双面压力机模具中，采用0.42MPa作用条件，压制25秒时间，随后将制品移出模具，送入烘干炉进行烘干，烘干温度为150℃。最终形成一种憎水型膨胀珍珠岩保温制品，制品表观密度197.6kg/m³，导热系数0.0599W/（m·k），憎水率为99.83%，抗压强度0.3293MPa，抗折强度0.0890MPa，拉拔强度38.1KPa。

Claims

1.一种憎水型膨胀珍珠岩保温制品，其配料组成特征在于：按重量计，膨胀珍珠岩为20%-35%，粘结剂为63%-75%，憎水剂 1.5%-6.5%；

所述憎水剂采用复合憎水剂，其中固含量为30%-60%的甲基硅酸钾溶液占配料组成的1.0%-4.5%；固含量为40%-70%的聚二甲基硅氧烷占配料的0.5%-2.0%；所述粘结剂采用固含量为3%-15%的硅酸钠水溶液。

2.根据权利要求1所述一种憎水型膨胀珍珠岩保温制品，其特征在于：所述膨胀珍珠岩颗粒粒径为0.1mm-5mm，堆积密度为60~100kg/m³。

3.根据权利要求1所述一种憎水型膨胀珍珠岩保温制品的制备方法，其特征在于：首先将粘结剂和憎水剂进行混合得到混合溶液，其次将混合溶液喷涂在膨胀珍珠岩颗粒表面，同时送入热风干燥，再采用压机进行压制成制品，最后将制品进行烘干。

4.根据权利要求3所述方法，其特征在于：利用旋筒式混料机，将膨胀珍珠岩颗粒翻腾起来，在旋筒式混料机中心轴线位置上设置喷雾雾化器，将混合溶液均匀喷涂在膨胀珍珠岩颗粒表面。

5.根据权利要求3所述方法，其特征在于：所述送入的热风温度为50℃-150℃，送热风干燥的时间为15min-40min。

6.根据权利要求3所述方法，其特征在于：所述压机为双面压力机。

7.根据权利要求3所述方法，其特征在于压机工作参数为0.20MPa-0.50MPa，压制时间为5-30秒。

8.根据权利要求3所述方法，其特征在于：所述烘干温度为85℃-200℃。