成果简介本技术对现有的陶粒泡沫轻混凝土进行了改进， 获得成本低廉， 环保效果好，保温、 高强、 抗震的轻混凝土及轻混凝土墙板产品。上述轻混凝土加工成本同普通混凝土， 且加工和施工灵活， 可以直接浇注为建筑的轻混凝土构件， 也可以在工厂加工为轻质墙材的墙板和砌块， 配以专门高性能保温砂浆去建造自保温和抗震建筑， 大幅度减轻地基的荷载。该轻混凝土采用我校首先提出的轻质材料改性技术， 具有很大的技术优势，在结构材料的自保温、 抗震、 防火、 防水、 隔音， 以及大幅度降低住宅产业化的建造成本方面极具竞争力， 可使住宅产业化建筑的 PC 装配件的搬运成本降低 1/3以上。 该技术可以直接发展为高强轻混凝土制品， 如现浇轻混凝土、 轻混凝土砌块、 围护和分户隔墙用的系列轻质混凝土墙板， 用于建筑行业， 实现建筑节能70%以上的目标。 另外该技术中的 ECC 技术还可以用于高性能干混砂浆， 污泥陶粒还可以作为污水处理用的生物膜滤料和人工湿地的填充床骨料。成熟程度和所需建设条件污泥陶粒的加工已经完成竖炉和回转窑烧成的中试生产， 六安和镇江某陶粒加工企业已经开始用回转窑加工污泥烧胀陶粒。 用污泥陶粒原位发泡混凝土加工出的轻质墙板已经采用在住宅产业化的示范建筑上， 取得明显的建筑节能降耗的效果。所需建设条件： 1） 附近有污水处理厂和电厂， 分别提供水处理剩余污泥（湿泥） 和粉煤灰粗渣作为加工污泥陶粒的主要原料； 2） 轻混凝土的加工手段同普通混凝土加工手段， 墙板的生产可以采用立模生产工艺和平模浇注生产工艺， 其中平模浇注生产工艺可以自动化连续生产， 上述两个生产工艺设备目前已属成熟生产工艺设备， 安工大提出的平模浇注生产工艺已经申请发明专利。完整生产工艺的主要投资设备有： 1） 搅泥设备； 2） 成球机； 3） 烧成设备（回转窑或竖炉）； 4） 混凝土搅拌设备； 5） 墙板机（平模或立模）； 6） 养护设备。技术指标污泥陶粒的技术指标如下： 粒度 5-10mm； 筒压强度 3-8MPa； 吸水率≤10%，重金属溶出无害。墙 板 的 技 术 指 标 ： 导 热 系 数 ≤0.1W/m· K ； 抗 压 强 度 ≥5MPa ； 容 重≤800kg/cm3， 其余指标满足相关国标要求。市场分析和应用前景目前从建筑节能和节约土地的需要角度出发， 需要使用大量的轻质建筑材料使建筑能满足保温指标合格和使楼层加高需求， 同时多地区处于地震带更需要轻质、 高强、 整体性好的混凝土基建筑材料， 因此对作为轻质建材的主要基础材料轻骨料的依赖性越来越强。正在我国兴起的住宅产业化和目前普遍采用的框架结构建筑需要墙体在构造时结合点少、 整体性好、 建造速度快， 因此围护墙体、 分户墙体、 各类隔墙开始大规模需要低成本高性能的组装式轻质墙板， 因此上述产品的市场需要是越来越大。本项目开发的轻质骨料和轻质墙板都是建立在用水处理污泥和粉煤灰粗渣两种废弃物作为主原料的基础之上， 因此加工成本低廉、 加工过程具有显著的环保效果， 因此污泥陶粒和污泥陶粒基轻质墙板为具有很好市场前景的绿色建材产品， 尤其是在陶粒生产中直接采用湿污泥作为原料进行陶粒坯体加工， 解决了目前污泥干化难的问题， 使整个污泥陶粒及轻质墙板的加工成本比其他陶粒产品降低了 30%以上， 因此具有较好的市场前景。另外污泥陶粒还可以作为水处理用的滤料和各种人造湿地的填料。社会经济效益分析建设一条年产 3 万立方米污泥陶粒的生产线可以基本消纳一个中等城市污水处理厂的水处理湿态剩余污泥的合理处置问题， 彻底根治了水处理污泥的二次污染， 具有极高的环保价值。 后续产品轻质墙板使用后可以使墙体达到建筑节能70%以上的目标， 且可以减轻地基的承载， 使建筑整体性好， 因此具有很强的抗震作用。 污泥陶粒及轻质墙板可以同时解决污泥、 粉煤灰固废的资源化问题、 消除其二次污染问题， 且后端产品的节能降耗和减少二氧化碳排放效果显著， 抗震性能好， 因此社会效益极为显著。知识产权及成果获奖情况（1） “水处理污泥陶粒的低能耗加工” 项目， 2011 年通过了省科技厅组织专家验收鉴定， 评定成绩为优秀。（2）“水处理污泥资源化之陶粒产品的关键技术研究” 项目， 2013 年通过了省教育厅组织专家验收鉴定， 评定成绩为优秀。（3）“水处理污泥陶粒的低能耗加工” 获得了 2012 安徽省科技成果证书。（ 4） “ 一种用废纸造纸污泥制备陶粒的方法”， 发明专利， 专利号：ZL200810155372.6合作方式合作开发、 受托开发联系方式材料科学与工程学院 樊传刚电话： 0555-2311570； 手机： 13855578005； E-mail/ chgfan@ahut.edu.cn。

