一種納米隔熱保溫材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種納米隔熱保溫材料及其制備方法，屬于保溫材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 保溫材料一般是指導(dǎo)熱系數(shù)小于或等于0.2的材料。其具有節(jié)約能源、降低能耗、 減少有害物質(zhì)排放、改善人們生活環(huán)境和延長建筑物使用壽命的作用，逐漸地成為建筑材 料的重要組成部分。尤其在如今人們生活水平日益增長和能源日趨匱乏的環(huán)境下，保溫材 料的重要性越來越凸顯。
[0003] 目前，我國常用的建筑保溫材料可以分為有機類保溫材料和無機類保溫材料。其 中，有機類保溫材料包括了聚苯乙烯泡沫材料、發(fā)泡橡膠材料、聚氨酯泡沫材料等，此類保 溫材料雖然密度小、導(dǎo)熱系數(shù)小、絕緣性能好、保溫性好，但是強度比較低、耐熱差、耐老化 差、使用壽命短、且易燃燒，容易構(gòu)成引發(fā)火災(zāi);無機類保溫材料包括了巖棉、礦渣棉、玻璃 棉、水泥發(fā)泡材料等，此類保溫材料雖然耐熱、阻燃效果好、穩(wěn)定性高、施工便捷，但容重大， 材料缺乏韌性，且保溫效果欠佳。因此，為了解決這些技術(shù)問題，人們開始了探索與研究新 的保溫材料-納米隔熱保溫材料。
[0004] 納米隔熱保溫材料是一種直徑在數(shù)十納米的Si02顆粒，配合紅外遮光劑和纖維等 成分，經(jīng)過一系列物理和化學(xué)反應(yīng)得到的新型材料。其不僅具有極低的導(dǎo)熱系數(shù)，隔熱性能 是傳統(tǒng)材料（陶瓷纖維，硅酸鈣，巖棉等）的3~4倍，而且導(dǎo)熱系數(shù)在高溫段上升很小，高達 1000°C的耐溫。然而，由于二氧化硅氣凝膠材料的固有強度低、脆性大及容易開裂等缺點， 為了使納米隔熱保溫材料具有良好的機械加工性和廣泛的使用范圍，在納米隔熱保溫材料 中添加了一定比例的纖維增強物及粘結(jié)劑。發(fā)明專利"一種納米孔保溫材料及其制備方法" (專利號:CN 104311096 A)利用氣相納米二氧化硅、增強纖維、紅外遮光劑、三氧化二鋁、磷 酸來制備導(dǎo)熱系數(shù)小于〇.〇15W/(m · K)的納米孔保溫材料;發(fā)明專利"納米級絕熱板及其制 作方法"（專利號:CN 102828563 B)利用納米級氣相二氧化硅、增強纖維、遠紅外添加劑、碳 化硅、干燥劑、粘合劑來制備導(dǎo)熱系數(shù)低于〇.〇〇8W/(m · K)的納米級絕熱板。雖然這些納米 保溫材料通過摻入增強材料，解決了二氧化硅氣凝膠材料的固有強度低、脆性大等缺點，但 是單一氣凝膠的性能非常有限的，使得其在保溫材料工程中的推廣和應(yīng)用受到限制。因此， 探索與研究如何改善保溫材料的性能是非常有價值的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出了一種納米隔熱保 溫材料及其制備方法。
[0006] 本發(fā)明為解決上述問題所采取的技術(shù)方案為：
[0007] -種納米隔熱保溫材料，由以下重量份配比的各組分制成:二氧化鈦/二氧化硅二 元氣凝膠60~70份、無機納米材料2~4份、硬硅鈣石1~2份、改性聚丙烯纖維2~4份、陶瓷 粉體遮光劑5~7份、無水氯化鈣0.6~0.8份、粘結(jié)劑2~4份、空心微球20~30份、聚乙二醇3 ~5份、珍珠巖6~8份、娃灰2~6份、阻燃劑1~3份、錯粉0.4~0.6份、甲基娃酸鈉0.1~0.3 份。
[0008] 優(yōu)選地，
