建筑節(jié)能材料調(diào)研目錄建筑節(jié)能材料調(diào)研 1一. 中空玻璃 21. 簡(jiǎn)介 22. 基本結(jié)構(gòu) 23. 優(yōu)點(diǎn) 34. 應(yīng)用 35. 存在問(wèn)題 36. 解決方案 4二. 納米二氧化硅氣凝膠 41. 簡(jiǎn)介 42. 優(yōu)點(diǎn) 43. 存在問(wèn)題 4三. 納米氧化硅氣凝膠填充中空玻璃 51. 簡(jiǎn)介 52. 研究現(xiàn)狀 63. 存在問(wèn)題 8四. 解決方案 8五. 國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)匯總 91. 國(guó)內(nèi)專利 92. 國(guó)外專利 103. 學(xué)位論文 11中空玻璃簡(jiǎn)介中空玻璃由美國(guó)人于1865年發(fā)明，是一種良好的隔熱、隔音、美觀適用、并可降低建筑物自重的新型建筑材料，它是用兩片（或三片）玻璃，使用高強(qiáng)度高氣密性復(fù)合粘結(jié)劑，將玻璃片與內(nèi)含干燥劑的鋁合金框架粘結(jié)，制成的高效能隔音隔熱玻璃。中空玻璃多種性能優(yōu)越于普通雙層玻璃，因此得到了世界各國(guó)的認(rèn)可，中空玻璃是將兩片或多片玻璃以有效支撐均勻隔開并周邊粘結(jié)密封，使玻璃層間形成有干燥氣體空間的玻璃制品。其主要材料是玻璃、鋁間隔條、彎角栓、丁基橡膠、聚硫膠、干燥劑。基本結(jié)構(gòu)中空玻璃是由兩層或多層平板玻璃構(gòu)成。四周用高強(qiáng)高氣密性復(fù)合粘結(jié)劑，將兩片或多片玻璃與密封條、玻璃條粘接、密封。中間充入干燥氣體，框內(nèi)充以干燥劑，以保證玻璃片間空氣的干燥度?？梢愿鶕?jù)要求選用各種不同性能的玻璃原片，如無(wú)色透明浮法玻璃壓花玻璃、吸熱玻璃、熱反射玻璃、夾絲玻璃、鋼化玻璃等與邊框（鋁框架或玻璃條等），經(jīng)膠結(jié)、焊接或熔接而制成。其結(jié)構(gòu)如圖雙層中空玻璃剖面圖。中空玻璃可采用3、4、5、6、8、10、12mm厚片度原片玻璃，空氣層厚度可采用6、9、12mm間隔。優(yōu)點(diǎn)中空玻璃因?yàn)樘厥獾慕Y(jié)構(gòu)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：①較大的節(jié)能效果。高性能中空玻璃，由于有一層特殊的金屬膜，可達(dá)到0.22-0.49遮蔽系數(shù)，使室內(nèi)空調(diào)（冷氣）負(fù)載減輕。傳熱系數(shù)1.4-2.8W（m2.K），比普通中空玻璃好。對(duì)減輕室內(nèi)暖氣負(fù)荷，同樣發(fā)揮很大效率。因此，窗戶開得越大，節(jié)能效果越明顯。②改善室內(nèi)環(huán)境高性能中空玻璃可以攔截由太陽(yáng)射到室內(nèi)的相當(dāng)?shù)哪芰?，因而可以防止因輻射熱引起的不舒適感和減輕夕照陽(yáng)光引起的目眩。③豐富的色調(diào)和藝術(shù)性高性能中空玻璃有多種色彩，可以根據(jù)需要選用色彩，以達(dá)到更理想的藝術(shù)效果。④高性能中空玻璃用途適用于辦公大樓、展覽室、圖書館等公共設(shè)施和像計(jì)算機(jī)房、精密儀器車間、化學(xué)工廠等要求恒溫恒濕的特殊建筑物。另外也可以用于防曬和防夕照目眩的地方。應(yīng)用中空玻璃主要用于需要采暖、空調(diào)、防止噪音或結(jié)露以及需要無(wú)直射陽(yáng)光和特殊光的建筑物上。廣泛應(yīng)用于住宅、飯店、賓館、辦公樓、學(xué)校、醫(yī)院、商店等需要室內(nèi)空調(diào)的場(chǎng)合。