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成果轉化

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成果推介丨低密度、高安全建築節能軟瓷關鍵技術及應用

發布時間:2022-09-21點擊(ji)量:272

傳(chuan)統建(jian)築裝(zhuang)飾材(cai)料如瓷(ci)磚、陶(tao)土板(ban)等(deng),因生(sheng)產(chan)能耗(hao)高(gao)、自(zi)身(shen)比重大、施(shi)工成本高(需鋼掛(gua))存(cun)在脫落隱(yin)患(huan)等缺點,在環(huan)保(bao)日(ri)益(yi)嚴苛、各地“限(xian)瓷令(ling)”頻(pin)出(chu)的(de)今(jin)天正在(zai)被逐(zhu)步(bu)淘汰(tai),而(er)塗料(liao)、真(zhen)石(shi)漆(qi)等裝飾材料,因(yin)檔次(ci)低、耐(nai)久(jiu)性差,隻(zhi)適用(yong)於(yu)普(pu)通裝飾(shi),建築(zhu)裝飾市場缺乏裝飾效(xiao)果(guo)好、環保、安(an)全的建築材料。本(ben)項(xiang)目以無機(ji)粉體和(he)節能填(tian)料為主(zhu)體材料,水性(xing)聚(ju)合物(wu)為粘結劑,通(tong)過(guo)研(yan)究(jiu)粉(fen)體表麵改性、相(xiang)變(bian)微膠(jiao)囊(nang)儲(chu)能(neng)、“立體(ti)印(yin)刷式(shi)”成(cheng)型(xing)等技(ji)術,獲(huo)得了一(yi)種(zhong)新型阻燃建築節能柔(rou)性飾麵(mian)材料(俗(su)稱(cheng)“軟(ruan)瓷”),並(bing)自主研發出與工(gong)藝(yi)相匹配的全自動(dong)模塊化生產裝備(bei)。

01研究背景

我(wo)國房(fang)屋建築規(gui)模(mo)十分巨大(da),我國(guo)每(mei)年建成房屋(wu)達20億(yi)平方米(mi)以(yi)上,如此巨大的建築規模,在世界(jie)上是空前(qian)的。隨著(zhu)城市(shi)化進程的加(jia)快,環保法(fa)律(lv)的日趨嚴苛(ke),消(xiao)費者對(dui)產品(pin)安全(quan)性、環保型等要(yao)求越(yue)來越高,石材、瓷磚已(yi)很(hen)難滿(man)足(zu)目前的市場需求(qiu)。

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軟瓷作為一款環保安全的新興(xing)建築裝飾材料,在自重(zhong)、粘結(jie)強度(du)、柔韌(ren)性、拒(ju)水(shui)透(tou)氣(qi)性等方麵都(dou)符合現代建築對飾麵層(ceng)的性能、表(biao)現力(li)等方(fang)麵的要求,其外觀仿真性強,可(ke)逼(bi)真地呈現天然(ran)石頭(tou)、皮(pi)革(ge)、木紋(wen)以及金屬(shu)幕(mu)牆(qiang)的裝飾效果,顏(yan)色(se)也可任(ren)意(yi)調配;同時(shi)軟瓷原料采(cai)用普通黏土、粉煤(mei)灰、礦(kuang)渣等,配(pei)合改(gai)性保溫(wen)粉體,生產采用低(di)溫固(gu)化成型工藝,從原材料、材料使用及後(hou)期(qi)處理(li),均(jun)符(fu)合(he)現代(dai)環保理念(nian),軟瓷相比(bi)於目前建築材料表現(xian)出巨(ju)大性能優勢(shi)和更好的社會(hui)綜合效益。

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軟瓷在國外應用已有(you)幾十年的曆(li)史(shi),德國的軟瓷的生產與施工已經(jing)非常(chang)成熟(shu),經過多年(nian)的實(shi)際(ji)應用和在全球(qiu)不(bu)同(tong)氣候(hou)條(tiao)件下長(zhang)時間(jian)的考(kao)驗,證(zheng)明采用軟瓷的建築無論是(shi)從(cong)建築外(wai)裝飾效果還(hai)是經濟性價(jia)方麵都是一項值(zhi)得(de)在全球範(fan)圍(wei)內(nei)推廣(guang)應用的新(xin)技術(shu)、新產品。軟瓷也已在國內一些地(di)方推廣使(shi)用,並逐漸被人(ren)們(men)接(jie)受,綜(zong)合評(ping)價為工藝簡單(dan)、施工速(su)度快(kuai)、安全耐久、綜合經濟(ji)性能優(you)等特(te)點(dian),特別(bie)應用於高層外牆外保溫係統(tong)中(zhong),從根(gen)本上(shang)解(jie)決了安全性問(wen)題(ti)。

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 軟瓷項目(mu)自2011年正式立項,經過8年科(ke)研攻關(guan),在軟瓷材料製(zhi)備及其(qi)產業(ye)化(hua)技術方麵達到(dao)國內領先水平,形(xing)成了從軟瓷製備到產業化全過程(cheng)的多項核(he)心發(fa)明(ming)專(zhuan)利。

