專利名稱：含納米材料的高強度、高絕熱外墻無機保溫裝飾面磚的制作方法
技術領域：
本技術屬于建筑材料領域，特別是納米材料在建筑外墻保溫系統中的應用。
背景技術：
發展節能建筑是解決資源、能源問題的重要途徑。以中國為例，中國有440億平方米既有建筑，能耗普遍較高。建筑耗能一般占社會總耗能的30%,再加上建筑材料生產過程的消耗，在社會總耗能的占比則達到46%至47%。其中，北方地區的建筑單位面積采暖能耗比氣候條件相近的歐洲國家高1.5至2倍，因建筑能耗高，僅北方采暖地區每年就多耗標準煤數億噸，更嚴重的是，在每年近20億平方米的竣工面積當中，只有五、六千萬平方米是節能建筑，只占3%左右，也就是說有97%屬于高耗能建筑。按照目前建筑能耗水平發展，到2020年，我國建筑能耗將達到10.89億噸標準煤。比較中外建筑能耗差異可以發現，發達國家建筑通常建筑物的保溫效果較好，在墻體上有高效的絕熱層，熱量不易在建筑物內外進行傳遞。近年來，為了節能減排的需要，中國制定了一系列建筑節能規范，要求新建建筑必須達到節能標準，對外墻體必須進行外保溫處理。外墻保溫材料除要求有出色的保溫效果外，還必須具有以下幾種特性:1，為非易燃品，滿足消防要求。2，有足夠的強度，保證在施工過程及建筑使用壽命期間安全抵御各種外力及內力的作用。申請號為200810052086.7，03140404.9等專利報道了以發泡高分子材料制備的外墻保溫板，保溫效果優良，但因以有機聚合物為主要絕熱材料，極易燃燒，即使加入阻燃劑也未能使其易燃性能有一個根本性的改變。北京央視大火以及上海靜安區的兩場大火所造成的巨大損失，提醒人們對有機外墻保溫材料的使用必須要有足夠的慎重。無機外墻保溫材料很好的解決了有機外墻保溫材料的易燃燒問題，大多數能達到A級防火阻燃的標準。但無機外墻保溫材料通常密度較大，導熱系數高，保溫性能有待加強。為提高無機外墻保溫材料的絕熱性能，降低導熱系數，通常方法為降低無機外墻保溫材料的表觀密度(表觀容重)，加入了輕質保溫材料，如申請號為201110168767.1,200710304328.2等專利采用了發泡混凝土或發泡氯化鎂等為保溫材料，另外一些方法采用 低密度保溫材料，如石棉、玻化微珠、陶粒、蛭石、膨脹珍珠巖等材料。這些材料多孔導熱系數較低，如申請號為201110027771.6,200610012729.6等采取了添加玻化微珠的方法保溫。但是，這些材料多孔，強度較低，以目前的生產工藝，用這些材料制作的外墻保溫板/磚強度相應較低，既不能滿足工程需要，又易產生安全隱患，為提高其強度，需添加過量膠凝材料及輔助膠凝材料，又會大大地增加其導熱系數。

發明內容
本發明的目的是:在制備外墻保溫面磚的基底保溫層時在無機輕質材料添加部分納米材料，對其進行改性，以提高其抗壓、抗裂、抗剪強度以及粘接強度，再在基底保溫層上用涂料裝飾，以獲得一種含納米材料的高強度、高絕熱和很高裝飾效果的外墻無機保溫裝飾面磚。本發明的技術方案是:制備基底保溫層時在無機輕質材料添加部分納米材料，對其進行改性，以提高其抗壓、抗裂、抗剪強度以及粘接強度，再在基底保溫層上進行底涂、中涂和裝飾面涂，以獲得一種含納米材料的高強度、高絕熱外墻無機保溫裝飾面磚。外墻無機保溫裝飾面磚基底保溫層的主要制備工藝為在以水泥、輔助膠凝材料、高分子粘合劑、無機輕質保溫材料、纖維以及水的混合體系中添加并均勻混合粒徑在納米級的納米材料，混合體系經加壓成型。外墻無機保溫面磚基底保溫層成型后經有機高分子材料交聯過程和水泥水化干燥過程即成外墻保溫面磚的基底保溫層。針對上述配方，為減少水泥用量，增加和易性，在制備時加入減水劑。