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CN111792884A - 一种建筑用环保保温材料及其制备方法 - Google Patents

一种建筑用环保保温材料及其制备方法 Download PDF

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CN111792884A CN202010598244.XA CN202010598244A CN111792884A CN 111792884 A CN111792884 A CN 111792884A CN 202010598244 A CN202010598244 A CN 202010598244A CN 111792884 A CN111792884 A CN 111792884A
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Abstract

本发明提出了一种建筑用环保保温材料，由以下原料制备而成：改性气凝胶、硅藻土、Al2O3‑ZnO‑CaO纳米粉、复合铝硅酸盐聚合物、发泡剂、增稠剂、减水剂、蛭石粉、玄武岩、发泡石墨、氯磺化聚乙烯、聚醚多元醇、活性炭、羟甲基纤维素。本发明通过科学合理的成分配比以及简单工艺流程，使得最终的保温材料能够具有良好的保温性能，有效保证了建筑物内的温度，避免了建筑物内的热量流失，具有良好的使用与推广价值。

Description

一种建筑用环保保温材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种建筑用环保保温材料及其制备 方法。
背景技术
节能环保已经成为21世纪人类必须面对的重大课题，也已经成为我们建筑 行业必须要着力解决的重要课题。提高房屋的保温隔热性能是建筑物节能降耗的 一项重要措施，在国家的倡导之下不少新建筑以及不少老建筑正在通过在外墙与 内墙贴敷保温隔热层的办法以求达到房内的隔热保温效果，即在炎热夏天通过内 外墙的隔热材料阻止热辐射向屋内传递，减少空调等家用电器的能耗，在寒冷冬 天也通过内外墙的隔热材料阻止室内较高温度传导到寒冷的室外。
目前，市场上使用的这种保温隔热层材料主要是高分子有机类 和无机类材料。常用的高分子保温隔热材料包括：膨胀聚苯乙烯发 泡板、交联聚乙烯发泡板、发泡聚氨醋板。无机材料板材包括：发 了包水泥板和发泡氯氧镣水泥板。其中有机材料板的主要优点是密度小、保温效率高、韧性好，缺点是耐火性能差，着火以后极易点 燃，并会在燃烧过程中产生有毒烟雾，严重危及生命安全，并且还 存在耐老化性能差、使用寿命短、安装程序复杂、成本高等缺陷。 无机材料类保温隔热层的优点是：成本低、难燃，火灾时无烟雾产 生，耐老化性能好、与建筑物同寿命、安装容易、成本低等特点， 缺点是会增加建筑物整体的重量、材料缺乏韧性。
目前常用的保温材料为EPS、XPS及聚氨酯等有机保温材料， 此类材料导热系数小，绝缘性能好，但强度比较低，不具有防火功 能，达不到消防要求，因此这类材料从强度、防火、耐久性等方面 都无法满足建筑使用要求，无法满足绿色节能建筑和社会可持续发展的要求。随着社会发展，建筑物的防火性能越来越受到重视，对 建筑防火等级的要求也大大提高，公安部、主建部《民用建筑外保 温系统及外墙装饰防火暂行规定》中已要求民用建筑外保温材料宜 采用A级不燃材料，当采用B1级保温材料时，应设置水平防火隔 离带。通常A级材料有水泥膨胀珍珠岩、加气混凝土块、岩棉、玻 璃棉等，水泥膨胀珍珠岩，加气混凝土块容重较大，导热系统较大， 岩棉、玻璃棉在生产和使用中对环境和人员健康上存在一定影响。
发明内容
本发明的目的在于提出一种建筑用环保保温材料及其制备方法，通过科学合 理的成分配比以及简单工艺流程，使得最终的保温材料能够具有良好的保温性能， 有效保证了建筑物内的温度，避免了建筑物内的热量流失。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供一种建筑用环保保温材料，由以下原料制备而成：改性气凝胶、 硅藻土、Al2O3-ZnO-CaO纳米粉、复合铝硅酸盐聚合物、发泡剂、增稠剂、减水 剂、蛭石粉、玄武岩、发泡石墨、氯磺化聚乙烯、聚醚多元醇、活性炭、羟甲基 纤维素；
