一种耐高温无机纤维陶瓷绝热保温材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及保温材料技术领域，尤其是涉及一种耐高温无机纤维陶瓷绝热保温材料及其制备方法。

背景技术

现有保温材料的技术缺陷：(1)、保温材料施工损耗大：损耗＞10％；固废难处理：成分复杂不能降解，中国每年需要处理的保温固废超过630万吨，长期不降解造成极其严重的环境污染；保温性能差：不能阻断热辐射、热对流，散热量大，超耗能＞30％；衰减严重：运行8000小时衰减20％，16000小时衰减40％，使用三年需要更换；污染环境：施工、维修产生粉尘、纤维逃逸、废料等，危害生态和人体健康；维护成本高：铝皮保护掩盖保温失效点，需大面积拆除维护；使用年限短：＞3年基本失效；不美观：铝皮保护开缝、生锈、腐蚀；易脱落：竖管保温层坠落，横管保温层空鼓、上薄下后；热桥：施工采取压缝不是抹缝密封，无法去除接缝处散热，形成上下温度场，热损失超过20％；不能循环使用：施工现场废料无法使用；(2)、执行保温标准低，①、《工业设备及管道绝热工程设计规范GB 50264-2013》，规定采用经济厚度法，保温结构外表面温度应符合要求：环境温度高于25℃时，设备及管道保温结构外表面温度不应高于环境温度25℃；②、《热力输送系统节能监测GB/T 15910-2009》，规定环境温度高于25℃时，设备及管道保温结构外表面温度不能高于环境温度20℃；③、执行《工业设备及管道绝热工程设计规范GB 50264-2013》不能满足节能要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐高温无机纤维陶瓷绝热保温材料。本发明的另一目的是提供一种耐高温无机纤维陶瓷绝热保温材料的制备方法。

为解决上述的技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种耐高温无机纤维陶瓷绝热保温材料，由多种原料混合制成，原料包括：25-40质量份的预固化硅酸钠、60-75质量份的水、0.60-1.25质量份的表面活性剂、0.3-0.6质量份的膨润土、3-5质量份的玻璃纤维、30-40质量份的硅酸铝纤维、10-20质量份的陶瓷微珠、30-50质量份的氧化铝、10-20质量份的氧化镁、1-1.5质量份的发泡剂。

优选的，所述表面活性剂包括0.02-0.04质量份的十二烷基硫酸钠与0.6-1.2质量份的快速渗透剂T。

优选的，所述膨润土为钠基膨润土。

优选的，所述玻璃纤维的直径为5-10微米，长度为8-20厘米；

所述硅酸铝纤维的直径为10-15微米，长度为50-80微米。

优选的，所述陶瓷微珠为真空纳米陶瓷微珠，所述真空纳米陶瓷微珠的粒径为10-40微米，真空度为70％以上。

优选的，所述氧化铝的粒径为500-1000纳米，纯度为98％以上；

所述氧化镁为粒径6000-8000目、纯度为98wt％以上的轻烧氧化镁。

一种上述中任意一项所述的耐高温无机纤维陶瓷绝热保温材料的制备方法，包括以下依次进行的步骤：

1)将预固化硅酸钠加入搅拌机中搅拌；

2)然后加入水、表面活性剂以及膨润土，搅拌成浆状；

3)然后加入玻璃纤维、硅酸铝纤维以及陶瓷微珠，搅拌混合；

4)然后加入氧化铝、氧化镁以及发泡剂，搅拌混合，完成后得到浆料；

5)然后将浆料成型，然后烘干，完成后得到耐高温无机纤维陶瓷绝热保温材料。

优选的，所述预固化硅酸钠的制备方法是：先将硅酸钠投入带有加热装置的反应罐中，然后在搅拌下升温至70℃-72℃，在搅拌下加入稳定剂二乙烯三胺、硅烷偶联剂，搅拌混合后向溶液中滴加丙烯酸与脂肪酸的混合液，然后保持恒温下持续反应一定时间，完成后即得到预固化硅酸钠。

优选的，所述发泡剂的制备方法是：先将聚乙烯醇水溶液加入搅拌罐中，然后在搅拌下加入硬脂酸钙，混合均匀后向溶液中加入双氧水，然后搅拌混合均匀，完成后即得到特种网络结构的发泡剂。