為加快水泥初凝速度，提高早期強度，縮短工期可加入適量早強劑。納米材料的數均粒徑應該在150nm以下，最好在80nm以下，加入量可以占總重量的0.1%至25%，納米材料包括但不限于以下納米材料中的一種或幾種混合物:納米碳酸鈣粉末、納米二氧化鈦粉末、納米二氧化硅粉末、納米膨潤土粉末、納米粉煤灰粉末、納米高嶺土粉末、納米碳酸鎂粉末、納米氧化鎂粉末、納米硫酸鋇微粒、納米粘接劑微粒、納米氧化鐵微粒、納米氧化鋁微粒和納米硅酸鈣微粒。在上述配方中所述的水泥可以是但不限于硅酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、高鋁酸鹽水泥、鐵鋁酸鹽水泥、白水泥等一種或它們的兩種及兩種以上混合物。在上述配方中所述的輔助膠凝材料可以是但不限于石灰石粉、天然火山灰、粉煤灰、硅灰、礦渣粉及磷渣粉。在上述配方中所述的高分子粘合劑的加入量可在0.05%至3%之間，高分子粘合劑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、聚氟碳樹脂、聚苯乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸鹽、苯丙乳液、聚馬來酸酐、聚馬來酸酯、聚氯乙烯、乙烯/月桂酸乙烯酯/氯乙烯三元共聚膠粉、乙烯醋酸酯/乙烯二元共聚物、淀粉及氧化淀粉、淀粉醚、羧基化纖維素、羥基化纖維素，可以是它們的一種或幾種的混合物或其接技、共聚物。其形態可以是樹脂、可分散膠粒、乳液、懸濁液、乳濁液或溶液。在上述配方中所述的無機輕質保溫材料表觀密度應該在200kg/m3以下，可以是但不限于玻化微珠，中空陶粒、膨脹蛭石、膨脹珍珠巖、中空玻璃珠，可以是它們的兩種或幾種的混合物。在上述配方中所述的纖維直徑最好在0.1mm以下，長度最好在70mm以下，可以是但不限于有機合成高分子纖維如尼龍纖維、聚丙烯纖維、聚酯纖維、丙腈纖維、聚酰胺纖維，聚碳酸酯纖維以及天然高分子纖維如紙漿纖維、木漿纖維、桔桿纖維、粘膠纖維、麻纖維、蛋白質纖維和角質纖維。可以是單一纖維，也可以是兩種或兩種以上纖維的混合物。減水劑的用量小于I %，可以是但不限于聚羧酸高效減水劑、木質素磺酸鈉、苯磺酸鹽甲醛縮合物、多環芳烴磺酸鹽甲醛縮合物、三聚氰胺磺酸鹽甲醛縮聚物、磺化聚苯乙烯、馬來酸磺酸鹽聚氧乙烯酯、多元醇磺酸鹽與環氧乙烷和環氧丙烷共聚物、磺化脂肪酸聚氧乙烯酯等，也可以是兩種或兩種以上減水劑的混合物。早強劑用于縮短初凝時間，提高早期強度，可以是但不限于氯化鈣、氯化鈉、氯化鉀、氯化鋁、甲酸鈉、亞硝酸鈉、碳酸鈉、生石膏，可以是早強減水劑，也可以是兩種或兩種以上早強劑的混合物。

為固定含納米材料的高強度、高絕熱外墻無機保溫裝飾面磚，可以在磚上預留兩個或兩個以上的錨固孔，以備在施工過程中在粘接料起作用之前將外墻無機保溫面磚固定在墻上。為強化本發明的含納米材料的高強度、高絕熱外墻無機保溫裝飾面磚的防水防潮效果，可以在磚的外表面涂上防水涂層。防水涂層使用包括但不限于有機硅防水劑。運用本發明，不僅可以制備高強度、高絕熱含納米材料的高強度、高絕熱外墻無機保溫裝飾面磚，還可以制造無機保溫面板、無機外墻保溫沙漿。以下是對實施例1的檢測結果并用圖示表示，檢測方法分別參照標準方法GB/T5486、JGJ 144、JG 149 和 GB/T 10294。圖1為隨著納米微粒加入量的提高，外墻無機保溫面磚基底保溫層抗壓強度的變化。在外墻無機保溫面磚基底保溫層中，按實施例1配方制備(但不添加納米微粒)，抗壓強度為0.171MPa，當逐漸提高納米碳酸鈣顆粒的重量百分比時，外墻無機保溫面磚基底保溫層抗壓強度大幅度提高。