CN102807326A - 一种聚合物改性的低温泡沫玻璃保温材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种聚合物改性的低温泡沫玻璃保温材料，其组分按质量分数包括：SiO₂40～80%、B₂O₃ 0～16%、Al₂O₃ 0～10%、R₂O 10～40%、高聚物乳液2～20%、短切纤维0～5%；其制备方法包括：（1）将短切纤维分散到水玻璃体系中，然后加入含硼原料、含铝原料、碱ROH中的一种或几种，搅拌下混合均匀，在不凝胶的前提下得到溶胶体系；（2）在上述溶胶体系中加入高聚物乳液，搅拌均匀，然后干燥得到中间料；（3）将上述中间料碎裂处理后装入模具中，密封模具后进行热处理，即得。本发明的低温泡沫玻璃力学性能显著改善、耐水性好、吸水率低、导热系数小；本发明制备方法过程简单，适于工业化生产。

Description

一种聚合物改性的低温泡沫玻璃保温材料及其制备方法

技术领域

本发明属于低温泡沫玻璃保温材料及其制备领域，特别涉及一种聚合物改性的低温泡沫玻璃保温材料及其制备方法。

背景技术

近年来，由于有机保温材料导热率低，施工方便的特点，其市场份额已占到90%以上。然而好景不长，有机保温材料易燃的特点，使得一旦发生火灾火势就快速蔓延难以控制，南京中环国际广场、哈尔滨经纬360度双子星大厦、济南奥体中心、北京央视新址附属文化中心等火灾就是这种情况。公安部、住房和城乡***以公通字[2009]46号文发布了《民用建筑外保温***及外墙装饰防火暂行规定》，其中第二条规定民用建筑外保温材料采用燃烧性能为A级的材料。在此基础上，中华人民共和国公安部进一步以公消[2011]65号发布了《关于进一步明确民用建筑外保温材料消防监督管理有关要求》的通知。于是市场对无机A级不燃材料的需求大大提高，岩棉、泡沫玻璃、泡沫混凝土等几类无机保温材料受到广泛关注。然而泡沫玻璃本身也存在着生产线能耗大等缺点，针对这一点，实验室研发了低温泡沫玻璃（发明专利：《一种低温泡沫玻璃材料》）。

低温泡沫玻璃与泡沫玻璃有很多相似之处，气孔的面积占总体积的80%~90%，孔径大小为0.5~2mm，是一种性能优越的绝热保温、防火的轻质建筑材料和装饰材料，A级不燃与建筑物同寿命。但是低温泡沫玻璃也同泡沫玻璃等其他无机材料一样，有着脆性大，弹性模量大的缺点。

泡沫玻璃的弹性模量在1400MPa左右，然而在实际工程中，墙体外保温材料的弹性模量越小越好。在夏热冬冷的气候条件下，温度应力对墙体的破坏作用不容忽视。以杭州为代表城市，实际测量的温度数据是墙体最高温度50℃，日温差22℃。墙体保温板材处在一个受约束的环境，而且墙体各层材料的受热情况及热膨胀等性能有所差异，在承受温度载荷时不能自由发生形变，而产生温度应力。谭卓、詹树林等用有限元分析的方法探究了墙体材料的弹性模量与墙体开裂之前的弹性阶段的温度应力变化的关系。得出的结论是，在夏热冬冷气候条件下，降低墙体材料的弹性模量能明显降低墙体危险部位的主应力极值，降低墙体保温材料与外装饰材料之间的粘结应力，降低外保温材料的主应力水平，有利于外墙保温体系的安全性和耐久性。因此，对无机保温材料的增韧是决定其市场竞争力的关键因素之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种聚合物改性的低温泡沫玻璃保温材料及其制备方法，得到的改性后的低温泡沫玻璃力学性能明显改善，吸水率低，导热系数小，泡孔孔径大小一致、分布均匀，可作为优良绝热保温材料，该制备方法过程简单，成本低廉，适于工业化生产。

本发明的一种聚合物改性的低温泡沫玻璃保温材料，该低温泡沫玻璃保温材料的组分按质量分数包括：SiO₂ 40～80%、B₂O₃ 0～16%、Al₂O₃ 0～10%、R₂O 10～40%、高聚物乳液2～20%、短切纤维0～5%；其中B₂O₃与Al₂O₃的含量不同时为零。

