成果推介丨低密度,、高安全建筑節(jié)能軟瓷關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用
傳統(tǒng)建筑裝飾材料如瓷磚,、陶土板等,因生產(chǎn)能耗高,、自身比重大,、施工成本高(需鋼掛)存在脫落隱患等缺點(diǎn),在環(huán)保日益嚴(yán)苛,、各地“限瓷令”頻出的今天正在被逐步淘汰,,而涂料、真石漆等裝飾材料,,因檔次低,、耐久性差,只適用于普通裝飾,,建筑裝飾市場(chǎng)缺乏裝飾效果好,、環(huán)保、安全的建筑材料,。本項(xiàng)目以無機(jī)粉體和節(jié)能填料為主體材料,,水性聚合物為粘結(jié)劑,通過研究粉體表面改性,、相變微膠囊儲(chǔ)能,、“立體印刷式”成型等技術(shù),,獲得了一種新型阻燃建筑節(jié)能柔性飾面材料(俗稱“軟瓷”),并自主研發(fā)出與工藝相匹配的全自動(dòng)模塊化生產(chǎn)裝備,。
01研究背景
我國(guó)房屋建筑規(guī)模十分巨大,,我國(guó)每年建成房屋達(dá)20億平方米以上,如此巨大的建筑規(guī)模,,在世界上是空前的,。隨著城市化進(jìn)程的加快,環(huán)保法律的日趨嚴(yán)苛,,消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品安全性,、環(huán)保型等要求越來越高,石材,、瓷磚已很難滿足目前的市場(chǎng)需求,。
軟瓷作為一款環(huán)保安全的新興建筑裝飾材料,在自重,、粘結(jié)強(qiáng)度,、柔韌性、拒水透氣性等方面都符合現(xiàn)代建筑對(duì)飾面層的性能,、表現(xiàn)力等方面的要求,,其外觀仿真性強(qiáng),可逼真地呈現(xiàn)天然石頭,、皮革、木紋以及金屬幕墻的裝飾效果,,顏色也可任意調(diào)配,;同時(shí)軟瓷原料采用普通黏土、粉煤灰,、礦渣等,,配合改性保溫粉體,生產(chǎn)采用低溫固化成型工藝,,從原材料,、材料使用及后期處理,均符合現(xiàn)代環(huán)保理念,,軟瓷相比于目前建筑材料表現(xiàn)出巨大性能優(yōu)勢(shì)和更好的社會(huì)綜合效益,。
軟瓷在國(guó)外應(yīng)用已有幾十年的歷史,德國(guó)的軟瓷的生產(chǎn)與施工已經(jīng)非常成熟,,經(jīng)過多年的實(shí)際應(yīng)用和在全球不同氣候條件下長(zhǎng)時(shí)間的考驗(yàn),,證明采用軟瓷的建筑無論是從建筑外裝飾效果還是經(jīng)濟(jì)性價(jià)方面都是一項(xiàng)值得在全球范圍內(nèi)推廣應(yīng)用的新技術(shù)、新產(chǎn)品,。軟瓷也已在國(guó)內(nèi)一些地方推廣使用,,并逐漸被人們接受,,綜合評(píng)價(jià)為工藝簡(jiǎn)單、施工速度快,、安全耐久,、綜合經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)等特點(diǎn),特別應(yīng)用于高層外墻外保溫系統(tǒng)中,,從根本上解決了安全性問題,。
軟瓷項(xiàng)目自2011年正式立項(xiàng),經(jīng)過8年科研攻關(guān),,在軟瓷材料制備及其產(chǎn)業(yè)化技術(shù)方面達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平,,形成了從軟瓷制備到產(chǎn)業(yè)化全過程的多項(xiàng)核心發(fā)明專利。
02成果內(nèi)容
(一)粉體表面改性技術(shù)
通過無機(jī)粉體(凹土,、粘土,、城建廢土、瓷渣,、石粉等)分選預(yù)處理和優(yōu)選硅烷偶聯(lián)劑(KH-550,、KH-570、甲基三乙氧基硅烷)改性,,提高無機(jī)粉體分散性以及與有機(jī)樹脂的親和力,;利用鈉、鉀基粘土層狀結(jié)構(gòu)和層間負(fù)電性的特點(diǎn),,通過十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)置換無機(jī)粉體層間Na+,、K+,擴(kuò)大無機(jī)粉體層間距100-300%,,促使有機(jī)樹脂進(jìn)入無機(jī)粉體層間,,通過層間纖維增強(qiáng)作用大幅提高軟瓷抗裂強(qiáng)度。
