CN104446335A

CN104446335A - 一种纳米复合无石棉绝热毡及其生产方法

Info

Publication number: CN104446335A
Application number: CN201410777242.1A
Authority: CN
Inventors: 孙廷全; 刘复全; 游绍贤; 张洪
Original assignee: Chongqing Yahe Thermal Insulation Material Co Ltd
Current assignee: Chongqing Yahe Thermal Insulation Material Co Ltd
Priority date: 2014-12-15
Filing date: 2014-12-15
Publication date: 2015-03-25

Abstract

本发明提供一种纳米复合无石棉绝热毡，其为富含纳米级封闭微孔网状结构的弹性复合材料，由下列重量百分比的成分组成：纳米硅6～8.5wt％、水镁石34～42wt％、海泡石18～34wt％、硅酸铝12～27wt％、无机活性土6～8wt％、松解剂1.6～2wt％、改性分散剂0.7～0.9wt％、络合剂0.01～0.02wt％，余量为水；其中，所述纳米复合无石棉绝热毡，其可溶性氯离子含量≤100毫克/千克，可溶性硅酸根与钠离子含量之和≥10000毫克/千克。本发明的产品保温性能好、使用温度高、回弹率好，产品内无石棉成分。

Description

一种纳米复合无石棉绝热毡及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种纳米复合无石棉绝热毡及其生产方法。

背景技术

对于我国保温材料的发展，经历了从硬质材料到软质材料，再有软质材料到微孔材料。现由硅酸铝、硅酸盐和玻璃棉三大产品占有全国90％以上的保温市场。硅酸铝和玻璃棉具有耐温、耐湿性能好的优点，但其纤维刺激人体、污染环境，特别是安装及检修时危害施工人员身体健康的问题，至今没有解决。硅酸盐产品很好地解决了这些问题，得到了国内核工业和造船业的认可，也保证当时的市场需要。2009年当国际海事组织(IMO)以决议形式通过就含石棉制品在船上的使用作了进一步修订，要求自2011年1月1日起，对于所有船舶，应禁止新装含有石棉的材料，中国船级社(CCS)也颁布第30号通函，要求船东、船厂及船用产品制造厂执行上述公约、通函的要求，对船用产品中是否含有石棉成分进行第三方符合性验证，以满足经MSC.282(86)修订的SOLAS公约中船舶禁止新装含有石棉材料的要求，由于硅酸盐产品中含有蛇纹石石棉，该产品也在2011年全面退出了对造船业的设备保温领域。

特别是我国的核动力装置高温设备和热力管道保温材料，从上世纪八十年代初国家机械委就下文要求改进或研制，九十年代末以中国核动力研究设计院为首研制发明了核级复合硅酸盐材料填补了这一空白。由于核级复合硅酸盐材料中含有蛇纹石石棉，我国造船业和海军舰艇装置任然不能选为高温设备及热力管道的保温材料。近几年，我国核电事业蓬勃发展，保温材料的需求量也越来越大，对保温材料的选择也越来越困难，选用硅酸铝和玻璃棉，对环境影响大，特别是现场施工人员不愿意；选用硅酸盐，生产厂家又提不出无石棉的有关检测报告。因此，我国核动力装置设备和造船业需要一种保温性能好、使用温度高、回弹率好、对奥氏体不锈钢不产生腐蚀、抗辐射、不含石棉成分的保温材料。

发明内容

发明要解决的问题

本发明目的在于提供一种无石棉含量、保温性能好、使用温度高、回弹率好、对金属(例如奥氏体不锈钢)设备和管道不产生腐蚀、耐辐照，特别适用于核反应堆装置造船业高温设备及热力管道用的纳米级保温隔热毡。本发明目的还在于提供一种无石棉含量、保温性能好、使用温度高、回弹率好、对奥氏体不锈钢设备和管道不产生腐蚀，耐辐照，特别适于核反应堆装置和造船业高温设备及热力管道用的纳米级保温隔热毡的生产方法。

用于解决问题的方案

一种纳米复合无石棉绝热毡，其为富含纳米级封闭微孔网状结构的弹性复合材料，由下列重量百分比的成分组成：纳米硅6～8.5wt％、水镁石34～42wt％、海泡石18～34wt％、硅酸铝12～27wt％、无机活性土6～8wt％、松解剂1.6～2wt％、改性分散剂0.7～0.9wt％、络合剂0.01～0.02wt％，余量为水；其中，所述纳米复合无石棉绝热毡，其可溶性氯离子含量≤100毫克/千克，可溶性硅酸根与钠离子含量之和≥10000毫克/千克。优选地，所述松解剂由琥珀酸二辛脂磺酸钠、六偏磷酸钠组成。