02成果內容

(一)粉體表麵改性技術

通過無(wu)機粉體(凹土、粘(zhan)土、城(cheng)建廢(fei)土(tu)、瓷渣(zha)、石粉等)分選預(yu)處理和優選(xuan)矽(xi)烷偶(ou)聯劑(ji)(KH-550、KH-570、甲(jia)基(ji)三乙(yi)氧(yang)基矽烷)改性,提(ti)高無機粉體分散(san)性以及(ji)與(yu)有機樹(shu)脂(zhi)的親和力;利(li)用鈉、鉀基粘(zhan)土層狀結構和層間負電性的特點,通過十(shi)六烷基三甲基溴(xiu)化銨(an)(CTAB)置換(huan)無機粉體層間Na+、K+,擴(kuo)大無機粉體層間距(ju)100-300%,促使有機樹脂進(jin)入(ru)無機粉體層間,通過層間纖(xian)維(wei)增強(qiang)作(zuo)用大幅(fu)提高軟瓷抗(kang)裂強度。

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通過非均相沉(chen)澱法在空心填料(玻璃微珠(zhu)、粉煤灰(hui)漂珠)表麵包覆一層水合二氧化鈦,然後經洗滌(di)、幹(gan)燥和煆燒使二氧化鈦固結於空心填料表麵,獲得了二氧化鈦改性空心填料。由圖可見,包覆反應前,空心玻璃微珠(zhu)和粉煤灰(hui)漂珠的表明光滑,顆粒(li)規整、均勻。包覆(fu)反應後,顆粒的表麵粗糙,形成致密(mi)的二氧化鈦層。通過二(er)氧化鈦表麵改性空心填料技術,提高了空心填料的表麵抗衝(chong)擊強度,降(jiang)低了混料過程中空心填料的破(po)損(sun)率,提高了軟瓷材料的熱反射率和保溫節能效果。

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(二)“相變微膠囊-空心填料”複(fu)合隔熱技術

 采用有機-無機複合的微(wei)膠囊相變材料(MicroPCMs)作為(wei)相變儲熱組(zu)分,通過在石蠟(la)與乳(ru)化劑形成的O/W型穩定乳液(ye)中加入KH-570改性過的納米SiO2和單體(MMA和AA)混(hun)合液,基於極(ji)性相似相容原理,通過自由(you)基原位(wei)聚合引(yin)發單體雙鍵及SiO2表麵雙(shuang)鍵(jian)聚合獲得有機-無機複合石蠟MicroPCMs。

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通過無機粉體(凹(ao)土、粘土、城建廢土、瓷渣、石粉等)分選預處理和優選矽烷(wan)偶聯劑(KH-550、KH-570、甲基三(san)乙氧基矽烷)改性,提高無機粉體分散性以及與有機樹脂的親(qin)和力;利用鈉(na)、鉀(jia)基粘土層狀(zhuang)結構(gou)和層間負電性的特點,通過十六(liu)烷基三甲基溴化銨(CTAB)置(zhi)換無機粉體層間Na+、K+,擴大無機粉體層間距100-300%,促(cu)使有機樹脂進入無機粉體層間,通過層間纖維增(zeng)強作用大幅提高軟瓷抗裂(lie)強度。

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通過在軟瓷中添加二氧化鈦(tai)改性空心填料,利用空心填料熱阻隔(ge)和表層二氧化鈦熱反(fan)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熱(re)能力。添加9wt%氧化石墨烯(xi)改性MicroPCMs的軟瓷最(zui)高溫度比普通軟瓷a降低了(le)近(jin)10℃。“相變微膠囊-空心填料”複合隔熱技術通過熱阻隔、熱反射(she)、相變儲能技術複合最大程度發揮(hui)軟瓷在建築物表麵的節(jie)能作用,體現了人與自然和諧(xie)共生的理念,滿足了雙碳目標下綠色建材之需(xu)求。

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MicroPCMs SEM圖    軟瓷降溫效果測(ce)試的溫度變化曲線

(三)“立體印刷式”新型軟瓷製備技術

以軟瓷漿料為“墨(mo)”,矽膠模具為“版”,獨(du)創 “立(li)體印刷(shua)式”成型技術,通過來(lai)回往(wang)複在模具(ju)表麵刮(gua)塗實現軟瓷精(jing)細(xi)化成型,漿(jiang)料利用率(lv)高,工藝簡便(bian),表觀缺(que)陷(xian)少(shao)。阻燃(ran)型建築軟瓷材料工藝流(liu)程見(jian)。通過對溫度梯(ti)度智能控(kong)製和優化各階(jie)段工藝參數(shu),將(jiang)脫模時間縮(suo)短(duan)至(zhi)20分鍾(zhong),提高了模具周(zhou)轉效率,降低了生產能耗和成本。

