水玻璃基無機保溫泡沫的制備與性能研究.pdf

1、能源危機逐漸得到了人們的重視，節(jié)能減排成為我國一項重要的發(fā)展戰(zhàn)略。其中，建筑節(jié)能在節(jié)能減排工作中占有舉足輕重的地位。隨著我國城市的不斷發(fā)展，大量保溫材料在城市建筑中使用，其中，有機保溫材料造成了多起非常嚴(yán)重的火災(zāi)事故，其火災(zāi)危險性引起了相關(guān)部門的高度關(guān)注。由于相關(guān)法律規(guī)范限制了有機保溫材料的使用，無機保溫材料逐漸進入人們的視線。但是，無機保溫材料種類駁雜，保溫性能偏低，在應(yīng)用上存在短板，市場占有率不高。因此，開發(fā)新型高效無機保溫材料具有

2、很強的現(xiàn)實意義。本文針對目前我國無機外墻保溫材料的情況，采用水玻璃為主原料，通過分別添加粉煤灰等礦物材料、玻璃纖維以及無機酸、鹽等添加劑，低溫?zé)Y(jié)制備出導(dǎo)熱系數(shù)低、密度小、抗壓強度高的無機保溫泡沫材料。主要的研究工作包括以下幾個方面:
　　1.探討水玻璃基保溫泡沫的發(fā)泡固化過程及性能。研究發(fā)現(xiàn)水玻璃溶液在燒結(jié)過程中釋放出大量的水蒸氣并發(fā)泡，在118℃之后水玻璃溶液固化，Si-O四面體逐漸形成層狀或者網(wǎng)狀三維結(jié)構(gòu)，并在300℃之后結(jié)

3、構(gòu)穩(wěn)定。最終，水玻璃基保溫泡沫擁有較低的密度（60kg/m3以下）以及優(yōu)秀的保溫性能（導(dǎo)熱系數(shù)在0.042W/m·K以下），但其抗壓強度較低（0.3MPa以下）。
　　2.制備以粉煤灰等礦物材料為添加物的水玻璃基無機保溫泡沫。粉煤灰中的Si-O結(jié)構(gòu)和Al-O結(jié)構(gòu)能夠很好地與原水玻璃中的Si-O結(jié)構(gòu)相結(jié)合，并形成部分Si-O-Al結(jié)構(gòu)。通過對燒結(jié)溫度、保溫時間、升溫速率、水玻璃模數(shù)以及固含量的研究，最終得到了合適的工藝參數(shù)和物料配方

4、。此時制備的樣品導(dǎo)熱系數(shù)為0.049W/m·K，密度為97kg/m3，抗壓強度為0.44MPa。此外，對粉煤灰進行了預(yù)燒處理發(fā)現(xiàn)制備的樣品導(dǎo)熱系數(shù)普遍偏高，而其他礦物原料如?；⒅椤饣凸柙逋潦潜容^有前途的添加劑候選。
　　3.制備以玻璃纖維作為支撐體的水玻璃基無機保溫泡沫。在燒結(jié)過程中，玻璃纖維內(nèi)含有的SiO2能夠與水玻璃中原有的Si-O基團生成Si-O-Si結(jié)構(gòu)體，并且逐漸形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通過對燒結(jié)溫度、水玻璃模數(shù)以及固

5、含量的研究，最終得到了合適的工藝參數(shù)和物料配方。此時制備的樣品導(dǎo)熱系數(shù)0.046W/m·K，密度80kg/m3，抗壓強度0.46MPa。
　　4.制備以可溶性的酸和鹽為改性劑的水玻璃基無機保溫泡沫。對于固態(tài)的硼酸來說，調(diào)節(jié)燒結(jié)溫度、改變水玻璃的模數(shù)以及硼酸的添加量，能夠得到導(dǎo)熱系數(shù)和密度分別在0.042到0.044W/m·K以及80到100kg/m3之間的樣品。而對于液態(tài)的磷酸、鹽酸和硫酸來說，其改性燒結(jié)樣品的性能對于酸濃度比較敏

6、感，而且受酸電離氫離子性能強弱的影響也較明顯。磷酸二氫鉀和磷酸氫二鈉適合作為改性材料制備無機保溫泡沫，但是燒結(jié)樣品的物理性能對添加量比較敏感，樣品的導(dǎo)熱系數(shù)和密度容易偏高。而四硼酸鈉、四硼酸鉀以及四硼酸鋰均能有效改善燒結(jié)樣品的抗壓性能，并且滿足外墻保溫材料的需求。
　　5.研究水玻璃基無機保溫泡沫的吸水性及耐水性。經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)，添加硼酸以及硼酸鹽制備的樣品具有很低的體積吸水率并且軟化系數(shù)均在0.85以上，表現(xiàn)出了極高的耐水能力。因