一种纳米气凝胶建筑材料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种纳米气凝胶建筑材料及其制备方法 (Nano aerogel building material and preparation method thereof ) 是由 沈桂生 沈鏖 李鹤然 邵东飞 于 2020-06-01 设计创作，主要内容包括：本发明属于材料技术和隔热保温阻燃技术领域,特别是涉及一种纳米气凝胶建筑材料及其制备方法。一种纳米气凝胶建筑材料,是由以下重量份的原料组成：粘合剂20份、氧化锆7份、气凝胶10份、水性分散剂4份、水40份、中空玻璃微珠6份、海泡石10份、澎润土1份、硅藻泥8份、贝壳粉8份、玻璃纤维1份。本发明提供的纳米气凝胶材料属于无机材料,具有环保保温隔热防水阻燃的性能,在极强附着力的作用下,可根据不同的需求设计出不同的外立面。在没有外来冲击力的情况下,与建筑物同寿命,杜绝了脱落、坍塌现象的出现。本发明提供的纳米气凝胶材料防火等级达到A级,出色的耐水性使得该材料在大型平面建筑上使用时完全可以长期保持不漏水。(The invention belongs to the technical field of materials and heat insulation and flame retardation, and particularly relates to a nano aerogel building material and a preparation method thereof. A nano aerogel building material is composed of the following raw materials in parts by weight: 20 parts of adhesive, 7 parts of zirconia, 10 parts of aerogel, 4 parts of water-based dispersant, 40 parts of water, 6 parts of hollow glass microsphere, 10 parts of sepiolite, 1 part of bentonite, 8 parts of diatom ooze, 8 parts of shell powder and 1 part of glass fiber. The nanometer aerogel material provided by the invention belongs to inorganic materials, has the performances of environmental protection, heat insulation, water resistance and flame retardance, and can be designed into different outer vertical surfaces according to different requirements under the action of extremely strong adhesive force. Under the condition of no external impact force, the service life of the building is as long as that of the building, and the phenomena of falling off and collapse are avoided. The fire-proof grade of the nano aerogel material reaches A grade, and the excellent water resistance enables the material to completely keep water-tightness for a long time when the material is used on a large-scale plane building.)
技术领域
本发明属于材料技术和隔热保温阻燃技术领域，特别是涉及一种纳米气凝胶环保保温隔热防水阻燃新型建筑材料及其制备方法。
背景技术
根据国家的节能发展纲要，重点节能领域是建筑节能、工业节能、交通节能，消耗量巨大的建筑能耗首当其冲。因此，为了能够在21世纪快速平稳发展，对于我国墙体材料的改革与建筑节能已成为我国的基本国策，研制满足国家建筑节能规范的新型墙体材料，已成为材料科研工作者的使命。