本申请提供了一种耐高温无机纤维陶瓷绝热保温材料，该绝热保温材料的配方中，以预固化硅酸纳为粘结剂，以十二烷基硫酸钠、快速渗透剂T为表面活性剂，以膨润土为增粘剂，以玻璃纤维、硅酸铝纤维、陶瓷微珠为绝热材料，以氧化铝、氧化镁为特种填充材料，以特种网络结构的发泡剂为发泡材料；本申请还提供了一种耐高温无机纤维陶瓷绝热保温材料的制备方法，包括以下依次进行的步骤：1)将预固化硅酸钠加入搅拌机中搅拌；2)然后加入水、表面活性剂以及膨润土，搅拌成浆状；3)然后加入玻璃纤维、硅酸铝纤维以及陶瓷微珠，搅拌混合；4)然后加入氧化铝、氧化镁以及发泡剂，搅拌混合，完成后得到浆料；5)然后将浆料成型，然后烘干，完成后得到耐高温无机纤维陶瓷绝热保温材料；

该绝热保温材料的特点是：轻质高强、柔韧抗冲击、防水、耐冻融、耐高温，使用温度为-40℃-1200℃，导热系数为0.03-0.15w/m.k，达到A级防火，可广泛应用于民用建筑、设备设施、冷库、工业厂房、热力管线、储罐等的绝热节能保温材料；

本发明提供的耐高温无机纤维陶瓷绝热保温材料可回收再利用，解决了环保问题；

传统的普通保温棉在失火时容易被烧脱落，失去对管道设备的保护作用，本发明的保温材料在高温烈焰中表面发生陶瓷/玻璃化，不会烧散脱落，保护管道设备不受损失；

本发明的保温材料与保护层结合踩踏不变形，热胀冷缩不开裂、无裂缝，在震动、重力作用下不下沉、不下垂，密封效果好，并且具有防腐作用；

本发明提供的保温材料的高温导热率低、保温厚度低、节能降耗，降低成本并且制备方法简单、快捷。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是进一步说明本发明的特征及优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本申请提供了一种耐高温无机纤维陶瓷绝热保温材料，由多种原料混合制成，原料包括：25-40质量份的预固化硅酸钠、60-75质量份的水、0.60-1.25质量份的表面活性剂、0.3-0.6质量份的膨润土、3-5质量份的玻璃纤维、30-40质量份的硅酸铝纤维、10-20质量份的陶瓷微珠、30-50质量份的氧化铝、10-20质量份的氧化镁、1-1.5质量份的发泡剂。

在本申请的一个实施例中，所述表面活性剂包括0.02-0.04质量份的十二烷基硫酸钠与0.6-1.2质量份的快速渗透剂T。

在本申请的一个实施例中，所述膨润土为钠基膨润土。

在本申请的一个实施例中，所述玻璃纤维的直径为5-10微米，长度为8-20厘米；

所述硅酸铝纤维的直径为10-15微米，长度为50-80微米。

在本申请的一个实施例中，所述陶瓷微珠为真空纳米陶瓷微珠，所述真空纳米陶瓷微珠的粒径为10-40微米，真空度为70％以上。

在本申请的一个实施例中，所述氧化铝的粒径为500-1000纳米，纯度为98wt％以上，500-1000纳米的氧化铝活性较强；

所述氧化镁为粒径6000-8000目、纯度为98wt％以上的轻烧氧化镁，6000目-8000目的氧化镁粒径在1.5-2微米之间，这样的轻烧氧化镁反应固化速度适中。

本申请还提供了一种上述中任意一项所述的耐高温无机纤维陶瓷绝热保温材料的制备方法，包括以下依次进行的步骤：

1)将预固化硅酸钠加入搅拌机中搅拌；

2)然后加入水、表面活性剂以及膨润土，搅拌成浆状；

3)然后加入玻璃纤维、硅酸铝纤维以及陶瓷微珠，搅拌混合；

4)然后加入氧化铝、氧化镁以及发泡剂，搅拌混合，完成后得到浆料；

5)然后将浆料成型，然后烘干，完成后得到耐高温无机纤维陶瓷绝热保温材料。

在本申请的一个实施例中，所述预固化硅酸钠的制备方法是：先将硅酸钠投入带有加热装置的反应罐中，然后在搅拌下升温至70℃-72℃，在搅拌下加入稳定剂二乙烯三胺、硅烷偶联剂，搅拌混合后向溶液中滴加丙烯酸与脂肪酸的混合液，然后保持恒温下持续反应一定时间，完成后即得到预固化硅酸钠。

在本申请的一个实施例中，所述发泡剂的制备方法是：先将聚乙烯醇水溶液加入搅拌罐中，然后在搅拌下加入硬脂酸钙，混合均匀后向溶液中加入双氧水，然后搅拌混合均匀，完成后即得到特种网络结构的发泡剂。

