專利名稱：隔熱性成型體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種隔熱性成形體的制作方法，所述的成形體具有隔熱性并且是以發(fā)泡堿金屬硅酸鹽顆粒為基，該發(fā)泡堿金屬硅酸鹽顆粒含有二氧化硅(SiO2)和堿金屬氧化物(M2O)(M是一種堿金屬)，其中SiO2和M2O的摩爾比為2～4.5。本發(fā)明還涉及按本發(fā)明的方法生產(chǎn)的成形體的應(yīng)用。
日本公布的專利說(shuō)明書JP-49069755也描述了一種以發(fā)泡堿金屬硅酸鹽顆粒為基的成形體的制作方法。第一步是加熱含水硅酸鈉的顆粒狀材料被加熱使之發(fā)泡，隨后將發(fā)泡的顆粒與水或硅酸鈉水溶液一起噴射入鑄模中，再進(jìn)行熱處理后形成成形體。
德國(guó)專利3246619描述了可發(fā)泡并可固化的鑄模組合物及其生產(chǎn)方法，該組合物含有SiO2、其他氧化物，水和發(fā)泡劑如過(guò)硼酸鹽。該專利還描述了其生產(chǎn)方法。根據(jù)德國(guó)專利2537492，硅酸鹽泡沫顆粒與水玻璃、一種可控制水玻璃的固化的酸性化合物如氟硅酸鈉或磷酸、一種疏水劑如聚乙基水合硅氧烷混合，使硅酸鹽泡沫顆粒被固化成成形體。
用上述已知的方法以發(fā)泡堿金屬硅酸鹽顆粒為基制成的成形體，其缺點(diǎn)是在高大氣濕度環(huán)境中尺寸穩(wěn)定性不好。尤其是在高溫和高大氣溫度的環(huán)境中，它往往失去原有的強(qiáng)度。這將導(dǎo)致在這樣的環(huán)境中(高溫高濕)長(zhǎng)時(shí)間存放后，發(fā)泡堿金屬硅酸鹽顆粒之間的結(jié)合力大大地降低了。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是開發(fā)這樣一種方法，用該方法生產(chǎn)的成形體沒(méi)有以上所述的缺點(diǎn)。
上述目的可用下述方法來(lái)達(dá)到該方法是一種隔熱性成形體的制作方法，所述的成形體具有隔熱性并且是以發(fā)泡堿金屬硅酸鹽顆粒為基，該發(fā)泡堿金屬硅酸鹽顆粒含有二氧化硅(SiO2)和堿金屬氧化物(M2O)(M是一種堿金屬)，其中SiO2和M2O的摩爾比為2～4.5，該方法包括a)將100重量份的發(fā)泡堿金屬硅酸鹽顆粒與單鋁磷酸鹽(Al(H2PO4)3)水溶液混合，并使混合物中硅與鋁的摩爾比(SiAl)為1～60;
b)將上述混合物置入預(yù)先選好的模具中，并沖壓該混合物使其形成占混合物的原體積的20%～80%的成形體。
c)加熱上述的成形體至溫度為100～500℃，以使堿金屬硅酸鹽顆粒與單鋁磷酸鹽(Al(H2PO4)3)之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以形成化學(xué)鍵。
本發(fā)明中，發(fā)泡堿金屬硅酸鹽顆粒構(gòu)成了成形體的主要成分。在其生產(chǎn)過(guò)程中，按照眾所周知的方法，預(yù)先制備一種堿金屬硅酸鹽混合物，該混合物包含SiO2和M2O(M是一種堿金屬)，二者的摩爾比為2～4.5，優(yōu)選為3.5～3.9。這種混合物可按下述方法得到，例如把硅酸鈉或硅酸鉀水溶液(水玻璃)與無(wú)定形的二氧化硅混合。二氧化硅的來(lái)源并不重要。沉淀或熱加工所得的硅石、甚至SiO2含量高的自然界硅酸鹽均可使用。也可加入其他添加材料如固化水玻璃的酸性化合物和/或有機(jī)硅化合物，但這并不是必需的。發(fā)泡堿金屬硅酸鹽顆粒的生產(chǎn)是通過(guò)對(duì)上述混合物在100～500℃的溫度進(jìn)行熱處理而進(jìn)行的。如果混合物以顆粒狀的形式與熱蒸汽或熱表面接觸，則形成幾乎為球狀的多孔的堿金屬硅酸鹽顆粒。
