[发明专利]一种制备泡沫玻璃-气凝胶隔热材料的方法

说明书

本发明涉及一种制备泡沫玻璃‑气凝胶隔热材料的方法。先制备泡沫玻璃，然后用粉煤灰制备硅溶胶，最后制得泡沫玻璃‑气凝胶隔热材料。本发明将粉煤灰掺杂进碎玻璃中通过高温发泡制备泡沫玻璃，在降低材料制备成本的同时，实现了固体废弃物的资源化利用。同时通过真空浸渍工艺将两种材料相结合，可以使得泡沫玻璃隔热效果进一步提升和使气凝胶产品获得机械强度的附加。所制备的泡沫玻璃/气凝胶复合材料密度为0.34～0.67g/cm³，抗压强度为1.21～2.78MPa，抗折强度为0.74～1.37MPa，常温导热系数在0.062～0.102W·m^‑1·K^‑1之间。可作为高效隔热材料用于建筑、石油石化和工业窑炉等领域。

技术领域

本发明属于纳米多孔材料的制备工艺领域，具体涉及一种耐高温，低密度、低热导率及高强度的泡沫玻璃基复合材料的制备方法。

背景技术

泡沫玻璃是由碎玻璃、发泡剂和外加剂经过高温熔化、发泡、退火制成的材料，具有良好的隔热、耐火性能，是一种新型绿色环保的建筑材料。气凝胶由于其三维纳米多孔的特征网络结构，拥有低密度和超低热导率的特性，以泡沫玻璃为增强基体，引入气凝胶组分可进一步降低其热导率，有助于发挥高效隔热能力。

气凝胶的制备通常以硅胶和含硅有机物为前驱体。但是这些原料成本高、有毒害、不符合现代生态材料的发展趋势。粉煤灰作为一种大排量的工业废渣，对空气、水资源以及土壤的污染不可忽视，可经一系列处理后提取出其中的硅酸盐作为气凝胶制备的前驱体，不但具有价格低廉、可就近取材的优点，还解决了环境污染问题。同时，粉煤灰还可用作泡沫玻璃的掺合料，有助于实现该固体废弃物的资源化利用。

发明内容

本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种制备泡沫玻璃-气凝胶隔热材料的方法。

本发明的技术方案为：以废玻璃和粉煤灰为基料，通过加入发泡剂和稳泡剂进行高温熔融、发泡和退火工艺后制备出低密度、高孔隙率的泡沫玻璃基体材料。将粉煤灰与碳酸钠掺杂后煅烧，用酸溶解后抽滤去除固体废物得到硅溶胶，使用真空浸渍工艺将其与泡沫玻璃基体充分复合，凝胶后进行老化和表面改性处理，最后常压干燥制备出泡沫玻璃/气凝胶隔热材料。本发明的基体材料和硅前驱体均取材于粉煤灰，在使材料性能提升的同时还实现了废物的有效再利用。

本发明的具体技术方案为：一种制备泡沫玻璃-气凝胶隔热材料的方法，其具体步骤如下：

(1)泡沫玻璃的制备

碎玻璃经球磨后过20目筛，与粉煤灰混合成基料并加入稳泡剂；发泡剂溶于水中并加入基料，搅拌后形成浆料；将复合浆料注入模具并放入烘箱中烘制后，得到粉煤灰泡沫玻璃坯体；坯体在马弗炉中进行预热和高温发泡后降至室温得到泡沫玻璃；

(2)粉煤灰制备硅溶胶

将粉煤灰和Na₂CO₃混合均匀后在马弗炉中煅烧，将煅烧后的粉末分散在酸溶液中搅拌后，使用真空抽滤过滤固体颗粒，取滤液用碱溶液调节pH得到硅溶胶；

(3)将制备的泡沫玻璃基体放入密封良好的容器内，抽真空后将制得的硅溶胶倒吸入容器，与泡沫玻璃基体充分复合，将复合后的材料放入烘箱中进行凝胶反应得到泡沫玻璃-湿凝胶复合体，老化后使用TMCS(三甲基氯硅烷)、EtOH(乙醇)和环己烷的混合溶液浸泡进行表面改性，最后在烘箱中进行常压干燥得到泡沫玻璃-气凝胶隔热材料。

优选步骤(1)中碎玻璃与粉煤灰的质量比为(2.3～9)：1；稳泡剂、发泡剂和水的用量分别为基料质量的2％～4％、2％～5％和30％～50％。

优选步骤(1)中烘箱的设定温度为100℃～150℃，烘制时间为6～12h；坯体的预热温度为300～500℃，预热时间为20～40min；发泡温度为820℃～900℃，发泡时间为10～50min；升温速率为1～5℃/min。