所述的高聚物乳液为分解温度在300℃以上的苯丙乳液、丁苯乳液、醋丙乳液、醋叔乳液中的一种或几种。

所述的高聚物乳液的固含量为40～60%，粘度为200～3000cPa·s。

所述的短切纤维为耐300℃高温的芳纶纤维、酚醛纤维、玻璃纤维、碳纤维中的一种或几种。

所述的短切纤维的直径为9~13μm，长度为4~8mm。

本发明的一种聚合物改性的低温泡沫玻璃保温材料的制备方法，包括：

（1）将短切纤维通过高速搅拌（1000r/min≦转速n≦3000r/min）分散于水玻璃体系中，然后加入含硼原料、含铝原料、碱ROH中的一种或几种，搅拌下混合均匀，在不凝胶的前提下得到高粘度的溶胶体系；其中含硼原料与含铝原料的添加量不同时为零，R为Li、Na、K中的一种或几种；

（2）在上述溶胶体系中加入高聚物乳液，搅拌均匀，然后进行干燥得到含水率25%≤W≤50%的中间料；

（3）将得到的中间料进行碎裂处理，碎裂后的中间料颗粒粒径范围为0.3～1.6mm；

（4）将上述破碎后的中间料装入模具中，密封模具后进行热处理，即得聚合物改性的低温泡沫玻璃保温材料。

步骤（1）中所述的含硼原料为硼酸、硼砂、含硼矿物中的一种或几种。

步骤（1）中所述的含铝原料为磷酸二氢铝、磷酸铝、氢氧化铝、含铝矿物中的一种或几种。

步骤（3）中所述的热处理的具体操作为：升温发泡阶段，以速率10～40℃/min升温至250～500℃并保温，保温时间不少于0.5h；降温冷却阶段，以降温速率1～30℃/min降至室温。

本发明所述的聚合物改性的低温泡沫玻璃保温材料是指通过胶体化学工艺，使用高聚物乳液和短切纤维湿法改性得到的新型非晶态、有机-无机复合纤维增强、多孔水合玻璃材料。其原料组分是：化学式为R₂O·mSiO₂硅酸盐水溶液（俗称水玻璃），30≤波美度（°Bé）≤60，其中R为Li、Na、K等碱金属元素或它们的混合物，m为二氧化硅与碱金属氧化物摩尔数比值，称为水玻璃的模数；含硼或含铝原料，或加入碱以增加含硼或含铝原料的加入量；高聚物乳液为分解温度在300℃以上的苯丙乳液、丁苯乳液等；短切纤维为耐300℃高温的单分散纤维。将这些原料按一定比例混合，控制其主要成分的质量分数为：SiO₂40～80%；B₂O₃ 0～16%；Al₂O₃ 0～10%；R₂O 10～40%；高聚物乳液2～20%；短切纤维0～5%。

本发明用高聚物乳液和短切纤维降低低温泡沫玻璃弹性模量的机理如下：首先将短切纤维通过高速搅拌分散于水玻璃体系，然后加入含硼或含铝原料，在高速搅拌下，含硼或含铝原料与水玻璃发生化学反应，以硼酸为例，在硼酸加入量较少的情况下，即W(B₂O₃)≦12%，硼元素或夺取游离氧或取代Si元素形成[BO₄]^-四面体，使得水玻璃原有胶核的三维结构有所延伸，包括胶核和吸附层的胶粒有所长大；更由于硼原子最外层只有3个电子，[BO₄]^-四面体的4个B-O键中，有3个共价键和1个配位键，其电负性比含4个共价键的硅氧四面体强很多，使得胶粒的双电层结构更加紧密，胶核外的R⁺离子被牢牢吸附。体系粘度大大增强，短切纤维分布均匀而且位置相对固定。此时加入适量高聚物乳液，在搅拌后期加入乳液避免了高速搅拌对乳液的破乳作用，将乳液分散均匀后所获得的高粘度溶胶即为中间料。

所获得的中间料溶胶经过干燥处理，使得中间料溶胶的含水率为25～50%，中间料细化后经过250～350℃发泡。在这个过程中，随着温度的升高，溶剂分子的减少，高聚物长链有所伸展，通过静电作用和氢键作用在氧硅硼的胶粒之间起到桥联作用，如附图1所示。

