一種節(jié)能建筑保溫材料用泡沫炭及其制備方法
【專利摘要】一種節(jié)能建筑保溫材料用泡沫炭的制備方法，包括以下過程：（1）先采用空氣氧化法，將中溫煤瀝青置于磁力攪拌反應(yīng)釜中，制得高軟化點瀝青。（2）將步驟（1）所制的高軟化點瀝青破碎至粒徑5～1000μm，將該高軟化點瀝青顆粒置于有機溶劑中，在25～100℃下，進行磁力攪拌2～10h，然后進行過濾、干燥處理。（3）將所制的改性高軟化點瀝青與一定量的發(fā)泡劑、增強劑進行機械混合。（4）將步驟（3）所制的高軟化點瀝青混合物置于反應(yīng)器內(nèi)，然后進行密封。（5）將步驟（4）中裝有高軟化點瀝青混合物的反應(yīng)器置于反應(yīng)爐中，以1～20℃/min的升溫速度升溫至300～500℃，并恒溫0.5～10h，之后進行快速卸壓。根據(jù)本發(fā)明，可以實現(xiàn)在近常壓下發(fā)泡，這樣就可大大降低發(fā)泡設(shè)備的材質(zhì)成本。
【專利說明】一種節(jié)能建筑保溫材料用泡沬炭及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用作節(jié)能建筑保溫材料的制備方法。所述節(jié)能建筑保溫材料屬于一種密度為0.1?0.知/挪3、吸水率低于5%、導(dǎo)熱系數(shù)低于0.11/(111.10、壓縮強度高于1.51？3的泡沫炭的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著煤炭、石油等一次能源的日益枯竭，開發(fā)新能源及節(jié)能減排已成為國家乃至全球有效解決能源危機和環(huán)境惡化的主要途徑。其中，建筑節(jié)能更具有其現(xiàn)實緊迫性與重要的戰(zhàn)略意義。
[0003]2010年，我國建筑隔熱材料的市場容量為500萬噸，且近3年來，每年以27%的速度快速增長。在我國節(jié)能隔熱材料蓬勃發(fā)展的同時，易燃/可燃外保溫節(jié)能建筑材料也成為一類新的火災(zāi)隱患。近年來，各種因節(jié)能建筑材料造成的火災(zāi)頻頻發(fā)生，并呈多發(fā)勢頭，造成嚴(yán)重的人員傷亡和財產(chǎn)損失。對此，為深刻吸取火災(zāi)事故教訓(xùn)，公安部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部于2011年3月14日正在下達了 “關(guān)于進一步明確民用建筑外保溫材料消防監(jiān)督管理有關(guān)要求的通知”(公消[2011=65^)0該文件明確規(guī)定:民用建筑外保溫材料必須采用燃燒性能為八級的材料！即，民用建筑外保溫材料必須是不燃材料，且材料的密度、隔熱性能、力學(xué)性能、吸水性能、施工性能等都必須滿足(^88624-2006規(guī)定的八級標(biāo)準(zhǔn)！顯然，根據(jù)此文件，現(xiàn)在占有市場95%的有機隔熱材料都將被禁止使用！無疑，在有機隔熱材料面受巨大市場沖擊的同時，無機隔熱材料正面臨一個前所未有的市場契機。
[0004]目前，市場上或正在研制的性能能夠達到或接近4級標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)能建筑保溫材料主要有?；⒅闊o機保溫砂漿、礦巖棉、泡沫玻璃、泡沫水泥、泡沫陶瓷、泡沫3102。這些材料的共同優(yōu)勢是不易燃燒，但也存在一定的不足。一方面，這些無機隔熱材料在節(jié)能建筑材料中的比例或市場份額非常低590，總產(chǎn)能不到25萬噸/年；另一方面，上述無機隔熱材料的綜合性能(包括密度、機械強度、燒蝕率、吸水性能、施工性能等)仍不能完全達到國家規(guī)定的八級標(biāo)準(zhǔn)。