一种纳米复合无石棉绝热毡的生产方法，包括以下步骤：制浆：将硅酸铝纤维棉、松解剂和水进行搅拌，然后加入水镁石纤维、海泡石绒、无机活性土和松解剂继续搅拌，然后加入改性分散剂继续搅拌，最后加入纳米硅和络合剂，制成浆料；制材：将所述浆料在50～95℃烘烤，脱水成型。

优选地，在制浆步骤前还包括以下步骤：水镁石纤维处理：将水镁石纤维浸泡至水中进行清洗，直至水中氯离子含量小于95毫克/千克，取出水镁石纤维备用。

优选地，纳米复合无石棉绝热毡的生产方法，所述纳米硅的目数≥15000、密度≤25Kg/m³，所述水镁石纤维的杂质＜1％，所述硅酸铝纤维棉的最高使用温度≥1200℃、且杂质＜1％，所述海泡石绒的海泡石含量＞95％、且杂质＜1％，所述无机活性土的胶质价为90～100、PH值为9～10，所述水为25℃下电导率小于10μS/cm的工业纯水。

优选地，纳米复合无石棉绝热毡的生产方法，所述制浆步骤具体为：将硅酸铝纤维棉、琥珀酸二辛脂磺酸钠和工业纯水在搅拌池内搅拌3～6分钟，然后加入处理后的水镁石纤维、六偏磷酸钠、海泡石绒和无机活性土搅拌30～40分钟，然后加入改性分散剂搅拌10～20分钟，最后加入纳米硅和络合剂。

优选地，纳米复合无石棉绝热毡的生产方法，所述制浆步骤具体为：将硅酸铝纤维棉、琥珀酸二辛脂磺酸钠和工业纯水在搅拌池内搅拌5分钟，然后加入处理后的水镁石纤维、六偏磷酸钠、海泡石绒和无机活性土搅拌35分钟，然后加入改性分散剂搅拌15分钟，最后加入纳米硅和络合剂。

优选地，纳米复合无石棉绝热毡的生产方法，所述制材步骤具体为：将浆料浇筑在模具中，在50～70℃烘烤8～10小时然后在70～85℃烘烤8～10小时，最后在85～95℃烘烤8～10小时。

优选地，纳米复合无石棉绝热毡的生产方法，在制浆步骤中，以浆料重量为100％计算，制得的浆料由下列重量百分比的成分组成：纳米硅5～10wt％、水镁石纤维38～55wt％、海泡石绒20～35wt％、硅酸铝纤维棉12～17wt％、无机活性土3～7wt％、松解剂0.7～1.2wt％、改性分散剂0.8～1.0wt％、络合剂0.07～0.12wt％，余量为水；其中，所述浆料中可溶性氯离子含量≤100毫克/千克，可溶性硅酸根与钠离子含量之和≥10000毫克/千克；

以浆料重量为100％计算，制得的浆料优选由下列重量百分比的成分组成：纳米硅5～9wt％、水镁石纤维46～55wt％、海泡石绒20～25wt％、硅酸铝纤维棉12～15wt％、无机活性土4～7wt％、松解剂1.0～1.2wt％、改性分散剂0.8～1.0wt％、络合剂0.10～0.12wt％，余量为水；其中，所述浆料中可溶性氯离子含量≤100毫克/千克，可溶性硅酸根与钠离子含量之和≥10000毫克/千克；

以浆料重量为100％计算，制得的浆料优选由下列重量百分比的成分组成：纳米硅7～10wt％、水镁石纤维38～45wt％、海泡石绒30～35wt％、硅酸铝纤维13～17wt％、无机活性土3～6wt％、松解剂0.7～1.1wt％、改性分散剂0.8～1.0wt％、络合剂0.07～0.08wt％，余量为水；其中，所述浆料中可溶性氯离子含量≤100毫克/千克，可溶性硅酸根与钠离子之和≥10000毫克/千克。

按照上述本发明方法生产的本发明涉及的纳米复合无石棉绝热毡，是一种无石棉含量，保温性能好、使用温度高、回弹率好、氯离子含量低、特别适用于核反应堆装置和造船业高温设备及热力管道用的纳米级白色软毡状保温隔热材料。

