[发明专利]一种以煤矸石和纳米级无机硅树脂制造轻质保温材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以煤矸石为骨料，以合成纳米级无机硅树脂为胶粘剂，以动物多肽蛋白胶、植物粘多糖和表面活性剂为复合发泡剂，制造轻质建筑保温材料的方法。

背景技术

我国是世界产煤大国，年产煤30多亿吨。在煤的开采生产过程中，伴生总煤量30-50％的煤矸石，各个煤矿造出的许多煤矸石山，不仅占据了宝贵的土地资源，且不断地污染大气和地下水源。煤矸石的综合利用，多年来一直是国家环境治理和能源生产的重大课题，目前主要开发用于制作建筑水泥和砖体材料，以及公路、坑道、土壤等的地基填料，但总消耗不到三分之一的煤矸石存量，而且由于生产制作费用和运输费用较高，其经济利用效益都较低，急需研究和开发煤矸石综合利用中高附加值新产品的制造方法。

在建筑行业中，根据国家环保节能和消防安全的要求，所有建筑物的外墙应使用高温不燃的无机保温材料，以尽快取代目前广泛使用的极易燃烧引发火灾和高毒性的聚苯乙烯、聚氨酯等有机发泡保温材料。在市售无机保温材料中目前主要有发泡水泥、加气粉煤灰砖、多空玻化微珠、陶化微珠、泡沫玻璃、膨化珍珠岩、膨化蛭石等产品，这些品种只占目前整个市场保温材料很少的部分。主要原因是这些产品制造大多需破碎、研磨并需在1000～1350℃高温烧结，耗费很大的能源；膨化珍珠岩、蛭石等产品原料来源不多；其中常温下固化发泡水的泥型材容重仍显太重，一般在400kg/m³以上，产品制作后的“成熟时间”长达数十天，其产品的强度仍不能满足建筑应用性能的需要，且建筑施工操作也有诸多不便。直接用煤矸石作骨料，制造轻质发泡保温材料，尚未见工业规模成果报道。

煤矸石的化学成分随不同的煤矿来源有很多差异。主要区分为高铝质、粘土质和砂岩质的硅酸盐三大类，本发明提供的纳米级无机硅树脂胶粘剂，可和煤矸石骨料发生化学结合，生成难溶性的Al、Fe、Ca、Mg盐，形成煤矸石粉的泡壁材料和粉体的粘结剂，与本发明提供的动物多肽蛋白胶、植物粘多糖和表面活性剂的复合发泡剂，使煤矸石粉发泡并在常温下快速固化，或较低的温度500～800℃下烧结固化成型，制成轻质、不燃和高强度的无机建筑墙体保温材料。

发明详述

本发明提供一种以纳米级硅树脂胶作为煤矸石粉的泡壁支撑材料和粉体的粘接剂，以动物多肽蛋白胶、植物粘多糖和表面活性剂组成的复合发泡剂，使煤矸石粉形成稳定的微空多泡体，在常温下固化或在较低的温度450～700℃下烧结固化成型，由此制造出轻质、不燃、高强度无机建筑保温和降噪材料。

1.本发明一方面的内容是合成了多种纳米级无机硅树脂溶胶，作为煤矸石粉泡壁的支撑材料和粘接剂，其化学结构通式如下所示：

式中：M：Na，K，Li等；

H_d：5～10％的磷酸、硫酸、碳酸、盐酸等无机酸水溶液；

M₂O∶SiO₂＝(3～5)∶(25～29)，摩尔比；

聚合度m＝10～20；

其产品具有很好的粘接性、防水性和稳定性，可作为多种粉体材料的粘接剂和泡壁的支撑材料，其制造方法实施例详述如下。在实施例中除了另有说明外，所有原材料的份数和百分数均按重量计算。

实施例1

合成出上述1中通式表述的一种纳米级无机硅树脂水溶胶(I)，作为煤矸石粉体常温固化的泡壁支撑材料和粘接剂，其工业制造方法具体描述如下。

在模数2.5～2.8的100份工业硅酸钠水溶液中，加入50～100份水，在室温强力搅拌下，把10～20份浓度为5～10％的无机酸水溶液，作为聚合催化剂，以喷雾或细流的方法缓慢加入，控制催化剂溶液加入速度，使在溶液中发生缩聚反应时瞬间出现的乳白色胶体能迅速消失为佳；催化剂溶液加完后反应即完成，可合成出150～200份的纳米级硅树脂水溶胶(I)，以此作为煤矸石粉的泡壁支撑材料和粘接剂。缩聚反应的催化剂为5～10％的无机酸水溶液，如磷酸、硫酸、碳酸、盐酸等；产品的外观为微有乳白色的粘稠液体，质量特征控制摩尔比如下：M₂O∶SiO₂＝(3～6)∶(20～30)摩尔比；聚合度m＝10～20；含固量：15～25％，相对密度1.1～1.2；凝固点＜-10℃；pH：11～12。本法合成的纳米级硅树脂水溶胶化合物，其特点具有良好粘接性、强度高、防水性能好、高温不燃，可在常温下快速固化，产品质量可控，性能稳定，在-10～50℃储藏一年不变质。

实施例2