我国单位面积采暖能耗相当于气候条件相近发达国家的2-3倍，所使用的被动式建筑保温技术和材料比较传统落后，比如：传统保温板材料包括以下材料：有机保温板材料，如：EPS板、XPS板、PU硬泡等有机保温板材料占据了我国建筑外保温工程市场份额的80％以上。虽然这些有机隔热保温板材料具有导热系数优异、保温性能好的优势，但是有异味和毒害性排放，尤其防火性能极差。近年来，我国连续发生的建筑外墙保温工程重大火灾事故，损失严重，在全国范围内造成了严重影响；无机保温板材料，如：岩棉、矿棉、玻璃棉、泡沫混凝土、玻化空心微珠等，虽然燃烧性能达到A级，但是导热系数较差，保温性能欠佳，施工工序复杂，辅料多、浪费资源，综合成本高，生产与施工中粉尘污染严重，尤其与建筑主体结构连接不牢固，近年来，因大风、冻融及施工技术措施不当导致大面积的坍塌、脱落，造成的重大伤亡事故常有发生，损失巨大。
由于传统隔热保温板材料具有蓬松、柔软特性，在使用过程中容易燃烧，存在严重的火灾隐患，近年来我国因建筑保温工程形成的重大火灾事故造成的巨大损失，充分证明了传统保温板材料存在着不安全的火灾隐患缺陷。由于传统保温板材料的易燃性没有从根本上得到解决，导致目前社会的消防措施只能采取被动消极的预防火灾方式，这种被动消极的消防措施不仅不能从根本上消除火灾隐患，而且还消耗了大量的人力、物力的社会财富，更主要的是给我们的社会乃至国家的安全带来极大的威胁。传统的有机保温板材料(如聚苯、聚氨酯、挤塑板等)毒害性污染严重，在生产和使用过程中挥发出大量的异味和毒害性气体，造成了对工业环境和社会环境的严重污染，危及了人们的身体健康和生命安全(在火灾事故中大多数人是因为吸入这种毒害性气体造成的窒息死亡)，也导致了我国许多工业火灾和毒害污染事故的发生，严重威胁人身安全给社会造成诸多麻烦严重影响了我国的城市建设和工业发展。
环境安全是当今人类面临的最富有挑战性的急需解决的关键问题，尤其是建筑行业的隔热保温阻燃技术和材料，必须从消防安全和环保的角度重新思考。发展有利于轻体薄层、安全环保及智能化的隔热阻燃保温材料及简便高效的施工工艺，是目前隔热保温工业领域整体技术发展的方向，也是未来衡量隔热保温阻燃材料、技术标准的重要标志。必须以环境安全为出发点，对传统的隔热阻燃保温板材料进行升级改造的研究，并用新的安全、环保、轻体薄层及智能化的纳米新技术、新材料、新工艺，替代传统被动式的技术、工艺和材料，这是保证我国城市环境安全，保证人民生命财产安全，节能减排，消除污染的首要任务。实现优美城市建设发展的美好目标。所以，目前正在使用的易燃烧的、有毒害性的被动式传统保温板材料必须进行技术升级改造。研制一种具有环保、保温、隔热、防水、阻燃材料是成为目前亟待解决的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种纳米气凝胶建筑材料及其制备方法，所述的纳米气凝胶材料具有良好的环保、保温、隔热、防水和阻燃的性能，可满足建筑墙体保温隔热防水和阻燃的要求。所述材料具有施工简易、适用性强、无毒、无味、无色、制备方法简单、的特点。可以替代传统保温材料，成为首个超过《中华人民共和国建筑工业行业标准JG/T 517-2017标准的保温隔热防水阻燃(防酸、防碱、防盐)新型材料。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案。
一种纳米气凝胶建筑材料，是由以下重量份的原料组成：粘合剂20份、氧化锆7份、气凝胶10份、水性分散剂4份、水40份、中空玻璃微珠6份、海泡石10份、澎润土 1份、硅藻泥8份、贝壳粉8份、玻璃纤维1份。
进一步地，所述纳米气凝胶建筑材料，所述海泡石粒度为300目、所述澎润土粒度为200目、所述硅藻泥粒度为200目、所述贝壳粉粒度为150目。
所述的水性分散剂为聚丙烯酸钠。
所述的粘合剂为聚醋酸乙烯乳液。
一种纳米气凝胶建筑材料的制备方法，具体包括如下步骤。
步骤1、按重量份数称取原料，将水、水性分散剂、玻璃纤维和粘合剂维加入搅拌釜，以1400rmb/min的速度搅拌20分钟。
步骤2、向搅拌釜中加入氧化锆和气凝胶，继续搅拌15分钟，使水、水性分散剂、玻璃纤和粘合剂彻底分散气凝胶的皮表面，使气凝胶充分展开，改变气凝胶的皮表面粒度，使每克皮表面80-100平方米的有效使用率。
步骤3、向搅拌釜中加入海泡石、澎润土、硅藻泥和贝壳粉，搅拌15分钟。
步骤4、将搅拌速度降至70rmb/min以下加入中空玻璃微珠，搅拌30-60分钟，制成胶状混合物。
本发明的有益效果如下。
本发明提供的纳米气凝胶环保保温隔热防水阻燃新型材料，是针对传统保温材料研发的一种传统材料不可替代的无机新材料，打破了传统材料保温依靠厚度来提高保温的方式，解决了传统材料施工工艺复杂，尤其是与建筑主体连接困难，遇到天寒地冻和风吹雨晒极易造成坍塌脱落的难题，特别是外墙大面积使用传统材料，极易造成重大事故。
本发明提供的纳米气凝胶环保保温隔热防水阻燃新型材料只需在不同的纬度，根据保温隔热防水的要求设计3mm-6mm，在极强附着力的作用下，可根据不同的需求设计出不同的外立面。纳米气凝胶环保保温隔热防水阻燃新型材料属于无机材料，在没有外来冲击力的情况下，与建筑物同寿命，杜绝了脱落、坍塌现象的出现。本发明提供的纳米气凝胶环保保温隔热防水阻燃新型材料防火等级达到A级，出色的耐水性使得该材料在大型平面建筑上使用时完全可以长期保持不漏水。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1。