所述改性气凝胶由以下方法制备而成：将1-5重量份葡甘聚糖和1重量份大 豆蛋白加入100重量份仿生提取液中反应1-2h后在100-105℃灭酶10-15min，过 滤，滤液中加入5-10重量份黄原胶混合搅拌得到溶胶，冷冻干燥，得到的固体 在氮气氛中送入马弗炉，以5-10℃/min的速度升温至500-550℃保持20-30min后， 继续升高至600-700℃，保持30-50min，降至室温，得到的碳化后的固体浸泡在 pH＝7.4的Tris-HCl溶液中10-20min，得到改性气凝胶；
所述仿生提取液的配置方法为在100mL 0.1-0.2mol/L的HCl溶液中加入 100U/g的胃蛋白酶，搅拌溶解得到；
所述复合铝硅酸盐聚合物由以下方法制备而成：将铝硅酸盐研细至100目以 下，浸泡在1-2mol/L的KOH溶液中浸泡反应2-4h，过滤，采用球磨工艺均匀混 合，得到粒径为15-25μm的铝硅酸盐聚合物，干燥，得到复合铝硅酸盐聚合物；
所述Al2O3-ZnO-CaO纳米粉由以下方法制备而成：将氧化铝、氧化锌和氧化 钙分别研细至100目以下，混合均匀后在氮气氛条件下送入马弗炉加热至 800-850℃，高温活化烧结1-3h后送出，冷却至室温，采用球磨工艺均匀混合， 得到粒径为100-500nm的Al2O3-ZnO-CaO纳米粉；
所述氧化铝、氧化锌和氧化钙的质量比为1:1-3:1-5。
作为本发明的进一步改进，由以下原料按重量份制备而成：改性气凝胶20-50 份、硅藻土15-25份、Al2O3-ZnO-CaO纳米粉10-20份、复合铝硅酸盐聚合物50-100 份、发泡剂1-3份、增稠剂1-5份、减水剂0.5-2份、蛭石粉3-10份、玄武岩3-7 份、发泡石墨2-10份、氯磺化聚乙烯1-3份、聚醚多元醇1-4份、活性炭2-5份、 羟甲基纤维素1-4份。
作为本发明的进一步改进，由以下原料按重量份制备而成：改性气凝胶30-40 份、硅藻土17-22份、Al2O3-ZnO-CaO纳米粉12-18份、复合铝硅酸盐聚合物60-90 份、发泡剂1.5-2.5份、增稠剂2-4份、减水剂0.7-1.5份、蛭石粉5-9份、玄武 岩4-6份、发泡石墨4-8份、氯磺化聚乙烯1.5-2.5份、聚醚多元醇2-3份、活性 炭3-5份、羟甲基纤维素2-4份。
作为本发明的进一步改进，由以下原料按重量份制备而成：改性气凝胶35 份、硅藻土20份、Al2O3-ZnO-CaO纳米粉15份、复合铝硅酸盐聚合物75份、 发泡剂2份、增稠剂3份、减水剂1份、蛭石粉7份、玄武岩5份、发泡石墨6 份、氯磺化聚乙烯2份、聚醚多元醇2.5份、活性炭4份、羟甲基纤维素3份。
作为本发明的进一步改进，所述发泡剂为组合发泡剂，包括物理发泡剂和化 学发泡剂，所述物理发泡剂为二氯四氟乙烷和三氯三氟乙烷，质量比为3：1-3， 化学发泡剂为偶氮甲酰胺，物理发泡剂与化学发泡剂的重量比为1:0.2-0.5。
作为本发明的进一步改进，所述增稠剂选自纤维素醚及其衍生物、碱溶胀型 增稠剂、丙烯酸类增稠剂、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、低分子聚乙烯蜡、聚丙 烯酰胺、淀粉、果胶、黄原胶、氢化蓖麻油、有机膨润土、聚酞胺蜡中的一种或 几种混合。
作为本发明的进一步改进，所述减水剂选自木质素磺酸盐、萘磺酸盐减水剂、 密胺系减水剂、粉末聚羧酸酯、干酪素、聚羧酸系高性能减水剂中的一种或几种 混合。
作为本发明的进一步改进，所述铝硅酸盐为偏高岭土、矿渣、粉煤灰、硅灰 中的一种或两种的混合。
本发明进一步保护一种上述建筑用环保保温材料的制备方法，其特征在于， 包括以下步骤：
S1.混料：将各原料放入混合机中，首先以低速混合30-50min后升至高速混 合10-30min，待温度达到100-120℃时，加入原料总重量的10％的水分，充分混 合；
S2.挤压成型：将步骤S1中的混合料装入双螺杆挤出机中，在220-240℃下， 功率为30-50KW挤出制成半成品；
S3.成型：将步骤S3得到的半成品进入0℃冰水混合物中冷浸，获得建筑用 环保保温材料。
作为本发明的进一步改进，所述低速混合转速为300-500r/min，所述高速混 合转速为1000-1500r/min。
本发明具有如下有益效果：本发明物理发泡剂为低沸点液体，它的性能苑围 很广，是在常温常压下呈气态的低沸点液体，在常压下沸点低于110℃。在压注 入聚合物熔体时呈液态，这样有利于发泡剂与聚合物体均匀混合，然后通过减压， 使体中的发泡剂汽化，形成气泡此外，还可以将低沸点液体在常温或较低的温度 下掺入固态的聚合物小颗粒，然后加热，小颗粒中的低点液体汽化，使聚合物小 颗粒含大量微泡，变成珠粒状弹性小球。偶氮甲酰胺是一种通用型发气量大的发 泡剂，在低用量下可完成安全快速氧化，以改善材料的物理性能和所需的组织结 构，可制得各种发泡制品，与物理发泡剂组合使用，够快速发泡，产生均匀细小 的空气鼓泡，从而降低建筑材料的导热系数，实现保温功效；
