一种节能环保绿色建筑材料的制备装置及其制备方法

摘要

本发明公开一种节能环保绿色建筑材料的制备装置及其制备方法，该装置包括混合箱，混合箱下侧外壁固定安装夹套，夹套外壁固定安装支撑腿，混合箱内部固定安装混料器，混合箱顶部固定安装箱盖，箱盖顶部固定安装加料机构和进料管，混合箱底部固定安装出料管。本发明通过高压空气进行粉末送料，直接将粉末原料通入液体内部，通过回流管进行液体循环，提高了粉末原料和液体原料的缓和效果，通过本发明制备的节能环保绿色建筑材料具有固化时间断、表面硬度高、耐水性强和表面附着能力强的特点，同时具有较好的保温性能。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，具体的是一种节能环保绿色建筑材料的制备装置及其制备方法。

背景技术

太阳辐射会引起物体的表面温度过高，建筑物表面温度的升高会使室内和周围的环境温度升高，降低生活环境的舒适度，增加制冷工具的用电量。在大部分发达国家，电风扇、喷淋装置、冷气机和空调等用来降温的设备所消耗的能量占总能耗的20％以上。传统的建筑物需要大量的能量进行加热和冷却，导热系数低，反射率高的保温涂料是降低冷负荷和能耗的有效途径。因此，降低甚至阻止强烈的太阳辐射而引起的温度升高的建筑材料可以有效降低降温的设备所消耗能耗，达到节约能源、保护环静的目的。

提高建筑物的保温隔热性能是一种重要的建筑节能措施。反射隔热涂料作为一种新型的建筑材料，不仅能起到装饰美化建筑的作用，同时还具备良好的隔热保温效果，可降低建筑物的保温或制冷能耗。反射型隔热涂料一方面可以反射太阳光中的可见光和红外光，这两种光是热量的主要来源，另一方面涂料中的阻隔性填料可以将残余热量阻隔在建筑体外，两种效应协同作用，达到反射隔热的效果。

现有的反射型隔热涂料制备工艺与普通建筑涂料的制备工艺相似，具有工艺简单、原料易得、生产成本低的特点，但是，现有的涂料制备装置在原料混合过程中分散缓慢，特别是无机填料和乳液混合过程中难以分散均匀，同时现有的涂料制备工艺制得反射型隔热涂料存在挥发性有机化合物(VOC)含量高、涂料附着力差、隔热效果不佳的问题。

发明内容

为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种节能环保绿色建筑材料的制备装置及其制备方法，该装置通过高压空气进行粉末送料，直接将粉末原料通入液体内部，通过回流管进行液体循环，提高了粉末原料和液体原料的缓和效果，通过本发明制备的节能环保绿色建筑材料具有固化时间断、表面硬度高、耐水性强和表面附着能力强的特点，同时具有较好的保温性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种节能环保绿色建筑材料的制备装置，包括混合箱，混合箱下侧外壁固定安装夹套，夹套外壁固定安装支撑腿，混合箱内部固定安装混料器，混合箱顶部固定安装箱盖，箱盖顶部固定安装加料机构和进料管，混合箱底部固定安装出料管；

混料器包括竖直设置的回流管，回流管下端外壁通过连接杆与混合箱内壁固定，回流管内贯穿设有转动主轴，连接杆上固定安装搅拌轴，搅拌轴表面固定安装若干搅拌杆，搅拌轴的上端通过皮带与转动主轴连接，转动主轴上端贯穿箱盖，转动主轴上端通过齿轮与电机的输出轴啮合；

进一步优选地，加料机构包括加料斗，加料斗底部固定安装加料管，加料管内部设有设有送气管，送气管顶端为封端，送气管上端侧壁设有进气口，送气管的进气口通过管道与空气泵的输出端连接，送气管的下端通过转动接头与转动主轴连接。