也可用于火車、汽車、輪船、冷凍柜的門窗等處。存在問(wèn)題中空玻璃中間封入干燥空氣，因此根據(jù)溫度、氣壓的變化，內(nèi)部空氣壓力也隨之變化，但玻璃面上只產(chǎn)生很小的變形。另外，制造時(shí)可能產(chǎn)生微小翹曲，施工過(guò)程中也可能形成畸變。所以包括這樣一些因素在內(nèi)，有時(shí)對(duì)反射也相應(yīng)地有些變化，應(yīng)予以重視。選用顏色不同，反射也不盡相同。解決方案采用納米二氧化硅（SiO2）氣凝膠作為填充劑填入到中空玻璃的夾層中。納米二氧化硅氣凝膠簡(jiǎn)介納米二氧化硅（SiO2）氣凝膠是一種結(jié)構(gòu)可控的納米多孔輕質(zhì)材料，它具有納米結(jié)構(gòu)（孔洞1～100nm，骨架顆粒為1～20nm）、表面積大（最高可達(dá)800～1000m2/g）、孔洞率高（可高達(dá)80%～99.8%）等特點(diǎn)。納米SiO2氣凝膠獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特性使得氣凝膠在熱學(xué)、電學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)等方面具有奇異的性能。納米SiO2氣凝膠的導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)到0.013W/（m.K）以下，遠(yuǎn)低于常溫下空氣的導(dǎo)熱系數(shù)0.025W/（m.K），是所有固態(tài)材料中隔熱性能最好的一種，且密度低、防水阻燃、綠色環(huán)保、防酸堿、耐腐蝕、不易老化、使用壽命長(zhǎng)，是其他傳統(tǒng)材料所無(wú)法比擬的，產(chǎn)品具有很高的附加值，因此被稱為超級(jí)保溫材料，這些奇異性能使之在很多領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用潛力，例如建筑節(jié)能、能源、環(huán)保、航空航天、輸油管道、太陽(yáng)能集熱、爐窯保溫等領(lǐng)域。優(yōu)點(diǎn)由于二氧化硅氣凝膠有低熱導(dǎo)率、低密度、良好的透光性、化學(xué)穩(wěn)定性和環(huán)保性等優(yōu)點(diǎn)，所以考慮把氧化硅氣凝膠作為建筑節(jié)能材料的主要考慮填充劑。存在問(wèn)題近年來(lái)，國(guó)外絕熱保溫材料發(fā)展明顯加快，由于整體納米技術(shù)的發(fā)展，又激發(fā)起了人們對(duì)納米孔超級(jí)絕熱材料的重視，美國(guó)和歐洲各國(guó)的研究異常活躍，日本及韓國(guó)也進(jìn)行了較多的開發(fā)。美國(guó)阿斯彭公司（ASPEN）對(duì)納米SiO2氣凝膠隔熱的研究較早，對(duì)納米SiO2氣凝膠隔熱機(jī)理認(rèn)識(shí)比較深刻，主要針對(duì)柔性納米SiO2氣凝膠隔熱產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用。但是，美國(guó)納米SiO2氣凝膠產(chǎn)品對(duì)中國(guó)卻是完全禁用的。國(guó)內(nèi)的同濟(jì)大學(xué)、廈門大學(xué)、北京科技大學(xué)對(duì)納米SiO2氣凝膠也有研究，但都僅限于基礎(chǔ)研究領(lǐng)域。浙江的紹興市納諾高科有限公司率先將納米SiO2氣凝膠產(chǎn)業(yè)化，但該公司在生產(chǎn)過(guò)程中要用到價(jià)格昂貴的有機(jī)硅作為原料，同時(shí)還要應(yīng)用投資較大的超臨界技術(shù)，因此生成的納米SiO2氣凝膠價(jià)格非常昂貴（高達(dá)2000～3000元/kg），限制了其使用范圍。