发明的效果

本发明涉及的纳米复合无石棉绝热毡的综合性能，优于市面上其他种类的保温材料。本发明的纳米复合无石棉绝热毡，常温导热系数低(0.031w/m·K)，使用温度高达800℃，因而具有优良的保温隔热性能。特别是其中的无石棉含量和氯离子含量低(小于100mg/kg)，不会对奥氏体不锈钢产生腐蚀，适用于以奥氏体不锈钢为主体结构材料的核反应堆装置造船业高温设备及其热力管道用的保温隔热材料。纳米复合无石棉绝热毡，由于容重小，施工中无需任何机械设备和支护装置。本产品还可以重复使用。因此，本发明的纳米复合无石棉绝热毡特别适合于一些需要定期检修与维护的高温设备和热力管道的保温隔热。

具体实施方式

以下将结合实施例详细说明本发明的各种示例性实施例、特征和方面。为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、手段、材料未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

本发明提供的纳米复合无石棉绝热毡，其为富含纳米级封闭微孔网状结构的弹性复合材料，由下列重量百分比的成分组成：纳米硅6～8.5wt％、水镁石34～42wt％、海泡石18～34wt％、硅酸铝12～27wt％、无机活性土6～8wt％、松解剂1.6～2wt％、改性分散剂0.7～0.9wt％、络合剂0.01～0.02wt％，余量为水；其中，所述纳米复合无石棉绝热毡，其可溶性氯离子含量≤100毫克/千克，可溶性硅酸根与钠离子含量之和≥10000毫克/千克。

纳米复合无石棉绝热毡的生产方法，包括以下步骤：制浆：将硅酸铝纤维棉、松解剂和水进行搅拌，然后加入水镁石纤维、海泡石绒、无机活性土和松解剂继续搅拌，然后加入改性分散剂继续搅拌，最后加入纳米硅和络合剂，制成浆料；制材：将所述浆料在50～95℃烘烤，脱水成型。

优选地，纳米复合无石棉绝热毡的生产方法，在制浆步骤前还包括以下步骤：水镁石纤维处理：将水镁石纤维浸泡至水中进行清洗，直至水中氯离子含量小于95毫克/千克，取出水镁石纤维备用。

在一种实施方式中，纳米硅选表面经过修饰，目数大于15000以上，密度≤25Kg/m³。

水镁石纤维(以下有时简记作水镁石)优选纤维长而疏松，粉尘和颗粒杂质小于1％的。例如质量等级等于或优于四级品(例如陕南非金属矿业公司生产的四级品)。

海泡石绒(以下有时简记作海泡石)，优选海泡石含量大于95％、粉尘杂质小于1％的产品(例如河南内乡县东风海泡石厂生产的特级品)。

硅酸铝纤维棉(以下有时简记作硅酸铝)，优选最高使用温度不低于1200℃、颗粒杂质小于1％的产品(例如山东鲁阳集团生产的特优品)。

无机活性土优选胶质价在90～100，偏碱性(PH值在9～10)，纯白色的无机土。

快速松解剂(琥珀酸二辛脂磺酸钠、六偏磷酸钠)，优选使用其中固含量不低于48％的无味品。.

改性分散剂，含固量在30％以上，粘度适中，例如，粘度为60S左右。改性分散剂，可以采用重庆江北工农化工有限责任公司生产的聚醋酸乙烯乳液，优选使用重庆江北工农化工有限责任公司生产的聚醋酸乙烯乳液(G--1)。该聚醋酸乙烯乳液是在VAE乳化液进行改性的基础上合成的一种胶状液体，含固量在45％以上，粘度为60S左右。

工业纯水优选25℃下电导率小于10us/cm的工业纯水。

在一种实施方式中，纳米复合无石棉绝热毡的生产方法，将所需量的水镁石纤维置于原材料处理器内，加入适量工业纯水先进行浸泡，然后清洗并排出清洗水，清洗和排水操作重复至清洗水中氯离子含量小于95毫克/千克为止。

将硅酸铝纤维棉、松解剂琥珀酸二辛脂磺酸钠和工业纯水加入搅拌池内搅拌；再将处理过的水镁石纤维、以及改性分散剂、海泡石绒和松解剂(六偏磷酸钠)加入搅拌池继续搅拌；最后加入纳米硅和络合剂，使其充分分散和混合。