对于复合铝硅酸盐聚合物的聚合过程，包括溶解、扩散、聚合与固化4个 过程，首先在水溶液中铝硅酸盐矿物与碱性激发剂发生化学反应，生成水溶性含 铝单体和含硅单体；溶解后的单体(如AlO4和SiO4四面体)向液相中均匀扩散； 在一定温度下，含铝单体和含硅单体之间发生缩聚反应生成凝胶相；凝胶相和剩 余反应物之间的溶解扩散以及凝胶相在毛细管中运动，排除剩余水分，在适当的 环境中进一步固化形成铝硅酸盐聚合物；Al2O3-ZnO-CaO纳米粉通过将Al2O3、 ZnO、CaO三者球磨混匀，得到复合物纳米粉，显著提高材料的阻燃性能和保温 性能；气凝胶是在保持凝胶三维网络结构不变的条件下，将其中的液体溶剂除去 而形成的一种高度多孔材料，具有轻质、保温性能好、耐化学品性等性能，从而 在建材行业有广泛的应用，本发明通过葡甘聚糖和大豆蛋白酶解后与黄原胶形成 凝胶状物，碳化活化后得到改性气凝胶，不仅原料广泛易得，制得的气凝胶孔隙 率高，保温性更佳，结构更稳定，抗冲击性能更好；
本发明采用对环境几乎无污染的发泡剂和无卤的阻燃体系，实现环保的目的； 通过减水剂、发泡剂等反应原料的配合，实现迅速发泡与固化，适用于喷涂工艺， 提高了生产效率；
本发明通过科学合理的成分配比以及简单工艺流程，使得最终的保温材料能 够具有良好的保温性能，有效保证了建筑物内的温度，避免了建筑物内的热量流 失，具有良好的使用与推广价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的 附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造 性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例5中改性气凝胶的SEM图；
图2为本发明实施例5中Al2O3-ZnO-CaO纳米粉的SEM图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述 的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实 施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施 例，都属于本发明保护的范围。
pH＝7.4的Tris-HCl溶液的配置方法为：50ml 0.1mol/L三羟甲基氨基甲烷(Tris)溶液与42ml 0.1mol/L盐酸混匀后，加水稀释至100ml。
实施例1
原料组成(重量份)：改性气凝胶20份、硅藻土15份、Al2O3-ZnO-CaO纳 米粉10份、复合铝硅酸盐聚合物50份、发泡剂1份、低分子聚乙烯蜡1份、聚 羧酸系高性能减水剂0.5份、蛭石粉3份、玄武岩3份、发泡石墨2份、氯磺化 聚乙烯1份、聚醚多元醇1份、活性炭2份、羟甲基纤维素1份。
发泡剂为组合发泡剂，包括物理发泡剂和化学发泡剂，所述物理发泡剂为二 氯四氟乙烷和三氯三氟乙烷，质量比为3：1，化学发泡剂为偶氮甲酰胺，物理发 泡剂与化学发泡剂的重量比为1:0.2。
改性气凝胶由以下方法制备而成：将1g葡甘聚糖和1g大豆蛋白加入100g 仿生提取液中反应1h后在100℃灭酶10min，过滤，滤液中加入5g黄原胶混合 搅拌得到溶胶，冷冻干燥，得到的固体在氮气氛中送入马弗炉，以5℃/min的速 度升温至500℃保持20min后，继续升高至600℃，保持30min，降至室温，得 到的碳化后的固体浸泡在pH＝7.4的Tris-HCl溶液中10min，得到改性气凝胶。
仿生提取液的配置方法为在100mL 0.1mol/L的HCl溶液中加入100U/g的胃 蛋白酶，搅拌溶解得到。
复合铝硅酸盐聚合物由以下方法制备而成：将粉煤灰研细至100目以下，浸 泡在1mol/L的KOH溶液中浸泡反应2h，过滤，采用球磨工艺均匀混合，得到 粒径为15-25μm的铝硅酸盐聚合物，干燥，得到复合铝硅酸盐聚合物。
Al2O3-ZnO-CaO纳米粉由以下方法制备而成：将10g氧化铝、10g氧化锌和10g 氧化钙分别研细至100目以下，混合均匀后在氮气氛条件下送入马弗炉加热至 800℃，高温活化烧结1h后送出，冷却至室温，采用球磨工艺均匀混合，得到粒 径为100-500nm的Al2O3-ZnO-CaO纳米粉。
