CN106336241B - 一种可释放负氧离子的纳米绝热板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可释放负氧离子的纳米绝热板及其制备方法，所述绝热板包括以下重量份的组分：气相二氧化硅60～100份、二氧化硅气凝胶1～25份、短切纤维0.5～15份、膨胀蛭石10～30份、电气石0.1～3份。本发明的纳米绝热板不仅具有良好的保温性能，其导热系数不大于0.018W/(m·K)，同时还可释放负氧离子，使得每立方米空气中的负氧离子含量高达15000个，更重要的是还能调节室内空气的干湿度，避免墙体内侧结露，此外本发明的纳米绝热板还具有良好的吸音效果，由此使得本发明所述的纳米绝热板可用于外墙内保温***，从而有助于打造舒适、节能、绿色的居家环境。

Description

一种可释放负氧离子的纳米绝热板及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑板材领域，具体涉及一种可释放负氧离子的纳米绝热板及其制备方法。
背景技术
随着经济全球化的迅猛发展，人类对于能源的需求量急剧攀升，粗放式的能源利用方式已越来越难以适应日益严峻的能源形势，如何提高能源利用率，降低能耗成为世界各国研究的重大课题。特别是在我国，发电、冶金冶炼、石油化工、建筑陶瓷等行业的能源消耗均比发达国家同行业高2～5倍，能源利用率普遍低下的这一现状直接影响着国民经济可持续快速发展的步伐。
一般来说，工业生产中的节能渠道基本分为三大类：第一类是先进的技术工艺流程；第二类是先进精良的生产设备；第三类是优良的节能材料。对于节能材料而言，保温隔热材料是其中研究和应用最为广泛的一大类。根据材质的不同，保温隔热材料又可进一步分为有机绝热材料、无机绝热材料和金属绝热材料，其中，目前常用的无机绝热材料主要是以陶瓷纤维、晶须、陶瓷空心球等为原料所制成的孔径集中在几微米到几毫米的微孔陶瓷材料，这种材料的常温导热系数通常大于0.04W/(m·K)，其隔热性能远不能满足高效隔热领域如航空、航天、船舶等行业的需求。为了降低材料的导热系数，提高材料的隔热性能，需要在保证材料有足够孔隙率的基础上进一步减小材料的孔径尺寸。随着纳米技术的发展，气相二氧化硅问世，它是一种白色、无毒、无味、无定形的无机精细化工产品，由于其原子粒径为7～40纳米，使得气相二氧化硅具有比表面积大、表面吸附力强、分散性好、热阻高等特点，因而将气相二氧化硅用于制备纳米绝热材料受到了人们越来越多的关注。
目前，国内外墙保温***主要采用外墙外保温形式，即将保温材料置于维护结构外侧来实现外墙体的保温及隔热作用，但这种方式的施工难度大且存在巨大安全隐患，如保温材料脱落或难以控制火灾等。而外墙内保温绝热材料可以克服上述缺陷，但现有的外墙内保温绝热材料由于墙体内外温差较大往往会存在外墙内侧结露、墙体发霉的问题。
另外，被誉为“空气维生素”的负氧离子有利于人体的身心健康，并且负氧离子还具有除味、防霉、储热等功效。如果外墙内保温绝热材料能够同时释放负氧离子的话，这将对外墙内保温绝热材料的大规模应用起到更好的推进作用，从而为打造舒适、节能、绿色的居家环境提供技术支持。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有的外墙内保温绝热材料所存在的内侧墙体易于结露的缺陷，进而提供一种能够防止墙体内侧结露、并可释放负氧离子的纳米绝热板及其制备方法。
为此，本发明实现上述目的的技术方案如下：
一种可释放负氧离子的纳米绝热板，包括以下重量份的原料：
优选地，所述可释放负氧离子的纳米绝热板由以下重量份的原料组成：
所述气相二氧化硅与所述二氧化硅气凝胶的质量比为(10～16)：1。
所述二氧化硅气凝胶的孔径为20～50nm。
所述二氧化硅气凝胶的接触角为60～89°。