目前，如何優(yōu)化和改善納米SiO2氣凝膠的生產(chǎn)工藝，降低生產(chǎn)成本，是納米SiO2氣凝膠大面積成功應(yīng)用于建筑材料的關(guān)鍵。基于上述研究目標(biāo)，一直致力于高效節(jié)能、防火安全的建筑保溫體系開發(fā)的北京建筑材料科學(xué)研究總院有限公司，近幾年通過(guò)與國(guó)際知名的氣凝膠生產(chǎn)商技術(shù)合作，利用水玻璃作為原料，摒棄超臨界干燥等復(fù)雜工藝而選用常溫常壓干燥的技術(shù)制備納米SiO2氣凝膠，極大地降低了氣凝膠的制造成本（30-50元/kg），使得納米SiO2氣凝膠在建筑材料領(lǐng)域的大面積應(yīng)用成為了可能。納米SiO2氣凝膠經(jīng)過(guò)玻璃纖維等耐熱纖維骨架復(fù)合后，將成為最好的固體保溫隔熱材料。以下將超臨界干燥技術(shù)與常溫常壓干燥技術(shù)2種技術(shù)進(jìn)行比較。超臨界（SuperCritical）干燥技術(shù)工藝的不足與缺點(diǎn)主要表現(xiàn)為，現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)是使用離子交換樹脂，采用SuperCritical生產(chǎn)技術(shù)設(shè)備，具有高溫、高壓的危險(xiǎn)隱患，生產(chǎn)設(shè)備費(fèi)用高，初期投資費(fèi)用高，不能連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)時(shí)間周期長(zhǎng)。常溫常壓干燥技術(shù)工藝則不使用任何離子交換樹脂，脫水/防水化的工藝變成一個(gè)階段（即干燥過(guò)程中脫水與疏水同時(shí)進(jìn)行），提高了效率，工程進(jìn)度時(shí)間也縮短不少，常溫常壓下生產(chǎn)所需時(shí)間是4～5h（原工藝需要100h以上），具備持續(xù)性大量生產(chǎn)的能力；減少利用防水化材料，程序費(fèi)用減少了；以水玻璃為原料，成本較低，成品具有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，僅為原來(lái)的1/10-1/8。2種工藝過(guò)程迥異，但制備的納米SiO2氣凝膠性能卻基本一致，2種工藝制備的納米SiO2氣凝膠技術(shù)指標(biāo)比較見表2所示。由此可以看出，常溫干燥工藝技術(shù)具有很好的創(chuàng)新性，生產(chǎn)出的產(chǎn)品性能能夠滿足需要，且具有較高的性價(jià)比。納米氧化硅氣凝膠填充中空玻璃簡(jiǎn)介在雙層玻璃中間填充透明保溫材料，是降低通過(guò)玻璃層傳熱的方法。納米SiO2氣凝膠材料有很小的孔結(jié)構(gòu)，比可見光的波長(zhǎng)小很多。在納米SiO2氣凝膠中，約占?xì)饽z體積95%～99%的空氣存于比空氣平均自由路徑還小的細(xì)孔中。由于納米SiO2氣凝膠具有足夠的抗壓強(qiáng)度，能平衡外界氣壓，故由納米SiO2氣凝膠制備的玻璃，既滿足熱絕緣性能要求，也滿足光學(xué)性能要求，從外觀和透明度看，和普通玻璃相似，但是它耐熱性極高、阻燃、抗放射性輻射，還可以調(diào)色和吸音。研究現(xiàn)狀以下專利資料羅列了納米氧化硅氣凝膠填充到中空玻璃這一技術(shù)的研究現(xiàn)狀：題目單位主要內(nèi)容主要參數(shù)制備工藝備注含SiO2氣凝膠納米絕熱材料的節(jié)能窗上海暄洋化工材料科技有限公司1.SiO2氣凝膠納米絕熱材料由SiO2氣凝膠及其與硅酸鈣纖維、陶瓷微珠、玻璃纖維、硅酸鎂鋁的復(fù)合產(chǎn)物；2.