建筑用环保保温材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.混料：将各原料放入混合机中，首先以低速混合30min后升至高速混合 10min，待温度达到100℃时，加入原料总重量的10％的水分，充分混合；
S2.挤压成型：将步骤S1中的混合料装入双螺杆挤出机中，在220℃下，功 率为30KW挤出制成半成品；
S3.成型：将步骤S3得到的半成品进入0℃冰水混合物中冷浸，获得建筑用 环保保温材料。
本实施例中低速混合转速为300r/min，高速混合转速为1000r/min。
实施例2
原料组成(重量份)：改性气凝胶50份、硅藻土25份、Al2O3-ZnO-CaO纳 米粉20份、复合铝硅酸盐聚合物100份、发泡剂3份、聚酞胺蜡5份、密胺系 减水剂2份、蛭石粉10份、玄武岩7份、发泡石墨10份、氯磺化聚乙烯3份、 聚醚多元醇4份、活性炭5份、羟甲基纤维素4份。
发泡剂为组合发泡剂，包括物理发泡剂和化学发泡剂，所述物理发泡剂为二 氯四氟乙烷和三氯三氟乙烷，质量比为3：3，化学发泡剂为偶氮甲酰胺，物理发 泡剂与化学发泡剂的重量比为1:0.5。
改性气凝胶由以下方法制备而成：将5g葡甘聚糖和1g大豆蛋白加入100g 仿生提取液中反应2h后在105℃灭酶15min，过滤，滤液中加入10g黄原胶混合 搅拌得到溶胶，冷冻干燥，得到的固体在氮气氛中送入马弗炉，以10℃/min的 速度升温至550℃保持30min后，继续升高至700℃，保持50min，降至室温， 得到的碳化后的固体浸泡在pH＝7.4的Tris-HCl溶液中20min，得到改性气凝胶。
仿生提取液的配置方法为在100mL 0.2mol/L的HCl溶液中加入100U/g的胃 蛋白酶，搅拌溶解得到。
复合铝硅酸盐聚合物由以下方法制备而成：将硅灰研细至100目以下，浸泡 在2mol/L的KOH溶液中浸泡反应4h，过滤，采用球磨工艺均匀混合，得到粒 径为15-25μm的铝硅酸盐聚合物，干燥，得到复合铝硅酸盐聚合物。
Al2O3-ZnO-CaO纳米粉由以下方法制备而成：将10g氧化铝、30g氧化锌和50g 氧化钙分别研细至100目以下，混合均匀后在氮气氛条件下送入马弗炉加热至 850℃，高温活化烧结3h后送出，冷却至室温，采用球磨工艺均匀混合，得到粒 径为100-500nm的Al2O3-ZnO-CaO纳米粉。
建筑用环保保温材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.混料：将各原料放入混合机中，首先以低速混合50min后升至高速混合 30min，待温度达到120℃时，加入原料总重量的10％的水分，充分混合；
S2.挤压成型：将步骤S1中的混合料装入双螺杆挤出机中，在240℃下，功 率为50KW挤出制成半成品；
S3.成型：将步骤S3得到的半成品进入0℃冰水混合物中冷浸，获得建筑用 环保保温材料。
本实施例中低速混合转速为500r/min，高速混合转速为1500r/min。
实施例3
原料组成(重量份)：改性气凝胶30份、硅藻土17份、Al2O3-ZnO-CaO纳 米粉12份、复合铝硅酸盐聚合物60份、发泡剂1.5份、氢化蓖麻油2份、氢化 蓖麻油0.7份、蛭石粉5份、玄武岩4份、发泡石墨4份、氯磺化聚乙烯1.5份、 聚醚多元醇2份、活性炭3份、羟甲基纤维素2份。
发泡剂为组合发泡剂，包括物理发泡剂和化学发泡剂，所述物理发泡剂为二 氯四氟乙烷和三氯三氟乙烷，质量比为3：1.5，化学发泡剂为偶氮甲酰胺，物理 发泡剂与化学发泡剂的重量比为1:0.3。
改性气凝胶由以下方法制备而成：将2g葡甘聚糖和1g大豆蛋白加入100g 仿生提取液中反应1.5h后在101℃灭酶11min，过滤，滤液中加入6g黄原胶混 合搅拌得到溶胶，冷冻干燥，得到的固体在氮气氛中送入马弗炉，以6℃/min的 速度升温至510℃保持22min后，继续升高至620℃，保持35min，降至室温， 得到的碳化后的固体浸泡在pH＝7.4的Tris-HCl溶液中12min，得到改性气凝胶。
仿生提取液的配置方法为在100mL 0.12mol/L的HCl溶液中加入100U/g的 胃蛋白酶，搅拌溶解得到。
复合铝硅酸盐聚合物由以下方法制备而成：将矿渣研细至100目以下，浸泡 在1.2mol/L的KOH溶液中浸泡反应3h，过滤，采用球磨工艺均匀混合，得到粒 径为15-25μm的铝硅酸盐聚合物，干燥，得到复合铝硅酸盐聚合物。
