一种二氧化硅制多孔高太阳光反射颗粒的制作方法

[0001]
本发明涉及建筑表面节能材料领域，具体涉及一种二氧化硅制多孔高太阳光反射颗粒。


背景技术：

[0002]
为了降低能耗，美国加州颁布建筑法规要求低坡度屋面也要达到70％反射率。在沥青屋面材料表面粘覆高反射率的砂子，是一种非常有效的遮热技术。
[0003]
相较于塑料、金属、有机涂料等反光材料，高反射砂子具有成本低、耐老化的特性。但市场上大部分白色颗粒，如石英、方解石、煅烧高岭土、合成颗粒而言，测定其堆积的颗粒通常具有高的反射率，但是平铺到黑色材料上后，反射率很低，且常常伴有明显的吸油现象，导致砂子变色，使反射率进一步降低。另外因为颗粒的紫外线阻隔率(uv opacity)低，附着颗粒的沥青基材容易老化，进而造成颗粒脱落。
[0004]
us9714512b公开了一种冷屋面系统，其包含反射率为80-92％的高反射煅烧高岭土颗粒，经涂覆聚合有机涂层后应用到屋顶基材上，形成反射率不低于70％的屋面系统，该专利中采用的亮白煅烧高岭土颗粒，受制于原料产地，限制了其在市场上的应用。
[0005]
us9944562b公开了高反射率颗粒及其制备方法，其中的颗粒包含砂芯颗粒和至少一层涂层，其中所述砂芯颗粒包含在700～1200℃下煅烧铵伊利石矿石得到的煅烧铵伊利石，所述砂芯颗粒用无机涂料涂覆后，在800～1200℃进行煅烧，得到颗粒，所述颗粒的粒度为0.1～3.5mm，具有不低于80％的太阳光反射率sr和小于6％的污染指数dl。
[0006]
us20150192698公开了高反射超白屋面颗粒，采用包含粘土、烧结材料和任选的石英粒子的均匀混合物制备，太阳光反射率sr达80％以上。
[0007]
市场需要一种能够大批量供应的高uv opacity、高太阳光反射率的颗粒，另一方面，希望制得的颗粒具有多孔、高白、反射率高、用量少等特点，还希望制得的最终屋面产品反射率高，使用时间长，易于维护。


