专利名称：含纳米材料的高强度、高绝热外墙无机保温面砖的制作方法
技术领域：
本技术属于建筑材料领域，特别是纳米材料在建筑外墙保温系统中的应用。
背景技术：
发展节能建筑是解决资源、能源问题的重要途径。以中国为例，中国有440亿平方米既有建筑，能耗普遍较高。建筑耗能一般占社会总耗能的30%,再加上建筑材料生产过程的消耗，在社会总耗能的占比则达到46%至47%。其中，北方地区的建筑单位面积采暖能耗比气候条件相近的欧洲国家高1.5至2倍，因建筑能耗高，仅北方采暖地区每年就多耗标准煤数亿吨，更严重的是，在每年近20亿平方米的竣工面积当中，只有五、六千万平方米是节能建筑，只占3%左右，也就是说有97%属于高耗能建筑。按照目前建筑能耗水平发展，到2020年，我国建筑能耗将达到10.89亿吨标准煤。比较中外建筑能耗差异可以发现，发达国家建筑通常建筑物的保温效果较好，在墙体上有高效的绝热层，热量不易在建筑物内外进行传递。近年来，为了节能减排的需要，中国制定了一系列建筑节能规范，要求新建建筑必须达到节能标准，对外墙体必须进行外保温处理。外墙保温材料除要求有出色的保温效果外，还必须具有以下几种特性:1，为非易燃品，满足消防要求。2，有足够的强度，保证在施工过程及建筑使用寿命期间安全抵御各种外力及内力的作用。申请号为200810052086.7，03140404.9等专利报道了以发泡高分子材料制备的外墙保温板，保温效果优良，但因以有机聚合物为主要绝热材料，极易燃烧，即使加入阻燃剂也未能使其易燃性能有一个根本性的改变。北京央视大火以及上海静安区的两场大火所造成的巨大损失，提醒人们对有机外墙保温材料的使用必须要有足够的慎重。无机外墙保温材料很好的解决了有机外墙保温材料的易燃烧问题，大多数能达到A级防火阻燃的标准。但无机外墙保温材料通常密度较大，导热系数高，保温性能有待加强。为提高无机外墙保温材料的绝热性能，降低导热系数，通常方法为降低无机外墙保温材料的表观密度(表观容重)，加入了轻质保温材料，如申请号为201110168767.1,200710304328.2等专利采用了发泡混凝土或发泡氯化镁等为保温材料，另外一些方法采用低密度保温材料，如石棉、玻化微珠、陶粒、蛭石、膨胀珍珠岩等材料。这些材料多孔导热系数较 低，如申请号为201110027771.6,200610012729.6等采取了添加玻化微珠的方法保温。但是，这些材料多孔，强度较低，以目前的生产工艺，用这些材料制作的外墙保温板/砖强度相应较低，既不能满足工程需要，又易产生安全隐患，为提高其强度，需添加过量胶凝材料及辅助胶凝材料，又会大大地增加其导热系数。
发明内容
本发明的目的是:在制备外墙保温材料时添加纳米材料，对外墙无机保温面砖进行改性，以提高其抗压、抗裂、抗剪强度以及粘接强度，制造出一种含纳米材料的高强度、高绝热外墙无机保温面砖。本发明的技术方案是:在制备外墙保温材料时添加纳米材料，对外墙无机保温面砖进行改性，以提高其抗压、抗裂、抗剪强度以及粘接强度，制造出一种含纳米材料的高强度、高绝热外墙无机保温面砖。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。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I %，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。为固定外墙无机保温面砖，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如将外墙无机保温面砖固定在墙上。为强化本发明的外墙无机保温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、高绝热外墙无机保温面砖，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/T5486、JGJ 144、JG 149 和 GB/T 10294。图1为随着纳米微粒加入量的提高，外墙无机保温面砖抗压强度的变化。在外墙无机保温面砖中，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，外墙无机保温面砖抗拉强度的改变。在外墙无机保温面砖中，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。
图1为随着纳米微粒加入量的提高，外墙无机保温面砖抗压强度变化图。横坐标为纳米微粒占整个外墙无机保温面砖的重量百分比(％)，纵坐标为其抗压强度(MPa)。图2为随着纳米微粒加入量的提高，外墙无机保温面砖抗压强度的变化图。横坐标为纳米微粒占整个外墙无机保温面砖的重量百分比(％)，纵坐标为其抗拉强度(MPa)。
图3为随着纳米微粒加入量的提高，外墙无机保温面砖与水泥砂浆拉伸粘结强度的变化(MPa)。(破坏面在外墙无机保温面砖上)。横坐标为纳米微粒占整个外墙无机保温面砖的重量百分比(％)，纵坐标为其抗拉伸粘结强度(MPa)。图4为随着纳米微粒加入量的提高，外墙无机保温面砖导热系数的变化图。横坐标为纳米微粒占整个外墙无机保温面砖的重量百分比(％ )，纵坐标为其导热系数W/(m*K).
