[发明专利]一种微波加热碱金属硅酸盐制备多孔保温材料方法

说明书

技术领域

本发明属于生产多孔保温材料领域，具体涉及利用微波加热碱金属硅酸盐的水溶液生产多孔保温材料方法。

背景技术

节能减排是工业发展趋势。保温材料使用量大，要求原材料丰富和价格便宜。建筑保温材料要求材料具有较好的防火功能；中高温低导热系数气凝胶保温材料由于工艺复杂且价格昂贵，使用受到一定限制。因此寻找一种价格便宜，保温性能优异的无机保温材料成为保温材料发展的新趋势。无机保温建筑材料没有得到大规模应用，重要的原因是无机建筑保温材料在工程应用上存在一些缺点，主要是有些材料的密度过大增加了建筑主体的建筑成本，保温材料本身的价格也较高，导热系数较大，不如有机保温材料的保温性能好。

全球能源日益紧张，能源危机加剧，世界各国特别是欧美发达国家对节能环保技术给予了充分地重视。而保温材料在提高能源利用率，减少能源消耗方面具有重要的作用，因此开发先进的隔热保温材料对节能减排意义重大。保温材料指在平均温度不大于623K(350℃)时，材料的导热系数应小于0.12Wm^-1k^-1。泡沫玻璃保温材料由于具有优良的防火、绝热、轻质特点，在工程中得到广泛的应用。传统生产泡沫玻璃的方法主要是以生产生活中的废玻璃经研磨成玻璃粉，加入发泡剂经高温加热发泡的方法生产。由于碱金属硅酸盐原料资源丰富，尤其是硅酸钠(水玻璃)价格便宜，已经用于一些保温涂料。目前碱金属硅酸盐及玻璃发泡生产泡沫玻璃工艺主要采用在炉子里直接加热发泡或者加入造孔剂煅烧发泡。现有工艺存在能源利用率低，有毒废气排放量大，而且工艺生产复杂，设备要求高，生产周期长等问题。

本发明主要是通过微波直接加热碱金属硅酸盐，在不添加任何发泡剂的情况下短时间发泡，制备出密度最低为30kg/m³、导热系数最低可达0.036W/m·K的泡沫保温材料，再通过酸处理耐温可以提高到1100℃。

本发明利用微波加热的高效性和均匀性，可以使原料从内到外直接均匀加热，解决了现有技术中通过加热炉加热和窑炉煅烧造成从外到内加热原料受热不均，材料发泡过程中气孔不均匀，能源利用率低，环境污染严重的问题。通过酸处理H⁺取代Na⁺，保温材料使用温度提高至1100℃，解决了普通泡沫玻璃使用温度低(T≤450℃)的问题。微波加热不仅可以运用到保温材料的生产，工业上其他方面也可以运用。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过微波加热碱金属硅酸盐的水溶液，在不添加任何发泡剂，添加或者不添加填料的情况下生产多孔泡沫保温材料的方法。

本发明的另一个目的是通过酸处理使多孔泡沫保温材料的使用温度提高至1100℃。

本发明利用微波直接加热碱金属硅酸盐制备多孔泡沫保温材料方法包括：

(1)原料的准备：

在固体碱金属硅酸盐中加入水，制备碱金属硅酸盐水溶液，水溶液中碱金属硅酸盐的质量百分比为25-50％，或者直接使用碱金属硅酸盐为25-50％的工业碱金属硅酸盐水溶液，按100毫升的水溶液计，加入0～5克填料，填料选自硅酸铝纤维、多晶莫来石纤维、矿棉、陶瓷空心珠、膨胀珍珠岩、碳粉、粉煤灰中的一种或多种，将原料搅拌均匀；

(2)成型：将搅拌均匀好的原料注入模具中成型，模具采用低微波吸收的耐温材料，最好是陶瓷或者玻璃；

(3)加热：将步骤(2)中配好的原料连同模具一起直接放入微波炉中进行加热发泡，微波炉通常为家用或者工业用微波炉，微波频率为2450兆赫兹，加热时间为5-50分钟，优选8-35分钟，更优选10-25分钟；

(4)脱模：将加热后的模具从微波炉中取出，进行脱模。

当所制备多孔泡沫材料的使用温度T≤450℃且无耐水性要求，可直接使用。

在本发明的另一个实施方案中，如果所制备的多孔泡沫材料的使用温度T≤450℃且具有耐水性要求时，可在步骤(3)之后，在300℃下回炉加热0.4-1小时，优选0.5-0.8小时，其产品的耐水性提高6倍。

在本发明的再一个实施方案中，如果所制备的多孔泡沫材料的使用温度介于450℃-1100℃之间，则需用酸进行浸泡处理，浸泡时间不超过12小时，优选不超过6小时，浸泡所用酸的酸性强度需大于硅酸，优选所用的酸为盐酸、硫酸或硝酸，使用温度可迅速提高到1100℃。

在上述实施方案中，所述的碱金属硅酸盐为碱金属硅酸盐的水溶液，模数为1≤n≤3.7。制备的多孔泡沫保温材料的密度在30kg/m³≤ρ≤150kg/m³。