以苯丙乳液（固含量48%，粘度1500cPa·s）为例，乳液改性后的低温泡沫玻璃的力学性能明显改善。控制相同的制备参数，加入硼酸量5%（对水玻璃的质量比），中间料含水率40%左右，样品容重为180Kg/m³，不加入乳液的样品，抗压强度为0.67MPa，压缩弹性模量126.40MPa；加入4%（与水玻璃的质量比）的苯丙乳液改性后，抗压强度为0.94MPa，压缩弹性模量为44.73MPa。抗压强度提高了40.3%，弹性模量降低了64.6%，力学性能改善非常明显，两者的应力-应变曲线如图2所示。

此外，乳液的加入还对低温泡沫玻璃的气孔的均匀化性和耐水性有所改善。高聚物乳液是表面活性分子和高聚物的混合，这两类物质均能改变胶粒表面位能和溶剂化能力，从而达到了很好的稳泡的作用。未加入乳液改性的低温泡沫玻璃呈现一定的结构梯度，周边气孔小而致密，中间大部分区域气孔较大而疏松。从电镜照片来看，低温泡沫玻璃的绝大部分气孔直径在0.5~2mm，气泡壁厚约2.4μm，但是加入乳液改性的低温泡沫玻璃的孔径更小，在0.1~1mm，孔壁厚约为1.3μm。加入乳液改性的低温泡沫玻璃孔径比未改性时更加均一致密，有助于力学性能的改善。但是发泡体积比略微下降，在同样条件下，成品的密度会比低温泡沫玻璃稍大。由于高聚物分子的疏水基团，使得改性后的低温泡沫玻璃耐水性得到提高。样品切块后，经过浸热水120℃2h处理，干燥120℃24h后，样品失重小于0.4%。

本发明研发的聚合物改性的低温泡沫玻璃保温材料力学性能的控制关键在于少量加入合适种类、合适粘度的乳液和合适长度的短切玻璃纤维。如果乳液和纤维加入量过少，则力学性能改善不明显，弹性模量依然过大，如果乳液和纤维加入量过多，力学性能改善明显，但由于高聚物和纤维的加入从微观和宏观两个尺度上增加了结构的三维复杂性，发泡的阻力增大，使得溶胶的发泡能力受到影响，导致产品容重偏大。如果选择乳液的粘度过小，则制得的低温泡沫玻璃仍然有明显的结构梯度，样品中间部分的抗压、抗拉性能都没有明显改善。如果选择的短切纤维过长，则不易于使其分散均匀，也不利于发泡。本发明研发的聚合物改性低温泡沫玻璃保温材料宏观及微观照片见图4、5、6所示。

与泡沫玻璃不同的是，低温泡沫玻璃采用凝胶湿化学方法制备，可以在分子（胶粒）尺度上改善材料性能。本发明提供了对一种对低温泡沫玻璃湿法降低弹性模量，改善力学性能的方法，加入少量高聚物乳液和短切纤维，分别在纳米尺度和毫米尺度上作用改善力学性能。

长链高聚物和纤维掺入体系能适当增加体系的韧性是可以预见的。然而，水玻璃体系非常复杂，直接接入高聚物很有可能引起体系凝胶化，一般典型的水玻璃改性剂加入量仅为0.2%~0.4%。因此，本发明以高聚物乳液形式掺入长链高聚物，并综合考虑一下4个方面的因素：1）选择的高聚物乳液应当与水玻璃体系有相同的电性，否则易聚沉；2）在250~500℃的热处理过程中，该长链高聚物和短切纤维不发生断链分解或者即使部分分解也不影响其宏观上增加体系性能；3）高分子改性剂靠静电引力或氢键吸附在胶粒的表面，改变其表面位能和溶剂化能力，使水玻璃固化时获得细小的凝胶胶粒，提高水玻璃的粘结强度；4）改性后，增加的成本在工业化可接受的范围内。此外高聚物分子量，加入量，pH，制作工艺；纤维的种类、单分散性、直径、长度等也是要考虑的因素。经过实验得出结论，少量加入固含量40～60%，粘度为200～3000cPa·s的苯丙乳液、丁苯乳液、醋丙乳液、醋叔乳液等高聚物乳液和直径在9~13μm，长度在4~8mm的芳纶纤维、酚醛纤维、玻璃纤维、碳纤维等短切纤维，可以达到实验设计的降低弹性模量、改善力学性能的要求。而且由于高聚物乳液是表面活性分子和高聚物的混合，这两类物质均能改变胶粒表面位能和溶剂化能力，从而达到了很好的稳泡的作用；更由于高聚物分子的疏水基团，使得聚合物改性后的低温泡沫玻璃耐水性得到提高。