本技术对现有的陶粒泡沫轻混凝土进行了改进，获得成本低廉，环保效果好，保温、高强、抗震的轻混凝土及轻混凝土墙板产品。上述轻混凝土加工成本同普通混凝土，且加工和施工灵活，可以直接浇注为建筑的轻混凝土构件，也可以在工厂加工为轻质墙材的墙板和砌块，配以专门高性能保温砂浆去建造自保温和抗震建筑，大幅度减轻地基的荷载。该轻混凝土采用我校首先提出的轻质材料改性技术，具有很大的技术优势，在结构材料的自保温、抗震、防火、防水、隔音，以及大幅度降低住宅产业化的建造成本方面极具竞争力，可使住宅产业化建筑的 PC 装配件的搬运成本降低 1/3以上。该技术可以直接发展为高强轻混凝土制品，如现浇轻混凝土、轻混凝土砌块、围护和分户隔墙用的系列轻质混凝土墙板，用于建筑行业，实现建筑节能70%以上的目标。另外该技术中的 ECC 技术还可以用于高性能干混砂浆，污泥陶粒还可以作为污水处理用的生物膜滤料和人工湿地的填充床骨料。

发泡水泥构件是以普通硅酸盐水泥、硫铝酸水泥、粉煤灰等为主要原料，添加特制配方的发泡剂，在模箱里膨胀定型后，使用特制的自动切割设备切割成相应尺寸的发泡水泥构件。发泡水泥构件内部为蜂窝状闭孔结构，具有良好的保温性能、质轻、吸水率低、不燃、可锯可钉，是理想的A级防火保温材料，可广泛运用于防火隔离带、门芯板、内墙保温、屋面、楼面保温、楼道保温，用途极为广泛。 发泡水泥构件生产线主要由发泡搅拌机、切割机、热缩包装机、恒温养护设备、自动运输线及数十个铁板模箱等构成。基于可编程控制器（PLC）、工控上位机、称重、PID、温控等多种功能单元进行控制系统的硬件构成设计和软件监控组态、生产线顺序控制程序设计，以实现发泡水泥构件生产线自动控制。该生产线自动控制系统是综合应用现代机械电子、气压传动、自动控制、网络通信、组态监控等技术研发的一套自动化装备，系统具有动态实时运行显示，系统操作方便，工作稳定，可靠。

生产发泡聚丙烯的关键难点在于通用聚丙烯的熔体强度极低，在发泡过程中包裹不住气 体，而产生熔体破裂，不能发泡或发泡倍率很低。此外，发泡聚丙烯的生产方式和品种主要分 为挤出发泡聚丙烯、珠粒发泡聚丙烯以及注塑发泡聚丙烯三种，所有这些发泡聚丙烯都需要采 用高熔体强度聚丙烯作为原料才可能得到。可当今采用齐格勒-纳塔催化剂合成的通用大宗聚 丙烯树脂都属于线形半结晶高聚物，未融化之前是坚硬的固体，一旦融化后其熔体就几乎没有 强度，无法包裹气泡形成泡沫材料。要将通用聚丙烯改成高熔体强度，可以包裹气泡形成泡沫 材料的聚丙烯，世界上目前只有巴赛尔、北欧化工等少数公司拥有该技术。 反应挤出研究室从2000年即开始了发泡聚丙烯的研究。分别在聚丙烯分子链长枝化、基础 发泡理论以及与该理论相应的发泡工艺等几方面进行了深入的研究。本项目的研究抓住了问题 的核心，首先从聚丙烯分子链长枝化方面取得突破，获得了熔体强度以及可发性超出国外最优 秀产品的长枝化聚丙烯。并且完成了从基础理论、小试、中试到工业化技术路线确定的全过 程。 为了对发泡聚丙烯发展进行实质性的推动，我们对高熔体强度聚丙烯的下游产品挤出发泡 聚丙烯 (XPP) 、珠粒发泡聚丙烯 (EPP) 以及注塑发泡聚丙烯展开了全面的研究。着重进行了基 础发泡理论的研究，特别在建立聚丙烯拉伸黏度与聚丙烯泡沫可发性之间的对应关系，以及如 何通过工艺技术实现发泡过程等方面进行了大量深入的研究。