Al2O3-ZnO-CaO纳米粉由以下方法制备而成：将10g氧化铝、12g氧化锌和20g 氧化钙分别研细至100目以下，混合均匀后在氮气氛条件下送入马弗炉加热至 810℃，高温活化烧结2h后送出，冷却至室温，采用球磨工艺均匀混合，得到粒 径为100-500nm的Al2O3-ZnO-CaO纳米粉。
建筑用环保保温材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.混料：将各原料放入混合机中，首先以低速混合35min后升至高速混合 15min，待温度达到105℃时，加入原料总重量的10％的水分，充分混合；
S2.挤压成型：将步骤S1中的混合料装入双螺杆挤出机中，在225℃下，功 率为35KW挤出制成半成品；
S3.成型：将步骤S3得到的半成品进入0℃冰水混合物中冷浸，获得建筑用 环保保温材料。
本实施例中低速混合转速为350r/min，高速混合转速为1100r/min。
实施例4
原料组成(重量份)：改性气凝胶40份、硅藻土22份、Al2O3-ZnO-CaO纳 米粉18份、复合铝硅酸盐聚合物90份、发泡剂2.5份、黄原胶4份、萘磺酸盐 减水剂1.5份、蛭石粉9份、玄武岩6份、发泡石墨8份、氯磺化聚乙烯2.5份、 聚醚多元醇3份、活性炭5份、羟甲基纤维素4份。
发泡剂为组合发泡剂，包括物理发泡剂和化学发泡剂，所述物理发泡剂为二 氯四氟乙烷和三氯三氟乙烷，质量比为3：2.5，化学发泡剂为偶氮甲酰胺，物理 发泡剂与化学发泡剂的重量比为1:0.4。
改性气凝胶由以下方法制备而成：将4g葡甘聚糖和1g大豆蛋白加入100g 仿生提取液中反应1.5h后在104℃灭酶14min，过滤，滤液中加入8g黄原胶混 合搅拌得到溶胶，冷冻干燥，得到的固体在氮气氛中送入马弗炉，以8℃/min的 速度升温至540℃保持28min后，继续升高至680℃，保持45min，降至室温， 得到的碳化后的固体浸泡在pH＝7.4的Tris-HCl溶液中18min，得到改性气凝胶。
仿生提取液的配置方法为在100mL 0.18mol/L的HCl溶液中加入100U/g的 胃蛋白酶，搅拌溶解得到。
复合铝硅酸盐聚合物由以下方法制备而成：将偏高岭土研细至100目以下， 浸泡在1.8mol/L的KOH溶液中浸泡反应3h，过滤，采用球磨工艺均匀混合，得 到粒径为15-25μm的铝硅酸盐聚合物，干燥，得到复合铝硅酸盐聚合物。
Al2O3-ZnO-CaO纳米粉由以下方法制备而成：将10g氧化铝、25g氧化锌和40g 氧化钙分别研细至100目以下，混合均匀后在氮气氛条件下送入马弗炉加热至 840℃，高温活化烧结2h后送出，冷却至室温，采用球磨工艺均匀混合，得到粒 径为100-500nm的Al2O3-ZnO-CaO纳米粉。
建筑用环保保温材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.混料：将各原料放入混合机中，首先以低速混合45min后升至高速混合 25min，待温度达到115℃时，加入原料总重量的10％的水分，充分混合；
S2.挤压成型：将步骤S1中的混合料装入双螺杆挤出机中，在235℃下，功 率为45KW挤出制成半成品；
S3.成型：将步骤S3得到的半成品进入0℃冰水混合物中冷浸，获得建筑用 环保保温材料。
本实施例中低速混合转速为450r/min，高速混合转速为1400r/min。
实施例5
原料组成(重量份)：改性气凝胶35份、硅藻土20份、Al2O3-ZnO-CaO纳 米粉15份、复合铝硅酸盐聚合物75份、发泡剂2份、聚乙烯醇3份、干酪素1 份、蛭石粉7份、玄武岩5份、发泡石墨6份、氯磺化聚乙烯2份、聚醚多元醇 2.5份、活性炭4份、羟甲基纤维素3份。
发泡剂为组合发泡剂，包括物理发泡剂和化学发泡剂，所述物理发泡剂为二 氯四氟乙烷和三氯三氟乙烷，质量比为3：2，化学发泡剂为偶氮甲酰胺，物理发 泡剂与化学发泡剂的重量比为1:0.35。
改性气凝胶由以下方法制备而成：将3g葡甘聚糖和1g大豆蛋白加入100g 仿生提取液中反应1.5h后在102℃灭酶13min，过滤，滤液中加入7g黄原胶混 合搅拌得到溶胶，冷冻干燥，得到的固体在氮气氛中送入马弗炉，以7℃/min的 速度升温至5250℃保持25min后，继续升高至650℃，保持40min，降至室温， 得到的碳化后的固体浸泡在pH＝7.4的Tris-HCl溶液中15min，得到改性气凝胶。 其SEM图如图1，形貌观察结果表明，改性气凝胶均具有微米级大孔和纳米级介 孔的多尺度孔结构。
仿生提取液的配置方法为在100mL 0.15mol/L的HCl溶液中加入100U/g的 胃蛋白酶，搅拌溶解得到。