圖2為隨著納米微粒加入量的提高，外墻無機保溫面磚基底保溫層抗拉強度的改變。在外墻無機保溫面磚基底保溫層中，按實施例1配方制備(但不添加納米微粒)，抗拉強度為0.171MPa，當逐漸提高納米碳酸鈣顆粒的重量百分比時，外墻無機保溫面磚基底保溫層抗拉強度大幅度提高。圖3為隨著納米 微粒加入量的提高，外墻無機保溫面磚基底保溫層與水泥砂漿之間的拉伸粘結強度的改變(MPa)，(破壞面在發泡水泥板上)。在外墻無機保溫面磚基底保溫層中，按實施例1配方制備(但不添加納米微粒)，抗拉強度為0.153MPa，當逐漸提高納米碳酸鈣顆粒的重量百分比時，外墻無機保溫面磚基底保溫層拉伸粘結強度大幅度提高。圖4為隨著納米微粒加入量的提高，外墻無機保溫面磚基底保溫層導熱系數的變化，可見，隨著納米微粒的增加，對導熱系數的影響很小。對實施例2，3，4的檢測結果表明，隨著納米微粒的增加，所獲外墻無機保溫面磚基底保溫層抗壓強度、抗拉強度、粘接強度以及導熱系數的變化趨勢與實施例1完全一致。本發明與現有技術比較的有益效果是，本發明添加納米微粒以增加材料的均勻性，減少裂縫的產生，提高其力學強度。這是因為納米微粒與聚合物相互配合既封堵水泥砂漿或混凝土中的孔隙，通過阻塞通道減少水分蒸發速度和數量抑制微裂隙的產生。同時，因納米微粒非常之小，有良好的流動性，納米微粒可以滲透至微裂縫之間存在，即使在氫氧化鈣的片狀晶體之間也可以滲透納米微粒。因納米微粒的相對滑動性，需加了含納米微粒聚合物膜彈性模量變得更低，可以提高抗拉強度和斷裂韌性。同時，隨著水泥水化吸收水分，失水后的聚合物在堿性條件下與納米微粒逐漸聚集成三維空間連續的網狀結構，種網狀結構互相穿透交結纏繞在一起，形成連續致密的基體結構。這種納米微粒聚合物網膜結構穿過外墻保溫材料中的氣孔、裂隙，通過穿梭連接，形成一個具有彈性的空間網絡結構，分散了應力，增加了變形能力。即使在應力作用下產生裂隙，由于填充了納米微粒的聚合物跨過裂紋穿梭連接，可抑制裂紋的發展，提高了硬化體的斷裂韌性、變形性和抗裂性。另外，除了納米微粒與水泥水化產物之間可能存在氫鍵、范德華力的相互作用外，因納米微粒粒徑小，表面積巨大，有特殊的量子效應，納米微粒中的某些活性基團還可能與水泥水化產物發生化學作用，形成特殊的橋鍵作用，改善水泥水化產物的結構，緩解內應力，從而減少水泥漿體中微裂紋的產生。這種結構不僅是物理的吸咐、粘結，而且存在著以化學鍵形式存在的化學作用。從而對硬化漿體結構產生有利的影響。
另外，在面磚的外表面用涂料可以制備出仿金屬、仿石材、仿木材等圖案，具有很好的裝飾效果。


圖1為隨著納米微粒加入量的提高，外墻無機保溫面磚基底保溫層抗壓強度變化圖。橫坐標為納米微粒占整個外墻無機保溫面磚基底保溫層的重量百分比(％)，縱坐標為其抗壓強度(MPa)。圖2為隨著納米微粒加入量的提高，外墻無機保溫面磚基底保溫層抗壓強度的變化圖。橫坐標為納米微粒占整個外墻無機保溫面磚基底保溫層的重量百分比(％)，縱坐標為其抗拉強度(MPa)。圖3為隨著納米微粒加入量的提高，外墻無機保溫面磚基底保溫層與水泥砂漿拉伸粘結強度的變化(MPa)。(破壞面在外墻無機保溫面磚基底保溫層上)。橫坐標為納米微粒占整個外墻無機保溫面磚基底保溫層的重量百分比(％)，縱坐標為其抗拉伸粘結強度(MPa)。圖4為隨著納米微粒加入量的提高，外墻無機保溫面磚基底保溫層導熱系數的變化圖。橫坐標為納米微粒占整個外墻無機保溫面磚基底保溫層的重量百分比(％)，縱坐標為其導熱系數W/(m*K).
