发明内容
本发明的目的是:在制备外墙保温面砖的基底保温层时在无机轻质材料添加部分纳米材料,对其进行改性,以提高其抗压、抗裂、抗剪强度以及粘接强度,再在基底保温层上用涂料装饰,以获得一种含纳米材料的高强度、高绝热和很高装饰效果的外墙无机保温装饰面砖。
本发明的技术方案是:制备基底保温层时在无机轻质材料添加部分纳米材料,对其进行改性,以提高其抗压、抗裂、抗剪强度以及粘接强度,再在基底保温层上进行底涂、中涂和装饰面涂,以获得一种含纳米材料的高强度、高绝热外墙无机保温装饰面砖。
外墙无机保温装饰面砖基底保温层的主要制备工艺为在以水泥、辅助胶凝材料、高分子粘合剂、无机轻质保温材料、纤维以及水的混合体系中添加并均匀混合粒径在纳米级的纳米材料,混合体系经加压成型。外墙无机保温面砖基底保温层成型后经有机高分子材料交联过程和水泥水化干燥过程即成外墙保温面砖的基底保温层。针对上述配方,为减少水泥用量,增加和易性,在制备时加入减水剂。为加快水泥初凝速度,提高早期强度,缩短工期可加入适量早强剂。
纳米材料的数均粒径应该在150nm以下,最好在80nm以下,加入量可以占总重量的0.1%至25%,纳米材料包括但不限于以下纳米材料中的一种或几种混合物:纳米碳酸钙粉末、纳米二氧化钛粉末、纳米二氧化硅粉末、纳米膨润土粉末、纳米粉煤灰粉末、纳米高岭土粉末、纳米碳酸镁粉末、纳米氧化镁粉末、纳米硫酸钡微粒、纳米粘接剂微粒、纳米氧化铁微粒、纳米氧化铝微粒和纳米硅酸钙微粒。
在上述配方中所述的水泥可以是但不限于硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、高铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、白水泥等一种或它们的两种及两种以上混合物。
在上述配方中所述的辅助胶凝材料可以是但不限于石灰石粉、天然火山灰、粉煤灰、硅灰、矿渣粉及磷渣粉。
在上述配方中所述的高分子粘合剂的加入量可在0.05%至3%之间,高分子粘合剂可以是但不限于聚乙烯醇、聚乙烯酯、改性聚氧化乙烯、聚乙烯酸酯、聚氟碳树脂、聚苯乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸盐、苯丙乳液、聚马来酸酐、聚马来酸酯、聚氯乙烯、乙烯/月桂酸乙烯酯/氯乙烯三元共聚胶粉、乙烯醋酸酯/乙烯二元共聚物、淀粉及氧化淀粉、淀粉醚、羧基化纤维素、羟基化纤维素,可以是它们的一种或几种的混合物或其接技、共聚物。其形态可以是树脂、可分散胶粒、乳液、悬浊液、乳浊液或溶液。
在上述配方中所述的无机轻质保温材料表观密度应该在200kg/m3以下,可以是但不限于玻化微珠,中空陶粒、膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、中空玻璃珠,可以是它们的两种或几种的混合物。
在上述配方中所述的纤维直径最好在0.1mm以下,长度最好在70mm以下,可以是但不限于有机合成高分子纤维如尼龙纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维、丙腈纤维、聚酰胺纤维,聚碳酸酯纤维以及天然高分子纤维如纸浆纤维、木浆纤维、桔杆纤维、粘胶纤维、麻纤维、蛋白质纤维和角质纤维。可以是单一纤维,也可以是两种或两种以上纤维的混合物。
减水剂的用量小于1%,可以是但不限于聚羧酸高效减水剂、木质素磺酸钠、苯磺酸盐甲醛缩合物、多环芳烃磺酸盐甲醛缩合物、三聚氰胺磺酸盐甲醛缩聚物、磺化聚苯乙烯、马来酸磺酸盐聚氧乙烯酯、多元醇磺酸盐与环氧乙烷和环氧丙烷共聚物、磺化脂肪酸聚氧乙烯酯等,也可以是两种或两种以上减水剂的混合物。