一种纳米气凝胶建筑材料，是由以下重量份的原料组成：粘合剂20份、氧化锆7份、气凝胶10份、水性分散剂4份、水40份、中空玻璃微珠6份、海泡石10份、澎润土1份、硅藻泥8份、贝壳粉8份、玻璃纤维1份。
进一步地，所述纳米气凝胶建筑材料，所述海泡石粒度为300目、所述澎润土粒度为200目、所述硅藻泥粒度为200目、所述贝壳粉粒度为150目。
所述的水性分散剂为聚丙烯酸钠。
所述的粘合剂为聚醋酸乙烯乳液。
一种纳米气凝胶建筑材料，具体包括如下步骤。
步骤1、按重量份数称取原料，将水、水性分散剂、玻璃纤维和粘合剂维加入搅拌釜，以1400rmb/min的速度搅拌20分钟。
步骤2、向搅拌釜中加入氧化锆和气凝胶，继续搅拌15分钟，使水、水性分散剂、玻璃纤和粘合剂彻底分散气凝胶的皮表面，使气凝胶充分展开，改变气凝胶的皮表面粒度，使每克皮表面80-100平方米的有效使用率。
步骤3、向搅拌釜中加入海泡石、澎润土、硅藻泥和贝壳粉，搅拌15分钟。
步骤4、将搅拌速度降至70rmb/min以下加入中空玻璃微珠，搅拌30-60分钟，制成胶状混合物。
对比例1。
一种纳米气凝胶建筑材料，是由以下重量份的原料组成：粘合剂20份、气凝胶10份、水性分散剂4份、水40份、中空玻璃微珠6份、海泡石10份、澎润土1份、硅藻泥8 份、贝壳粉8份、玻璃纤维1份。
进一步地，所述纳米气凝胶建筑材料，所述海泡石粒度为300目、所述澎润土粒度为200目、所述硅藻泥粒度为200目、所述贝壳粉粒度为150目。
所述的水性分散剂为聚丙烯酸钠。
所述的粘合剂为聚醋酸乙烯乳液。
一种纳米气凝胶建筑材料，具体包括如下步骤。
步骤1、按重量份数称取原料，将水、水性分散剂、玻璃纤维和粘合剂维加入搅拌釜，以1400rmb/min的速度搅拌20分钟。
步骤2、向搅拌釜中加入氧化锆和气凝胶，继续搅拌15分钟，使水、水性分散剂、玻璃纤和粘合剂彻底分散气凝胶的皮表面，使气凝胶充分展开，改变气凝胶的皮表面粒度，使每克皮表面80-100平方米的有效使用率。
步骤3、向搅拌釜中加入海泡石、澎润土、硅藻泥和贝壳粉，搅拌15分钟。
步骤4、将搅拌速度降至70rmb/min以下加入中空玻璃微珠，搅拌30-60分钟，制成胶状混合物。
对比例2。
一种纳米气凝胶建筑材料，是由以下重量份的原料组成：粘合剂20份、氧化锆7份、水性分散剂4份、水40份、中空玻璃微珠6份、海泡石10份、澎润土1份、硅藻泥8 份、贝壳粉8份、玻璃纤维1份。
进一步地，所述纳米气凝胶建筑材料，所述海泡石粒度为300目、所述澎润土粒度为200目、所述硅藻泥粒度为200目、所述贝壳粉粒度为150目。
所述的水性分散剂为聚丙烯酸钠。
所述的粘合剂为聚醋酸乙烯乳液。
一种纳米气凝胶建筑材料，具体包括如下步骤。
步骤1、按重量份数称取原料，将水、水性分散剂、玻璃纤和粘合剂维加入搅拌釜，以1400rmb/min的速度搅拌20分钟。
步骤2、向搅拌釜中加入氧化锆和气凝胶，继续搅拌15分钟，使水、水性分散剂、玻璃纤和粘合剂彻底分散气凝胶的皮表面，使气凝胶充分展开，改变气凝胶的皮表面粒度，使每克皮表面80-100平方米的有效使用率。
步骤3、向搅拌釜中加入海泡石、澎润土、硅藻泥和贝壳粉，搅拌15分钟。
步骤4、将搅拌速度降至70rmb/min以下加入中空玻璃微珠，搅拌30-60分钟，制成胶状混合物。
应用性能测试。
实施例1和对比例1和2制备出了土木建筑材料，实施例1和对比例1和2制备出的建筑材料进行测试。参照GB8624-2012对保温防火材料的燃烧性能进行测试；参照 GB/T10295-2008对保温防火材料的导热系数测试。测得各材料的性能指标见下表1。
表1性能检测结果。
本发明实施例1制备出的建筑材料的导热系数导热系数小于0.035W/(m·K)优于对比例，具有较低的导热系数，均满足国家标准GB/T10295-2008的性能要求，可满足建筑保温的要求。实施例1制备出的耐高温土木建筑材料的阻燃性能能达到A级。用实施例1制得材料在工程用HY6000T实测结果见表2和表3。
表2保温性能测试。
气温(央视) 7公分本板室内温度 3mm本发明实施例1制得材料温度 34℃ 不低于22.33℃ 不低于22.33℃ 35℃ 不低于24.8℃ 不低于24.8℃ 36℃ 不低于25.6℃ 不低于25.6℃ 0℃ 不低于9-7℃ 不低于9-7℃
表3钢结构建筑物保温性能测试。
气温(央视) 无保温墙面温度 无保温室内温度 有保温室内温度 34℃ 55-68℃ 30-35℃ 23±2℃ 35℃ 60-76℃ 33-37℃ 25±2℃ 36℃ 84-90℃ 36-39℃ 27±2℃ 37℃ 90℃以上 39-42℃ 27±2℃
本发明实施例1制备出的建筑材料经检测在300-1400℃不燃烧，高温保持2小时，不产生烟雾、气化和***危险，材料不酥、不粉，没有气味、没有毒害性气体产生、挥发，防火等级分别达到国家A1级，A级消防标准。适应于200-1400℃高温领域，产品物理结构无变化；80-零下48℃环境中或条件下，物理特性稳定。