具體實施例方式實施例1，普通硅酸鹽水泥1000克，粉煤灰400克，高分子粘合劑50克，無機輕質保溫材料玻化微珠1300克，聚丙烯纖維3克，改性植物纖維3克，馬來酸磺酸鹽聚氧乙烯酯
1.5克，鹽水適量，在混合體系中添加并均勻混合粒徑在60納米的納米碳酸鈣70克，混合體系經加壓成型，在壓制過程中要預留錨固孔。基底保溫層成型后，經有機高分子材料交聯過程及水泥水化干燥過程，基底保溫層強度逐漸增加到預定值，再在基底保溫層上用涂料進行涂裝、產生仿金屬、仿石材、仿木材裝飾效果。可以在磚的外表面涂上有機硅防水涂層。實施例2，硫鋁酸鹽水泥1000克，火山灰400克，高分子粘合劑50克，無機輕質保溫材料中空陶粒1200克，粘膠纖維5克，聚羧酸高效減水劑2克，水適量，在混合體系中添加并均勻混合最可幾粒徑在65納米的二氧化鈦微粒60克，混合體系經加壓成型，在壓制過程中要預留錨固孔。基底保溫層成型后，經有機高分子材料交聯過程及水泥水化干燥過程，基底保溫層強度逐漸增加到預定值，再在基底保溫層上用涂料進行涂裝、產生仿金屬、仿石材、仿木材裝飾效果。可以在磚的外表面涂上有機硅防水涂層。實施例3，白水泥950克，磷渣粉500克，高分子粘合劑50克，無機輕質保溫材料珍珠巖1250克，聚酯纖維3克，蛋白纖維3克，多環芳烴磺酸鹽甲醛縮合物2克，水適量，混合體系中添加并均勻混合最大分布粒徑在70納米左右的的納米二氧化硅微粒70克，混合體系經加壓成型，在壓制過程中要預留錨固孔。基底保溫層成型后，經有機高分子材料交聯過程及水泥水化干燥過程，基底保溫層強度逐漸增加到預定值，再在基底保溫層上用涂料進行涂裝、產生仿金屬、仿石材、仿木材裝飾效果。可以在磚的外表面涂上有機硅防水涂層。實施例 4，高鋁酸鹽水泥1000克，粉煤灰400克，高分子粘合劑50克，無機輕質保溫材料蛭石及玻化微珠共1300克，聚碳酸酯纖維2克，紙漿纖維3克，三聚氰胺磺酸鹽甲醛縮聚物2.5克，水適量，混合體系中添加并均勻混合粒徑在40納米的的納米氧化鐵70克，混合體系經加壓成型，在壓制過程中要預留錨固孔。基底保溫層成型后，經有機高分子材料交聯過程及水泥水化干燥過程，基底保溫層強度逐漸增加到預定值，再在基底保溫層上用涂料進行涂裝、 產生仿金屬、仿石材、仿木材裝飾效果。可以在磚的外表面涂上有機硅防水涂層。
權利要求
1.一種含納米材料的高強度、高絕熱外墻無機保溫裝飾面磚，其特征是在加入了納米顆粒的無機輕質材料基底保溫層上進行底涂、中涂和裝飾面涂。
2.根據權利要求1的一種含納米材料的高強度、高絕熱外墻無機保溫裝飾面磚，其特征是其基底保溫層由水泥、輔助膠凝材料、高分子粘合劑、無機輕質保溫材料、纖維以及水的混合體系中添加并均勻混合粒徑在納米級的納米材料,混合體系經加壓成型。材料成型后經有機高分子材料交聯過程及水泥水化干燥過程及即成基底保溫層。
3.根據權利要求2所述的一種含納米材料的高強度、高絕熱外墻無機保溫裝飾面磚，其特征是所添加的納米材料的數均粒徑應該在150nm以下，加入量可以占總重量的0.1%至25%，納米材料包括但不限于以下納米材料或其混合物:納米碳酸鈣粉末、納米二氧化鈦粉末、納米二氧化硅粉末、納米膨潤土粉末、納米粉煤灰粉末、納米高嶺土粉末、納米碳酸鎂粉末、納米氧化鎂粉末、納米硫酸鋇微粒、納米粘接劑微粒、納米氧化鐵微粒、納米氧化招微粒和納米硅酸鈣微粒。
4.根據權利要求2所述的一種含納米材料的高強度、高絕熱外墻無機保溫裝飾面磚，其特征是所述的水泥可以是但不限于硅酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、高鋁酸鹽水泥、鐵鋁酸鹽水泥、白水泥等一種或它們的兩種及兩種以上混合物。
5.根據權利要求2所述的一種含納米材料的高強度、高絕熱外墻無機保溫裝飾面磚，其特征是所述的輔助膠凝材料可以是但不限于石灰石粉、天然火山灰、粉煤灰、硅灰、礦渣粉及磷洛粉。