(二)“相變微膠囊-空心填料”復(fù)合隔熱技術(shù)
采用有機(jī)-無機(jī)復(fù)合的微膠囊相變材料(MicroPCMs)作為相變儲(chǔ)熱組分,,通過在石蠟與乳化劑形成的O/W型穩(wěn)定乳液中加入KH-570改性過的納米SiO2和單體(MMA和AA)混合液,基于極性相似相容原理,,通過自由基原位聚合引發(fā)單體雙鍵及SiO2表面雙鍵聚合獲得有機(jī)-無機(jī)復(fù)合石蠟MicroPCMs,。
通過無機(jī)粉體(凹土、粘土,、城建廢土,、瓷渣、石粉等)分選預(yù)處理和優(yōu)選硅烷偶聯(lián)劑(KH-550,、KH-570,、甲基三乙氧基硅烷)改性,提高無機(jī)粉體分散性以及與有機(jī)樹脂的親和力,;利用鈉,、鉀基粘土層狀結(jié)構(gòu)和層間負(fù)電性的特點(diǎn),通過十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)置換無機(jī)粉體層間Na+,、K+,,擴(kuò)大無機(jī)粉體層間距100-300%,促使有機(jī)樹脂進(jìn)入無機(jī)粉體層間,,通過層間纖維增強(qiáng)作用大幅提高軟瓷抗裂強(qiáng)度,。
通過在軟瓷中添加二氧化鈦改性空心填料,利用空心填料熱阻隔和表層二氧化鈦熱反射作用提高軟瓷隔熱保溫性能,;通過在軟瓷配方中加入相變微膠囊顆粒提高軟瓷的儲(chǔ)熱能力,。添加9wt%氧化石墨烯改性MicroPCMs的軟瓷最高溫度比普通軟瓷a降低了近10℃?!跋嘧兾⒛z囊-空心填料”復(fù)合隔熱技術(shù)通過熱阻隔、熱反射,、相變儲(chǔ)能技術(shù)復(fù)合最大程度發(fā)揮軟瓷在建筑物表面的節(jié)能作用,,體現(xiàn)了人與自然和諧共生的理念,滿足了雙碳目標(biāo)下綠色建材之需求,。
MicroPCMs SEM圖 軟瓷降溫效果測(cè)試的溫度變化曲線
(三)“立體印刷式”新型軟瓷制備技術(shù)
以軟瓷漿料為“墨”,,硅膠模具為“版”,獨(dú)創(chuàng) “立體印刷式”成型技術(shù),,通過來回往復(fù)在模具表面刮涂實(shí)現(xiàn)軟瓷精細(xì)化成型,,漿料利用率高,工藝簡(jiǎn)便,表觀缺陷少,。阻燃型建筑軟瓷材料工藝流程見,。通過對(duì)溫度梯度智能控制和優(yōu)化各階段工藝參數(shù),將脫模時(shí)間縮短至20分鐘,,提高了模具周轉(zhuǎn)效率,,降低了生產(chǎn)能耗和成本。
(四)全自動(dòng)模塊化軟瓷生產(chǎn)裝備與技術(shù)
自主開發(fā)軟瓷“立體印刷式”成型工藝設(shè)備和全自動(dòng)模塊化軟瓷生產(chǎn)線,,通過制料,、改性、成型,、干燥,、養(yǎng)護(hù)、切割各工序獨(dú)立設(shè)計(jì),,全線采用自動(dòng)封閉式生產(chǎn)和輸送,,消除了生產(chǎn)過程中粉塵污染和原材料浪費(fèi),實(shí)現(xiàn)了設(shè)備各部分模塊化分區(qū)域管理,,可根據(jù)客戶需求進(jìn)行升級(jí),,整線靈活多變,實(shí)現(xiàn)單品種和多品種軟瓷共線生產(chǎn),。與市場(chǎng)同類設(shè)備對(duì)比,,本項(xiàng)目提供自動(dòng)化程度高、兼容性好,、環(huán)保性能好,、生產(chǎn)能耗低、產(chǎn)品綜合成本低,。
全自動(dòng)模塊化建筑節(jié)能軟瓷生產(chǎn)線
03創(chuàng)新點(diǎn)1. “相變微膠囊-空心填料”復(fù)合隔熱技術(shù)
通過在軟瓷中添加二氧化鈦改性空心填料,,利用空心填料熱阻隔和表層二氧化鈦熱反射作用提高軟瓷隔熱保溫性能,通過在軟瓷配方中加入相變微膠囊顆粒提高軟瓷的儲(chǔ)熱能力,。通過熱阻隔,、熱反射、相變儲(chǔ)能技術(shù)復(fù)合,,最大程度發(fā)揮軟瓷在建筑物表面的節(jié)能作用,,體現(xiàn)了人與自然和諧共生的理念,滿足了雙碳目標(biāo)下綠色建材之需求,。