进一步优选地，夹套内部设有加热机构，加热机构为油浴加热、水浴加热或电加热机构中的一种。

进一步优选地，回流管上下两端均为敞口，回流管内部的转动主轴表面固定安装两个涡轮，两个涡轮分别设置靠近回流管两端敞口处，转动主轴底端固定安装折流板。

进一步优选地，箱盖底部固定安装张紧机构，张紧机构包括开设在箱盖底部的滑槽，滑槽沿箱盖径向设置，滑槽内部设有滑块，滑块远离箱盖轴心一侧通过弹簧与滑槽内壁连接，滑块底部固定安装张紧轮，张紧轮与滑块转动连接，张紧轮通过皮带与搅拌轴和转动主轴连接。

进一步优选地，送气管内部贯穿设有落料管，落料管上端与加料斗固定连接，落料管下端贯穿伸入转动主轴内部，转动主轴为空心轴，转动主轴下端表面开设有若干加料口。

一种节能环保绿色建筑材料的制备方法，该节能环保绿色建筑材料包括以下重量份原料：水性硝化纤维素乳液45-60份、改性中空玻璃微珠20-25份、颜填料10-15份、润湿剂0.5-2份、分散剂3-5份、流平剂1-2份、增稠剂5-10份、消泡剂0.1-0.5份、硅烷偶联剂1-2份、成膜助剂5-8份和水80-120份，其制备方法具体包括以下步骤：

S1、以消化纤维素、异佛尔酮二异氰酸酯、环氧树脂E-44、聚乙二醇、二丁基锡二月桂酸酯为原料，采用自乳化法制备水性硝化纤维素乳液；

S2、以钛酸丁酯、乙酸、中空玻璃微球为原料，采用溶胶-胶凝法制备改性中空玻璃微珠；

S3、将水、润湿剂、分散剂、流平剂和1/2的消泡剂加入混合装置中低速搅拌5-10min，然后加入颜填料高速搅拌20-30min，再将水性硝化纤维素乳液、成膜助剂、硅烷偶联剂和剩余消泡剂加入混合装置中低速搅拌20-30min，得到混合浆料；

S4、向混合浆料中缓慢加入改性中空玻璃微珠低速搅拌1-2h，然后加入增稠剂低速搅拌0.5-1h，得到节能环保绿色建筑材料。

进一步优选地，颜填料为钛白粉、滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、云母粉和白碳黑中的一种或几种组合，润湿剂，分散剂为聚羧酸盐类分散剂，低速搅拌转速为300-500r/min，高速搅拌转速为1500-2000r/min。

进一步优选地，步骤S1中水性硝化纤维素乳液的制备方法包括以下步骤：

S101、将异佛尔酮二异氰酸酯和聚乙二醇400加入反应器中，水浴升温至65-70℃，缓慢滴加二丁基锡二月桂酸酯，恒温下反应1-2h得到预聚体A；

S102、先用丁酮使硝化纤维素完全溶解，然后将聚乙二醇2000、消化纤维素溶液和环氧树脂E-44加入反应器中，升温至75-80℃反应，直至反应完全；

S103、反应完全后，将温度降低到50-60℃，均匀缓慢加入蒸馏水，高速搅拌20-30min得到白色乳液，通过减压蒸馏的方法除去乳液中的有机溶剂丁酮，得到水性硝化纤维素乳液。

进一步优选地，水性硝化纤维素乳液各原料重量份如下：消化纤维素30-40份、异佛尔酮二异氰酸酯10-20份、环氧树脂E-44 10-15份、聚乙二醇5-10份、二丁基锡二月桂酸酯1-3份，消化纤维素为含氮量11.8-12.2％的酒棉。