复合铝硅酸盐聚合物由以下方法制备而成：将偏高岭土研细至100目以下， 浸泡在1.5mol/L的KOH溶液中浸泡反应3h，过滤，采用球磨工艺均匀混合，得 到粒径为15-25μm的铝硅酸盐聚合物，干燥，得到复合铝硅酸盐聚合物。
Al2O3-ZnO-CaO纳米粉由以下方法制备而成：将10g氧化铝、20g氧化锌和35g 氧化钙分别研细至100目以下，混合均匀后在氮气氛条件下送入马弗炉加热至 825℃，高温活化烧结2h后送出，冷却至室温，采用球磨工艺均匀混合，得到粒 径为100-500nm的Al2O3-ZnO-CaO纳米粉。其SEM图如图2，由图可见，该 Al2O3-ZnO-CaO纳米粉由粒度均匀的纳米粒子组成
建筑用环保保温材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.混料：将各原料放入混合机中，首先以低速混合40min后升至高速混合 20min，待温度达到110℃时，加入原料总重量的10％的水分，充分混合；
S2.挤压成型：将步骤S1中的混合料装入双螺杆挤出机中，在230℃下，功 率为40KW挤出制成半成品；
S3.成型：将步骤S3得到的半成品进入0℃冰水混合物中冷浸，获得建筑用 环保保温材料。
本实施例中低速混合转速为400r/min，高速混合转速为1250r/min。
对比例1
与实施例5相比，未添加改性气凝胶，其他条件均不改变。
原料组成(重量份)：硅藻土20份、Al2O3-ZnO-CaO纳米粉15份、复合铝 硅酸盐聚合物110份、发泡剂2份、聚乙烯醇3份、干酪素1份、蛭石粉7份、 玄武岩5份、发泡石墨6份、氯磺化聚乙烯2份、聚醚多元醇2.5份、活性炭4 份、羟甲基纤维素3份。
发泡剂为组合发泡剂，包括物理发泡剂和化学发泡剂，所述物理发泡剂为二 氯四氟乙烷和三氯三氟乙烷，质量比为3：2，化学发泡剂为偶氮甲酰胺，物理发 泡剂与化学发泡剂的重量比为1:0.35。
复合铝硅酸盐聚合物由以下方法制备而成：将偏高岭土研细至100目以下， 浸泡在1.5mol/L的KOH溶液中浸泡反应3h，过滤，采用球磨工艺均匀混合，得 到粒径为15-25μm的铝硅酸盐聚合物，干燥，得到复合铝硅酸盐聚合物。
Al2O3-ZnO-CaO纳米粉由以下方法制备而成：将10g氧化铝、20g氧化锌和35g 氧化钙分别研细至100目以下，混合均匀后在氮气氛条件下送入马弗炉加热至 825℃，高温活化烧结2h后送出，冷却至室温，采用球磨工艺均匀混合，得到粒 径为100-500nm的Al2O3-ZnO-CaO纳米粉。
建筑用环保保温材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.混料：将各原料放入混合机中，首先以低速混合40min后升至高速混合 20min，待温度达到110℃时，加入原料总重量的10％的水分，充分混合；
S2.挤压成型：将步骤S1中的混合料装入双螺杆挤出机中，在230℃下，功 率为40KW挤出制成半成品；
S3.成型：将步骤S3得到的半成品进入0℃冰水混合物中冷浸，获得建筑用 环保保温材料。
本实施例中低速混合转速为400r/min，高速混合转速为1250r/min。
对比例2
与实施例5相比，未添加复合铝硅酸盐聚合物，其他条件均不改变。
原料组成(重量份)：改性气凝胶110份、硅藻土20份、Al2O3-ZnO-CaO 纳米粉15份、发泡剂2份、聚乙烯醇3份、干酪素1份、蛭石粉7份、玄武岩5 份、发泡石墨6份、氯磺化聚乙烯2份、聚醚多元醇2.5份、活性炭4份、羟甲 基纤维素3份。
发泡剂为组合发泡剂，包括物理发泡剂和化学发泡剂，所述物理发泡剂为二 氯四氟乙烷和三氯三氟乙烷，质量比为3：2，化学发泡剂为偶氮甲酰胺，物理发 泡剂与化学发泡剂的重量比为1:0.35。
改性气凝胶由以下方法制备而成：将3g葡甘聚糖和1g大豆蛋白加入100g 仿生提取液中反应1.5h后在102℃灭酶13min，过滤，滤液中加入7g黄原胶混 合搅拌得到溶胶，冷冻干燥，得到的固体在氮气氛中送入马弗炉，以7℃/min的 速度升温至5250℃保持25min后，继续升高至650℃，保持40min，降至室温， 得到的碳化后的固体浸泡在pH＝7.4的Tris-HCl溶液中15min，得到改性气凝胶。
仿生提取液的配置方法为在100mL 0.15mol/L的HCl溶液中加入100U/g的 胃蛋白酶，搅拌溶解得到。
Al2O3-ZnO-CaO纳米粉由以下方法制备而成：将10g氧化铝、20g氧化锌和35g 氧化钙分别研细至100目以下，混合均匀后在氮气氛条件下送入马弗炉加热至 825℃，高温活化烧结2h后送出，冷却至室温，采用球磨工艺均匀混合，得到粒 径为100-500nm的Al2O3-ZnO-CaO纳米粉。