本发明的聚合物改性的低温泡沫玻璃保温材料是指通过胶体化学工艺，使用高聚物乳液和短切纤维湿法改性得到的新型非晶态、有机-无机复合纤维增强、多孔水合玻璃材料。

有益效果：

（1）本发明的聚合物改性低温泡沫玻璃力学性能显著改善，吸水率低，导热系数小，泡孔孔径大小一致、分布均匀，可作为优良绝热保温材料；

（2）本发明的制备方法操作简单，成本低廉，适于工业化生产。

附图说明

图1是高聚物和胶体粒子的桥联作用示意图；

图2是加入4%（与水玻璃的质量比）的苯丙乳液增韧后的低温泡沫玻璃的应力-应变曲线和未增韧的低温泡沫玻璃的应力-应变曲线；

图3是经过干燥得到含水率40%的中间料相机照片；

图4是本发明聚合物改性低温泡沫玻璃保温材料宏观整体的相机照片；

图5是本发明聚合物改性低温泡沫玻璃保温材料自然断面的电镜照片；

图6是本发明聚合物改性低温泡沫玻璃保温材料切割截面的电镜照片；

图7不同乳液含量配方分别对低温泡沫玻璃的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、压折比的影响。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

以模数M=2.8、固含量为37%的液态钠水玻璃，直径9~13μm、长5mm的玻璃纤维，固含量48%、粘度为1500cPa·s的苯丙乳液，硼酸为原料进行系列实验。配方A~G中具体原料配比及主要组分质量分数如下表所示：

将按照以上配比的短切玻璃纤维现在钠水玻璃中搅拌分散均匀，在加入硼酸进行强制搅拌混合，在不凝胶的前提下得到有相当粘度的溶胶，加入乳液搅拌均匀得到乳白色的溶胶。接着将各配方的溶胶体系在100℃温度下进行干燥12h得到含水率约为40%的中间料；为了最终得到不同配方相同容重（低温泡沫玻璃的容重可控，此处设计容重约为180kg/m³）的低温泡沫玻璃样品，然后将碎裂后的各配方等量的中间料装入模具，密封模具并移入烘箱中；最后以速率10℃/min升温至300℃并保温3h，以降温速率5℃/min降至室温即得低温泡沫玻璃。

将根据配方A～G得到的低温泡沫玻璃进行相关性能测试，其结果如下表所示：

从上表可以看出，硼的加入量对低温泡沫玻璃的抗压强度和导热系数影响不大，而对其力学性能影响十分明显。聚合物改性的低温泡沫玻璃的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、压折比随着乳液含量的增加的变化趋势如图7所示。

从图7直观地看出，随着乳液含量的增加，低温泡沫玻璃的抗压强度逐渐升高，抗拉强度逐渐上升，于此同时，抗折强度更大幅度的升高，压折比明显下降。弹性模量作为一个衡量建材使用性能的重要指标，也明显降低，而且，在少量加入乳液（对水玻璃的质量比为1%）是就明显下降。这表明，苯丙乳液的加入显著提高了低温泡沫玻璃的力学性能。

按照本发明的制备方法制得的聚合物改性的低温泡沫玻璃力学性能显著改善，吸水率低，导热系数小，泡孔孔径大小一致、分布均匀，可作为优良绝热保温材料。本发明制备工艺过程简单，成本低廉，适于工业化生产。

实施例2

以模数M=2.8、固含量为37%的液态钠水玻璃，直径9~13μm、长8mm的玻璃纤维，固含量50%、粘度为200cPa·s的丁苯乳液，硼酸为原料进行系列实验。按重量计的配方为水玻璃100，硼酸5，丁苯乳液2，短切玻璃纤维1，原料中主要组分质量分数为：SiO₂ 65.34%，B₂O₃ 6.76%，Na₂O 23.22%，丁苯乳液2.39%，固态短切玻璃纤维2.30%。