进一步优选地，步骤S2中改性中空玻璃微珠的制备方法具体包括以下步骤：

S201、将无水乙醇与钛酸丁酯加入反应器中，然后加入乙酸作为螫合剂，室温条件下1500-2000r/min高速搅拌混合，得到溶液A；

S202、在搅拌条件下，将乙醇溶液匀速滴加到溶液A中，滴定完成后在室温条件下将混合溶液静置陈化3-5h，得到浅黄色透明溶胶；

S203、向上述溶胶中加入中空玻璃微珠，在300-500r/min低速搅拌混合，得到溶液B，将溶液B静置、分离、干燥、高温煅烧即得TiO

本发明的有益效果：

1、本发明节能环保绿色建筑材料的制备装置通过空气泵向送风管中输送高压空气，高压空气裹挟原料粉末进入液体原料中，通过回流管将混合箱上层的液体沿回流管向下输送，将刚进入液体原料中的气泡和粉末原料输送至混合箱底部，经过折流板的阻挡后向回流管外圈流动，气泡带着粉末原料向上移动时搅拌杆转动对粉末原料进行分散，使之均匀分散在液体原料中，如此，通过回流管的反复回流和搅拌杆的搅拌分散，极大的提高了液体原料和粉末原料的分散速度。

2、本发明节能环保绿色建筑材料的制备方法在硝化纤维素体系上引入了亲水基团醚键、环氧基团以及聚氨酯链段，利用亲水基团的亲水性，使得体系具有自乳化能力，制备出了水性硝化纤维素乳液，然后以水性硝化纤维素乳液作为主要成膜物质，添加TiO

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明节能环保绿色建筑材料的制备装置的整体结构示意图；

图2是本发明节能环保绿色建筑材料的制备装置混合箱的剖视示意图；

图3是本发明节能环保绿色建筑材料的制备装置混料器的结构示意图；

图4是本发明节能环保绿色建筑材料的制备装置张紧机构的结构示意图；

图5是本发明节能环保绿色建筑材料的制备装置加料管的结构示意图；

图6是本发明实施例1-4中制得的节能环保绿色建筑材料的隔热性能检测结果示意图。

图中：

1-混合箱，2-夹套，3-支撑腿，4-混料器，5-箱盖，6-加料机构，7-进料管，8-出料管，9-回流管，10-连接杆，11-转动主轴，12-搅拌轴，13-搅拌杆，14-电机，15-加料斗，16-加料管，17-送气管，18-空气泵，19-涡轮，20-折流板，21-张紧机构，22-滑槽，23-滑块，24-弹簧，25-张紧轮，26-落料管，27-加料口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1-5所示，一种节能环保绿色建筑材料的制备装置，包括混合箱1，混合箱1下侧外壁固定安装夹套2，夹套2外壁固定安装支撑腿3，混合箱1内部固定安装混料器4，混合箱1顶部固定安装箱盖5，箱盖5顶部固定安装加料机构6和进料管7，混合箱1底部固定安装出料管8；

混料器4包括竖直设置的回流管9，回流管9下端外壁通过连接杆10与混合箱1内壁固定，回流管9内贯穿设有转动主轴11，连接杆10上固定安装搅拌轴12，搅拌轴12表面固定安装若干搅拌杆13，搅拌轴12的上端通过皮带与转动主轴10连接，转动主轴10上端贯穿箱盖5，转动主轴10上端通过齿轮与电机14的输出轴啮合；

加料机构6包括加料斗15，加料斗15底部固定安装加料管16，加料管16内部设有设有送气管17，送气管17顶端为封端，送气管17上端侧壁设有进气口，送气管17的进气口通过管道与空气泵18的输出端连接，送气管17的下端通过转动接头与转动主轴10连接。

夹套2内部设有加热机构，加热机构为油浴加热、水浴加热或电加热机构中的一种。

回流管8上下两端均为敞口，回流管8内部的转动主轴11表面固定安装两个涡轮19，两个涡轮19分别设置靠近回流管8两端敞口处，转动主轴10底端固定安装折流板20。

箱盖5底部固定安装张紧机构21，张紧机构21包括开设在箱盖5底部的滑槽22，滑槽22沿箱盖5径向设置，滑槽22内部设有滑块23，滑块23远离箱盖5轴心一侧通过弹簧24与滑槽22内壁连接，滑块23底部固定安装张紧轮25，张紧轮25与滑块23转动连接，张紧轮25通过皮带与搅拌轴12和转动主轴11连接。