[0005]泡沫炭作為一種三維有序的蜂窩狀碳質(zhì)功能材料，不僅具有強度高、密度低及熱膨脹系數(shù)低等優(yōu)異特性，而且具有很好地可成型性、可加工行和可施工性能，因此將是一種極具潛力和競爭力的優(yōu)質(zhì)八級節(jié)能建筑保溫材料。泡沫炭，是由碳質(zhì)前驅(qū)體經(jīng)發(fā)泡、后續(xù)熱處理而制得，其中，發(fā)泡工藝是泡沫炭孔結(jié)構(gòu)控制的關(guān)鍵，而碳質(zhì)前軀體的性質(zhì)又是決定發(fā)泡條件和最終泡沫炭物化性質(zhì)的主要因素。目前，高壓滲氮和高壓自發(fā)泡法是制備泡沫炭的兩種主要發(fā)泡方法，該技術(shù)都是在500?8001 /7?10腿^條件下進行發(fā)泡，對發(fā)泡設(shè)備的材質(zhì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計要求非?？量?，更為重要的是該技術(shù)只能采用間歇式生產(chǎn)，難以實現(xiàn)泡沫炭的連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)。另外，現(xiàn)在所用的碳質(zhì)前軀體主要是中間相浙青或酚醛樹脂，原材料成本較高。對此，本專利結(jié)合現(xiàn)有制備泡沫炭在碳質(zhì)前軀體以及發(fā)泡技術(shù)上存在的不足，開發(fā)一種以煤浙青為原料，通過對煤浙青進行改性和簇組成控制，采用自升壓-自發(fā)泡法，在近常壓下制備泡沫炭，最終用作節(jié)能建筑八級保溫材料。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決上述問題，本發(fā)明目的在于，提供一種用作八級節(jié)能建筑保溫材料的泡沫炭及其制備方法。
[0007]按本發(fā)明的方法制備的用作八級節(jié)能建筑保溫材料的泡沫炭技術(shù)方案如下:
[0008]一種節(jié)能建筑保溫材料用泡沫炭的制備方法，其特征在于，包括以下過程:
[0009](1)先采用空氣氧化法，將中溫煤浙青置于磁力攪拌反應(yīng)釜中，以5?101加化的升溫速度升溫至200?3001，并恒溫攪拌0.5?10卜制得高軟化點浙青，其中攪拌速度為 100 ?300 轉(zhuǎn) /111111,空氣流量為 100 ?10001111/111111,
[0010](2)將步驟(1)所制的高軟化點浙青破碎至粒徑5?1000 9 III，將該高軟化點浙青顆粒置于有機溶劑中，在25?1001下，進行磁力攪拌2?10匕然后進行過濾、干燥處理，其中，高軟化點浙青在有機溶劑中的含量為1?50008/1，
[0011](3)將步驟(2)所制的改性高軟化點浙青與一定量的發(fā)泡劑、增強劑進行機械混合，其中發(fā)泡劑與高軟化點浙青的重量比為1?20:100，增強劑與高軟化點浙青的重量比為 2 ?20:100,
[0012](4)將步驟(3)所制的高軟化點浙青混合物置于一定形狀的反應(yīng)器內(nèi)，然后進行密封，其中反應(yīng)器的內(nèi)腔體積為0.5 一 5匕混合物的重量為10?5008，
[0013](5)將步驟(4)中裝有高軟化點浙青混合物的反應(yīng)器置于反應(yīng)爐中，以1?201 /111111的升溫速度升溫至300?5001，并恒溫0.5?10匕之后進行快速卸壓。
[0014]根據(jù)本發(fā)明所述的節(jié)能建筑保溫材料用泡沫炭的制備方法，其特征在于，在步驟
(5)后，在絕氧狀態(tài)下繼續(xù)升溫至500?10001，并恒溫0.5?10匕自然降溫，即得到節(jié)能建筑保溫材料用泡沫炭。
[0015]根據(jù)本發(fā)明所述的節(jié)能建筑保溫材料用泡沫炭的制備方法，其特征在于，上述所用的中溫煤浙青，其軟化點為50?1201、喹啉不溶物含量為10?80%。
[0016]根據(jù)本發(fā)明所述的節(jié)能建筑保溫材料用泡沫炭的制備方法，其特征在于，上述所用的有機溶劑為甲苯、正庚烷、石油醚、喹啉、吡啶中的一種或由這些有機溶劑構(gòu)成的混合溶液。