本申请中，所述十二烷基硫酸钠为工业级，含量为98wt％。

本申请中，所述快速渗透剂T为工业级，含量为95wt％以上。

本申请中，所述钠基膨润土为工业级。

本申请中，陶瓷微珠是由钛-硼硅酸盐原料经加工而成，是一种轻质非金属多功能材料，主要成分是TiO

本申请的耐高温无机纤维陶瓷绝热保温材料的这个配方中各个原料的功能与作用：

预固化硅酸钠的功能与作用：预固化硅酸钠，先让其部分成膜，初步形成网状骨架；

表面活性剂的功能与作用：使陶瓷涂料各种颗粒表面张力降低，增加兼容性；

膨润土的功能与作用：膨润土具有很好的吸水性和粘结性，可以将更高温的材料凝结在一起，更好提高了众多材料的耐高温性；

玻璃纤维的功能与作用：起加强筋的作用，同时也是保温材料；

硅酸铝纤维的功能与作用：耐高温，和玻璃纤维共同起加强筋作用；

陶瓷微珠的功能与作用：耐高温保温材料，耐老化；

氧化铝的功能与作用：耐高温，和氧化镁当固化剂；

氧化镁的功能与作用：固化剂，和氧化铝一起组成陶瓷成分；

发泡剂的功能与作用：发泡剂具有较高的表面活性，能有效降低液体的表面张力，并在液膜表面双电子层排列而包围空气，形成气泡，再由单个气泡组成泡沫，其主要作用是填充缝隙，捎带有一些固定作用，保温、隔音效果。

本申请的耐高温无机纤维陶瓷绝热保温材料的这个配方的工作原理：

本配方中，以预固化硅酸纳为粘结剂；以十二烷基硫酸钠、快速渗透剂T为表面活性剂；以纳基膨润土为增粘剂；以超细玻璃纤维、硅酸铝纤维、真空纳米陶瓷微珠为绝热材料；以氧化铝、氧化镁为特种填充材料；以特种网络结构发泡剂为材料制备的无机耐高温纤维陶瓷绝热保温材料；

本配方中，各个组份，经高/低温引发反应后固化，水凝胶变为气凝胶，和陶瓷微珠、纤维、功能粒子等多种材料连接在一起，形成均匀的立体、多维、蜂窝状空隙结构的静态空气组(隔热单元)，这些静态单元叠加后，在受热时阻断热辐射、几乎不产生对流、极少传导热量，具有节能显著、寿命超长、绿色环保、维保简单、循环利用等优势。

本申请的预固化硅酸钠的制备方法的工作原理：

硅酸钠极易成膜，但是太脆，耐水性差；对硅酸钠预固化，先让其部分成膜，作为网状结构参与后面的反应，二次成膜，硅酸钠和二乙烯三胺、硅烷偶联剂、丙烯酸与脂肪酸发生微化学反应，使之部分成膜。

本申请的发泡剂的制备方法的工作原理：

发泡剂活性太强，泡沫大，不均匀，泡沫稳定性差，通过预处理后，改善泡沫状态，泡液膜强度增加，泡沫均匀，稳定性高，聚乙烯醇水溶液和硬脂酸钙共混，改善发泡剂的发泡倍数。

本发明对上述方法中未提及的处理设备及工艺参数没有限制，采用本技术领域内技术人员熟知的处理设备及工艺参数即可。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种耐高温无机纤维陶瓷绝热保温材料及其制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

一种耐高温无机纤维陶瓷绝热保温材料的制备方法，包括以下依次进行的步骤：

1)将预固化硅酸钠25kg加入搅拌机中搅拌；

2)然后加入去离子水75kg、十二烷基硫酸钠0.02kg、快速渗透剂T 0.6kg以及钠基膨润土0.3kg，转速80-120转/分钟，搅拌10-15分钟成浆状；

3)然后加入玻璃纤维3kg、硅酸铝纤维30kg以及真空纳米陶瓷微珠10kg，转速50-60转/分钟，搅拌20分钟；

4)然后加入氧化铝30kg、氧化镁10kg以及特种网络结构的发泡剂1kg，转速50-60转/分钟搅拌10-15分钟，完成后得到浆料；

5)然后将浆料成型，然后烘干，完成后得到耐高温无机纤维陶瓷绝热保温材料；

其中，预固化硅酸钠的制备：先将模数2.6-2.8的工业级硅酸钠70kg投入带有加热装置的反应罐中，在转速20-30转/分钟的搅拌下升温至70-72℃，然后在搅拌下加入稳定剂二乙烯三胺、硅烷偶联剂，搅拌混合三分钟后向溶液内缓缓滴加30kg的丙烯酸与脂肪酸的混合液，然后保持恒温下持续反应4小时，完成后即得到预固化硅酸钠；

其中，丙烯酸与脂肪酸的混合液的配比为，丙烯酸的质量:脂肪酸的质量:去离子水的质量＝7:3:20；

其中，发泡剂的制备：先将7wt％的聚乙烯醇水溶液100kg加入搅拌罐中，在转速20-30转/分钟的搅拌下加入硬脂酸钙，混合2-3分钟，均匀后向溶液中缓慢加入双氧水，搅拌混合均匀，完成后即得到特种网络结构的发泡剂。