送气管17内部贯穿设有落料管26，落料管26上端与加料斗15固定连接，落料管26下端贯穿伸入转动主轴11内部，转动主轴11为空心轴，转动主轴11下端表面开设有若干加料口27。

工作原理

使用本装置进行节能环保绿色建筑材料制备时液体原料通过进料管7加入混合箱1中，固体或粉末原料在经过研磨后加入加料斗14中，通过空气泵17向送风管16中输送高压空气，加料斗14中的粉末原料由落料管25进入转动主轴11内部后在高压空气的裹挟下由转动主轴11下端的加料口26进入液体原料中，通过电机14带动转动主轴11转动，转动主轴11上的涡轮18转动时可以将回流管8顶部的液体沿回流管8向下输送，将刚进入液体原料中的气泡和粉末原料输送至混合箱1底部，经过折流板19的阻挡后向回流管8外圈流动，气泡带着粉末原料向上移动时搅拌杆13转动对粉末原料进行分散，使之均匀分散在液体原料中，如此，通过回流管8的反复回流和搅拌杆13的搅拌分散，极大的提高了液体原料和粉末原料的分散速度。

实施例1

一种节能环保绿色建筑材料的制备方法，该节能环保绿色建筑材料包括以下重量份原料：水性硝化纤维素乳液46份、改性中空玻璃微珠22份、颜填料15份、润湿剂0.5份、分散剂5份、流平剂1份、增稠剂8份、消泡剂0.3份、硅烷偶联剂1.5份、成膜助剂6份和水110份，其制备方法具体包括以下步骤：

S1、以消化纤维素、异佛尔酮二异氰酸酯、环氧树脂E-44、聚乙二醇、二丁基锡二月桂酸酯为原料，采用自乳化法制备水性硝化纤维素乳液；

S2、以钛酸丁酯、乙酸、中空玻璃微球为原料，采用溶胶-胶凝法制备改性中空玻璃微珠；

S3、将水、润湿剂、分散剂、流平剂和1/2的消泡剂加入混合装置中250r/min低速搅拌10min，然后加入颜填料1500r/min高速搅拌25min，再将水性硝化纤维素乳液、成膜助剂、硅烷偶联剂和剩余消泡剂加入混合装置中500r/min低速搅拌30min，得到混合浆料；

S4、向混合浆料中缓慢加入改性中空玻璃微珠300r/min低速搅拌2h，然后加入增稠剂500r/min低速搅拌1h，得到节能环保绿色建筑材料。

上述步骤S1中水性硝化纤维素乳液的制备方法包括以下步骤：

S101、将异佛尔酮二异氰酸酯15份和聚乙二醇400份2份加入反应器中，水浴升温至70℃，缓慢滴加二丁基锡二月桂酸酯2份，恒温下反应1-2h得到预聚体A；

S102、先用丁酮使硝化纤维素35份完全溶解，然后将聚乙二醇2000 5份、消化纤维素溶液和环氧树脂E-44 12份加入反应器中，升温至80℃反应，直至反应完全；

S103、反应完全后，将温度降低到55℃，均匀缓慢加入蒸馏水，高速搅拌25min得到白色乳液，通过减压蒸馏的方法除去乳液中的有机溶剂丁酮，得到水性硝化纤维素乳液。

上述步骤S2中改性中空玻璃微珠的制备方法具体包括以下步骤：

S201、将无水乙醇与钛酸丁酯加入反应器中，然后加入乙酸作为螫合剂，室温条件下2000r/min高速搅拌混合，得到溶液A；

S202、在搅拌条件下，将乙醇溶液匀速滴加到溶液A中，滴定完成后在室温条件下将混合溶液静置陈化4h，得到浅黄色透明溶胶；

S203、向上述溶胶中加入中空玻璃微珠，在400r/min低速搅拌混合，得到溶液B，将溶液B静置、分离、干燥、高温煅烧即得TiO

实施例2

一种节能环保绿色建筑材料的制备方法，该节能环保绿色建筑材料包括以下重量份原料：水性硝化纤维素乳液60份、改性中空玻璃微珠25份、颜填料10份、润湿剂1.2份、分散剂4份、流平剂2份、增稠剂8份、消泡剂0.5份、硅烷偶联剂1份、成膜助剂6份和水120份，其制备方法具体包括以下步骤：