本節(jié)能窗具有產(chǎn)熱系數(shù)小，保證采光等優(yōu)點(diǎn)，可適用于各種天窗和玻璃幕墻工程上1.氧化硅氣凝膠納米絕熱材料厚度為10-50mm；2.氧化硅氣凝膠納米絕熱材料熱導(dǎo)率低于0.08w/(m.K)一種超快速制備高透明性氣凝膠玻璃的方法廈門納美特新材料科技有限公司1.在2小時(shí)之內(nèi)完成SiO2氣凝膠玻璃制備，生產(chǎn)效率和成品率都有挺高；2.SiO2氣凝膠可見光透過(guò)率大于76%，熱導(dǎo)率低于0.018w/m.K1.SiO2氣凝膠可見光透過(guò)率大于76%，熱導(dǎo)率低于0.018w/m.K利用TEOS等硅源先驅(qū)體和乙醇等溶劑制備二氧化硅溶膠，放入超臨界干燥釜中，經(jīng)過(guò)快速升溫、保壓、快速泄壓過(guò)程，制備出完整度好的氣凝膠玻璃2h溶膠凝膠，48h凝膠老化，22h干燥，總計(jì)72h一種建筑節(jié)能玻璃長(zhǎng)沙星納氣凝膠有限公司1.在兩片平板玻璃之間填充透明絕熱SiO2氣凝膠板，制成節(jié)能玻璃；2.與中空玻璃相比，有較高的保溫性能及透光率；與真空玻璃相比，有相近的保溫性能，單大大延長(zhǎng)了使用壽命1.SiO2氣凝膠室溫?zé)釋?dǎo)率為0.010-0.018w/(m.K),厚度為15mm時(shí)，可見光透過(guò)率大于80%，厚度為10mm時(shí)，可見光透過(guò)率大于89%，超臨界干燥一種節(jié)能玻璃窗信義玻璃工程（東莞）有限公司1.在兩片平板玻璃之間的密封空腔內(nèi)填充氧化硅氣凝膠，使節(jié)能玻璃有更好的隔熱性能；2.節(jié)能玻璃采用單道密封，采用金屬框架與膠條組成的復(fù)合膠條，并在所述膠條的周邊黏結(jié)封邊膠1.SiO2氣凝膠室溫?zé)釋?dǎo)率小于0.010/(m.K)一體化透明絕熱SiO2氣凝膠復(fù)合玻璃長(zhǎng)沙星納氣凝膠有限公司，東莞市創(chuàng)一新材料科技有限公司1.一體化透明絕熱SiO2氣凝膠復(fù)合玻璃，包括兩塊平板玻璃之間的絕熱透明SiO2氣凝膠及氣凝膠周圍的復(fù)合間隔體、密封膠2.具有較好的隔熱保溫、透明和隔聲性能，且工藝簡(jiǎn)單、效率高，成本低1.SiO2氣凝膠室溫?zé)釋?dǎo)率小于0.020/(m.K)，可見光透光率高于87%利用TEOS等硅源先驅(qū)體和乙醇等溶劑制備二氧化硅溶膠，后進(jìn)行超臨界干燥老化1-5天左右一種二氧化硅氣凝膠材料及其制備方法航天特種材料及工藝技術(shù)研究所1.提供一種透光、隔熱保溫、隔聲的新型二氧化硅氣凝膠材料及制備方法，最優(yōu)可獲得800×800×20mm塊狀氧化硅氣凝膠，添加到夾層玻璃的夾層中1.SiO2氣凝膠室溫?zé)釋?dǎo)率小于0.011/(m.K)，可見光透光率為91%利用正硅酸甲酯作為硅源先驅(qū)體和乙醇等溶劑制備二氧化硅溶膠，后在反應(yīng)釜中進(jìn)行超臨界干燥老化12-120h,疏水化12-120h這些專利資料都顯示出原料都使用有機(jī)硅源，干燥方式都用超臨界干燥制備，其中有些專利制備的信息并不完整。存在問(wèn)題（1）氧化硅氣凝膠的疏水性因普通的SiO2氣凝膠具有表面開放多孔結(jié)構(gòu)以及親水性基團(tuán)硅羥基，使得SiO2氣凝膠非常容易吸收水或水蒸氣，造成材料的載荷大量增加，抗張強(qiáng)度大幅度降低，有時(shí)甚至?xí)?dǎo)致SiO2氣凝膠開裂直至完全損壞。