為了生產(chǎn)本發(fā)明的成形體，優(yōu)選是使用直徑為0.1～20mm的發(fā)泡堿金屬硅酸鹽顆粒，特別優(yōu)選的是使用直徑為2～6mm的發(fā)泡堿金屬硅酸鹽顆粒。所用顆粒的堆積密度為10～150g/l，優(yōu)選為30～50g/l，壓縮50%時(shí)抗壓強(qiáng)度為0.1～3N/mm2，優(yōu)選是0.8～1.2N/mm2，孔的平均直徑是50～1000μm，優(yōu)選是150～200μm，BET表面積為0.01～5m2/g，優(yōu)選是0.5～1m2/g。
上述發(fā)泡堿金屬硅酸鹽顆粒的水性泥漿狀物具有很強(qiáng)的堿性。如果將2克堿金屬硅酸鹽顆粒研磨、懸浮于50ml水中并在沸點(diǎn)溫度保持30分鐘，冷卻之后的泥漿用玻璃電極測(cè)得的pH值在10.0～11.5范圍內(nèi)。甚至在按照本發(fā)明，將相應(yīng)數(shù)量的酸性單鋁磷酸鹽溶液加入到泥漿中后，再加熱30分鐘，其pH值依然在9.0～10.5的范圍內(nèi)。
從文獻(xiàn)中已知，單鋁磷酸鹽在堿性環(huán)境中作為硅質(zhì)材料的粘合劑是不合適的(T.Chvatal in Sprechsaal 108.(1975)，p·585)。但是如果按本發(fā)明所給出的方法，在與一種水溶液混合并經(jīng)進(jìn)一步處理之后，你會(huì)驚奇地發(fā)現(xiàn)上述堿金屬硅酸鹽顆?？梢越?jīng)熱處理而形成穩(wěn)定的成形體。尤為驚奇的是按本發(fā)明的方法生產(chǎn)的成形體在尺寸穩(wěn)定性和強(qiáng)度穩(wěn)定性方面大大優(yōu)于按現(xiàn)有的方法生產(chǎn)的成形體。堿金屬硅酸鹽顆粒與單鋁磷酸鹽水溶液的混合優(yōu)選是按下述方法進(jìn)行把溶液噴灑到運(yùn)動(dòng)著的顆粒上，這樣顆粒就被均勻地噴濕。水溶液中單鋁磷酸鹽的含量與堿金屬硅酸鹽顆粒的量應(yīng)該相互匹配，以使得混合物中SiAl摩爾比在1～60的范圍內(nèi)，優(yōu)選是在12～20的范圍內(nèi)。特別優(yōu)選的是，水溶液中單鋁磷酸鹽的含量為5～60%(重量)。
在單鋁磷酸鹽水溶液中，可以混懸有30重量份的遮光劑(以所使用的堿金屬硅酸鹽顆粒的用量為100重量份計(jì))。所使用的遮光劑可以是無(wú)機(jī)氧化物、混合氧化物、碳化物、氮化物或碳。優(yōu)選用鈦鐵礦，鈦、鐵、鉻和鋯的氧化物，也可選用碳化硅、碳黑和這些特定材料的混合物。
在將發(fā)泡堿金屬硅酸鹽顆粒與單鋁磷酸鹽溶液混合之后，將混合物置入橫具之中，然后加壓，使其形成體積為原體積的20～80%的成形體。在加壓期間，混合物所夾帶的氣體可通過(guò)模具而逸出。優(yōu)選使用那些能形成板狀、形體狀或管狀成形體的模具。此外，當(dāng)然也可以使用能制造出形狀結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的成形體的模具。
隨后在100～500℃的溫度對(duì)成形體進(jìn)行熱處理步驟。雖然并不是一定需要，但一般是首先將成形體與模具相互分離開來(lái)，而僅僅是將成形體進(jìn)行熱處理。如果加熱時(shí)產(chǎn)生的水蒸汽能逸出的話，那么熱處理可以在模具內(nèi)進(jìn)行。根據(jù)成形體的幾何形狀和體積不同，優(yōu)選是在以上所述的一個(gè)適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)加熱10分鐘到4小時(shí)。但所選擇的這個(gè)溫度應(yīng)至少能使堿金屬硅酸鹽顆粒與單鋁磷酸鹽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而形成化學(xué)鍵。
傳熱可以對(duì)流、熱輻射、熱傳導(dǎo)或微波輻射的方式來(lái)進(jìn)行?；瘜W(xué)反應(yīng)鍵的形成可用紅外線光譜監(jiān)測(cè)和確認(rèn)。熱處理的實(shí)施可以分批地進(jìn)行(非連續(xù)的)，脈沖式進(jìn)行(部分連續(xù)地)或用傳送帶進(jìn)行(連續(xù)地)。