建筑用环保保温材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.混料：将各原料放入混合机中，首先以低速混合40min后升至高速混合 20min，待温度达到110℃时，加入原料总重量的10％的水分，充分混合；
S2.挤压成型：将步骤S1中的混合料装入双螺杆挤出机中，在230℃下，功 率为40KW挤出制成半成品；
S3.成型：将步骤S3得到的半成品进入0℃冰水混合物中冷浸，获得建筑用 环保保温材料。
本实施例中低速混合转速为400r/min，高速混合转速为1250r/min。
测试例1
将本发明实施例1-5和对比例1、2制得的建筑用环保保温材料以及市售建 筑保温材料进行保温性能测试，结果见表1。
表1
Figure BDA0002558211360000171
由上表可知，本发明制得的建筑用环保保温材料具有较低的导热系数，保温 效果极好，抗压性能好，粘结强度大，抗渗等级高，明显优于对比例1、2以及 市售产品。
对比例1中未添加改性气凝胶，其导热系数升高，抗压强度下降，抗渗等级 下降，可见，改性气凝胶的气孔结构有助于提高材料的保温性能，且起到缓冲作 用，从而提高材料的力学性能，优于材料的不溶于水性，也有助于提高材料的抗 渗等级。对比例2中未添加复合铝硅酸盐聚合物，其导热系数升高，抗压强度下 降，粘结强度下降，由于复合铝硅酸盐聚合物能够形成三维网络结构，从而有助 于提提高材料的保温性能、力学性能。可见，改性气凝胶和复合铝硅酸盐聚合物 的添加具有协同增效的作用。
与现有技术相比，本发明物理发泡剂为低沸点液体，它的性能苑围很广，是 在常温常压下呈气态的低沸点液体，在常压下沸点低于110℃。在压注入聚合物 熔体时呈液态，这样有利于发泡剂与聚合物体均匀混合，然后通过减压，使体中 的发泡剂汽化，形成气泡此外，还可以将低沸点液体在常温或较低的温度下掺入 固态的聚合物小颗粒，然后加热，小颗粒中的低点液体汽化，使聚合物小颗粒含 大量微泡，变成珠粒状弹性小球。偶氮甲酰胺是一种通用型发气量大的发泡剂， 在低用量下可完成安全快速氧化，以改善材料的物理性能和所需的组织结构，可 制得各种发泡制品，与物理发泡剂组合使用，够快速发泡，产生均匀细小的空气 鼓泡，从而降低建筑材料的导热系数，实现保温功效；
对于复合铝硅酸盐聚合物的聚合过程，包括溶解、扩散、聚合与固化4个 过程，首先在水溶液中铝硅酸盐矿物与碱性激发剂发生化学反应，生成水溶性含 铝单体和含硅单体；溶解后的单体(如AlO4和SiO4四面体)向液相中均匀扩散； 在一定温度下，含铝单体和含硅单体之间发生缩聚反应生成凝胶相；凝胶相和剩 余反应物之间的溶解扩散以及凝胶相在毛细管中运动，排除剩余水分，在适当的 环境中进一步固化形成铝硅酸盐聚合物；Al2O3-ZnO-CaO纳米粉通过将Al2O3、 ZnO、CaO三者球磨混匀，得到复合物纳米粉，显著提高材料的阻燃性能和保温 性能；气凝胶是在保持凝胶三维网络结构不变的条件下，将其中的液体溶剂除去 而形成的一种高度多孔材料，具有轻质、保温性能好、耐化学品性等性能，从而 在建材行业有广泛的应用，本发明通过葡甘聚糖和大豆蛋白酶解后与黄原胶形成 凝胶状物，碳化活化后得到改性气凝胶，不仅原料广泛易得，制得的气凝胶孔隙 率高，保温性更佳，结构更稳定，抗冲击性能更好；
本发明采用对环境几乎无污染的发泡剂和无卤的阻燃体系，实现环保的目的； 通过减水剂、发泡剂等反应原料的配合，实现迅速发泡与固化，适用于喷涂工艺， 提高了生产效率；
本发明通过科学合理的成分配比以及简单工艺流程，使得最终的保温材料能 够具有良好的保温性能，有效保证了建筑物内的温度，避免了建筑物内的热量流 失，具有良好的使用与推广价值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明 的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。

Claims (10)

1.一种建筑用环保保温材料，其特征在于，由以下原料制备而成：改性气凝胶、硅藻土、Al2O3-ZnO-CaO纳米粉、复合铝硅酸盐聚合物、发泡剂、增稠剂、减水剂、蛭石粉、玄武岩、发泡石墨、氯磺化聚乙烯、聚醚多元醇、活性炭、羟甲基纤维素；
