一种煤矸石基保温绝热材料及其制备方法

本发明涉及保温隔热材料的领域，具体涉及一种煤矸石基保温绝热材料及其制备方法。

背景技术：

1、在一些高纬度高寒地区，该地区的冬天一般在零下10-30℃，按常规，蔬菜、花卉等植物，冬季无法再室外种植，为解决这一问题，现有农业所用的保温大棚多为单层膜保温大棚，不足之处是由于单层膜的保温能力差，抗风雪能力更差。在冬季，该地区搭建的温室大棚，温室大棚内的夜间温度一般为3～5℃，遇到极端天气，棚内温度最低有0～2℃左右，晚上温度流失严重，温室大棚内部不能很好存温，多数蔬菜的生长温度在15℃以上，低于10℃蔬菜的生长就会出现问题。

2、然而普通的塑料大棚结构简单，施工容易，造价低，技术含量低，劳动强度大，温湿度不易控制，使用年限少，需经常维护，适用于不太冷的地域，如华北以南地区，而东北及其他高寒地区在寒冷时期只能停止棚室生产，待严寒过后启用，在此期间当地只能外进蔬菜，成本高，价格贵。如果要全年农业生产，就必须有一种在冬季特别寒冷时也能保证正常进行农业生产的温室大棚。

3、中国专利文献cn110272261一种防火保温材料及其制备方法，所述防火保温材料由包括如下重量份数的组分加水混合后高温发泡而成：果壳粉10-16份，长石10-15份，页岩50-60份，砂岩10-13份，石灰石1-3份，菱镁土5-8份，改性纳米二氧化硅5-7份，适量的水；所述防火保温材料表面还涂覆有阻燃剂。该发明制备得到的防火保温材料具有较好的力学性能和防火性能，其制造成本低，环境污染小，属于绿色环保材料，该专利得到的材料土内部气泡含量较高，容易影响混凝土的强度。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供适用于高寒地区的一种煤矸石基保温绝热材料及其制备方法，所述材料可以用于温室大棚墙体和地面保温，使设施农业温室大棚墙体、地面、屋面等主要材料导热系数降低到0.08w/m∙k以下。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

3、一种煤矸石基保温绝热材料，包括如下干料：水泥、煤矸石、速凝剂、硅藻土、秸秆颗粒、聚苯颗粒、发泡剂、硬脂酸钙、聚羧酸减水剂、聚丙烯纤维。

4、优选的，所述煤矸石基保温绝热材料，包括以重量份计的如下干料：30-50份水泥、10-20份煤矸石、0.5-2份速凝剂、5-10份硅藻土、8-15份秸秆颗粒、15-20份聚苯颗粒、0.5-2份发泡剂、1-3份硬脂酸钙、0.5-1.5份聚羧酸减水剂、3-5份聚丙烯纤维。

5、优选的，所述煤矸石为改性煤矸石，其制备方法如下：

6、m1、将煤矸石磨细、煅烧活化后酸浸得到预处理煤矸石粉；

7、m2、将预处理煤矸石粉、粉煤灰、矿渣粉、十二烷基硫酸钠、豌豆蛋白、水搅拌混合均匀，并压制成颗粒；

8、m3、将m2步骤得到的颗粒加热至400-600℃，保持30-50分钟后继续加热至1200-1400℃烧结，得到多孔煤矸石；

9、m4、将氧化石墨烯与水混合后超声处理得到氧化石墨烯悬浮液；

10、m5、将多孔煤矸石浸渍于氧化石墨烯悬浮液中8-12h，过滤，水洗、干燥，在其表面喷涂聚乙烯蜡，并不断搅拌，冷却静置得到改性煤矸石。

11、进一步优选的，所述步骤m4具体包括：

12、将氧化石墨烯与水混合后超声处理，加入吐温80，搅拌混合均匀后，加入葡萄糖反应，再加入三氟丙基三氯硅烷反应得到氧化石墨烯悬浮液。

13、石墨烯是一种具有诸多优异性能的材料，将其应用于保温绝热材料中有利于提高材料的力学性能，电性能和热力学性能等。但是其本身表面张力大，容易团聚，发明人通过对其进行处理，可以改善石墨烯的表面张力，能有效阻止石墨烯的团聚，使其能对多孔煤矸石进行包覆，一方面能够增加多孔煤矸石的强度，在施工过程中避免破裂进而影响材料的保温性能，另一方面，可以提高材料的疏水性能，避免混凝土表面裂缝吸收外来水分，从而影响材料的力学强度。

14、优选的，所述速凝剂为al(so4)3·18h2o。

15、优选的，所述发泡剂为松香酸钠，烷基磺酸盐、脂肪醇硫酸钠、三聚磷酸钠、十二烷基硫酸钠中的一种或几种的混合物。

16、优选的，所述聚丙烯纤维为改性聚丙烯纤维，其制备方法如下：

17、x1、将炭黑浸渍于稀硝酸中，加热反应，得到预处理炭黑；

18、x2、将聚丙烯纤维浸渍于溶剂中，加入预处理炭黑、氯化1-丁基-3-甲基咪唑盐、二氯甲烷，加热反应，得到纺丝液，将纺丝液喷丝得到改性聚丙烯纤维。

19、进一步优选的，所述x1步骤中稀硝酸的浓度为10-30wt%。

20、进一步优选的，所述x2步骤中溶剂为n，n-二甲基甲酰胺和/或二甲亚砜。

21、改性聚丙烯纤维上沉积有炭黑，能与发泡剂相配合，使得纤维与水泥之间的孔隙能够被稳定的气泡所填充，从而避免混凝土硬化开裂，进一步避免混凝土表面吸收外来水分，纳米材料炭黑的沉积提高了材料的力学性能。

