[发明专利]钛酸钾晶须填充的高强度粉煤灰基多孔地质聚合物隔热材料及其制备方法、应用

说明书

本发明涉及钛酸钾晶须填充的高强度粉煤灰基多孔地质聚合物隔热材料及其制备方法、应用。该材料以粉煤灰、偏高岭土、钛酸钾晶须、碱激发剂、发泡剂及稳泡剂等为原料，经粉体混合、固液混合得到浆料，接着注模成型并发泡、养护而成。本发明创造性的将钛酸钾晶须引入到多孔地质聚合物中，由此制得的复合材料兼顾了力学性能和保温性能，抗压强度、导热系数分别达到6.32MPa、0.042W/m·K。本发明有助于无机固体废弃物粉煤灰的回收再利用，且整个制备工艺简单、无需高温烧结和高温养护、成本较低，生产过程中不排放有害物质，具有很好的环保优势，有望作为墙体保温材料大面积推广应用，进一步提升我国建筑的节能环保水平。

技术领域

本发明涉及建材技术领域，具体涉及一种钛酸钾晶须填充的高强度粉煤灰基多孔地质聚合物隔热材料及其制备方法、应用。

背景技术

随着世界能源消耗不断增加以及环境问题日益严重，建筑节能环保逐渐成为各国政府关注的重点。研究表明建筑能耗占社会总能耗的30％左右，有效的实现建筑节能是解决能源危机和环境问题的重要途径。因此，节能环保建筑材料体系的开发和推广势在必行。

如今，国内外使用的墙体保温材料主要有传统的无机保温材料、有机合成保温材料两大类。然而传统的无机保温材料在能源消耗、性能稳定性、工艺复杂性以及价格等方面，均存在一些不足；而有机合成保温材料，如聚氨酯泡沫材料、聚苯板材等，在保温效果方面虽然较传统的无机材料有一定优势，但其最大的缺点是存在火灾安全隐患，对生命、财产以及社会经济构成较大的威胁。因此，开发出安全环保、绿色节能、工艺简单、经济可行的新型建筑保温材料是科研工作者面临的技术难题。

地质聚合物(Geopolymer)是一种新型绿色胶凝材料，其研究始于20世纪70年代。地质聚合物是指由地球化合作用或人工模仿地质聚合作用形成的硅铝酸盐矿物聚合物，其基本结构是由铝氧四面体和硅氧四面体聚合而成的三维网络凝胶体，具有非晶态和半晶态两种特征。多孔地质聚合物在隔热保温材料、消音降噪材料、过滤吸附材料等方面具有极大的应用潜力。

中国专利CN107344863A公开了一种基于粉煤灰的地质聚合物多孔保温材料及其制备方法，该方案采用H₂O₂作为发泡剂，然而由此制得的地质聚合物保温材料的孔分布不均匀、强度偏低。中国专利CN109704663A公布了一种利用植物油高效制备多孔地质聚合物的方法，该方案以占料浆质量分数0.2％-15％的H₂O₂为发泡剂，将植物油如菜籽油、豆油、椰子油、亚麻油、花生油、橄榄油、麻油和玉米油中的一种或几种混合物作为稳泡剂加入到地质聚合物料浆中，通过养护得到的多孔地质聚合物虽然孔分布较均匀、孔缺陷较少，但是其导热系数(0.093W/m·k)偏高。中国专利CN106830990A公开了一种多孔地质聚合物/气凝胶复合隔热材料及制备方法，通过将SiO₂气凝胶嵌入多孔地质聚合物的基体孔隙中，从而制得了多孔地质聚合物/气凝胶复合隔热材料。虽然该材料的力学强度和耐高温性能较好，但制备过程较为复杂、成本较高。

综上所述，现有的地质聚合物复合材料的性能(尤其是保温性能)还有待提升，制备方法还存在很多问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，创造性的将钛酸钾晶须引入到地质聚合物的制备过程中，在回收利用固体废弃物粉煤灰的基础上，成功制得了一种具有高抗压强度、低密度、低导热系数的高效隔热保温地质聚合物材料。该材料的制备方法具体如下：将粉煤灰、偏高岭土、钛酸钾晶须混合均匀，再加入碱激发剂、发泡剂混匀得到浆料，最后将浆料注模、发泡、养护即可。

进一步的，粉煤灰、偏高岭土、钛酸钾晶须的质量比为5.0-7.0:3.0-5.0:0.1-2.0。

进一步的，所述粉煤灰、偏高岭土的最大粒径均不超过200目。

进一步的，所述钛酸钾晶须选自四钛酸钾晶须、六钛酸钾晶须中的至少一种，优选为六钛酸钾晶须。