将按照以上配比的短切玻璃纤维在钠水玻璃中搅拌分散均匀，加入硼酸进行强制搅拌混合，当硼酸均匀溶解，体系有相当大的粘度时，加入乳液搅拌均匀得到乳白色的溶胶。接着将中间料溶胶在100℃温度下干燥11h得到含水率约为38%的中间料；然后将碎裂后的中间料装入模具，密封模具并移入烘箱中；最后以速率15℃/min升温至300℃并保温5h，以降温速率10℃/min降至室温即得聚合物改性的低温泡沫玻璃。

所得到的聚合物改性低温泡沫玻璃的容重为190kg/m³，抗压强度1.12MPa，抗拉强度0.81MPa，抗折强度0.74MPa，弹性模量为72.37MPa，导热系数0.042W/m·K，失重率0.7%，软化系数93.2%。

按照本发明的制备方法制得的聚合物改性低温泡沫玻璃力学性能显著改善，吸水率低，导热系数小，泡孔孔径大小一致、分布均匀，可作为优良绝热保温材料。本发明制备工艺过程简单，成本低廉，适于工业化生产。

实施例3

以模数M=3.3、固含量为35%的液态钠水玻璃，固含量47%、粘度为600cPa·s的苯丙乳液，硼酸及磷酸二氢铝为原料进行试验。按重量计的配方为水玻璃100，硼酸4，磷酸二氢铝2，苯丙乳液8，原料中主要组分质量分数为：SiO₂ 64.48%，B₂O₃ 5.41%，Al₂O₃0.77%，Na₂O 20.14%，苯丙乳液9.20%。

将按照以上配比的钠水玻璃、硼酸及磷酸二氢铝进行强制搅拌混合，当硼酸和磷酸二氢铝均匀溶解，体系有相当大的粘度时，加入乳液搅拌均匀得到乳白色的溶胶。接着将中间料溶胶在120℃温度下干燥10h得到含水率约为30%的中间料；然后将碎裂后的中间料装入模具，密封模具并移入烘箱中；最后以速率15℃/min升温至300℃并保温5h，以降温速率10℃/min降至室温即得聚合物改性的低温泡沫玻璃。

所得到的聚合物改性低温泡沫玻璃的容重为195kg/m³，抗压强度0.89MPa，抗拉强度0.71MPa，抗折强度0.74MPa，弹性模量为65.51MPa，导热系数0.045W/m·K，失重率0.6%。磷酸二氢铝的加入进一步增加体系的稳定性，作用机理与硼酸类似，Al³⁺位于[AlO₄]四面体中，对硅氧网结构起补网作用。这里所用苯丙乳液的粘度为600cPa·s，与粘度为1500cPa·s的苯丙乳液相比，加入的量更多才能达到相似的效果。

按照本发明的制备方法制得的聚合物改性低温泡沫玻璃力学性能显著改善，吸水率低，导热系数小，泡孔孔径大小一致、分布均匀，可作为优良绝热保温材料。本发明制备工艺过程简单，成本低廉，适于工业化生产。

实施例4

以模数M=3.3、固含量为35%的液态钠水玻璃，直径9~13μm、长5mm的玻璃纤维，固含量47%、粘度为600cPa·s的苯丙乳液，硼酸及磷酸二氢铝为原料进行试验。按重量计的配方为水玻璃100，硼酸4，磷酸二氢铝2，玻璃纤维1，苯丙乳液6，原料中主要组分质量分数为：SiO₂ 64.42%，B₂O₃ 5.41%，Al₂O₃ 0.76%，Na₂O 20.12%，玻璃纤维2.39%，苯丙乳液6.90%。

将按照以上配比的钠水玻璃、硼酸及磷酸二氢铝进行强制搅拌混合，当硼酸和磷酸二氢铝均匀溶解，体系有相当大的粘度时，加入乳液搅拌均匀得到乳白色的溶胶。接着将中间料溶胶在100℃温度下干燥11h得到含水率约为35%的中间料；然后将碎裂后的中间料装入模具，密封模具并移入烘箱中；最后以速率15℃/min升温至300℃并保温5h，以降温速率10℃/min降至室温即得聚合物改性的低温泡沫玻璃。

所得到的聚合物改性低温泡沫玻璃的容重为190kg/m³，抗压强度1.07MPa，抗拉强度0.84MPa，抗折强度0.80MPa，弹性模量为55.64MPa，导热系数0.046W/m·K，失重率0.7%。

按照本发明的制备方法制得的聚合物改性低温泡沫玻璃力学性能显著改善，吸水率低，导热系数小，泡孔孔径大小一致、分布均匀，可作为优良绝热保温材料。本发明制备工艺过程简单，成本低廉，适于工业化生产。

