四硼酸鈉改性水玻璃制備保溫材料及其性能研究

馮靜霞，趙恒澤，齊藝裴，桑明明，李 曄

(華北理工大學礦業工程學院，唐山 063210)

0 引 言

有機保溫材料在建筑領域應用廣泛，但其引起的火災事故給人們的生命和財產安全造成了嚴重的威脅。因此制備不燃、質輕以及導熱系數低的無機保溫材料成為部分學者研究的重點。研究發現，水玻璃溶液在加熱條件下會產生大量氣泡，最終形成一種輕質的泡沫材料[1]，該性質為水玻璃制備保溫材料提供了可能。但是由單一水玻璃發泡制備的保溫材料存在強度偏低且孔分布不均的問題，需要添加其他物質來改善。Wang等[2]以瀝青石粉、水玻璃為原料，采用化學發泡法制備了一種新型的無機保溫材料，其體積密度、導熱系數和抗壓強度可分別為0.14～0.270 g/cm3、0.051～0.086 W/(m·K)和0.12～1.46 MPa。Cengizler等[3]以水玻璃為發泡劑，采用傳統燒結法制備了兩種不同F級粉煤灰的保溫材料。該保溫材料的孔隙率、體積密度、抗壓強度和導熱系數分別為69.76%～75.43%、0.55～0.69 g/cm3、3.20～5.35 MPa和0.10～0.21 W/(m·K)。可見，以水玻璃搭配添加劑的方式制備出的保溫材料具有優異的保溫隔熱性能、較低的密度以及合適的強度。

無機保溫材料在實際使用中還存在低耐水性等問題。為了提高材料的耐水性，將硼酸及硼酸鹽加入到材料中，其中硼會以硼氧四面體[BO4]的形式進入到Si—O—Si網絡中，參與網絡結構的建設，形成Si—O—B網絡結構[4-5]。硼元素與硅元素之間存在化合價的差異，這就導致材料整體結構呈電負性，進而增加對陽離子的吸附力，提高結構的穩定性[6]。在實驗中發現，硼酸在溶液中的溶解度偏低，需要通過加熱提高其溶解度。……