[发明专利]高性能聚合物水泥泡沫材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种建筑保温材料——高性能聚合物水泥泡沫材料及其制备方法。其主要技术性能指标为：干表观密度≤190kg/m³、导热系数≤0.049W/(m·K)、抗压强度≥220kPa，软化系数≥0.60，不燃(A级)。

背景技术

目前，国内外常用的保温材料有聚苯乙烯泡沫塑料(EPS、XPS)、聚氨酯硬质泡沫材料(PU)等，优点是轻质、保温性好，最大的缺陷是易老化、防火安全性差。各地建筑工程屡屡发生火灾事故，火灾时烟雾大、毒性大，危害严重。由于其在防火方面的缺陷，欧洲一些国家的保险公司已经拒绝给聚苯板保温系统的建筑物上保险。在德国有因聚苯板薄抹灰系统防火安全性达不到要求而不能在22米以上建筑使用的相关规定；在英国有18米以上建筑不允许使用聚苯板薄抹灰外墙外保温系统的规定；在美国纽约州建筑指令中明确规定耐火极限低于两个小时的聚苯板薄抹灰外墙外保温系统不允许用在高于75英尺即22.86米的住宅建筑中。对于PU，除了防火和价格问题，还存在施工时对气候敏感，风吹影响喷涂、潮湿影响粘结，收缩大，喷涂时散发毒气等缺点。而且这些有机泡沫材料易老化，不能与建筑物同寿命，在建筑物使用期内，需要多次进行保温层更换，浪费大量人力、物力、财力。正因为如此，我国一些省市(如浙江)限制在高层上使用EPS、XPS、PU，将其列入《淘汰和限制使用技术与产品目录》。而无机保温材料如发泡水泥、加气混凝土则(表观)密度大(干密度通常都在300kg/m³以上)、吸水率高、保温效果差，不能很好地满足建筑围护结构保温隔热的需要，因此市场迫切需要新型的保温节能材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种保温性好、不燃、可与建筑物同寿命的高性能聚合物水泥泡沫材料。它是以聚合物改性特种水泥为基材，引入大量微小、均匀、稳定的气泡，通过成膜聚合物提高气泡的封闭性和保温效果，并结合纳米增效技术、粉体表面改性技术、疏水化处理技术等措施，经特定工艺制成一种新型多功能保温隔热材料，建筑节能率可达65％以上。它仅在水泥中引入少量的成膜聚合物，而且均匀地分散在水泥中，产品不燃烧(A级)，同时克服了无机材料保温效果差、脆性大、吸水率高的缺点，轻质、保温、经济、环保、利废、无毒、耐久、与建筑物同寿命。可应用于屋面、墙体和地面(地暖)保温。在屋面和地面(地暖)施工时，可实现超长大面积保温层连续无缝施工；在墙体施工时，可采用免拆模板现浇一体化成型施工工艺，工序大为简化，施工效率高，整体性好。除了现场浇筑，聚合物水泥泡沫材料还可预制成复合板材，粘贴或干挂施工，还可应用于夹芯或填芯墙体自保温系统，施工方式灵活多样，应用面广，适应性强，具有广阔的应用前景。

本发明采用了以下技术措施：

(1)聚合物水泥泡沫料浆凝固前存在众多的气-液-固界面，属热力学上的不稳定体系，在重力、表面张力等作用下，通常的气泡液膜会逐渐减薄，最终导致泡沫破裂。而本材料的制备要求泡沫具有极高的稳定性，为此我们采用了以下技术措施：①提高发泡液粘度；②添加可降低液体表面张力的外加剂；③调控表面活性剂的分子结构等。这些方法增强了液膜粘弹性和强度，从而得到了极其稳定的泡沫。

(2)通过对发泡机进行改装，设计安装了可以控制泡径的装置，并通过调控气压、进气量与进液量两者的比例，得到了微小、均匀、稳定的泡沫。

(3)对于泡沫保温材料来说，气泡越密闭，阻止热传递的效果就越好。对于通常的发泡水泥而言，泡壁是由水泥颗粒硬化而成，泡壁封闭性不佳。本发明通过加入成膜聚合物对其进行改性，聚合物附着在水泥颗粒或凝胶体表面形成了一个比较完整、连续、密实的膜结构，从而提高了泡壁的封闭性，因而大大提高了泡沫材料的保温效果。

(4)制备聚合物水泥泡沫浆料的总水量是由泡沫中的水和浆体拌和水两部分组成的。为保证材料的轻质化和保温效果就必须加入大量的泡沫，相应地就带入了大量的水。为此，本发明通过控制发泡设备气压和进液量等技术措施，降低泡沫含水量；此外通过专用高效减水剂来降低浆体总水量，从而使超轻质材料达到预期的强度。

(5)泡沫与净浆混合形成泡沫料浆，凝固前组成泡膜的发泡液在重力作用下向下移动导致泡壁变薄，直到包裹泡沫的水泥浆硬化到足够取代泡沫中的气压来支撑整个体系，此时材料的孔结构才稳定下来。否则，泡沫在水泥浆硬化之前破裂，就会导致泡沫浆体系的坍塌，即所谓的“塌模”现象。本发明通过调整稳泡剂用量，采用促凝、早强、高强等技术措施，控制料浆的凝结时间，提高泡沫料浆的体积稳定性，减免“塌模”现象。