熱處理之后，成形體的密度為0.050～0.2g/cm3，優(yōu)選是0.070～0.1g/cm3。
按本發(fā)明生產(chǎn)的成形體，根據(jù)其各自不同的密度而分別具有不同的導(dǎo)熱性，其在23℃時(shí)的導(dǎo)熱率在0.030～0.1W/mK的范圍內(nèi)，因此它是非常合適的隔熱材料。由于其強(qiáng)度高，所以對(duì)其進(jìn)行鋸、磨、切割、銼或鉆孔等機(jī)械加工是不成問(wèn)題的。該成形體的特別的優(yōu)點(diǎn)是在高大氣濕度環(huán)境中，具有優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性和強(qiáng)度穩(wěn)定性。在相對(duì)濕度為95%、溫度為50℃的空調(diào)潮濕房間中24小時(shí)后，依據(jù)德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN53421測(cè)得其抗壓強(qiáng)度范圍為0.01～0.1N/mm2，依據(jù)DIN53452測(cè)得的抗撓強(qiáng)度范圍為0.01～0.1N/mm2。
紙或膠片，例如牛皮紙、鋁箔、紙板-灰膠紙柏板、金屬片、增強(qiáng)的塑料膠片或紡織玻璃纖維布均可用合適的粘合劑粘貼在成形體的表面，所使用的膠粘劑例如可以是水玻璃或有機(jī)接觸(organic contact)粘接劑。同樣地，成形體也可以具有一密封的涂層(closed coatings)，例如用合成有機(jī)聚合物或交聯(lián)的硅樹脂溶液進(jìn)行浸涂或噴涂。最后，隔熱成形體也可采用氣密包裝，覆蓋物內(nèi)的壓力應(yīng)低于大氣壓，優(yōu)選是低于10毫巴(mbar)，以便增加成形體的隔熱性能。
本發(fā)明生產(chǎn)的成形體優(yōu)選是作為建筑物中的隔熱材料來(lái)使用。例如用作樓頂或墻體的隔離層，或用作室內(nèi)裝修如懸吊天花板或設(shè)置隔離墻。因?yàn)樗鼈儾灰兹迹軣釙r(shí)不產(chǎn)生有害氣體，而且還不含有對(duì)人體有害的無(wú)機(jī)纖維。此外，該成形體作為一種隔熱材料也可應(yīng)用于制冷工程和溫度高達(dá)400℃左右的熱力工程。還可進(jìn)一步用于隔音。
通過(guò)下述實(shí)施例及比較實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的成形體所具有的優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性。
實(shí)施例將60g發(fā)泡硅酸鈉顆粒，其SiO2Na2O摩爾比為3.67，顆粒直徑約為3mm，堆積密度為37g/l，壓縮至50%時(shí)的抗壓強(qiáng)度為1.0N/mm2，孔直徑約為180μm，BET表面積為0.9m2/g，與36g濃度為50%(重量)的強(qiáng)Al(H2PO4)3水溶液(FFB 32i，從法蘭克福的 CHE METALL GmbH得到)混合并使其均勻濕化，使混合物中SiAl的摩爾比為13.9。將上述混合物置入一個(gè)邊長(zhǎng)為200mm的正方形模具中，并將其加壓直到得到一塊厚20mm的模板。然后將模板在300℃的溫度加熱處理1小時(shí)，在此期間，模板內(nèi)部物質(zhì)的IR光譜發(fā)生變化。冷卻之后，成形體密度為0.104g/cm3，依據(jù)DIN53421測(cè)得的抗壓強(qiáng)度為0.14N/mm2，依據(jù)DIN53452測(cè)得的抗撓強(qiáng)度為0.10N/mm2，導(dǎo)熱率的值為0.0457W/mK(采用從蘭根的HESTO公司得到的HESTO-Lambda-CONTROL A50 instrument進(jìn)行測(cè)試)。