所述短切纤维为PET纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、硅酸铝纤维、高硅氧纤维或莫来石纤维中的一种或几种的短切丝，所述短切纤维的长度为5～10mm。
所述膨胀蛭石的粒径为1～3mm，所述电气石的粒径为0.5～5mm。
一种制备上述可释放负氧离子的纳米绝热板的方法，包括：
(1)将所述膨胀蛭石与所述电气石混匀形成第一混合物；
(2)向所述第一混合物中加入1/2的所述气相二氧化硅和1/2的所述短切纤维，密封条件下搅拌10～30min后再加入1/3的所述二氧化硅气凝胶，继续于密封条件下搅拌20～60min，形成第二混合物；
(3)向所述第二混合物中加入剩余1/2的所述气相二氧化硅和剩余1/2的所述短切纤维，密封条件下搅拌10～30min后再加入剩余2/3的所述二氧化硅气凝胶，继续于密封条件下搅拌30～60min，得到预混料；
(4)将所述预混料加压成型得芯材板，所述芯材板经包装后，即制得所述可释放负氧离子的纳米绝热板。
所述预混料的成型压力为5～20MPa、成型时间为2～10min。
采用无纺布对所述芯材板进行包装。
本发明的上述技术方案具有如下优点：
1、本发明提供了一种可释放负氧离子的纳米绝热板，包括以下重量份的组分：气相二氧化硅60～100份、二氧化硅气凝胶1～25份、短切纤维0.5～15份、膨胀蛭石10～30份、电气石0.1～3份。众所周知，电气石具有释放负氧离子的功能，但是纯电气石释放负氧离子的量少、速度慢，为此，本发明将电气石与膨胀蛭石按一定比例混合，以利用膨胀蛭石可累计电荷以形成各种级别电位差的特性，促使电气石在蛭石的电场激发及外界温度变化的双重作用下释放出大量的负离子，负离子被空气中的氧气俘获后形成负氧离子，从而使得电气石与膨胀蛭石的配合可持久释放负氧离子，再加之负氧离子的释放过程需要一定的湿度环境，这样正好能够消耗绝热板处因内外温差而产生的水汽，由此减少甚至避免结露的产生。然而在绝热材料中添加不具备保温绝热性能的电气石与膨胀蛭石，势必会牺牲材料的一部分保温性能，因此为确保绝热材料的保温性能不受影响，本发明的绝热材料中还添加有适量的二氧化硅气凝胶，以利用二氧化硅气凝胶的细微孔径，一方面可使气相二氧化硅嵌入其中，从而弥补因电气石与膨胀蛭石的存在所牺牲了的保温性能，另一方面还可吸收空气中的水分，调节室内空气干湿度，避免墙体内侧结露。
综上所述，本发明的纳米绝热板不仅具有良好的保温性能，其导热系数不大于0.018W/(m·K)，同时还可释放负氧离子，使得每立方米空气中的负氧离子含量高达15000个，更重要的是还能调节室内空气的干湿度，避免墙体内侧结露，此外本发明的纳米绝热板还具有良好的吸音效果，由此使得本发明所述的可释放负氧离子的纳米绝热板可用于外墙内保温***，从而有助于打造舒适、节能、绿色的居家环境。
2、本发明提供的制备可释放负氧离子的纳米绝热板的方法包括，先将膨胀蛭石与电气石混匀，再向所得的混合物中加入1/2的气相二氧化硅和1/2的短切纤维，密封搅拌后加入1/3的二氧化硅气凝胶，再次密封搅拌后加入剩余1/2的气相二氧化硅和剩余1/2的短切纤维，进一步密封搅拌，最后加入剩余2/3的二氧化硅气凝胶，经密封搅拌混匀后得到预混料；上述多步骤分段式投料的目的在于确保各组分的充分均匀混合。另外考虑到气相二氧化硅和二氧化硅气凝胶都具备一定的吸潮性，若二者吸潮后会降低对短切纤维的吸附能力，从而导致各组分的混合不均匀，因此本发明的上述混合步骤是在密封条件下进行的，以保证各组分的充分均匀混合。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
在下述实施例中，膨胀蛭石是将蛭石原料置于1000℃的膨化炉中膨化10s而成。
实施例1
本实施例提供了一种可释放负氧离子的纳米绝热板的制备方法，包括如下步骤：
(1)将15Kg膨胀蛭石与0.5Kg电气石投入至搅拌机中，混匀形成第一混合物；