S1、以消化纤维素、异佛尔酮二异氰酸酯、环氧树脂E-44、聚乙二醇、二丁基锡二月桂酸酯为原料，采用自乳化法制备水性硝化纤维素乳液；

S2、以钛酸丁酯、乙酸、中空玻璃微球为原料，采用溶胶-胶凝法制备改性中空玻璃微珠；

S3、将水、润湿剂、分散剂、流平剂和1/2的消泡剂加入混合装置中500r/min低速搅拌10min，然后加入颜填料1800r/min高速搅拌25min，再将水性硝化纤维素乳液、成膜助剂、硅烷偶联剂和剩余消泡剂加入混合装置中500r/min低速搅拌25min，得到混合浆料；

S4、向混合浆料中缓慢加入改性中空玻璃微珠500r/min低速搅拌1.5h，然后加入增稠剂400r/min低速搅拌1h，得到节能环保绿色建筑材料。

其中，步骤1中水性硝化纤维素乳液的制备方法及步骤S2中改性中空玻璃微珠的制备方法同实施例1。

实施例3

一种节能环保绿色建筑材料的制备方法，该节能环保绿色建筑材料包括以下重量份原料：水性硝化纤维素乳液45份、改性中空玻璃微珠20份、颜填料12份、润湿剂1份、分散剂3份、流平剂1.5份、增稠剂10份、消泡剂0.2份、硅烷偶联剂2份、成膜助剂5份和水85份，其制备方法具体包括以下步骤：

S1、以消化纤维素、异佛尔酮二异氰酸酯、环氧树脂E-44、聚乙二醇、二丁基锡二月桂酸酯为原料，采用自乳化法制备水性硝化纤维素乳液；

S2、以钛酸丁酯、乙酸、中空玻璃微球为原料，采用溶胶-胶凝法制备改性中空玻璃微珠；

S3、将水、润湿剂、分散剂、流平剂和1/2的消泡剂加入混合装置中400r/min低速搅拌5min，然后加入颜填料2000r/min高速搅拌20min，再将水性硝化纤维素乳液、成膜助剂、硅烷偶联剂和剩余消泡剂加入混合装置中400r/min低速搅拌20min，得到混合浆料；

S4、向混合浆料中缓慢加入改性中空玻璃微珠400r/min低速搅拌2h，然后加入增稠剂400r/min低速搅拌1h，得到节能环保绿色建筑材料。

其中，步骤1中水性硝化纤维素乳液的制备方法及步骤S2中改性中空玻璃微珠的制备方法同实施例1。

实施例4

一种节能环保绿色建筑材料的制备方法，该节能环保绿色建筑材料包括以下重量份原料：水性硝化纤维素乳液55份、改性中空玻璃微珠24份、颜填料10份、润湿剂1.6份、分散剂4.5份、流平剂1份、增稠剂6份、消泡剂1.5份、硅烷偶联剂1.2份、成膜助剂8份和水105份，其制备方法具体包括以下步骤：

S1、以消化纤维素、异佛尔酮二异氰酸酯、环氧树脂E-44、聚乙二醇、二丁基锡二月桂酸酯为原料，采用自乳化法制备水性硝化纤维素乳液；

S2、以钛酸丁酯、乙酸、中空玻璃微球为原料，采用溶胶-胶凝法制备改性中空玻璃微珠；

S3、将水、润湿剂、分散剂、流平剂和1/2的消泡剂加入混合装置中300r/min低速搅拌10min，然后加入颜填料1500r/min高速搅拌30min，再将水性硝化纤维素乳液、成膜助剂、硅烷偶联剂和剩余消泡剂加入混合装置中300r/min低速搅拌20min，得到混合浆料；