在一种实施方式中，纳米复合无石棉绝热毡的生产方法，制浆步骤中，将硅酸铝纤维棉、松解剂(琥珀酸二辛脂磺酸钠)和工业纯水在搅拌池内搅拌5分钟，然后加入处理后的水镁石纤维、快速松解剂六偏磷酸钠、海泡石绒和无机活性土继续搅拌35分钟，然后加入改性分散剂再搅拌15分钟，最后加入纳米硅和络合剂；整个搅拌时间共计约为60分钟。搅拌中应适当控制搅拌速度，原则是使不因速度过高而将纤维打断，也不因速度过低不能充分分散。

在一种实施方式中，纳米复合无石棉绝热毡的生产方法，制材步骤中，将制浆步骤中得到的浆料浇注在模具中，置于烘房内在50～95℃进行烘烤，使浆料中的水分逐渐蒸发后形成型材。烘烤优选分三个阶段进行：50～70℃温度下大约进行烘烤8～10小时，70～85℃温度下大约进行烘烤8～10小时，和85～95℃温度下大约进行烘烤8～10小时。这样能使水分逐渐蒸发，既能避免因水分急剧蒸发而导致形成型材内部的结构不均匀，使材料的保温性能降低，影响型材的成形性，也不致使烘烤时间拖得过长降低生产率。

以下列举实施例进一步详细说明本发明。

实施例1

将水镁石纤维(陕南非金属矿业公司生产的四级品)22千克置于原材料处理器内，加入适量工业纯水(氯离子含量小于5毫克/千克、电导率(25℃)小于10μS/cm的工业纯水)，浸泡20～30分钟，然后用工业纯水清晰，排掉清洗水，如此反复直至清洗水中氯离子含量小于95毫克/千克为止。

将硅酸铝纤维棉10千克、松解剂(琥珀酸二辛脂磺酸钠)3.8千克和工业纯水540千克加入搅拌池内；开机5分钟后再将经过上述步骤处理过的水镁石纤维22千克、以及改性分散剂1.8千克、无机活性土4千克、海泡石绒16千克和松解剂(六偏磷酸钠)0.9千克加入搅拌池；继续搅拌35分钟后加入纳米硅4千克和络合剂0.2千克，继续搅拌至总搅拌时间不少于60分钟，制成浆料。

将制成的浆料转移至模具内，放入烘房内分三个阶段进行烘烤：50～70℃温度下大约进行8～10小时，70～85℃温度下大约进行8～10小时，和85～95℃温度下大约进行8～10小时。得到干燥形成的材料，经过修剪后得到成品材料--纳米硅超级复合保温隔热毡。

所得到的材料中各种原料组分含量(重量％)为：纳米硅7、水镁石纤维37、硅酸铝纤维棉17、海泡石绒26、无机活性土6、快速松解剂2(其中琥珀酸二辛脂磺酸钠1.6，六偏磷酸，0.4)、改性分散剂0.8和余量水。该产品经国家相关部门检测，其主要性能指标示于表1之中。

表1：实施例1产品的主要性能指标

项目	指标
		外观	白色软毡

容重(kg/m³)	60
		最高使用温度(℃)	800
导热系数(W/m.k)	0.034
		压缩回弹率(％)	91
可溶性C1^-含量(mg/kg)	97

实施例2～10

使用如下表2中列出的原材料及用量，采用与实施例1同样进行处理(其中水镁石纤维处理方法与实施例1中水镁石纤维的处理方法相同)，得到了产品2～10。各实施例中使用的络合剂量均为0.2千克。

表2：实施例2～10中使用的原材料数量(单位：千克)

产品2～10中各组分含量及其性能指标如下表3和表4所示。

表3：实施例2～10的成品中各组分含量(重量％)表

表4：实施例2～10的产品2～10的性能指标表

本发明产品的保温隔热性能远远优于常见的保温隔热毡，其主要性能与常见的保温隔热毡主要性能比较数据，如表5所示。

表5 纳米硅保温隔热毡的主要性能参数表

表6 纳米级复合保温隔热毡与普通保温材料性能比较表

虽然已经参照以上实施方式说明了本发明，但是，应该理解的是本发明不限于所公开的实施方式。所附权利要求书的范围应在最宽泛的范围内进行解释，以涵盖所有变型、等同结构和功能。

Claims

1.一种纳米复合无石棉绝热毡，其为富含纳米级封闭微孔网状结构的弹性复合材料，其特征在于，由下列重量百分比的成分组成：

纳米硅6～8.5wt％、水镁石34～42wt％、海泡石18～34wt％、硅酸铝12～27wt％、无机活性土6～8wt％、松解剂1.6～2wt％、改性分散剂0.7～0.9wt％、络合剂0.01～0.02wt％，余量为水；