在將溫度控制為50℃、相對(duì)空氣濕度控制為95%的空調(diào)房間內(nèi)存放48小時(shí)后，受潮的模板的抗壓強(qiáng)度仍然為0.03N/mm2，其抗撓強(qiáng)度仍然為0.03N/mm2。
比較實(shí)施例將實(shí)施例中的60g發(fā)泡硅酸鈉顆粒用36g水，而不是實(shí)施例中的Al(H2PO4)3水溶液，進(jìn)行噴灑。然后用與上述相同的工序?qū)ζ溥M(jìn)行進(jìn)一步的處理。
在將溫度控制為50℃、相對(duì)空氣濕度控制為95%的空調(diào)房間內(nèi)存放48小時(shí)后，模板不再是無(wú)損的，該模板也不能進(jìn)行抗壓強(qiáng)度及抗撓強(qiáng)度的測(cè)定。
權(quán)利要求
1.生產(chǎn)隔熱性成形體的方法，該成形體是以發(fā)泡堿金屬硅酸鹽顆粒為基，其中含有二氧化硅(SiO2)和堿金屬氧化物(M2O)(M是一種堿金屬)，二者的摩爾比(SiO2∶M2O)為2～4.5，該方法包括a)將100重量份的發(fā)泡堿金屬硅酸鹽顆粒與單鋁磷酸鹽(Al(H2PO4)3)水溶液混合，使混合物中硅與鋁的摩爾比(Si∶Al)為1～60；b)將上述混合物置入預(yù)先選好的模具中，壓縮混合物使其形成體積為原體積的20～80%的成形體；c)在100～500℃的溫度加熱上述成形體直至使堿金屬硅酸鹽顆粒與單鋁磷酸鹽之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成化學(xué)鍵。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的水溶液中的單鋁磷酸鹽的含量為5～60%(重量)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，在進(jìn)行該方法的步驟a)的混合之前，在單鋁磷酸鹽水溶液中混懸入0～30重量份(以所述的堿金屬硅酸鹽顆粒的重量為基礎(chǔ))的無(wú)機(jī)遮光劑。
4.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的方法，其中，在該方法的步驟a)中，將單鋁磷酸鹽水溶液噴灑在堿金屬硅酸鹽顆粒上。
5.如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的方法，其中，在該方法的步驟b)中，預(yù)先選好的模具是用于模制板狀、形體式或管狀的成形體的模具。
6.如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述的成形體可以機(jī)械加工，其上用粘合劑粘附有紙或膠片，其具有一密封的涂層或用抽空的覆蓋物進(jìn)行氣密包裝。
7.按照權(quán)利要求1至6的任一項(xiàng)所述的方法所生產(chǎn)的用作隔熱的成形體。
8.按照權(quán)利要求1至6的任一項(xiàng)所述的方法所生產(chǎn)的用作隔音的成形體。
全文摘要
一種以發(fā)泡堿金屬硅酸鹽顆粒為基的(其含有二氧化硅和堿金屬氧化物，二者的摩爾比為2～4.5)隔熱性成型體的生產(chǎn)方法，包括將100重量份的發(fā)泡堿金屬硅酸鹽顆粒與單鋁磷酸鹽水溶液混合，使混合物中硅與鋁的摩爾比為1～60；將該混合物置入預(yù)選定的模具中，加壓使其形成體積為原體積的20％～80％的成型體；在100℃～500℃加熱該成型體，使堿金屬硅酸鹽顆粒與單鋁磷酸鹽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成化學(xué)鍵。本發(fā)明還涉及成型體作為隔熱、隔音材料的應(yīng)用。
文檔編號(hào)C04B14/04GK1099365SQ9410798
公開日1995年3月1日 申請(qǐng)日期1994年7月15日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月15日
發(fā)明者漢斯·卡策爾, 岡特·克拉特, 比特·彼勒 申請(qǐng)人:瓦克化學(xué)有限公司