研发阶段/n内容简介：本项目以PVC树脂或植物纤维粉（稻壳、秸秆等）为主要原料，添加热稳定剂、填充剂、发泡剂和发泡助剂等辅助材料，通过高效塑化挤出和可控结皮发泡技术，生产硬质PVC微孔板材(包括普通板、印刷板和、覆膜板等，宽度400-1600mm，厚度3-25mm)。具有质轻、节能、难燃低烟、耐腐防潮、保温减震等特点和能钉、钻、刨、凿、铆、粘等木材加工特性，广泛用于装饰装潢、商贸广告、建筑、汽车、家具、交通运输等行业，对推动以塑代木、以塑代金属、节能环保等具有深远意义。经济效益：结皮PVC－U微发泡

发泡氯丁橡胶由于具有质轻、保温、柔软、防震等优点，在潜水衣、冲浪服、沙滩鞋、运动垫等体育用品中得到了广泛应用。与未发泡聚合物相比，发泡橡胶的相对强度和相对模量较低，尤其是尺寸稳定性差等缺点。因此，提高发泡橡胶材料的强度和尺寸稳定性，是研究的重要方向。与实心橡胶制品不同的是，海绵橡胶的性能除了受胶种、交联体系，填充体系等因素影响，海绵的泡孔结构对性能也有至关重要的影响。在橡胶发泡过程中同时进行着交联和发泡剂的分解两种化学反应，由于橡胶的交联会引起混炼胶的黏度、流变性能以及气体在其中的扩散性能发生改变。如何对发泡过程进行调控，使橡胶交联速率与发泡剂分解速率相互匹配是制备泡孔结构均匀高品质发泡橡胶的关键。研究表明在微孔复合材料中添加纳米填充物，有利于形成良好气泡结构与分布，进而产生良好的微观结构和强度/质量比。本项目采用两步模压方法，以金属氧化物为硫化体系，偶氮类有机发泡剂为主发泡体系，纳米陶土和碳酸钙为填充材料，制备出系列化的发泡氯丁橡胶产品，使其撕裂强度、拉伸强度、伸长率及压缩变形、热收缩率等性能均能达到国外同类产品的性能，从而替代进口。

发泡氯丁橡胶由于具有质轻、保温、柔软、防震等优点，在潜水衣、冲浪服、沙滩鞋、运动垫等体育用品中得到了广泛应用。与未发泡聚合物相比，发泡橡胶的相对强度和相对模量较低，尤其是尺寸稳定性差等缺点。因此，提高发泡橡胶材料的强度和尺寸稳定性，是研究的重要方向。与实心橡胶制品不同的是，海绵橡胶的性能除了受胶种、交联体系，填充体系等因素影响，海绵的泡孔结构对性能也有至关重要的影响。在橡胶发泡过程中同时进行着交联和发泡剂的分解两种化学反应，由于橡胶的交联会引起混炼胶的黏度、流变性能以及气体在其中的扩散性能发生改变。如何对发泡过程进行调控，使橡胶交联速率与发泡剂分解速率相互匹配是制备泡孔结构均匀高品质发泡橡胶的关键。研究表明在微孔复合材料中添加纳米填充物，有利于形成良好气泡结构与分布，进而产生良好的微观结构和强度/质量比。本项目采用两步模压方法，以金属氧化物为硫化体系，偶氮类有机发泡剂为主发泡体系，纳米陶土和碳酸钙为填充材料，制备出系列化的发泡氯丁橡胶产品，使其撕裂强度、拉伸强度、伸长率及压缩变形、热收缩率等性能均能达到国外同类产品的性能，从而替代进口。

