[发明专利]气凝胶膨胀珍珠岩的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及建筑节能材料领域，具体是一种气凝胶膨胀珍珠岩的制备方法。

背景技术

我国建筑市场上应用的墙体保温节能材料主要分为有机和无机两大类。有机保温材料如发泡聚苯板、挤塑聚苯板、喷涂聚氨酯、酚醛树脂泡沫板等导热系数小，保温效果良好，在建筑保温节能领域得到广泛的应用。但是有机保温材料易燃烧，一旦发生火灾会加速火焰蔓延，并有大量有毒气体排出。另外，有机保温材料不耐老化、变形系数大、稳定性和安全性差，用在建筑上无法达到保温结构同寿命。

无机保温材料膨胀珍珠岩是由珍珠岩矿经破碎、筛分成矿砂，在高温条件下体积迅速膨胀而成。由于膨胀珍珠岩质轻、多孔、不燃、无毒、化学稳定性好，并且造价低，作为绿色、环保、节能材料已被广泛应用于建筑保温节能工程。此外，膨胀珍珠岩还具有吸音、防震、防辐射等优良性能，具有广泛的应用前景。

但是，膨胀珍珠岩在实际工程应用中也存在诸多问题从而限制了其应用范围。膨胀珍珠岩较有机保温材料导热系数偏大，保温效果差。常用的有机保温材料导热系数在0.03 W/(m·K)左右，而膨胀珍珠岩的导热系数一般在0.045-0.075 W/(m·K)范围。并且，由于内部的蜂窝状结构使得膨胀珍珠岩极易吸水，质量吸水率高达300％～400％。水的导热系数是空气的24倍，吸水后的膨胀珍珠岩内部由水分子构成热桥，使膨胀珍珠岩导热系数大大提高。另外，吸水后的膨胀珍珠岩材料机械强度随之降低，使用寿命缩短。因此，研究合适的方法降低膨胀珍珠岩的导热系数，通过憎水改性方法降低其吸水率成为膨胀珍珠岩及其制品的重要研究方向。

气凝胶是一种分散介质为气体的凝胶材料，因其具有三维纳米颗粒骨架，高比表面积，纳米级孔洞，低密度等特殊的微观结构，在热学、光学、声学等方面都表现出独特的性质。由于气凝胶的纳米多孔结构能够有效抑制固态热传导和气体传热，具有优异的隔热特性，是目前公认热导率最低的固态材料（常温下为0.01-0.03 W/(m·K)）。在声学方面，气凝胶内部充满了开放且相互连通的介孔，声波在气凝胶中传播时大部分声能被耗费，可以作为隔声材料以及声耦合材料。相比于一般普通材料（如岩棉板），气凝胶具有极好的稳定性、耐腐蚀性以及疏水性，使它即使在高温及强腐蚀环境下仍有很好的消音效果。此外，由于气凝胶较低的弹性模量和机械强度可用作能量吸收器，具有抗爆和抗冲击性能。因此， 气凝胶作为一种超级绝热材料，具有良好的隔热、吸声、抗爆、抗冲击性能，在航天航空、化工、冶金、建筑节能等领域具有广阔的应用前景。

但是，从目前二氧化硅气凝胶的制备来看，一般采用昂贵的硅源做前驱体，利用溶胶-凝胶法通过超临界干燥工艺获得，工艺复杂，成本很高，并且存在安全隐患。如果以气凝胶为单体材料直接应用于建筑节能工程，仅保温材料一项的成本将会增加数十倍乃至数百倍。另外，气凝胶低密度、高孔隙率的结构特点也导致其力学性能急剧下降，材料强度变低、脆性增大。因此，气凝胶直接取代传统的隔热材料应用于建筑节能领域，从成本到材料还存在很多亟待解决的问题。

专利《含纳米珍珠岩的建筑保温混凝土及其制备方法》（申请号：2014108043753）公开了一种纳米珍珠岩制备方法，该方法利用正硅酸乙酯为前驱体，使用无水乙醇为有机溶剂，制备纳米二氧化硅溶胶，然后通过真空浸渍吸附工艺将纳米二氧化硅溶胶吸入到珍珠岩内腔结构中，等待纳米二氧化硅溶胶在珍珠岩内部凝胶老化，最后通过干燥即得到纳米珍珠岩。该方法使用了成本较高的正硅酸乙酯和无水乙醇，并且后期未对二氧化硅湿凝胶溶进行溶剂置换和疏水处理，这在常压下干燥气凝胶会使其纳米孔结构坍塌，导致气凝胶的孔隙率降低，导热系数升高，降低气凝胶制备质量。

专利《纳米珍珠岩保温隔热砂浆及其制备方法》（申请号：2014108044169）也公开了一种纳米珍珠岩制备方法，该方法也是利用正硅酸乙酯为前驱体，使用无水乙醇为有机溶剂，将膨胀珍珠岩浸泡于事先制备好的纳米二氧化硅溶胶中，采用真空浸渍吸附工艺，使纳米二氧化硅溶胶吸入膨胀珍珠岩空腔内，形成凝胶，待老化后，通过常压分级干燥、憎水处理形成纳米珍珠岩。该方法也使用了成本较高的正硅酸乙酯和无水乙醇。并且将膨胀珍珠岩浸泡于二氧化硅溶胶再进行真空浸渍吸附的工艺使得二氧化硅溶胶吸入珍珠岩内腔的量很少，对降低珍珠岩导热系数作用有限。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种气凝胶膨胀珍珠岩的制备方法。该方法制得的气凝胶膨胀珍珠岩是一种结合了膨胀珍珠岩和气凝胶两者优点，造价低、导热系数小、具有保温、吸声、防火、防爆、防辐射的多功能建筑节能材料。