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(四)全自動模塊化軟瓷生產裝備與技術

自主開發軟瓷“立體印刷式”成型工藝設(she)備和全自動模塊化軟瓷生產線,通過製料、改性、成型、幹燥(zao)、養護、切割各工序獨立設計,全線(xian)采用自動封(feng)閉(bi)式生產和輸(shu)送,消除了生產過程中粉塵汙(wu)染和原材料浪費(fei),實現了設備各(ge)部(bu)分模塊(kuai)化分區域(yu)管(guan)理,可根據客戶(hu)需求進行(xing)升級(ji),整(zheng)線靈活(huo)多(duo)變,實現單品種和多品種軟瓷共線生產。與市場同類(lei)設備對比,本項目提供(gong)自動化程度高、兼容性好、環保性能好(hao)、生產能耗低、產品綜合成本低。

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全自動模塊化建築節能軟瓷生產線

03創新點

1. “相變微膠囊-空心填料”複合隔熱技術

 通過在軟瓷中添(tian)加二氧化鈦改性空心填料,利用空心填料熱阻(zu)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(ke)粒提高軟瓷的儲熱能力。通過熱阻隔、熱反射、相變儲能技術複合,最大程度發揮軟瓷在建築物表麵的節能作用,體現了人與自然和諧共生的理念,滿足了雙碳(tan)目標(biao)下綠色建材之(zhi)需求。

 2. 軟瓷“立體印刷式”成型與全自動模塊化生產裝備技術

 傳統軟瓷一般(ban)通過噴(pen)塗(tu)和淋(lin)塗技術成型,這(zhe)種方式原料利用率低、環境汙染大。本項目從傳統油(you)墨印刷術得到啟(qi)發,以軟瓷漿料為“墨”,矽膠模具為“版(ban)”,獨創(chuang)“立體印刷式”成型技術,並自主開(kai)發了國內第(di)一條“立體印刷式”新型軟瓷生產裝備,填補(bu)了國內在此(ci)技術領(ling)域的空白(bai)。通過來回往複在軟瓷矽膠模具表麵刮塗實現軟瓷精細化成型,漿料利用率高(99%以上),工藝簡(jian)便,表觀缺陷少,實現了建築軟瓷批量(liang)穩(wen)定生產。本項目通過製料、改性、成型、幹燥、養護、切割(ge)各工序(xu)獨立設計(ji),全線采用自動封閉式生產和輸送(song),消除(chu)了生產過程中粉塵(chen)汙染(ran)和原(yuan)材料浪(lang)費,實現了設備各部分模塊化分區(qu)域管理,可根據(ju)客戶需求進行升(sheng)級,整線靈(ling)活多變,實現了單品種和多品種軟瓷共(gong)線生產。與市場(chang)同類設備對比,本項目提供自動化程度高、兼容(rong)性好、環保性能好、生產能耗低、產品綜合成本低。

04成效

(一)推(tui)廣應用情(qing)況(kuang)

 本項目已在江蘇省蘇安能節能建材科技有限公(gong)司、華新建工集(ji)團有限公司、江(jiang)蘇蘇美(mei)材料股(gu)份(fen)有限公司(si)、江蘇藤格(ge)建材有限公司、布(bu)雷尼(ni)建築科技(蘇(su)州(zhou))有限公司等單位進行了應(ying)用,被(bei)認(ren)定(ding)為“綠色供應鏈(lian)項目產品”,獲得“中國建材綠(lv)色研發創新獎(jiang)”,產品成為G20杭(hang)州峰(feng)會外牆改造(zao)項目和肯德(de)基、85°C等品牌(pai)門(men)店(dian)指定裝飾材料。

本項目申請(qing)相關專利10項,均獲得授權,產品通過國家(jia)建築工程質(zhi)量檢(jian)測中心及其他(ta)多家檢測中心的權(quan)威(wei)檢測。

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部分成果

發表高水平(ping)論(lun)文(wen)3篇,成果獲2021年江蘇省(sheng)建設科技創新成果二等獎。

(二)社(she)會效益

本項目填補了國內功(gong)能化軟瓷和裝備領域的技術空白,產品的性能指(zhi)標超(chao)過國際同行產品,為我國軟瓷行業未(wei)來發展(zhan)提供了有力的技術支撐(cheng)。

提高了建築外牆裝飾的施工效率,解決了近1000名(ming)農(nong)民(min)工就(jiu)業問題,培(pei)養(yang)了江蘇省產業教(jiao)授1名(ming)。

(三)環境效益

依(yi)據我國雙碳目標及循環經濟發展的戰略角度,軟瓷取代瓷磚(zhuan)等傳統耗能大戶可以減(jian)少大量溫室(shi)氣體的排放(fang),降低環境(jing)負荷。同時軟瓷的普及可大幅度減少對天(tian)然石材資源(yuan)的依賴(lai),達(da)到節約(yue)資(zi)源、保護(hu)環境的目的,符合我國資源節約、節能減排、減汙降碳協同增效的政(zheng)策方向(xiang)。


來源丨(gun)江蘇省住(zhu)房和城鄉(xiang)建設廳(ting)綠色建築與科技處(chu)


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