22、本发明还公开了所述煤矸石基保温绝热材料的制备方法，包括如下步骤:

23、s1、将水泥、煤矸石、秸秆颗粒、硬脂酸钙、聚苯颗粒、聚羧酸减水剂、聚丙烯纤维、硅藻土、水混合搅拌均匀得到混合浆料；

24、s2、将发泡剂、速凝剂与水混合，利用空压机注入压缩空气制备发泡溶液，至发泡溶液的体积与混合浆料的体积相当；

25、s3、将发泡溶液加入到混合浆料中，混合均匀后浇筑并养护成型，得到所述煤矸石基保温绝热材料。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果：

27、（1）本发明多孔煤矸石以工业固废煤矸石、粉煤灰、矿渣粉为原料，实现了工业废渣的回收利用，经济环保，且工艺简单，有利于工业化大生产，并且本发明的多孔煤矸石具有较高的比表面积和孔隙率，有利于提高材料的保温性能；

28、（2）本发明通过用氧化石墨烯对多孔煤矸石进行包覆改性，一方面能够增加多孔煤矸石的强度，促进材料早期强度的增加，有助于形成更多闭孔，在施工过程中避免破裂进而影响材料的保温性能，另一方面，可以提高材料的疏水性能，避免混凝土表面裂缝吸收外来水分，从而影响材料的力学强度；

29、（3）本发明的发泡剂发泡剂和速凝剂同时加入，使得速凝剂能够预先与泡沫混合，再与配制的浆料混合时，能够促进泡沫的快速硬化凝固，同时硬脂酸钙为稳泡剂，加入速凝剂和稳泡剂，能够减少与浆料混合时的气泡消失量；

30、（4）通过对聚丙烯纤维进行改性，能进一步避免混凝土表面吸收外来水分，并且纳米材料炭黑的沉积提高了材料的力学性能。

技术特征：

1.一种煤矸石基保温绝热材料，其特征在于，包括如下干料：水泥、煤矸石、速凝剂、硅藻土、秸秆颗粒、聚苯颗粒、发泡剂、硬脂酸钙、聚羧酸减水剂、聚丙烯纤维。

2.根据权利要求1所述的煤矸石基保温绝热材料，其特征在于，包括以重量份计的如下干料：30-50份水泥、10-20份煤矸石、0.5-2份速凝剂、5-10份硅藻土、8-15份秸秆颗粒、15-20份聚苯颗粒、0.5-2份发泡剂、1-3份硬脂酸钙、0.5-1.5份聚羧酸减水剂、3-5份聚丙烯纤维。

3.根据权利要求1或2所述的煤矸石基保温绝热材料，其特征在于，所述煤矸石为改性煤矸石，其制备方法如下：

4.根据权利要求3所述的煤矸石基保温绝热材料，其特征在于，所述步骤m4具体包括：

5.根据权利要求1或2所述的煤矸石基保温绝热材料，其特征在于：所述速凝剂为al(so4)3·18h2o。

6.根据权利要求1或2所述的煤矸石基保温绝热材料，其特征在于：所述发泡剂为松香酸钠，烷基磺酸盐、脂肪醇硫酸钠、三聚磷酸钠、十二烷基硫酸钠中的一种或几种的混合物。

7.根据权利要求1或2所述的煤矸石基保温绝热材料，其特征在于，所述聚丙烯纤维为改性聚丙烯纤维，其制备方法如下：

8.根据权利要求7所述的煤矸石基保温绝热材料，其特征在于：所述x1步骤中稀硝酸的浓度为10-30wt%。

9.根据权利要求7所述的煤矸石基保温绝热材料，其特征在于：所述x2步骤中溶剂为n，n-二甲基甲酰胺和/或二甲亚砜。

10.根据权利要求1-9任一项所述煤矸石基保温绝热材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结本发明提供了一种煤矸石基保温绝热材料及其制备方法，属于保温隔热材料的领域，所述煤矸石基保温绝热材料包括如下干料：水泥、煤矸石、速凝剂、硅藻土、秸秆颗粒、聚苯颗粒、发泡剂、硬脂酸钙、聚羧酸减水剂、聚丙烯纤维。所述材料可以用于温室大棚墙体和地面保温，使设施农业温室大棚墙体、地面、屋面等主要材料导热系数降低到0.08W/m∙k以下，并能很好的避免材料吸收外来水分，从而影响材料的力学强度。技术研发人员：方明伟,李荣杰,王丹,郭伯宇,曹琪,徐海航,朱福志,钟兆丹,朱丽丽受保护的技术使用者：呼伦贝尔学院技术研发日：技术公布日：2024/6/2