所述改性气凝胶由以下方法制备而成：将1-5重量份葡甘聚糖和1重量份大豆蛋白加入100重量份仿生提取液中反应1-2h后在100-105℃灭酶10-15min，过滤，滤液中加入5-10重量份黄原胶混合搅拌得到溶胶，冷冻干燥，得到的固体在氮气氛中送入马弗炉，以5-10℃/min的速度升温至500-550℃保持20-30min后，继续升高至600-700℃，保持30-50min，降至室温，得到的碳化后的固体浸泡在pH＝7.4的Tris-HCl溶液中10-20min，得到改性气凝胶；
所述仿生提取液的配置方法为在100mL 0.1-0.2mol/L的HCl溶液中加入100U/g的胃蛋白酶，搅拌溶解得到；
所述复合铝硅酸盐聚合物由以下方法制备而成：将铝硅酸盐研细至100目以下，浸泡在1-2mol/L的KOH溶液中浸泡反应2-4h，过滤，采用球磨工艺均匀混合，得到粒径为15-25μm的铝硅酸盐聚合物，干燥，得到复合铝硅酸盐聚合物；
所述Al2O3-ZnO-CaO纳米粉由以下方法制备而成：将氧化铝、氧化锌和氧化钙分别研细至100目以下，混合均匀后在氮气氛条件下送入马弗炉加热至800-850℃，高温活化烧结1-3h后送出，冷却至室温，采用球磨工艺均匀混合，得到粒径为100-500nm的Al2O3-ZnO-CaO纳米粉；
所述氧化铝、氧化锌和氧化钙的质量比为1:1-3:1-5。
2.根据权利要求1所述一种建筑用环保保温材料，其特征在于，由以下原料按重量份制备而成：改性气凝胶20-50份、硅藻土15-25份、Al2O3-ZnO-CaO纳米粉10-20份、复合铝硅酸盐聚合物50-100份、发泡剂1-3份、增稠剂1-5份、减水剂0.5-2份、蛭石粉3-10份、玄武岩3-7份、发泡石墨2-10份、氯磺化聚乙烯1-3份、聚醚多元醇1-4份、活性炭2-5份、羟甲基纤维素1-4份。
3.根据权利要求2所述一种建筑用环保保温材料，其特征在于，由以下原料按重量份制备而成：改性气凝胶30-40份、硅藻土17-22份、Al2O3-ZnO-CaO纳米粉12-18份、复合铝硅酸盐聚合物60-90份、发泡剂1.5-2.5份、增稠剂2-4份、减水剂0.7-1.5份、蛭石粉5-9份、玄武岩4-6份、发泡石墨4-8份、氯磺化聚乙烯1.5-2.5份、聚醚多元醇2-3份、活性炭3-5份、羟甲基纤维素2-4份。
4.根据权利要求3所述一种建筑用环保保温材料，其特征在于，由以下原料按重量份制备而成：改性气凝胶35份、硅藻土20份、Al2O3-ZnO-CaO纳米粉15份、复合铝硅酸盐聚合物75份、发泡剂2份、增稠剂3份、减水剂1份、蛭石粉7份、玄武岩5份、发泡石墨6份、氯磺化聚乙烯2份、聚醚多元醇2.5份、活性炭4份、羟甲基纤维素3份。
5.根据权利要求1所述一种建筑用环保保温材料，其特征在于，所述发泡剂为组合发泡剂，包括物理发泡剂和化学发泡剂，所述物理发泡剂为二氯四氟乙烷和三氯三氟乙烷，质量比为3：1-3，化学发泡剂为偶氮甲酰胺，物理发泡剂与化学发泡剂的重量比为1:0.2-0.5。
6.根据权利要求1所述一种建筑用环保保温材料，其特征在于，所述增稠剂选自纤维素醚及其衍生物、碱溶胀型增稠剂、丙烯酸类增稠剂、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、低分子聚乙烯蜡、聚丙烯酰胺、淀粉、果胶、黄原胶、氢化蓖麻油、有机膨润土、聚酞胺蜡中的一种或几种混合。
7.根据权利要求1所述一种建筑用环保保温材料，其特征在于，所述减水剂选自木质素磺酸盐、萘磺酸盐减水剂、密胺系减水剂、粉末聚羧酸酯、干酪素、聚羧酸系高性能减水剂中的一种或几种混合。
8.根据权利要求1所述一种建筑用环保保温材料，其特征在于，所述铝硅酸盐为偏高岭土、矿渣、粉煤灰、硅灰中的一种或两种的混合。
9.一种如权利要求1-8任一项权利要求所述建筑用环保保温材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.混料：将各原料放入混合机中，首先以低速混合30-50min后升至高速混合10-30min，待温度达到100-120℃时，加入原料总重量的10％的水分，充分混合；
S2.挤压成型：将步骤S1中的混合料装入双螺杆挤出机中，在220-240℃下，功率为30-50KW挤出制成半成品；
S3.成型：将步骤S3得到的半成品进入0℃冰水混合物中冷浸，获得建筑用环保保温材料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述低速混合转速为300-500r/min，所述高速混合转速为1000-1500r/min。
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