实施例5

以模数M=3.3、固含量为35%的液态钠水玻璃，直径9~13μm、长4mm的芳纶纤维，固含量48%、粘度为2000cPa·s的苯丙乳液，硼酸及磷酸二氢铝为原料进行试验。按重量计的配方为水玻璃100，硼酸4，磷酸二氢铝2，芳纶纤维1，苯丙乳液2，原料中主要组分质量分数为：SiO₂ 67.52%，B₂O₃ 5.67%，Al₂O₃ 0.80%，Na₂O 21.09%，芳纶纤维2.51%，苯丙乳液2.41%。

将按照以上配比的短切芳纶纤维在钠水玻璃中搅拌分散均匀，加入硼酸及磷酸二氢铝进行强制搅拌混合，当硼酸及磷酸二氢铝均匀溶解，体系有相当大的粘度时，加入乳液搅拌均匀得到乳白色的溶胶。接着将中间料溶胶在100℃温度下干燥11h得到含水率约为35%的中间料；然后将碎裂后的中间料装入模具，密封模具并移入烘箱中；最后以速率15℃/min升温至300℃并保温5h，以降温速率10℃/min降至室温即得聚合物改性的低温泡沫玻璃。

所得到的聚合物改性低温泡沫玻璃的容重为185kg/m³，抗压强度0.97MPa，抗拉强度0.85MPa，抗折强度0.78MPa，弹性模量为60.85MPa，导热系数0.045W/m·K，失重率0.5%。

按照本发明的制备方法制得的聚合物改性低温泡沫玻璃力学性能显著改善，吸水率低，导热系数小，泡孔孔径大小一致、分布均匀，可作为优良绝热保温材料。本发明制备工艺过程简单，成本低廉，适于工业化生产。

实施例6

以模数M=3.3、固含量为35%的液态钠水玻璃，直径9~12μm、长4mm的短切芳纶纤维，固含量48%、粘度为1500cPa·s的苯丙乳液，硼酸及KOH为原料进行试验。按重量计的配方为水玻璃100，芳纶纤维1，苯丙乳液3，硼酸4，KOH3，原料中主要组分质量分数为：SiO₂ 63.30%，B₂O₃ 5.31%，(Na₂O+K₂O)25.65%，芳纶纤维2.35%，苯丙乳液3.39%。

将按照以上配比的短切芳纶纤维在钠水玻璃中搅拌分散均匀，加入硼酸、KOH进行强制搅拌混合，当硼酸、KOH均匀溶解，体系有相当大的粘度时，加入乳液搅拌均匀得到乳白色的溶胶。接着将中间料溶胶在100℃温度下干燥9h得到含水率约为42%的中间料；然后将碎裂后的中间料装入模具，密封模具并移入烘箱中；最后以速率15℃/min升温至300℃并保温5h，以降温速率10℃/min降至室温即得聚合物改性的低温泡沫玻璃。

所得到的聚合物改性低温泡沫玻璃的容重为170kg/m³，抗压强度1.24MPa，抗拉强度0.88MPa，抗折强度0.79MPa，弹性模量为62.77MPa，导热系数0.043W/m·K，失重率0.4%。

按照本发明的制备方法制得的聚合物改性低温泡沫玻璃力学性能显著改善，吸水率低，导热系数小，泡孔孔径大小一致、分布均匀，可作为优良绝热保温材料。本发明制备工艺过程简单，成本低廉，适于工业化生产。

实施例7

以模数M=3.0、固含量为36%的液态钾水玻璃，直径9~13μm、长5mm的酚醛纤维，固含量48%、粘度为1500cPa·s的苯丙乳液，硼砂为原料进行试验。按重量计的配方为水玻璃100，硼砂10，酚醛纤维4，苯丙乳液3，原料中主要组分质量分数为：SiO₂ 59.79%，B₂O₃ 7.86%，(Na₂O+K₂O)22.72%，酚醛纤维8.56%，苯丙乳液3.08%。