(2)向所述第一混合物中加入40Kg气相二氧化硅和2Kg短切纤维，密封条件下搅拌10min后再加入1.67Kg二氧化硅气凝胶，继续于密封条件下搅拌30min，形成第二混合物；
(3)向所述第二混合物中加入剩余的40Kg气相二氧化硅和2Kg短切纤维，密封条件下搅拌20min后再加入剩余3.33Kg的所述二氧化硅气凝胶，继续于密封条件下搅拌30min，得到预混料；
(4)根据产品规格要求，称取适量上述预混料并加入至压力机中，控制压力为10MPa对预混料缓慢均匀得施压以释放预混料中的空气，加压2min后得芯材板，采用无纺布对该芯材板进行包装后，即制得所述可释放负氧离子的纳米绝热板1#；
其中，所述二氧化硅气凝胶的孔径为20～35nm，接触角为82°；所述短切纤维为长度为5～10mm的玻璃纤维；所述膨胀蛭石的粒径为1～2mm，所述电气石的粒径为3～5mm。
经测定，上述可释放负氧离子的纳米绝热板1#的孔隙率为93％，导热系数为0.010W/(m·K)，负氧离子释放量为15000个/m3，吸音系数为0.22。
实施例2
本实施例提供了一种可释放负氧离子的纳米绝热板的制备方法，包括如下步骤：
(1)将20Kg膨胀蛭石与0.1Kg电气石投入至搅拌机中，混匀形成第一混合物；
(2)向所述第一混合物中加入45Kg气相二氧化硅和2.5Kg短切纤维，密封条件下搅拌20min后再加入3Kg二氧化硅气凝胶，继续于密封条件下搅拌20min，形成第二混合物；
(3)向所述第二混合物中加入剩余的45Kg气相二氧化硅和2.5Kg短切纤维，密封条件下搅拌10min后再加入剩余6Kg的所述二氧化硅气凝胶，继续于密封条件下搅拌45min，得到预混料；
(4)根据产品规格要求，称取适量上述预混料并加入至压力机中，控制压力为5MPa对预混料缓慢均匀得施压以释放预混料中的空气，加压6min后得芯材板，采用无纺布对该芯材板进行包装后，即制得所述可释放负氧离子的纳米绝热板2#；
其中，所述二氧化硅气凝胶的孔径为30～50nm，接触角为89°；所述短切纤维为长度为8～10mm的硅酸铝纤维；所述膨胀蛭石的粒径为2～3mm，所述电气石的粒径为0.5～2mm。
经测定，上述可释放负氧离子的纳米绝热板2#的孔隙率为94％，导热系数为0.006W/(m·K)，负氧离子释放量为14980个/m3，吸音系数为0.25。
实施例3
本实施例提供了一种可释放负氧离子的纳米绝热板的制备方法，包括如下步骤：
(1)将10Kg膨胀蛭石与1Kg电气石投入至搅拌机中，混匀形成第一混合物；
(2)向所述第一混合物中加入30Kg气相二氧化硅和1.5Kg短切纤维，密封条件下搅拌15min后再加入0.33Kg二氧化硅气凝胶，继续于密封条件下搅拌40min，形成第二混合物；
(3)向所述第二混合物中加入剩余的30Kg气相二氧化硅和1.5Kg短切纤维，密封条件下搅拌30min后再加入剩余0.67Kg的所述二氧化硅气凝胶，继续于密封条件下搅拌60min，得到预混料；
(4)根据产品规格要求，称取适量上述预混料并加入至压力机中，控制压力为15MPa对预混料缓慢均匀得施压以释放预混料中的空气，加压4min后得芯材板，采用无纺布对该芯材板进行包装后，即制得所述可释放负氧离子的纳米绝热板3#；
其中，所述二氧化硅气凝胶的孔径为25～40nm，接触角为73°；所述短切纤维为长度为5～7mm的PET纤维；所述膨胀蛭石的粒径为1～3mm，所述电气石的粒径为2～4mm。
经测定，上述可释放负氧离子的纳米绝热板3#的孔隙率为91％，导热系数为0.018W/(m·K)，负氧离子释放量为15250个/m3，吸音系数为0.21。
实施例4
本实施例提供了一种可释放负氧离子的纳米绝热板的制备方法，包括如下步骤：
(1)将25Kg膨胀蛭石与2Kg电气石投入至搅拌机中，混匀形成第一混合物；
(2)向所述第一混合物中加入37.5Kg气相二氧化硅和5Kg短切纤维，密封条件下搅拌30min后再加入3.33Kg二氧化硅气凝胶，继续于密封条件下搅拌60min，形成第二混合物；