[0009] -種納米隔熱保溫材料，由以下重量份配比的各組分制成:二氧化鈦/二氧化硅二 元氣凝膠65份、無機納米材料3份、硬硅鈣石1.5份、改性聚丙烯纖維3份、陶瓷粉體遮光劑6 份、無水氯化鈣0.7份、粘結(jié)劑3份、空心微球25份、聚乙二醇4份、珍珠巖7份、硅灰4份、阻燃 劑2份、鋁粉0.5份、甲基硅酸鈉0.2份。
[0010]其中，所述的二元氣凝膠的平均粒徑為20nm，比表面積為250±50m2/g，壓實密度 為80g± 10/1，二氧化鈦與二氧化娃的摩爾比為1:1;
[0011] 所述的無機納米材料為納米氫氧化鋁，其粒度為60~80nm;所述的硬硅鈣石的顆 粒尺寸為25μπι;所述的改性聚丙烯纖維的直徑為8μπι;
[0012] 所述的陶瓷粉體遮光劑為碳化硅，其平均粒徑為4~6μπι;所述的無水氯化鈣的顆 粒為3mm;所述的粘結(jié)劑為聚乙稀醇；
[0013] 所述的空心微球為玻璃空心微球10~15份、氧化鋯空心微球10~15份混合而成； 所述的阻燃劑為氫氧化鎂;所述的珍珠巖、硅灰、鋁粉的粒度為1~3mm。
[0014] 所述納米隔熱保溫材料的制備方法，包括以下步驟：
[0015] (1)按照重量份配比稱取所需的組分，先將二元氣凝膠、硬硅鈣石加到混合機上混 合，混合10~15min，混合轉(zhuǎn)速為100~200r/min，然后再加入用乙醇處理后的改性聚丙烯纖 維混合，混合10~15min，混合轉(zhuǎn)速為100~200r/min，最后加入聚乙二醇混合，混合15~ 20min，混合轉(zhuǎn)速為200~300r/min，得到混合物A，備用；
[0016] (2)先將無機納米材料、陶瓷粉體遮光劑、珍珠巖、硅灰、錯粉加到混合機上混合， 混合10~15min，混合轉(zhuǎn)速為100~200r/min，然后再加粘結(jié)劑混合，其中粘結(jié)劑為5~10% 聚乙稀醇溶液，混合20~30min，混合轉(zhuǎn)速為200~300r/min，最后加入空心微球繼續(xù)混合， 混合30~40min，混合轉(zhuǎn)速為400~500r/min，得到混合物B，備用；
[0017] (3)先將混合物A、混合物B、阻燃劑、甲基硅酸鈉加到混合機上混合，混合30~ 60min，混合轉(zhuǎn)速為700~800r/min，然后再加無水氯化鈣混合，混合20~40min，混合轉(zhuǎn)速為 900~1000r/min，得到混合物C，備用；
[0018] (4)將混合物C在溫度400~600°C，壓力1~3MPa，保溫時間20~30min條件下壓制 成型，得到成型材料；
[0019] (5)將脫模后的成型材料放入馬沸爐煅燒，煅燒溫度為400~500°C，保溫時間1~ 2h；
[0020] (6)待步驟(5)處理得到的材料冷卻后，在材料表面覆設(shè)鋁箱質(zhì)反射層，真空壓制 成型，即得所述的納米隔熱保溫材料。
[0021] 本發(fā)明的有益效果是：
[0022] 1、二元氣凝膠有效地克服了單一氣凝膠性能的缺陷。二氧化硅氣凝膠是一種由膠 體粒子相互聚集而成的納米多孔固體材料，具有質(zhì)量輕、孔隙率高、體積小、比表面積大、隔 熱性能好等特點，但純的二氧化硅氣凝膠的紅外熱輻射隨著溫度的升高而急劇升高，限制 了其在高溫條件下的應(yīng)用，二氧化鈦氣凝膠具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、紅外吸收性、光催化性 和耐2000°C高溫等特性，將其加入二氧化硅氣凝膠中，不僅可以有效地降低紅外熱輻射，而 且改善氣凝膠結(jié)構(gòu)、優(yōu)化氣凝膠性能，進而提高納米隔熱保溫材料的性能。這是由于晶體結(jié) 構(gòu)的二氧化鈦分散在非晶體結(jié)構(gòu)的二氧化硅網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使氣凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加均勻，熱穩(wěn) 定更好，同時也使材料熱傳導(dǎo)路徑長度增大，從而提高材料保溫性能，進而擴寬其的使用范 圍。