将按照以上配比的短切酚醛纤维在钾水玻璃中搅拌分散均匀，加入硼砂进行强制搅拌混合，当硼砂均匀溶解，体系有相当大的粘度时，加入乳液搅拌均匀得到乳白色的溶胶。接着将中间料溶胶在150℃温度下干燥4h得到含水率约为30%的中间料；然后将碎裂后的中间料装入模具，密封模具并移入烘箱中；最后以速率15℃/min升温至300℃并保温5h，以降温速率10℃/min降至室温即得聚合物改性的低温泡沫玻璃。

所得到的聚合物改性低温泡沫玻璃的容重为168kg/m³，抗压强度0.98MPa，抗拉强度0.82MPa，抗折强度0.79MPa，弹性模量为58.57MPa，导热系数0.041W/m·K，失重率0.4%。

按照本发明的制备方法制得的聚合物改性低温泡沫玻璃力学性能显著改善，吸水率低，导热系数小，泡孔孔径大小一致、分布均匀，可作为优良绝热保温材料。本发明制备工艺过程简单，成本低廉，适于工业化生产。

实施例8

以模数M=3.0、固含量为36%的液态钾水玻璃，磷酸二氢铝，直径9~13μm、长5mm的玻璃纤维，固含量48%、粘度为1500cPa·s的苯丙乳液为原料进行试验。按重量计的配方为水玻璃100，磷酸二氢铝20，玻璃纤维2，苯丙乳液4，原料中主要组分质量分数为：SiO₂ 62.62%，Al₂O₃ 7.42%，K₂O 20.87%，玻璃纤维4.64%，苯丙乳液4.45%。

将按照以上配比的短切玻璃纤维在钾水玻璃中搅拌分散均匀，加入磷酸二氢铝进行强制搅拌混合，当磷酸二氢铝均匀溶解，体系有相当大的粘度时，加入乳液搅拌均匀得到乳白色的溶胶。接着将中间料溶胶在100℃温度下干燥12h得到含水率约为35%的中间料；然后将碎裂后的中间料装入模具，密封模具并移入烘箱中；最后以速率15℃/min升温至300℃并保温5h，以降温速率10℃/min降至室温即得聚合物改性的低温泡沫玻璃。

所得到的聚合物改性低温泡沫玻璃的容重为155kg/m³，抗压强度0.96MPa，抗拉强度0.77MPa，抗折强度0.69MPa，弹性模量为48.99MPa，导热系数0.042W/m·K，失重率0.6%。

按照本发明的制备方法制得的聚合物改性低温泡沫玻璃力学性能显著改善，吸水率低，导热系数小，泡孔孔径大小一致、分布均匀，可作为优良绝热保温材料。本发明制备工艺过程简单，成本低廉，适于工业化生产。

实施例9

以模数M=3.0、固含量为36%的液态钾水玻璃，直径9~13μm、长5mm的碳纤维，固含量48%、粘度为1500cPa·s的苯丙乳液，磷酸二氢铝为原料进行试验。按重量计的配方为水玻璃100，磷酸二氢铝20，碳纤维2，苯丙乳液4，原料中主要组分质量分数为：SiO₂ 60.36%，Al₂O₃ 7.15%，K₂O 23.75%，碳纤维4.47%，苯丙乳液4.29%。

将按照以上配比的短切碳纤维在钾水玻璃中搅拌分散均匀，加入磷酸二氢铝进行强制搅拌混合，当磷酸二氢铝均匀溶解，体系有相当大的粘度时，加入乳液搅拌均匀得到乳白色的溶胶。接着将中间料溶胶在100℃温度下干燥12h得到含水率约为35%的中间料；然后将碎裂后的中间料装入模具，密封模具并移入烘箱中；最后以速率15℃/min升温至300℃并保温5h，以降温速率10℃/min降至室温即得聚合物改性的低温泡沫玻璃。

所得到的聚合物改性低温泡沫玻璃的容重为175kg/m³，抗压强度1.02MPa，抗拉强度0.85MPa，抗折强度0.74MPa，弹性模量为49.75MPa，导热系数0.043W/m·K，失重率0.5%。

按照本发明的制备方法制得的聚合物改性低温泡沫玻璃力学性能显著改善，吸水率低，导热系数小，泡孔孔径大小一致、分布均匀，可作为优良绝热保温材料。本发明制备工艺过程简单，成本低廉，适于工业化生产。