具体实施例方式实施例1，普通硅酸盐水泥1000克，粉煤灰400克，高分子粘合剂50克，无机轻质保温材料玻化微珠1300克，聚丙烯纤维3克，改性植物纤维3克，马来酸磺酸盐聚氧乙烯酯1.5克，盐水适量，在混合体系中添加并均匀混合粒径在60纳米的纳米碳酸钙70克，混合体系经加压成型，在压制过程中要预留锚固孔。材料成型后经有机高分子材料交联过程及水泥水化干燥过程即成外墙保温面砖，可以在砖的外表面涂上有机硅防水涂层。实施例2，实施例1，硫铝酸盐水泥1000克，火山灰400克，高分子粘合剂50克，无机轻质保温材料中空陶粒1200克，粘胶纤维5克，聚羧酸高效减水剂2克，水适量，在混合体系中添加并均匀混合最可几粒径在65纳米的二氧化钛微粒60克，混合体系经加压成型，在压制过程中要预留锚固孔。材料成型后经有机高分子材料交联过程及水泥水化干燥过程即成外墙保温面砖，可以在砖的外表面涂上有机硅防水涂层。实施例3，实施例1，白水泥950克，磷渣粉500克，高分子粘合剂50克，无机轻质保温材料珍珠岩1250克，聚酯纤维3克，蛋白纤维3克，多环芳烃磺酸盐甲醛缩合物2克，水适量，混合体系中添加并均匀混合最大分布粒径在70纳米左右的的纳米二氧化硅微粒70克，混合体系经加压成型，在压制过程中要预留锚固孔。材料成型后经有机高分子材料交联过程及水泥水化干燥过程即成外墙保温面砖，可以在砖的外表面涂上有机硅防水涂层。实施例4，高铝酸盐水泥1000克，粉煤灰400克，高分子粘合剂50克，无机轻质保温材料蛭石 及玻化微珠共1300克，聚碳酸酯纤维2克，纸浆纤维3克，三聚氰胺磺酸盐甲醛缩聚物2.5克，水适量，混合体系中添加并均匀混合粒径在40纳米的的纳米氧化铁70克，混合体系经加压成型，在压制过程中要预留锚固孔。材料成型后经有机高分子材料交联过程及水泥水化干燥过程即成外墙保温面砖，可以在砖的外表面涂上有机硅防水涂层。
权利要求
1.一种外墙无机保温面砖，其特征是在制作过程中加入了纳米颗粒，以提高其抗压、抗拉、粘接强度。
2.根据权利要求1的一种外墙无机保温面砖，其特征是在水泥、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。材料成型后经有机高分子材料交联过程及水泥水化干燥过程及即成外墙保温砖。
3.根据权利要求2所述的一种外墙无机保温面砖，其特征是所添加的纳米材料的数均粒径应该在150nm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或其混合物: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、纳米氧化招微粒和纳米娃酸韩微粒。
4.根据权利要求2所述的一种外墙无机保温面砖，其特征是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。
5.根据权 利要求2所述的一种外墙无机保温面砖，其特征是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。
6.根据权利要求2所述的一种外墙无机保温面砖，其特征是所述的高分子粘合剂的加入量可在0.05%至5%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。
7.根据权利要求2所述的一种外墙无机保温面砖，其特征是配方中所述的无机轻质保温材料表观密度在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。
8.根据权利要求2所述的一种外墙无机保温面砖，其特征是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。
9.根据权利要求2所述的一种外墙无机保温面砖，其特征是配方中所述的减水剂的用量小于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。
10.根据权利要求2所述的一种外墙无机保温面砖，其特征是配方中所述的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、熟石膏，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。
11.根据权利要求2所述的一种外墙无机保温面砖，其特征是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。
全文摘要
本发明属于建筑材料领域，特别是纳米材料在建筑外墙保温系统中的应用。本发明提供了一种外墙无机保温面砖，其特征是在其配方中加入了纳米颗粒，可提高其抗压、抗拉、粘接强度。制作该含纳米材料的高强度、高绝热外墙无机保温面砖是由水泥、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，将混合体系经加压成型。经有机高分子材料交联过程及水泥水化干燥过程，加上防水涂层即成外墙保温面砖。由本法制备的外墙保温面砖防火性能优异，抗压、抗拉、粘接强度高，保温效果好。
文档编号C04B28/06GK103193420SQ20121001461
公开日2013年7月10日 申请日期2012年1月10日 优先权日2012年1月10日
发明者胡林, 江宁 申请人:平湖市法而特建筑保温科技有限公司