硅氣凝膠改性膨脹珍珠巖保溫材料制備與性能分析

吳迪+邵凱+孫太天

【摘 要】市場上單一有機保溫材料易燃，存在安全隱患。無機材料保溫效果不理想。研制出高強輕質，防火保溫隔熱材料擁有廣闊市場空間。本實驗采用水玻璃膠結經硅氣凝膠浸泡后的膨脹珍珠巖顆粒，裝入模具熱壓制板。實驗表明，板材抗壓強度為0.2MPa—0.3MPa，分析硅氣凝膠未能充分浸入膨脹珍珠巖顆粒。憎水性材料，分析經硅氣凝膠改性導致板材憎水性能增強。導熱系數最小可達0.049W·（m·k）-1，分析硅氣凝膠部分浸入顆粒內部且充滿板材空隙，水玻璃密封效果較好。

【關鍵詞】輕質；防火保溫；憎水；硅氣凝膠；膨脹珍珠巖

0 引言

市場上存在有機保溫板例如EPX.XPX，保溫隔熱性能良好，是B2級可燃產品，不符合國家A級不燃安全標準。無機保溫板例如珍珠巖保溫板，石膏類板材，玻化微珠板材保溫隔熱效果不理想[1-4]。基于以上分析，將上述兩類材質優點適當的進行改性或者結合，從而制備出經濟安全優質的保溫板材。

1 實驗部分

1.1 原料

蒸餾水；硅溶膠，工業級，沈陽市立新硅溶膠廠；硅烷偶聯劑（KH-550），工業級，東營市恒益化工有限責任公司；水玻璃，模數3.0，固含量38%，市售產品；磷酸硅，工業級，威海天天科技精細化工有限公司；十六烷基三甲基溴化銨，企標，天津市光復精細化工研究所；氨水，沈陽市華東試劑廠；膨脹珍珠巖，粒徑1mm-2mm；

1.2 試樣的制備

硅氣凝膠制備：稱取50ml蒸餾水置于150ml燒杯中。稱取十六烷基三甲基溴化銨粉末放入蒸餾水中，攪拌均勻溶解。量取適量硅溶膠、硅烷偶聯劑注入攪拌燒杯中。適速攪拌約30分鐘。注入氨水（濃氨水：水=1：50）并快速攪拌。密封放入50℃烘箱進行老化干燥過程。

膨脹珍珠巖保溫板制備：取膨脹珍珠巖適量置于攪拌鍋中。取適量水玻璃膠體并加水稀釋。倒入適量磷酸硅粉末攪拌均勻。將溶液倒入裝有膨脹珍珠巖攪拌鍋中，手動摻拌均勻。充模熱壓成型，靜置拆模取板。

硅氣凝膠改性膨脹珍珠巖保溫板制備：制取適量硅氣凝膠浸泡后的膨脹珍珠巖顆粒，老化干燥，均勻烘干。采用水玻璃膠液充分攪拌，熱壓成型，拆模取板。

1.3 表征分析

導熱系數測定：將尺寸規格為300mm×300mm×30mm試樣放入DRY300X導熱系數測試儀測試試樣導熱系數；

耐水性測定：將自來水流速控制成水滴狀態，滴落在保溫板表面。觀察水滴流動狀態以檢測其耐水性能；

抗壓強度測定：取試樣尺寸為40mm×40mm×160mm，按照GB/T5486-2008無機硬質絕熱制品試驗方法規定進行抗壓強度檢測。取6個試件的抗壓強度平均值；

2 結果與討論

2.1 硅氣凝膠改性膨脹珍珠巖保溫板耐水性能分析

自來水豎直滴落至板材表面，經多組試樣重復檢測，水滴均靜置板材表面，傾斜滑落。結果表明硅氣凝膠改性膨脹珍珠巖保溫板為憎水性材料。檢測結果如圖1所示。

2.2 硅氣凝膠浸泡膨脹珍珠巖先后順序對板材導熱系數、抗壓強度影響

量取適量蒸餾水、硅溶膠、硅烷偶聯劑、氨水溶液，稱取適量十六烷基三甲基溴化銨，制得硅氣凝膠溶液，根據硅氣凝膠改性膨脹珍珠巖先后順序不同檢測導熱系數、抗壓強度、數據見表1。

結果表明：方式3制得板材導熱系數最低為0.049W·（m·k）-1，優于方式1，2。分析原因硅氣凝膠充分浸入顆粒內部，充滿膨脹珍珠巖顆粒間隙并均勻覆蓋板材表面。方式2所制板材抗壓強度優于方式1，3。分析原因硅氣凝膠于保溫板表面形成致密保護層，抗壓強度增大。綜合導熱系數及抗壓強度考慮方式3為優選方案。

2.3 表觀密度對保溫材料強度及導熱系數影響

量取適量水玻璃溶液、蒸餾水、磷酸硅制取水玻璃膠液。將膠液與膨脹珍珠巖顆粒于攪拌鍋中充分拌合后制得不同表觀密度板材。檢測數據見表2。

結果表明：抗壓強度隨表觀密度增大而明顯增大。分析原因板材結構隨表觀密度增大而趨于緊密，抗壓強度增大。隨表觀密度增大導熱系數在一定范圍內有明顯減小趨勢。例如表觀密度為200㎏·m-3時，導熱系數降為最低值0.049W·（m·k）-1。分析原因板材顆粒內部及間隙結構趨于合理，導熱系數降低。當表觀密度達到250㎏·m-3時，導熱系數為0.063W·（m·k）-1。綜合導熱系數及抗壓強度考慮選擇200MPa左右為優選表觀密度。

3 結論

經硅氣凝膠改性膨脹珍珠巖保溫板為憎水性材料，可阻止濕潮環境破壞板材內部結構，延長使用壽命。采用硅氣凝膠分2次充分浸泡膨脹珍珠巖方式能夠在保持一定抗壓強度條件下，最大限度降低板材導熱系數，最低可達0.049W·（m·k）-1。此方式為本實驗優選方案。不同表觀密度致使板材抗壓強度及導熱系數均有很大改變。表觀密度過高或過低均使導熱系數明顯增大。綜合抗壓強度因素考慮，本實驗優選表觀密度為200㎏·m-3。

【參考文獻】

[1]丁向群，張冷慶，魯中舉，沈潔.膨脹珍珠巖保溫材料的制備與性能分析[J].沈陽建筑大學學報，2014（1）：120-125.

[2]李悅，鮑振洲，秦憲明，等.相變儲能石膏板導熱系數2種測試方法的研究[J].建筑材料學報，2014，17（4）：613-617.

[3]孫亮，李珠，馬鋼.玻化微珠復合保溫板導熱研究[J].混凝土，2015（3）：137.

[4]張思成.國外建筑輕板發展狀況和趨勢[J].墻材革新與建筑節能，2014（8）：27-30.

[責任編輯：朱麗娜]