目前，由于制備需要高溫高壓或高壓的超臨界干燥設(shè)備，以及價(jià)格昂貴的醇鹽原料，如正硅酸乙酯或正硅酸甲酯等，納米SiO2氣凝膠作為隔熱材料的發(fā)展受到限制，僅在航天領(lǐng)域或高檔設(shè)備儀器中得到應(yīng)用。因此，如何改性納米SiO2氣凝膠，使其由親水變?yōu)槭杷ㄟ^(guò)常壓干燥并保持氣凝膠獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，開發(fā)出節(jié)能隔熱新型建筑材料顯得至關(guān)重要。（2）氧化硅氣凝膠成本納米SiO2氣凝膠成本在建筑領(lǐng)域，納米SiO2氣凝膠合成應(yīng)用成本過(guò)高，只有降低納米SiO2氣凝膠的生產(chǎn)成本，才能使得這種新型的功能材料得到廣泛應(yīng)用。由于超臨界干燥設(shè)備需要的投資大、成本高、高壓設(shè)備操作危險(xiǎn)，因此通常采用常壓干燥設(shè)備來(lái)解決上述問(wèn)題。但常壓干燥工藝用于大規(guī)模生產(chǎn)氣凝膠時(shí)，如何穩(wěn)定地提高反應(yīng)速度，加快改性液的滲透性，以及以什么形式應(yīng)用于建筑，都是目前急需解決的問(wèn)題。解決方案現(xiàn)用替換原料（硅源）正硅酸乙酯水玻璃干燥方式超臨界干燥常壓干燥存在問(wèn)題氧化硅氣凝膠成本過(guò)高制備時(shí)含有大量的水，容積交換消耗能源，難擁有超疏水性能，操作性變復(fù)雜解決方法采用廉價(jià)的水玻璃作為硅源，常壓干燥制備氧化硅氣凝膠用成本低且安全的六甲基二硅醚和鹽酸等混合液進(jìn)行表面改性，使之疏水。國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)匯總國(guó)內(nèi)專利序號(hào)題目單位發(fā)明人申請(qǐng)日主要內(nèi)容備注1含SiO2氣凝膠納米絕熱材料的節(jié)能窗上海暄洋化工材料科技有限公司汪慶鋒汪培慶等2007.12.271.SiO2氣凝膠納米絕熱材料由SiO2氣凝膠及其與硅酸鈣纖維、陶瓷微珠、玻璃纖維、硅酸鎂鋁的復(fù)合產(chǎn)物；2.本節(jié)能窗具有產(chǎn)熱系數(shù)小，保證采光等優(yōu)點(diǎn)，可適用于各種天窗和玻璃幕墻工程上2一種超快速制備高透明性氣凝膠玻璃的方法廈門納美特新材料科技有限公司余煜璽，賴德林等2012.10.171.在2小時(shí)之內(nèi)完成SiO2氣凝膠玻璃制備，生產(chǎn)效率和成品率都有挺高；2.SiO2氣凝膠可見光透過(guò)率大于76%，熱導(dǎo)率低于0.018w/m.K有機(jī)硅源，超臨界干燥3一種建筑節(jié)能玻璃長(zhǎng)沙星納氣凝膠有限公司盧斌，盧孟磊2012.6.51.在兩片平板玻璃之間填充透明絕熱SiO2氣凝膠板，制成節(jié)能玻璃；2.與中空玻璃相比，有較高的保溫性能及透光率；與真空玻璃相比，有相近的保溫性能，單大大延長(zhǎng)了使用壽命超臨界干燥4一種節(jié)能玻璃窗信義玻璃工程（東莞）有限公司董清世，辛崇飛2009.3.201.在兩片平板玻璃之間的密封空腔內(nèi)填充氧化硅氣凝膠，使節(jié)能玻璃有更好的隔熱性能；2.節(jié)能玻璃采用單道密封，采用金屬框架與膠條組成的復(fù)合膠條，并在所述膠條的周邊黏結(jié)封邊膠5一體化透明絕熱SiO2氣凝膠復(fù)合玻璃長(zhǎng)沙星納氣凝膠有限公司，東莞市創(chuàng)一新材料科技有限公司盧斌，盧孟磊2011.2.251.一體化透明絕熱SiO2氣凝膠復(fù)合玻璃，包括兩塊平板玻璃之間的絕熱透明SiO2氣凝膠及氣凝膠周圍的復(fù)合間隔體、密封膠2.