[0017]根據(jù)本發(fā)明所述的節(jié)能建筑保溫材料用泡沫炭的制備方法，其特征在于，上述所用的發(fā)泡劑為碳酸氫鈉、碳酸鈉、氮化硅、異丁烷、偶氮二異丁脒鹽酸鹽、偶氮二異戊腈、偶氮二異庚腈、偶氮二異丁酸二甲酯中的一種。
[0018]根據(jù)本發(fā)明所述的節(jié)能建筑保溫材料用泡沫炭的制備方法，其特征在于，上述所用的增強劑為粘土、浙青基碳纖維、黏膠基碳纖維、中間相碳微球、碳黑、水滑石中的一種。
[0019]根據(jù)本發(fā)明所述的節(jié)能建筑保溫材料用泡沫炭的制備方法，其特征在于，上述所用反應(yīng)器的形狀為選自方形、長方形、圓柱形、梯形之一種。
[0020]根據(jù)本發(fā)明所述的節(jié)能建筑保溫材料用泡沫炭的制備方法，其特征在于，上述所用反應(yīng)器的形狀為不規(guī)則形狀。
[0021]根據(jù)本發(fā)明所述的方法制備的節(jié)能建筑保溫材料用泡沫炭，其特征在于，
[0022]所述泡沫密度為0.1?0.知/挪3、吸水率低于5%、導(dǎo)熱系數(shù)低于0.091/ (111.10、壓縮強度聞于1.5妨？8。
[0023]本發(fā)明的優(yōu)點在于:1)相對中間相浙青而言，由煤浙青制備的高軟化點浙青其生產(chǎn)成本較低結(jié)合高軟化點浙青和發(fā)泡劑的特點，可以實現(xiàn)在近常壓下發(fā)泡，這樣就可大大降低發(fā)泡設(shè)備的材質(zhì)成本因發(fā)泡壓力低，生產(chǎn)過程中的安全性可大為提高；4?由于采用近常壓發(fā)泡，在發(fā)泡過程中，可以采用隧道窯式加熱設(shè)備實現(xiàn)泡沫炭的連續(xù)化生產(chǎn)可以通過對反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，生產(chǎn)任何外形結(jié)構(gòu)的泡沫炭:6)可以根據(jù)需要，直接先生產(chǎn)尺寸較大的泡沫炭塊體材料，然后利用其良好的可加工性特點，制成不同規(guī)格尺寸的泡沫炭以滿足在節(jié)能建筑保溫方面的應(yīng)用。

【具體實施方式】
[0024]【實施例一】
[0025]將2008中溫煤浙青置于磁力攪拌反應(yīng)釜中，以51加化的升溫速度升溫至280 V，在攪拌過程中，通入空氣，其中，空氣流量、攪拌速度和攪拌時間分別為20011117111111、200轉(zhuǎn)將所制高軟化點浙青的平均粒徑破碎至400 9 0左右，然后將1008高軟化點浙青粉末置于2001的喹啉溶液中，磁力攪拌2卜。將608改性高軟化點浙青與碳酸氫鈉、108浙青基碳纖維在常溫下進行機械混合，然后將上述混合物置于圓柱形的反應(yīng)器中。反應(yīng)器密封后，直接置于烘箱中，先以101加化的升溫速度升溫至6001并恒溫2匕然后以1000加化的升溫速度升溫至8001并恒溫1匕即制得節(jié)能建筑用圓柱狀泡沫炭。該泡沫炭的密度為0.15^/0^,吸水率為2.1%，導(dǎo)熱系數(shù)為0.071/(0.10，壓縮強度為1.51？3。
[0026]【實施例二】
[0027]將5008煤焦油置于磁力攪拌反應(yīng)釜中，以51 /111111的升溫速度升溫至2801，在攪拌過程中，通入空氣，其中，空氣流量、攪拌速度和攪拌時間分別為20011117111111、200轉(zhuǎn)/
將所制高軟化點浙青的平均粒徑破碎至400 9 III左右，然后將100@高軟化點浙青粉末置于200此的喹啉溶液中，磁力攪拌21！。將608改性高軟化點浙青與碳酸氫鈉、108浙青基碳纖維在常溫下進行機械混合，然后將上述混合物置于圓柱形的反應(yīng)器中。反應(yīng)器密封后，直接置于烘箱中，先以101加化的升溫速度升溫至6001并恒溫2匕然后以101 /111111的升溫速度升溫至8001并恒溫111，得到?jīng)]有任何泡孔的圓柱狀碳塊。該材料不能稱之為泡沫炭。