早强剂用于缩短初凝时间,提高早期强度,可以是但不限于氯化钙、氯化钠、氯化钾、氯化铝、甲酸钠、亚硝酸钠、碳酸钠、生石膏,可以是早强减水剂,也可以是两种或两种以上早强剂的混合物。
为固定含纳米材料的高强度、高绝热外墙无机保温装饰面砖,可以在砖上预留两个或两个以上的锚固孔,以备在施工过程中在粘接料起作用之前将外墙无机保温面砖固定在墙上。
为强化本发明的含纳米材料的高强度、高绝热外墙无机保温装饰面砖的防水防潮效果,可以在砖的外表面涂上防水涂层。防水涂层使用包括但不限于有机硅防水剂。
运用本发明,不仅可以制备高强度、高绝热含纳米材料的高强度、高绝热外墙无机保温装饰面砖,还可以制造无机保温面板、无机外墙保温沙浆。
以下是对实施例1的检测结果并用图示表示,检测方法分别参照标准方法GB/T 5486、JGJ 144、JG 149和GB/T 10294。
图1为随着纳米微粒加入量的提高,外墙无机保温面砖基底保温层抗压强度的变化。在外墙无机保温面砖基底保温层中,按实施例1配方制备(但不添加纳米微粒),抗压强度为0.171MPa,当逐渐提高纳米碳酸钙颗粒的重量百分比时,外墙无机保温面砖基底保温层抗压强度大幅度提高。
图2为随着纳米微粒加入量的提高,外墙无机保温面砖基底保温层抗拉强度的改变。在外墙无机保温面砖基底保温层中,按实施例1配方制备(但不添加纳米微粒),抗拉强度为0.171MPa,当逐渐提高纳米碳酸钙颗粒的重量百分比时,外墙无机保温面砖基底保温层抗拉强度大幅度提高。
图3为随着纳米微粒加入量的提高,外墙无机保温面砖基底保温层与水泥砂浆之间的拉伸粘结强度的改变(MPa),(破坏面在发泡水泥板上)。在外墙无机保温面砖基底保温层中,按实施例1配方制备(但不添加纳米微粒),抗拉强度为0.153MPa,当逐渐提高纳米碳酸钙颗粒的重量百分比时,外墙无机保温面砖基底保温层拉伸粘结强度大幅度提高。
图4为随着纳米微粒加入量的提高,外墙无机保温面砖基底保温层导热系数的变化,可见,随着纳米微粒的增加,对导热系数的影响很小。
对实施例2,3,4的检测结果表明,随着纳米微粒的增加,所获外墙无机保温面砖基底保温层抗压强度、抗拉强度、粘接强度以及导热系数的变化趋势与实施例1完全一致。
本发明与现有技术比较的有益效果是,本发明添加纳米微粒以增加材料的均匀性,减少裂缝的产生,提高其力学强度。这是因为纳米微粒与聚合物相互配合既封堵水泥砂浆或混凝土中的孔隙,通过阻塞通道减少水分蒸发速度和数量抑制微裂隙的产生。同时,因纳米微粒非常之小,有良好的流动性,纳米微粒可以渗透至微裂缝之间存在,即使在氢氧化钙的片状晶体之间也可以渗透纳米微粒。因纳米微粒的相对滑动性,需加了含纳米微粒聚合物膜弹性模量变得更低,可以提高抗拉强度和断裂韧性。同时,随着水泥水化吸收水分,失水后的聚合物在碱性条件下与纳米微粒逐渐聚集成三维空间连续的网状结构,种网状结构互相穿透交结缠绕在一起,形成连续致密的基体结构。这种纳米微粒聚合物网膜结构穿过外墙保温材料中的气孔、裂隙,通过穿梭连接,形成一个具有弹性的空间网络结构,分散了应力,增加了变形能力。即使在应力作用下产生裂隙,由于填充了纳米微粒的聚合物跨过裂纹穿梭连接,可抑制裂纹的发展,提高了硬化体的断裂韧性、变形性和抗裂性。另外,除了纳米微粒与水泥水化产物之间可能存在氢键、范德华力的相互作用外,因纳米微粒粒径小,表面积巨大,有特殊的量子效应,纳米微粒中的某些活性基团还可能与水泥水化产物发生化学作用,形成特殊的桥键作用,改善水泥水化产物的结构,缓解内应力,从而减少水泥浆体中微裂纹的产生。这种结构不仅是物理的吸咐、粘结,而且存在着以化学键形式存在的化学作用。从而对硬化浆体结构产生有利的影响。
另外,在面砖的外表面用涂料可以制备出仿金属、仿石材、仿木材等图案,具有很好的装饰效果。