(3)向所述第二混合物中加入剩余的37.5Kg气相二氧化硅和5Kg短切纤维，密封条件下搅拌15min后再加入剩余6.66Kg的所述二氧化硅气凝胶，继续于密封条件下搅拌40min，得到预混料；
(4)根据产品规格要求，称取适量上述预混料并加入至压力机中，控制压力为18MPa对预混料缓慢均匀得施压以释放预混料中的空气，加压5min后得芯材板，采用无纺布对该芯材板进行包装后，即制得所述可释放负氧离子的纳米绝热板4#；
其中，所述二氧化硅气凝胶的孔径为25～50nm，接触角为68°；所述短切纤维为长度为5～8mm的莫来石纤维；所述膨胀蛭石的粒径为1～3mm，所述电气石的粒径为0.5～4mm。
经测定，上述可释放负氧离子的纳米绝热板4#的孔隙率为92％，导热系数为0.012W/(m·K)，负氧离子释放量为15100个/m3，吸音系数为0.21。
实施例5
本实施例提供了一种可释放负氧离子的纳米绝热板的制备方法，包括如下步骤：
(1)将30Kg膨胀蛭石与1.5Kg电气石投入至搅拌机中，混匀形成第一混合物；
(2)向所述第一混合物中加入50Kg气相二氧化硅和3.5Kg短切纤维，密封条件下搅拌20min后再加入8.33Kg二氧化硅气凝胶，继续于密封条件下搅拌60min，形成第二混合物；
(3)向所述第二混合物中加入剩余的50Kg气相二氧化硅和3.5Kg短切纤维，密封条件下搅拌20min后再加入剩余16.66Kg的所述二氧化硅气凝胶，继续于密封条件下搅拌60min，得到预混料；
(4)根据产品规格要求，称取适量上述预混料并加入至压力机中，控制压力为20MPa对预混料缓慢均匀得施压以释放预混料中的空气，加压8min后得芯材板，采用无纺布对该芯材板进行包装后，即制得所述可释放负氧离子的纳米绝热板5#；
其中，所述二氧化硅气凝胶的孔径为20～40nm，接触角为60°；所述短切纤维为长度为6～8mm的高硅氧纤维；所述膨胀蛭石的粒径为1～2mm，所述电气石的粒径为2～4mm。
经测定，上述可释放负氧离子的纳米绝热板5#的孔隙率为93％，导热系数为0.011W/(m·K)，负氧离子释放量为15320个/m3，吸音系数为0.22。
实施例6
本实施例提供了一种可释放负氧离子的纳米绝热板的制备方法，包括如下步骤：
(1)将15Kg膨胀蛭石与3Kg电气石投入至搅拌机中，混匀形成第一混合物；
(2)向所述第一混合物中加入40Kg气相二氧化硅和7.5Kg短切纤维，密封条件下搅拌15min后再加入4Kg二氧化硅气凝胶，继续于密封条件下搅拌30min，形成第二混合物；
(3)向所述第二混合物中加入剩余的40Kg气相二氧化硅和7.5Kg短切纤维，密封条件下搅拌15min后再加入剩余8Kg的所述二氧化硅气凝胶，继续于密封条件下搅拌30min，得到预混料；
(4)根据产品规格要求，称取适量上述预混料并加入至压力机中，控制压力为12MPa对预混料缓慢均匀得施压以释放预混料中的空气，加压10min后得芯材板，采用无纺布对该芯材板进行包装后，即制得所述可释放负氧离子的纳米绝热板6#；
其中，所述二氧化硅气凝胶的孔径为30～50nm，接触角为76°；所述短切纤维为长度为6～8mm的玄武岩纤维；所述膨胀蛭石的粒径为2～3mm，所述电气石的粒径为2～4mm。
经测定，上述可释放负氧离子的纳米绝热板6#的孔隙率为91％，导热系数为0.015W/(m·K)，负氧离子释放量为15220个/m3，吸音系数为0.20。
对比例1
本对比例提供了一种可释放负氧离子的纳米绝热板的制备方法，包括如下步骤：
(1)将15Kg膨胀蛭石与0.5Kg电气石投入至搅拌机中，混匀形成第一混合物；
(2)向所述第一混合物中加入40Kg气相二氧化硅和2Kg短切纤维，密封条件下搅拌10min后形成第二混合物；
(3)向所述第二混合物中加入剩余的40Kg气相二氧化硅和2Kg短切纤维，密封条件下搅拌20min后得到预混料；