具有較好的隔熱保溫、透明和隔聲性能，且工藝簡(jiǎn)單、效率高，成本低有機(jī)硅源，超臨界干燥6一種二氧化硅氣凝膠材料及其制備方法航天特種材料及工藝技術(shù)研究所金兆國(guó)，詹萬(wàn)初等2011.11.251.提供一種透光、隔熱保溫、隔聲的新型二氧化硅氣凝膠材料及制備方法，最優(yōu)可獲得800×800×20mm塊狀氧化硅氣凝膠，添加到夾層玻璃的夾層中有機(jī)硅源，超臨界干燥國(guó)外專利序號(hào)題目單位發(fā)明人申請(qǐng)日主要內(nèi)容1Integratedandtransparentheatinsulationsilicaaerogelcompositeglasscomprisestwosheetsofplateglass,atransparentheatinsulatingsilicaaerogellocatedbetweentwosheetsofplateglassandacompositespaceraroundtheaerogelCHANGSHAXINGNAAEROGELCOLTD\o"查找此發(fā)明人的更多記錄"LUB,\o"查找此發(fā)明人的更多記錄"LUM2011.11.141.Theapertureofsilicaaerogelis5-20nm,theporosityisabove93%,thepenetrationrateofthevisuallightishigherthan97%andtheheatconductivityislessthan0.020W/m2k.；2.Theplateglassis3-15mminthickness.Thespacebetweentwosheetsofplateglassis3-20nm.Thesealantistwo-componentsiliconesealantortwo-componentpolysulfidesealant.2Bodyforuseastransparentpanel,ismadeofsilicaaerogelmaterial,wherecontainmentmaterialsurroundsbody,andisselectedfromgroupconsistingoftransparentmaterials,plasticsheetsandglasssheetsAIRGLASSAB\o"查找此發(fā)明人的更多記錄"GULLBERGL2009.1.81.Inthebody,thewavelengthshifterismixedinthesilicaaerogelmaterial.Thebodyisevacuatedandsuper-insulatingandhasathermalconductivitylambda,whichis0.007W/(mxK)orless.2.Inthebody,anencasingmaterialsurroundsthebody.Theencasingmaterialistransparentmaterials,plasticfoils,glasspanelsorplasticsheets.學(xué)位論文序號(hào)題目單位作者日期備注1《用水玻璃制備高質(zhì)量納米多孔材料的研究》同濟(jì)大學(xué)波耳固體物理研究所王際超倪星元2007全國(guó)無(wú)機(jī)硅化物行業(yè)年會(huì)論文集水玻璃常壓干燥2《常壓干燥制備低密度、高性能介孔硅氣凝膠的研究》長(zhǎng)安大學(xué)畢偉濤2010.6.9水玻璃常壓低溫干燥3.《以工業(yè)水玻璃為原料制備納米孔SiO2氣凝膠塊體材料》北京科技大學(xué)倪文梁濤《河南化工》2007年第24卷水玻璃為為硅源，采用三甲基氯硅烷溶液對(duì)二氧化硅水凝膠進(jìn)行