[0028]【實施例三】
[0029]將2008中溫煤浙青置于磁力攪拌反應(yīng)釜中，以51加化的升溫速度升溫至280 V，在攪拌過程中，通入空氣，其中，空氣流量、攪拌速度和攪拌時間分別為20011117111111、200轉(zhuǎn)將所制高軟化點浙青的平均粒徑破碎至400 ^ 0左右，然后將608改性高軟化點浙青與碳酸氫鈉、108浙青基碳纖維在常溫下進行機械混合，然后將上述混合物置于圓柱形的反應(yīng)器中。反應(yīng)器密封后，直接置于烘箱中，先以101加化的升溫速度升溫至6001并恒溫2匕然后以101加化的升溫速度升溫至8001并恒溫1匕制得僅有部分超大孔的圓柱狀碳。該材料雖有部分大孔，但孔密度非常低，不能稱之為泡沫炭。
[0030]【實施例四】
[0031]將2008中溫煤浙青置于磁力攪拌反應(yīng)釜中，以51加化的升溫速度升溫至280 V，在攪拌過程中，通入空氣，其中，空氣流量、攪拌速度和攪拌時間分別為20011117111111、200轉(zhuǎn)將所制高軟化點浙青的平均粒徑破碎至400 9 0左右，然后將1008高軟化點浙青粉末置于200此的喹啉溶液中，磁力攪拌2卜。將608改性高軟化點浙青與偶氮二異丁酸二甲酯、108浙青基碳纖維在常溫下進行機械混合，然后將上述混合物置于圓柱形的反應(yīng)器中。反應(yīng)器密封后，直接置于烘箱中，先以101加化的升溫速度升溫至6001并恒溫2匕然后以101加化的升溫速度升溫至8001并恒溫1匕制得僅有部分超大孔的圓柱狀炭材料。該材料雖有部分大孔，但孔密度非常低，不能稱之為泡沫炭。
[0032]【實施例五】
[0033]將2008中溫煤浙青置于磁力攪拌反應(yīng)釜中，以51加化的升溫速度升溫至280 V，在攪拌過程中，通入空氣，其中，空氣流量、攪拌速度和攪拌時間分別為20011117111111、200轉(zhuǎn)將所制高軟化點浙青的平均粒徑破碎至400 9 0左右，然后將1008高軟化點浙青粉末置于2001的喹啉溶液中，磁力攪拌2卜。將608改性高軟化點浙青與碳酸氫鈉、108中間相碳微球在常溫下進行機械混合，然后將上述混合物置于圓柱形的反應(yīng)器中。反應(yīng)器密封后，直接置于烘箱中，先以101加化的升溫速度升溫至6001并恒溫2匕然后以1000加化的升溫速度升溫至8001并恒溫1匕即制得節(jié)能建筑用圓柱狀泡沫炭。該泡沫炭的密度為0.18^/0^,吸水率為1.9%，導(dǎo)熱系數(shù)為0.091/(0.10，壓縮強度為2.1腿
[0034]【實施例六】
[0035]將2008中溫煤浙青置于磁力攪拌反應(yīng)釜中，以51加化的升溫速度升溫至280 V，在攪拌過程中，通入空氣，其中，空氣流量、攪拌速度和攪拌時間分別為20011117111111、200轉(zhuǎn)將所制高軟化點浙青的平均粒徑破碎至400 9 0左右，然后將1008高軟化點浙青粉末置于2001的喹啉溶液中，磁力攪拌2卜。將608改性高軟化點浙青與碳酸氫鈉、108中間相碳微球在常溫下進行機械混合，然后將上述混合物置于圓柱形的反應(yīng)器中。反應(yīng)器密封后，直接置于烘箱中，以101加化的升溫速度升溫至6001并恒溫2匕即制得圓柱狀泡沫炭。該泡沫炭的密度為0.23^/0^,吸水率為3.9%，導(dǎo)熱系數(shù)為0.121/ (111.10，壓縮強度為1.3腿
[0036]本發(fā)明的優(yōu)點在于:1)相對中間相浙青而言，由煤浙青制備的高軟化點浙青其生產(chǎn)成本較低；2?結(jié)合高軟化點浙青和發(fā)泡劑的特點，可以實現(xiàn)在近常壓下發(fā)泡，這樣就可大大降低發(fā)泡設(shè)備的材質(zhì)成本；3?因發(fā)泡壓力低，生產(chǎn)過程中的安全性可大為提高；4?由于采用近常壓發(fā)泡，在發(fā)泡過程中，可以采用隧道窯式加熱設(shè)備實現(xiàn)泡沫炭的連續(xù)化生產(chǎn)；5?可以通過對反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，生產(chǎn)任何外形結(jié)構(gòu)的泡沫炭:6)可以根據(jù)需要，直接先生產(chǎn)尺寸較大的泡沫炭塊體材料，然后利用其良好的可加工性特點，制成不同規(guī)格尺寸的泡沫炭以滿足在節(jié)能建筑保溫方面的應(yīng)用。
