硅气凝胶改性膨胀珍珠岩保温材料制备与性能分析

吴迪+邵凯+孙太天

【摘 要】市场上单一有机保温材料易燃，存在安全隐患。无机材料保温效果不理想。研制出高强轻质，防火保温隔热材料拥有广阔市场空间。本实验采用水玻璃胶结经硅气凝胶浸泡后的膨胀珍珠岩颗粒，装入模具热压制板。实验表明，板材抗压强度为0.2MPa—0.3MPa，分析硅气凝胶未能充分浸入膨胀珍珠岩颗粒。憎水性材料，分析经硅气凝胶改性导致板材憎水性能增强。导热系数最小可达0.049W·（m·k）-1，分析硅气凝胶部分浸入颗粒内部且充满板材空隙，水玻璃密封效果较好。

【关键词】轻质；防火保温；憎水；硅气凝胶；膨胀珍珠岩

0 引言

市场上存在有机保温板例如EPX.XPX，保温隔热性能良好，是B2级可燃产品，不符合国家A级不燃安全标准。无机保温板例如珍珠岩保温板，石膏类板材，玻化微珠板材保温隔热效果不理想[1-4]。基于以上分析，将上述两类材质优点适当的进行改性或者结合，从而制备出经济安全优质的保温板材。

1 实验部分

1.1 原料

蒸馏水；硅溶胶，工业级，沈阳市立新硅溶胶厂；硅烷偶联剂（KH-550），工业级，东营市恒益化工有限责任公司；水玻璃，模数3.0，固含量38%，市售产品；磷酸硅，工业级，威海天天科技精细化工有限公司；十六烷基三甲基溴化铵，企标，天津市光复精细化工研究所；氨水，沈阳市华东试剂厂；膨胀珍珠岩，粒径1mm-2mm；

1.2 试样的制备

硅气凝胶制备：称取50ml蒸馏水置于150ml烧杯中。称取十六烷基三甲基溴化铵粉末放入蒸馏水中，搅拌均匀溶解。量取适量硅溶胶、硅烷偶联剂注入搅拌烧杯中。适速搅拌约30分钟。注入氨水（浓氨水：水=1：50）并快速搅拌。密封放入50℃烘箱进行老化干燥过程。

膨胀珍珠岩保温板制备：取膨胀珍珠岩适量置于搅拌锅中。取适量水玻璃胶体并加水稀释。倒入适量磷酸硅粉末搅拌均匀。将溶液倒入装有膨胀珍珠岩搅拌锅中，手动掺拌均匀。充模热压成型，静置拆模取板。

硅气凝胶改性膨胀珍珠岩保温板制备：制取适量硅气凝胶浸泡后的膨胀珍珠岩颗粒，老化干燥，均匀烘干。采用水玻璃胶液充分搅拌，热压成型，拆模取板。

1.3 表征分析

导热系数测定：将尺寸规格为300mm×300mm×30mm试样放入DRY300X导热系数测试仪测试试样导热系数；

耐水性测定：将自来水流速控制成水滴状态，滴落在保温板表面。观察水滴流动状态以检测其耐水性能；

抗压强度测定：取试样尺寸为40mm×40mm×160mm，按照GB/T5486-2008无机硬质绝热制品试验方法规定进行抗压强度检测。取6个试件的抗压强度平均值；

2 结果与讨论

2.1 硅气凝胶改性膨胀珍珠岩保温板耐水性能分析

自来水竖直滴落至板材表面，经多组试样重复检测，水滴均静置板材表面，倾斜滑落。结果表明硅气凝胶改性膨胀珍珠岩保温板为憎水性材料。检测结果如图1所示。

2.2 硅气凝胶浸泡膨胀珍珠岩先后顺序对板材导热系数、抗压强度影响

量取适量蒸馏水、硅溶胶、硅烷偶联剂、氨水溶液，称取适量十六烷基三甲基溴化铵，制得硅气凝胶溶液，根据硅气凝胶改性膨胀珍珠岩先后顺序不同检测导热系数、抗压强度、数据见表1。

结果表明：方式3制得板材导热系数最低为0.049W·（m·k）-1，优于方式1，2。分析原因硅气凝胶充分浸入颗粒内部，充满膨胀珍珠岩颗粒间隙并均匀覆盖板材表面。方式2所制板材抗压强度优于方式1，3。分析原因硅气凝胶于保温板表面形成致密保护层，抗压强度增大。综合导热系数及抗压强度考虑方式3为优选方案。

2.3 表观密度对保温材料强度及导热系数影响

量取适量水玻璃溶液、蒸馏水、磷酸硅制取水玻璃胶液。将胶液与膨胀珍珠岩颗粒于搅拌锅中充分拌合后制得不同表观密度板材。检测数据见表2。

结果表明：抗压强度随表观密度增大而明显增大。分析原因板材结构随表观密度增大而趋于紧密，抗压强度增大。随表观密度增大导热系数在一定范围内有明显减小趋势。例如表观密度为200㎏·m-3時，导热系数降为最低值0.049W·（m·k）-1。分析原因板材颗粒内部及间隙结构趋于合理，导热系数降低。当表观密度达到250㎏·m-3时，导热系数为0.063W·（m·k）-1。综合导热系数及抗压强度考虑选择200MPa左右为优选表观密度。

3 结论

经硅气凝胶改性膨胀珍珠岩保温板为憎水性材料，可阻止湿潮环境破坏板材内部结构，延长使用寿命。采用硅气凝胶分2次充分浸泡膨胀珍珠岩方式能够在保持一定抗压强度条件下，最大限度降低板材导热系数，最低可达0.049W·（m·k）-1。此方式为本实验优选方案。不同表观密度致使板材抗压强度及导热系数均有很大改变。表观密度过高或过低均使导热系数明显增大。综合抗压强度因素考虑，本实验优选表观密度为200㎏·m-3。

【参考文献】

[1]丁向群，张冷庆，鲁中举，沈洁.膨胀珍珠岩保温材料的制备与性能分析[J].沈阳建筑大学学报，2014（1）：120-125.

[2]李悦，鲍振洲，秦宪明，等.相变储能石膏板导热系数2种测试方法的研究[J].建筑材料学报，2014，17（4）：613-617.

[3]孙亮，李珠，马钢.玻化微珠复合保温板导热研究[J].混凝土，2015（3）：137.

[4]张思成.国外建筑轻板发展状况和趋势[J].墙材革新与建筑节能，2014（8）：27-30.

[责任编辑：朱丽娜]