实施例10

以模数M=2.9、固含量为39%的液态钾水玻璃，直径9~13μm、长5mm的玻璃纤维，固含量48%、粘度为1500cPa·s的苯丙乳液，硼酸及磷酸二氢铝为原料进行试验。按重量计的配方为水玻璃100，硼酸5，磷酸二氢铝10，玻璃纤维2，苯丙乳液4，原料中主要组分质量分数为：SiO₂ 61.26%，B₂O₃5.96%，Al₂O₃ 3.38%，K₂O21.12%，玻璃纤维4.22%，苯丙乳液4.06%。

将按照以上配比的短切玻璃纤维在钾水玻璃中搅拌分散均匀，加入硼酸、磷酸二氢铝进行强制搅拌混合，当硼酸、磷酸二氢铝均匀溶解，体系有相当大的粘度时，加入乳液搅拌均匀得到乳白色的溶胶。接着将中间料溶胶在100℃温度下干燥10h得到含水率约为40%的中间料；然后将碎裂后的中间料装入模具，密封模具并移入烘箱中；最后以速率15℃/min升温至300℃并保温5h，以降温速率10℃/min降至室温即得聚合物改性的低温泡沫玻璃。

所得到的聚合物改性低温泡沫玻璃的容重为170kg/m³，抗压强度1.12MPa，抗拉强度0.91MPa，抗折强度0.79MPa，弹性模量为56.36MPa，导热系数0.044W/m·K，失重率0.6%。按照本发明的制备方法制得的聚合物改性低温泡沫玻璃力学性能显著改善，吸水率低，导热系数小，泡孔孔径大小一致、分布均匀，可作为优良绝热保温材料。本发明制备工艺过程简单，成本低廉，适于工业化生产。

Claims (10)

1.一种聚合物改性的低温泡沫玻璃保温材料，该低温泡沫玻璃保温材料的组分按质量分数包括：SiO₂ 40～80%、B₂O₃ 0～16%、Al₂O₃ 0～10%、R₂O 10～40%、高聚物乳液2～20%、短切纤维0～5%；其中B₂O₃与Al₂O₃的含量不同时为零。

2.根据权利要求1所述的一种聚合物改性的低温泡沫玻璃保温材料，其特征在于：所述的高聚物乳液为苯丙乳液、丁苯乳液、醋丙乳液、醋叔乳液中的一种或几种。

3.根据权利要求2所述的一种聚合物改性的低温泡沫玻璃保温材料，其特征在于：所述的高聚物乳液的固含量为40～60%，粘度为200～3000cPa·s。

4.根据权利要求1所述的一种聚合物改性的低温泡沫玻璃保温材料，其特征在于：所述的短切纤维为芳纶纤维、酚醛纤维、玻璃纤维、碳纤维中的一种或几种。

5.根据权利要求4所述的一种聚合物改性的低温泡沫玻璃保温材料，其特征在于：所述的短切纤维的直径为9~13μm，长度为4~8mm。

6.如权利要求1所述的一种聚合物改性的低温泡沫玻璃保温材料的制备方法，包括：

（1）将短切纤维通过搅拌分散于水玻璃体系中，然后加入含硼原料、含铝原料、碱ROH中的一种或几种，搅拌下混合均匀，在不凝胶的前提下得到溶胶体系；其中含硼原料与含铝原料的添加量不同时为零，R为Li、Na、K中的一种或几种；

（2）在上述溶胶体系中加入高聚物乳液，搅拌均匀，然后进行干燥得到中间料；

（3）将得到的中间料进行碎裂处理，碎裂后的中间料颗粒粒径范围为0.3～1.6mm；

（4）将上述破碎后的中间料装入模具中，密封模具后进行热处理，即得聚合物改性的低温泡沫玻璃保温材料。

7.根据权利要求6所述的一种聚合物改性的低温泡沫玻璃保温材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的含硼原料为硼酸、硼砂、含硼矿物中的一种或几种。

8.根据权利要求6所述的一种聚合物改性的低温泡沫玻璃保温材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的含铝原料为磷酸二氢铝、磷酸铝、氢氧化铝、含铝矿物中的一种或几种。

9.根据权利要求6所述的一种聚合物改性的低温泡沫玻璃保温材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的中间料的含水率为20%≤W≤55%。

10.根据权利要求6所述的一种聚合物改性的低温泡沫玻璃保温材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述的热处理的具体操作为：升温发泡阶段，以速率10～40℃/min升温至250～500℃并保温，保温时间不少于0.5h；降温冷却阶段，以降温速率1～30℃/min降至室温。

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