其中，所述纳米复合无石棉绝热毡，其可溶性氯离子含量≤100毫克/千克，可溶性硅酸根与钠离子含量之和≥10000毫克/千克。

2.根据权利要求1所述纳米复合无石棉绝热毡，其特征在于，所述松解剂由为琥珀酸二辛脂磺酸钠和/或六偏磷酸钠。

3.一种权利要求1～2中任何一项所述的纳米复合无石棉绝热毡的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

制浆：将硅酸铝纤维棉、松解剂和水进行搅拌，然后加入水镁石纤维、海泡石绒、无机活性土和松解剂继续搅拌，然后加入改性分散剂继续搅拌，最后加入纳米硅和络合剂，制成浆料；

制材：将所述浆料在50～95℃烘烤，脱水成型。

4.根据权利要求3所述的纳米复合无石棉绝热毡的生产方法，其特征在于，在制浆步骤前还包括以下步骤：

水镁石纤维处理：将水镁石纤维浸泡至水中进行清洗，直至水中氯离子含量小于95毫克/千克，取出水镁石纤维备用。

5.根据权利要求3或4任一所述的纳米复合无石棉绝热毡的生产方法，其特征在于，所述纳米硅的目数≥15000、密度≤25Kg/m³，所述水镁石纤维的杂质＜1％，所述硅酸铝纤维棉的最高使用温度≥1200℃、且杂质＜1％，所述海泡石绒的海泡石含量＞95％、且杂质＜1％，所述无机活性土的胶质价为90～100、PH值为9～10，所述水为25℃下电导率小于10μS/cm的工业纯水。

6.根据权利要求5所述的纳米复合无石棉绝热毡的生产方法，其特征在于，所述制浆步骤具体为：

将硅酸铝纤维棉、琥珀酸二辛脂磺酸钠和工业纯水在搅拌池内搅拌3～6分钟，然后加入处理后的水镁石纤维、六偏磷酸钠、海泡石绒和无机活性土搅拌30～40分钟，然后加入改性分散剂搅拌10～20分钟，最后加入纳米硅和络合剂。

7.根据权利要求5所述的纳米复合无石棉绝热毡的生产方法，其特征在于，所述制浆步骤具体为：

将硅酸铝纤维棉、琥珀酸二辛脂磺酸钠和工业纯水在搅拌池内搅拌5分钟，然后加入处理后的水镁石纤维、六偏磷酸钠、海泡石绒和无机活性土搅拌35分钟，然后加入改性分散剂搅拌15分钟，最后加入纳米硅和络合剂。

8.根据权利要求5所述的纳米复合无石棉绝热毡的生产方法，其特征在于，所述制材步骤具体为：

将浆料浇筑在模具中，在50～70℃烘烤8～10小时，然后在70～90℃烘烤8～10小时，最后在90～110℃烘烤8～10小时。

9.根据权利要求3或4任一所述的纳米复合无石棉绝热毡的生产方法，其特征在于，在制浆步骤中，以浆料重量为100％计算，制得的浆料由下列重量百分比的成分组成：

纳米硅5～10wt％、水镁石纤维38～55wt％、海泡石绒20～35wt％、硅酸铝纤维棉12～17wt％、无机活性土3～7wt％、松解剂0.7～1.2wt％、改性分散剂0.8～1.0wt％、络合剂0.07～0.12wt％，余量为水；其中，所述浆料中可溶性氯离子含量≤100毫克/千克，可溶性硅酸根与钠离子含量之和≥10000毫克/千克；

以浆料重量为100％计算，制得的浆料优选由下列重量百分比的成分组成：

纳米硅5～9wt％、水镁石纤维46～55wt％、海泡石绒20～25wt％、硅酸铝纤维棉12～15wt％、无机活性土4～7wt％、松解剂1.0～1.2wt％、改性分散剂0.8～1.0wt％、络合剂0.10～0.12wt％，余量为水；其中，所述浆料中可溶性氯离子含量≤100毫克/千克，可溶性硅酸根与钠离子含量之和≥10000毫克/千克；

纳米硅7～10wt％、水镁石纤维38～45wt％、海泡石绒30～35wt％、硅酸铝纤维13～17wt％、无机活性土3～6wt％、松解剂0.7～1.1wt％、改性分散剂0.8～1.0wt％、络合剂0.07～0.08wt％，余量为水；其中，所述浆料中可溶性氯离子含量≤100毫克/千克，可溶性硅酸根与钠离子之和≥10000毫克/千克。