技术实现要素：

[0008]
发明人已经发现，二氧化硅制多孔颗粒可以获得高uv阻隔率、高太阳光反射率的颗粒，该颗粒平铺到黑色基材上后太阳光反射率高。
[0009]
根据本发明的一个或多个实施方案，颗粒采用洁净的二氧化硅粉末，通过添加助溶剂，成型、煅烧合成，助溶剂包括玻璃粉、长石、及碱金属的硅酸盐和碳酸盐。
[0010]
发明人已经发现，如此合成制备的颗粒具有uv阻隔率高和适宜的强度；本发明人还发现，这样的颗粒用在沥青上可获得很高的太阳光反射率。根据本发明的一个或多个方面，通过控制例如原料的白度指标，粒度，成型、煅烧工艺，使颗粒获得优秀的指标。
[0011]
在本发明的一个方面，颗粒采用二氧化硅为原料，该原料来源广泛，产品质量易控制。二氧化硅广泛用于陶瓷行业、耐火行业、填料等行业，但二氧化硅制多孔颗粒用于反射颗粒，尚未见诸报道。
[0012]
在本发明的一个方面，提供了所述颗粒用于建筑表面反射节能的应用。
[0013]
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
[0014]
一种二氧化硅制多孔高太阳光反射颗粒，其经由二氧化硅粉体添加助溶剂煅烧而成，所述颗粒具有以下特征：
[0015]
sio2含量≥95％；
[0016]
82～90％的sr；
[0017]
90～100％的uv opacity。
[0018]
所述二氧化硅粉体包括晶体二氧化硅粉体和非晶二氧化硅粉体。
[0019]
所述助溶剂包括长石、玻璃粉、碱金属硅酸盐和碱金属碳酸盐、碳酸钙、碳酸镁等。
[0020]
所述压碎指标在15％～35％之间，优选20％～30％。
[0021]
所述颗粒可以在表面进行表面处理。
[0022]
所述表面处理包括无机涂料表面处理、有机涂料表面处理、防水剂表面处理或其中一种或多种的组合。
[0023]
所述颗粒用于建筑表面反射节能的应用。
[0024]
所述建筑表面为沥青卷材或者板材屋面、聚氨酯泡沫板屋面或者金属屋面。
附图说明
[0025]
图1为本发明制备二氧化硅制多孔高太阳光反射颗粒的流程图；
[0026]
图2为本发明的二氧化硅制多孔高太阳光反射颗粒的x射线衍射图。
具体实施方式
[0027]
为对本发明的二氧化硅制多孔高太阳光反射颗粒优势详细、完善的说明，下面结合具体实施例进行阐述。以下所述实施例仅具代表性，并不包括本发明所有内容。
[0028]
根据本发明提供的技术方案，uv阻隔率用来表征物体对处于紫外范围的光线的不透过性。
[0029]
根据本发明提供的技术方案，太阳光反射率(sr)用于表征材料将入射到其表面的太阳光反射回去的能力，颗粒的太阳光反射率sr在80～90％之间。
[0030]
根据本发明提供的技术方案，压碎指标表征颗粒抵抗压碎的能力，以间接地推测其相应的强度，颗粒的压碎指标在15～35％之间，优选在20～30％之间。
[0031]
根据本发明提供的技术方案，矿物材料的吸水率主要取决于其孔隙度的大小。
[0032]
根据本发明提供的技术方案，用吸水率来反映颗粒的孔隙度。
[0033]
根据本发明提供的技术方案，二氧化硅包括晶体和非晶体，二氧化硅是市售可得的，供应商例如有中国河北驰田工贸有限公司。
[0034]
根据本发明提供的技术方案，为了使颗粒适用于屋面材料，将其粉碎成粒径为0.1～3.5mm，优选0.3～2.3mm。
[0035]
根据本发明提供的技术方案，颗粒可进一步通过表面处理获得防水、抗污，抗藻等特性，表面处理通常包括：无机涂料表面处理、有机涂料表面处理、防水剂表面处理中的一种或几种组合。
[0036]
根据本发明提供的技术方案，其中无机涂料为选自硅酸盐、磷酸铝、硅溶胶和铝溶
胶中的至少一种的液体无机涂料；硅酸盐选自硅酸钠、硅酸钾、硅酸铝、硅酸锂或其中一种或多种的混合物。
[0037]
根据本发明提供的技术方案，有机涂料选自丙烯酸类涂料或硅丙类涂料；防水剂可以选自硅烷、硅氧烷防水剂、含氟防水剂。
[0038]
根据本发明提供的技术方案，其中无机涂料、有机涂料或防水剂还可包含选自下列的一种或多种：颜料、抑藻剂、杀虫剂、自洁剂、粘度调节剂、助熔剂、阻燃剂、表面张力改性剂、抗老化剂。
[0039]
根据本发明提供的技术方案，颗粒可用于以水泥、沥青、聚氨酯泡沫层板、金属板为基材的屋面材料的表层，用以提高屋面对太阳光反射率，颗粒以90％以上的覆盖率应用到沥青卷材或者板材上后，具有70％～85％的太阳光反射率；颗粒以90％以上的覆盖率应用到聚氨酯等泡沫板表层后，具有80％～90％的太阳光反射率。
[0040]
根据本发明提供的技术方案，颗粒还可用于砂壁状建筑涂料，生成高反射率涂层，同时涂层具有白色颗粒效果。
[0041]
具体实施例
[0042]
提供以下实施例以便更详细地描述本发明。这些实施例示出了目前设想的用于实施本发明的具体实施方式和优选模式，其旨在举例说明，并不旨在限制本发明。