(4)根据产品规格要求，称取适量上述预混料并加入至压力机中，控制压力为10MPa对预混料缓慢均匀得施压以释放预混料中的空气，加压2min后得芯材板，采用无纺布对该芯材板进行包装后，即制得所述可释放负氧离子的纳米绝热板7#；
其中，所述短切纤维为长度为5～10mm的玻璃纤维；所述膨胀蛭石的粒径为1～2mm，所述电气石的粒径为3～5mm。
经测定，上述可释放负氧离子的纳米绝热板7#的孔隙率为88％，导热系数为0.023W/(m·K)，负氧离子释放量为14850个/m3，吸音系数为0.20。
对比例2
本对比例提供了一种可释放负氧离子的纳米绝热板的制备方法，包括如下步骤：
(1)分别称取15Kg膨胀蛭石、0.5Kg电气石、80Kg气相二氧化硅、4Kg短切纤维和5Kg二氧化硅气凝胶，将它们投加至搅拌机中，密封条件下搅拌90min形成预混料；
(2)根据产品规格要求，称取适量上述预混料并加入至压力机中，控制压力为10MPa对预混料缓慢均匀得施压以释放预混料中的空气，加压2min后得芯材板，采用无纺布对该芯材板进行包装后，即制得所述可释放负氧离子的纳米绝热板8#；
其中，二氧化硅气凝胶的孔径为20～35nm，接触角为82°；所述短切纤维为长度为5～10mm的玻璃纤维；所述膨胀蛭石的粒径为1～2mm，所述电气石的粒径为3～5mm。
经测定，上述可释放负氧离子的纳米绝热板8#的孔隙率为85％，导热系数为0.024W/(m·K)，负氧离子释放量为13680个/m3，吸音系数为0.18。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种可释放负氧离子的纳米绝热板，其特征在于，由以下重量份的原料组成：
所述的可释放负氧离子的纳米绝热板的制备方法包括：
(1)将所述膨胀蛭石与所述电气石混匀形成第一混合物；
(2)向所述第一混合物中加入1/2的所述气相二氧化硅和1/2的所述短切纤维，密封条件下搅拌10～30min后再加入1/3的所述二氧化硅气凝胶，继续于密封条件下搅拌20～60min，形成第二混合物；
(3)向所述第二混合物中加入剩余1/2的所述气相二氧化硅和剩余1/2的所述短切纤维，密封条件下搅拌10～30min后再加入剩余2/3的所述二氧化硅气凝胶，继续于密封条件下搅拌30～60min，得到预混料；
(4)将所述预混料加压成型得芯材板，所述芯材板经包装后，即制得所述可释放负氧离子的纳米绝热板。
2.根据权利要求1所述的可释放负氧离子的纳米绝热板，其特征在于，由以下重量份的原料组成：
3.根据权利要求1或2所述的可释放负氧离子的纳米绝热板，其特征在于，所述气相二氧化硅与所述二氧化硅气凝胶的质量比为(10～16)：1。
4.根据权利要求1或2所述的可释放负氧离子的纳米绝热板，其特征在于，所述二氧化硅气凝胶的孔径为20～50nm。
5.根据权利要求1或2所述的可释放负氧离子的纳米绝热板，其特征在于，所述二氧化硅气凝胶的接触角为60～89°。
6.根据权利要求1或2所述的可释放负氧离子的纳米绝热板，其特征在于，所述短切纤维为PET纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、硅酸铝纤维、高硅氧纤维或莫来石纤维中的一种或几种的短切丝，所述短切纤维的长度为5～10mm。
7.根据权利要求1或2所述的可释放负氧离子的纳米绝热板，其特征在于，所述膨胀蛭石的粒径为1～3mm，所述电气石的粒径为0.5～5mm。
8.根据权利要求1所述的可释放负氧离子的纳米绝热板，其特征在于，所述预混料的成型压力为5～20MPa、成型时间为2～10min。
9.根据权利要求1或8所述的可释放负氧离子的纳米绝热板，其特征在于，采用无纺布对所述芯材板进行包装。
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