[0023] 2、玻璃空心微球、氧化鋯空心微球兩種空心微球的添加不僅能顯著增強材料的強 度，還可以使材料具有良好的耐高溫性能和保溫性能，本發(fā)明采用了不同的空心球相互配 合，并與其他材料發(fā)生協(xié)同效應(yīng)，增強保溫材料的強度、耐高溫性能和保溫性能，從而擴寬 其的使用范圍。
[0024] 3、鋁粉具有質(zhì)輕、漂浮力高、遮蓋力強、對光和熱的反射性能均好的特點，其的加 入，不僅可以起到起著隔熱作用，還可以增強保溫材料的強度。同時，材料表面也使用了鋁 箱層，增加保溫材料的阻隔性能、防水性能和遮光性能等性能。材料內(nèi)部-表面都使用鋁粉 優(yōu)良的特性，內(nèi)-外相結(jié)合，能進一步地改善保溫材料的綜合性能，從而擴寬其的使用范圍。
【具體實施方式】 [0025] 實施例1
[0026] -種納米隔熱保溫材料，由以下重量份配比的各組分制成:二氧化鈦/二氧化硅二 元氣凝膠65份、納米氫氧化鋁3份、硬硅鈣石1.5份、改性聚丙烯纖維3份、碳化硅6份、無水氯 化鈣0.7份、聚乙烯醇3份、玻璃空心微球12份、氧化鋯空心微球13份、聚乙二醇4份、珍珠巖7 份、硅灰4份、氫氧化鎂2份、鋁粉0.5份、甲基硅酸鈉0.2份。
[0027]其中，所述的二氧化鈦/二氧化硅二元氣凝膠的平均粒徑為20nm，比表面積為250 ±50m2/g，壓實密度為80g±10/l，二氧化鈦與二氧化硅的摩爾比為1:1;
[0028]所述的納米氫氧化鋁的粒度為70nm;所述的硬硅鈣石的顆粒尺寸為25μπι;所述的 改性聚丙烯纖維的直徑為8μι;
[0029]所述的碳化硅的平均粒徑為5μπι;所述的無水氯化鈣的顆粒為3 mm;所述的珍珠巖、 硅灰、鋁粉的粒度為2mm〇
[0030] 所述納米隔熱保溫材料的制備方法，包括以下步驟：
[0031] (1)按照重量份配比稱取所需的組分，先將二氧化鈦/二氧化硅二元氣凝膠、硬硅 鈣石加到混合機上混合，混合12min，混合轉(zhuǎn)速為150r/min，然后再加入用乙醇處理后的改 性聚丙稀纖維混合，混合12min，混合轉(zhuǎn)速為150r/min，最后加入聚乙二醇混合，混合18min， 混合轉(zhuǎn)速為250r/min，得到混合物A，備用；
[0032] ( 2)先將納米氫氧化鋁、碳化硅、珍珠巖、硅灰、鋁粉加到混合機上混合，混合 12min，混合轉(zhuǎn)速為150r/min，然后再加8 %聚乙烯醇溶液混合，混合25min，混合轉(zhuǎn)速為 250r/min，最后加入玻璃空心微球、氧化錯空心微球繼續(xù)混合，混合35min，混合轉(zhuǎn)速為 450r/min，得到混合物B，備用；
[0033] (3)先將混合物A、混合物B、氫氧化鎂、甲基硅酸鈉加到混合機上混合，混合45min， 混合轉(zhuǎn)速為750r/min，然后再加無水氯化媽混合，混合30min，混合轉(zhuǎn)速為950r/min，得到混 合物C，備用；
[0034] ⑷將混合物C在溫度500°C，壓力2MPa，保溫時間25min條件下壓制成型，得到成型 材料；
[0035] (5)將脫模后的成型材料放入馬沸爐煅燒，煅燒溫度為450°C，保