2. 軟瓷“立體印刷式”成型與全自動(dòng)模塊化生產(chǎn)裝備技術(shù)
傳統(tǒng)軟瓷一般通過噴涂和淋涂技術(shù)成型,,這種方式原料利用率低、環(huán)境污染大,。本項(xiàng)目從傳統(tǒng)油墨印刷術(shù)得到啟發(fā),,以軟瓷漿料為“墨”,,硅膠模具為“版”,獨(dú)創(chuàng)“立體印刷式”成型技術(shù),,并自主開發(fā)了國(guó)內(nèi)第一條“立體印刷式”新型軟瓷生產(chǎn)裝備,,填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在此技術(shù)領(lǐng)域的空白。通過來回往復(fù)在軟瓷硅膠模具表面刮涂實(shí)現(xiàn)軟瓷精細(xì)化成型,,漿料利用率高(99%以上),,工藝簡(jiǎn)便,表觀缺陷少,,實(shí)現(xiàn)了建筑軟瓷批量穩(wěn)定生產(chǎn),。本項(xiàng)目通過制料、改性,、成型,、干燥、養(yǎng)護(hù),、切割各工序獨(dú)立設(shè)計(jì),,全線采用自動(dòng)封閉式生產(chǎn)和輸送,消除了生產(chǎn)過程中粉塵污染和原材料浪費(fèi),,實(shí)現(xiàn)了設(shè)備各部分模塊化分區(qū)域管理,,可根據(jù)客戶需求進(jìn)行升級(jí),整線靈活多變,,實(shí)現(xiàn)了單品種和多品種軟瓷共線生產(chǎn),。與市場(chǎng)同類設(shè)備對(duì)比,本項(xiàng)目提供自動(dòng)化程度高,、兼容性好,、環(huán)保性能好、生產(chǎn)能耗低,、產(chǎn)品綜合成本低,。
04成效
(一)推廣應(yīng)用情況 本項(xiàng)目已在江蘇省蘇安能節(jié)能建材科技有限公司、華新建工集團(tuán)有限公司,、江蘇蘇美材料股份有限公司,、江蘇藤格建材有限公司、布雷尼建筑科技(蘇州)有限公司等單位進(jìn)行了應(yīng)用,,被認(rèn)定為“綠色供應(yīng)鏈項(xiàng)目產(chǎn)品”,,獲得“中國(guó)建材綠色研發(fā)創(chuàng)新獎(jiǎng)”,產(chǎn)品成為G20杭州峰會(huì)外墻改造項(xiàng)目和肯德基,、85°C等品牌門店指定裝飾材料。
本項(xiàng)目申請(qǐng)相關(guān)專利10項(xiàng),,均獲得授權(quán),,產(chǎn)品通過國(guó)家建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心及其他多家檢測(cè)中心的權(quán)威檢測(cè)。
部分成果
發(fā)表高水平論文3篇,成果獲2021年江蘇省建設(shè)科技創(chuàng)新成果二等獎(jiǎng),。
(二)社會(huì)效益本項(xiàng)目填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)功能化軟瓷和裝備領(lǐng)域的技術(shù)空白,,產(chǎn)品的性能指標(biāo)超過國(guó)際同行產(chǎn)品,為我國(guó)軟瓷行業(yè)未來發(fā)展提供了有力的技術(shù)支撐,。
提高了建筑外墻裝飾的施工效率,,解決了近1000名農(nóng)民工就業(yè)問題,培養(yǎng)了江蘇省產(chǎn)業(yè)教授1名,。
(三)環(huán)境效益
依據(jù)我國(guó)雙碳目標(biāo)及循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略角度,,軟瓷取代瓷磚等傳統(tǒng)耗能大戶可以減少大量溫室氣體的排放,降低環(huán)境負(fù)荷,。同時(shí)軟瓷的普及可大幅度減少對(duì)天然石材資源的依賴,,達(dá)到節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的目的,,符合我國(guó)資源節(jié)約,、節(jié)能減排、減污降碳協(xié)同增效的政策方向,。
來源丨江蘇省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳綠色建筑與科技處