[0043]
测定方法的一般性描述
[0044]
白度：色值测定使用色差计，取一定量的测定样品，放入压样器中压制成片，使用色差计对样品较平的一面进行测量，读取l、a、b的值，重复测定三次，取平均值。
[0045]
吸水率：选取约50g需要测定的颗粒，浸入盛水的烧杯中，用玻璃棒搅拌10秒，将棉布浸入水中，在拧至无液体滴落后平铺，取出浸入水中的砂子，放到棉布上，用棉布来回擦拭至颗粒表面无水渍，用万分之一天平称取擦拭后的颗粒约5～10g(m1)到烧杯中，用105℃烘箱，烘干至恒重，测定烘干后颗粒的重量m2。
[0046]
吸水率用以下公式进行计算：
[0047]
吸水率＝(m
1-m2)/m2*100％。
[0048]
uv opacity
[0049]
仪器：采用泛光灯箱、标准灰阶，滤镜，照相机，孔板进行。
[0050]
步骤：打开泛光灯达10分钟，预热灯箱，取5g通过tyler 10目和12目网筛筛分得到的颗粒样品，并分别放置到孔板的100个孔上，并用镊子确保每一颗粒覆盖一个孔，然后将盖板覆盖到板上并检查是否有光泄露，如果有光泄露，则进行调整直至没有光透过孔；
[0051]
从标准灰阶中间将其纵向切割成两个相同的色板，把两个色板重叠放置，让下面灰阶的第14梯级与上面的第1梯级重合，把合并的灰阶放到孔板的盖板的10个孔上面，让下面灰阶的第14梯级与上面的第1梯级重合并且放在左面第5个孔的上面，用胶带固定，检查确保所有的孔都被灰阶完全覆盖，且胶带不能盖住孔；
[0052]
通过支架将照相机固定在方形开口正上方，关闭室内灯光并确保黑暗状态，使用照相机照相；
[0053]
将照片输入计算机中，用photoshop软件打开图片，调整图片对比度，使灰阶卡左面第5个孔的亮度将近消失，数出图片上的亮点数目(孔的数目n)。
[0054]
按照下面公式计算uv opacity：
[0055]
uv opacity＝摆放的颗粒数量-亮点数目＝(100-n)/100*100％。
[0056]
太阳光反射率(颗粒本身)
[0057]
用太阳光光谱反射仪检测样品的反射率，将反射仪调至b891标准进行测定，将50g颗粒样品放入平口的样品盘中，用直尺把表面压实刮平，在表面随机选取3个点测定。
[0058]
太阳光反射率(施加到沥青板后)
[0059]
用太阳光光谱反射仪检测样品的反射率，将反射仪调至b891标准进行测定，将足量颗粒均匀地撒在低熔点粘性沥青板上，压平，去除表面未粘附的颗粒，在沥青板表面随机选取3个点测定。
[0060]
实施例1
[0061]
使用购自中国河北驰田工贸有限公司的石英粉，其指标如下。
[0062]
表1：所用粉体的性质
[0063]
编号矿物粉体粒度白度l白度a白度b1石英粉2000目96012石英粉1250目95013石英粉600目95014石英粉200目9411
[0064]
由石英粉粉体制备颗粒的过程按如下方式进行：
[0065]
称取10kg粉体，加入模数2.5:1、固含量30％的水玻璃溶液1.5kg，在轮碾机中混合均匀，采用100吨压力机压制成240x115x53mm的生坯，放入1250℃的高温炉中加热10h，冷却后用破碎机破碎成0.5～2mm的颗粒，检测其uv opacity、颗粒sr、沥青板上的sr。
[0066]
表2：颗粒的性能
[0067]
实验编号使用的粉体uv opacity％颗粒sr％沥青板上的sr％111009081229089793380887444758868
[0068]
由上表可知，虽然在不同uv opacity情况下，颗粒具有相似的sr值，但是，在施加到沥青板上之后，uv opacity值高的颗粒导致明显更高的sr值。
[0069]
实施例2
[0070]
颗粒制备过程如下：
[0071]
称取10kg石英粉编号1的粉体，加入模数2.5:1、固含量30％的水玻璃溶液1.5kg，在轮碾机中混合均匀，采用100吨压力机压制成240x115x53mm的生坯，分别放入750、900℃、1050℃、1300℃的高温炉中加热10h，冷却后用破碎机破碎成0.5～2mm的颗粒，检测煅烧温度对uv opacity、颗粒sr、沥青板上的sr、压碎指标的影响。
[0072]
表3：颗粒的性能
[0073]
煅烧温度吸水率％uv opacity％颗粒sr％沥青板上的sr％压碎指标％7505010090824090030100908230
1050159089702013001080886515
[0074]
由上表可知，煅烧温度低颗粒强度低，煅烧温度高uv opacity低。
[0075]
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

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