【權(quán)利要求】
1.一種節(jié)能建筑保溫材料用泡沫炭的制備方法，其特征在于包括以下過程: (1)先采用空氣氧化法，將中溫煤浙青置于磁力攪拌反應(yīng)釜中，以5?10°C/min的升溫速度升溫至200?300°C，并恒溫攪拌0.5?1h制得高軟化點浙青，其中攪拌速度為100 ?300 轉(zhuǎn) /min,空氣流量為 100 ?lOOOmL/min, (2)將步驟(I)所制的高軟化點浙青破碎至粒徑5?1000μ m,將該高軟化點浙青顆粒置于有機溶劑中，在25?100°C下，進行磁力攪拌2?10h，然后進行過濾、干燥處理，其中，高軟化點浙青在有機溶劑中的含量為I?5000g/L， (3)將步驟(2)所制的改性高軟化點浙青與一定量的發(fā)泡劑、增強劑進行機械混合，其中發(fā)泡劑與高軟化點浙青的重量比為I?20:100，增強劑與高軟化點浙青的重量比為2?20:100, (4)將步驟(3)所制的高軟化點浙青混合物置于一定形狀的反應(yīng)器內(nèi)，然后進行密封，其中反應(yīng)器的內(nèi)腔體積為0.5 - 5L，混合物的重量為10?500g， (5)將步驟(4)中裝有高軟化點浙青混合物的反應(yīng)器置于反應(yīng)爐中，以I?20°C/min的升溫速度升溫至300?500°C，并恒溫0.5?10h，之后進行快速卸壓。
2.如權(quán)利要求1所述的節(jié)能建筑保溫材料用泡沫炭的制備方法，其特征在于，在步驟(5)后，在絕氧狀態(tài)下繼續(xù)升溫至500?1000°C，并恒溫0.5?10h，自然降溫，即得到節(jié)能建筑用泡沫炭。
3.如權(quán)利要求1所述的節(jié)能建筑保溫材料用泡沫炭的制備方法，其特征在于，所述中溫煤浙青，其軟化點為50?120°C、喹啉不溶物含量為10?80%。
4.如權(quán)利要求1所述的節(jié)能建筑保溫材料用泡沫炭的制備方法，其特征在于，上述所用的有機溶劑為甲苯、正庚烷、石油醚、喹啉、吡啶中的一種或由這些有機溶劑構(gòu)成的混合溶液。
5.如權(quán)利要求1所述的節(jié)能建筑保溫材料用泡沫炭的制備方法，其特征在于，上述所用的發(fā)泡劑為碳酸氫鈉、碳酸鈉、氮化硅、異丁烷、偶氮二異丁脒鹽酸鹽、偶氮二異戊腈、偶氮二異庚腈、偶氮二異丁酸二甲酯中的一種。
6.如權(quán)利要求1所述的節(jié)能建筑保溫材料用泡沫炭的制備方法，其特征在于，上述所用的增強劑為粘土、浙青基碳纖維、黏膠基碳纖維、中間相碳微球、碳黑、水滑石中的一種。
7.如權(quán)利要求1所述的節(jié)能建筑保溫材料用泡沫炭的制備方法，其特征在于，上述所用反應(yīng)器的形狀為選自方形、長方形、圓柱形、梯形之一種。
8.如權(quán)利要求1所述的節(jié)能建筑保溫材料用泡沫炭的制備方法，其特征在于，上述所用反應(yīng)器的形狀為不規(guī)則形狀。
9.一種按權(quán)利要求1所述的方法制備的節(jié)能建筑保溫材料用泡沫炭，其特征在于， 所述泡沫密度為0.1?0.4g/cm3、吸水率低于5%、導(dǎo)熱系數(shù)低于0.09W/ (m.k)、壓縮強度聞于1.5MPa。
【文檔編號】C01B31/02GK104445136SQ201310438820
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月23日
【發(fā)明者】陶軍, 劉春法, 金潔, 夏劍忠, 張秀云, 詹亮, 張洪剛 申請人:上海寶鋼化工有限公司, 華東理工大學(xué)