S4、向混合浆料中缓慢加入改性中空玻璃微珠300r/min低速搅拌2h，然后加入增稠剂300r/min低速搅拌1h，得到节能环保绿色建筑材料。

其中，步骤1中水性硝化纤维素乳液的制备方法及步骤S2中改性中空玻璃微珠的制备方法同实施例1。

对比例1

将实施例1中节能环保绿色建筑材料原料中的水性硝化纤维素乳液换为水性丙烯酸乳液，将改性中空玻璃微球换为未改性的中空玻璃微球，其他成分不变，进行涂料制备，包括以下步骤：

S1、将水、润湿剂、分散剂、流平剂和1/2的消泡剂加入混合装置中250r/min低速搅拌10min，然后加入颜填料1500r/min高速搅拌25min，再将水性丙烯酸乳液、成膜助剂、硅烷偶联剂和剩余消泡剂加入混合装置中500r/min低速搅拌30min，得到混合浆料；

S2、向混合浆料中缓慢加入中空玻璃微珠300r/min低速搅拌2h，然后加入增稠剂500r/min低速搅拌1h，得到保温涂料。

性能检测

1、检测项目

(1)涂膜干燥时间测试

参照标准GB1728-79执行，其中涂膜表干时间测试采用指触法，涂膜的实干时间采用压棉球法。

(2)涂膜硬度测试

参照标准GB/T6739，在涂膜表面用已知硬度标号的铅笔刮画，以能在涂膜表面留下印记的铅笔所标示的硬度标号来表示所测涂膜硬度。

(3)涂膜耐水性测试

在容器中加入适量的去离子水，使水温保持为40±1℃不变，将三块式样每块的2/3浸到槽中，待240h后，将式样取出，用吸水纸或脱脂棉除去表面可见的水分，观察并记录涂膜是否存在脱落、起皱、变色、失光、气泡等现象。参照标准GB/T1733-1993测定。

(4)涂膜附着力测试

参照标准GB9286-88执行，用划格法测试，用齿间间距为1mm的百格刀划拉出规格为10×10的100个方格，去除被百格刀拉下的涂膜，用胶带覆盖在格子表面，快速拉开，观察记录并计算涂膜被拉脱落的情况，对附着力进行评级。

(5)隔热性能检测

按照JG/T235-2008《建筑反射隔热涂料》中的制作方法，制备简易涂膜综合隔热性能测定装置，加热光源是275W功率的加热灯，距离涂膜位置25cm，测温室除了上端放置待测试样的位置，其它部位可看做绝热，温度计显示的是测温室内的温度。仪器是模仿在太阳光照射下，不同外墙涂膜对应的室内温度变化情况。实验时将室温控制在25℃，相当于建筑物周围的环境温度恒定，空白板相当于裸露的外墙，待测试样相当于涂了隔热涂料的外墙，对模拟室内温度变化的测温室进行温度测试。实验时，用待测试样或空白板密封盖住测温室，接通加热灯电源，每3min记录一次测温室温度至温度稳定不变，绘制温度升高曲线，用于隔热性能比较。

2、检测数据与结果

(1)将实施例1-4中制备的节能环保绿色建筑材料和对比例1中制备的保温涂料进行上述性能检测，得到数据见表1和图6：

表1节能环保绿色建筑材料性能测试结果

由表1可以看出本发明实施例1-4中制备的节能环保绿色建筑材料比采用水性丙烯酸乳液和未改性的中空玻璃微珠制备的保温材料综合性能均有显著提高，具有固化时间断、表面硬度高、耐水性强和表面附着能力强的特点。

由图6可以看出本发明实施例1-4中制备的节能环保绿色建筑材料具有较好的保温性能，样板隔热温差最大可以可达8.7℃，隔热效果明显。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、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。