6.根據權利要求2所述的一種含納米材料的高強度、高絕熱外墻無機保溫裝飾面磚，其特征是所述的高分子粘合劑的加入量可在0.05%至5%之間，高分子粘合劑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、聚氟碳樹脂、聚苯乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸鹽、苯丙乳液、聚馬來酸酐、聚馬來酸酯、聚氯乙烯、乙烯/月桂酸乙烯酯/氯乙烯三元共聚膠粉、乙烯醋酸酯/乙烯二元共聚物、淀粉及氧化淀粉、淀粉醚、羧基化纖維素、羥基化纖維素，可以是它們的一種或幾種的混合物或其接技、共聚物。其形態可以是樹脂、可分散膠粒、乳液、懸濁液、乳濁液或溶液。
7.根據權利要求2所述的一種含納米材料的高強度、高絕熱外墻無機保溫裝飾面磚，其特征是配方中所述的無機輕質保溫材料表觀密度在200kg/m3以下，可以是但不限于玻化微珠，中空陶粒、膨脹蛭石、膨脹珍珠巖、中空玻璃珠，可以是它們的兩種或幾種的混合物。
8.根據權利要求2所述的一種含納米材料的高強度、高絕熱外墻無機保溫裝飾面磚，其特征是配方中所述的纖維直徑最好在0.1mm以下，長度最好在70_以下，可以是但不限于有機合成高分子纖維如尼龍纖維、聚丙烯纖維、聚酯纖維、丙腈纖維、聚酰胺纖維，聚碳酸酯纖維以及天然高分子纖維如紙漿纖維、木漿纖維、桔桿纖維、粘膠纖維、麻纖維、蛋白質纖維和角質纖維。可以是單一纖維，也可以是兩種或兩種以上纖維的混合物。
9.根據權利要求2所述的一種含納米材料的高強度、高絕熱外墻無機保溫裝飾面磚，其特征是配方中所述的減水劑的用量小于I%，可以是但不限于聚羧酸高效減水劑、木質素磺酸鈉、苯磺酸鹽甲醛縮合物、多環芳烴磺酸鹽甲醛縮合物、三聚氰胺磺酸鹽甲醛縮聚物、磺化聚苯乙烯、馬來酸磺酸鹽聚氧乙烯酯、多元醇磺酸鹽與環氧乙烷和環氧丙烷共聚物、磺化脂肪酸聚氧乙 烯酯等，也可以是兩種或兩種以上減水劑的混合物。
10.根據權利要求2所述的一種含納米材料的高強度、高絕熱外墻無機保溫裝飾面磚，其特征是配方中所述的早強劑用于縮短初凝時間，提高早期強度，可以是但不限于氯化鈣、氯化鈉、氯化鉀、氯化鋁、甲酸鈉、亞硝酸鈉、碳酸鈉、熟石膏，可以是早強減水劑，也可以是兩種或兩種以上早強劑的混合物。
11.根據權利要求2所述的一種含納米材料的高強度、高絕熱外墻無機保溫裝飾面磚，其特征是磚的外表面涂上防水涂層。防水涂層使用包括但不限于有機硅防水劑。
12.根據權利要求2所述的一種含納米材料的高強度、高絕熱外墻無機保溫裝飾面磚，其特征是磚的 外涂層包括但不限于普通涂層、仿金屬、仿石材、仿木材、仿沙涂層。
全文摘要
本技術屬于建筑材料領域，特別是納米材料在建筑外墻保溫系統中的應用。本發明提供了一種含納米材料的高強度、高絕熱外墻無機保溫裝飾面磚，該面磚是在加入了納米顆粒的無機輕質材料基底保溫層上進行底涂、中涂和裝飾面涂。其中基底保溫層的配方中加入了納米顆粒，可提高基底保溫層的抗壓、抗拉、粘接強度。制作該含納米材料的高強度、高絕熱外墻無機保溫裝飾面磚方法為，由水泥、輔助膠凝材料、高分子粘合劑、無機輕質保溫材料、纖維以及水的混合體系中添加并均勻混合粒徑在納米級的納米材料，將混合體系經加壓成型。經有機高分子材料交聯過程及水泥水化干燥過程，基底保溫層上進行底涂、中涂和裝飾面涂。即成含納米材料的高強度、高絕熱外墻無機保溫裝飾面磚。由本法制備的外墻保溫磚防火性能優異，抗壓、抗拉、粘接強度高，保溫效果好，表面可以仿金屬、仿石材、仿木材，具有很好的裝飾效果。
文檔編號C04B28/04GK103243879SQ20121003273
公開日2013年8月14日 申請日期2012年2月9日 優先權日2012年2月9日
發明者胡林, 江寧 申請人:平湖市法而特建筑保溫科技有限公司