本实施例1制备的绝热保温材料的适用温度为200℃至600℃，导热系数(70℃)为0.04-0.05W/(m.k)，与复合硅酸盐保温材料A品的0.06W/(m.k)对比，本实施例1制备的绝热保温材料的导热系数降低了20％-25％。

实施例2

一种耐高温无机纤维陶瓷绝热保温材料的制备方法，包括以下依次进行的步骤：

1)将预固化硅酸钠35kg加入搅拌机搅拌；

2)然后加入去离子水65kg、十二烷基硫酸钠0.03kg、快速渗透剂T 0.8kg以及钠基膨润土0.4kg，转速80-120转/分钟，搅拌10-15分钟成浆状；

3)然后加入玻璃纤维4kg、硅酸铝纤维35kg以及真空纳米陶瓷微珠15kg，转速50-60转/分钟，搅拌20分钟；

4)然后加入氧化铝40kg、氧化镁15kg以及发泡剂1.1kg，转速50-60转/分钟搅拌10-15分钟，完成后得到浆料；

5)然后将浆料成型，然后烘干，完成后得到耐高温无机纤维陶瓷绝热保温材料；

其中，预固化硅酸钠的制备：先将模数2.6-2.8的工业级硅酸钠70kg投入带有加热装置的反应罐中，在转速20-30转/分钟的搅拌下升温至70-72℃，然后在搅拌下加入稳定剂二乙烯三胺、硅烷偶联剂，搅拌混合三分钟后向溶液内缓缓滴加30kg的丙烯酸与脂肪酸混合液，然后保持恒温下持续反应4小时，完成后即得到预固化硅酸钠；

其中，丙烯酸与脂肪酸的混合液的配比为，丙烯酸的质量:脂肪酸的质量:去离子水的质量＝7:3:20；

其中，发泡剂的制备：先将7wt％的聚乙烯醇水溶液100kg加入搅拌罐中，在转速20-30转/分钟的搅拌下加入硬脂酸钙，混合2-3分钟，均匀后向溶液中缓慢加入双氧水，搅拌混合均匀，完成后即得到特种网络结构的发泡剂。

本实施例2制备的绝热保温材料为超高温(600℃-700℃)绝热材料，导热系数为0.12W/(m.k)，与复合硅酸盐保温材料A品的0.16W/(m.k)对比，本实施例2制备的绝热保温材料的导热系数降低了25％。

实施例3

一种耐高温无机纤维陶瓷绝热保温材料的制备方法，包括以下依次进行的步骤：

1)将预固化硅酸钠40kg加入搅拌机搅拌；

2)然后加入去离子水60kg、十二烷基硫酸钠0.04kg、快速渗透剂T 0.9kg以及钠基膨润土0.5kg，转速80-120转/分钟，搅拌10-15分钟成浆状；

3)然后加入玻璃纤维5kg、硅酸铝纤维40kg以及真空纳米陶瓷微珠20kg，转速50-60转/分钟，搅拌20分钟；

4)然后加入氧化铝45kg、氧化镁20kg以及发泡剂1.2kg，转速50-60转/分钟搅拌10-15分钟，完成后得到浆料；

5)然后将浆料成型，然后烘干，完成后得到耐高温无机纤维陶瓷绝热保温材料；

其中，预固化硅酸钠的制备：先将模数2.6-2.8的工业级硅酸钠70kg投入带有加热装置的反应罐中，在转速20-30转/分钟的搅拌下升温至70-72℃，然后在搅拌下加入稳定剂二乙烯三胺、硅烷偶联剂，搅拌混合三分钟后向溶液内缓缓滴加30kg的丙烯酸与脂肪酸混合液，然后保持恒温下持续反应4小时，完成后即得到预固化硅酸钠；

其中，丙烯酸与脂肪酸的混合液的配比为，丙烯酸的质量:脂肪酸的质量:去离子水的质量＝7:3:20；

其中，发泡剂的制备：先将7wt％的聚乙烯醇水溶液100kg加入搅拌罐中，在转速20-30转/分钟的搅拌下加入硬脂酸钙，混合2-3分钟，均匀后向溶液中缓慢加入双氧水，搅拌混合均匀，完成后即得到特种网络结构的发泡剂。

本实施例3制备的绝热保温材料为超高温(700-800℃)绝热材料，导热系数为0.15W/(m.k)，与复合硅酸盐保温材料A品的0.22W/(m.k)对比，本实施例3制备的绝热保温材料的导热系数降低了32％。

实施例4(板材或者瓦壳等型材的制备)

将实施例1制备的浆料取出6kg注入模具内挤压成型，然后烘干，烘干条件为180℃下保温2-3小时，且挤压成型中挤出的胶溶液可重复使用。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。