超临界二氧化碳（SCCO2）具有安全性高、环保、成本低等突出优点,是氟氯烃类发泡剂最有潜力的替代物。但由于二氧化碳在聚苯乙烯中的溶解度较低,且扩散系数较大,因此难于制备低密度的聚苯乙烯发泡材料。针对二氧化碳发泡剂的特点,在自行研制的超临界CO2挤出发泡试验装置上,通过改变成核剂种类及含量,添加过氧化物控制发泡材料降解,与PMMA共混等改性手段,研究影响发泡材料表观密度的因素,制备出低密度发泡材料。 北京化工大学自行研制的XPS生产线，可针对聚苯乙烯，聚丙烯，聚乳酸，聚酯等进行连续挤出和注塑发泡成型，其中环保型聚苯乙烯保温板生产线已经在国内推广了10余条生产线。该项目是国家十二五科技支撑计划项目，中德合作国际项目以及国家环保部重点支持项目。

成果描述：传统的聚氨酯发泡剂存在消耗臭氧和导致全球变暖等问题，承受着巨大的环保压力。如目前使用的氢氟碳化合物地球变暖潜值是二氧化碳（CO2）的800多倍，长远来看其使用必将受到限制。本项目（专利申请号：201410182221.5）在国家自然科学基金的支持下，开发了疏水改性的聚乙烯亚胺材料，该材料能够可逆吸收二氧化碳，并在聚氨酯泡沫成型的过程中释放出二氧化碳来参与聚氨酯泡沫的形成。这种新型的发泡剂不消耗臭氧、不产生额外的温室效应、不燃，和聚氨酯泡沫的原料能均匀混合，可用于各种聚氨酯泡沫。 利用该发泡剂我们已制备出聚氨酯硬泡材料，其力学强度和密度均能达到现有泡沫的要求。目前正在研发可应用的聚氨酯软硬泡产品。该项目具有二氧化碳减排效应，将会受到国家产业政策的支持。市场前景分析：2013年我国氢氯氟碳发泡剂的用量为10万吨，年增长率为15%，到2014年约为12万吨。目前的氢氟碳发泡剂HFC-245fa和HFC-365mfc售价约为8万/吨，如果我们的市场占有率为5%，即有6000吨/年，按同样价格计算，市场年销售额可达4.8亿元。目前我们的气候友好发泡剂实验室成本为200元/kg（20万/吨），产业化以后成本会大大降低，可以达到甚至低于HFC的水平。 我们希望和企业一道，争取国家产业政策的支持，完成本气候友好发泡剂的产业化。与同类成果相比的优势分析：聚氨酯的第一代发泡剂氯氟碳（CFC-11）由于严重破坏臭氧层和产生温室效应（导致全球变暖），在我国已停止使用。第二代发泡剂氢氯氟碳（如HCFC-141b）臭氧消耗值已降至CFC-11的十分之一，仍有严重温室效应，按照“蒙特利尔议定书”的要求，我国2015年要实现基线水平17.5%的淘汰。第三代发泡剂为氢氟碳，如HFC-245fa和HFC-365mfc，这是目前接受的环保型发泡剂，不消耗臭氧，但地球变暖潜值仍为CO2的800倍，受“京都议定书”的限制，目前欧美已禁止使用，我国禁止也是迟早的事。 现在的环保型发泡剂还有烷烃，如环戊烷，不消耗臭氧，地球变暖潜值只有CO2的7倍，但存在可燃易爆的缺点。液体CO2发泡也是不错的选择，但这种发泡需要高压和制冷设备（使CO2保持液态），使用很不方便。 最近，美国霍尼韦尔公司公布第四代发泡剂（2015年美国专利US9,000,061 B2）1-氯-3,3,3-三氟丙烯（HCFO-1233zd）用于聚氨酯泡沫，据报道，这种发泡剂不燃，地球变暖潜值低，所得泡沫导热系数比HFC-245fa低8%。这种发泡剂虽然对气候影响小，但发泡剂最终仍会排放到大气中（潜在影响未知），对于要求挥发性物含量低的泡沫（如汽车内饰）仍不合适。 我们研制的气候友好型发泡剂除CO2以外，不向大气排放任何挥发性物质，不破坏臭氧，不产生额外的温室效应（因CO2可来自于大气），不燃烧，可以像现有的发泡剂一样使用。根据目前的研究，所得泡沫除导热系数较高以外，其他性能均和现有泡沫性能相当，因此可广泛用于对绝热效果要求不高的领域，比如汽车内饰、沙发、床垫等等领域。

传统的聚氨酯发泡剂存在消耗臭氧和导致全球变暖等问题，承受着巨大的环保压力。如目前使用的氢氟碳化合物地球变暖潜值是二氧化碳（CO2）的800多倍，长远来看其使用必将受到限制。本项目（专利申请号：201410182221.5）在国家自然科学基金的支持下，开发了疏水改性的聚乙烯亚胺材料，该材料能够可逆吸收二氧化碳，并在聚氨酯泡沫成型的过程中释放出二氧化碳来参与聚氨酯泡沫的形成。这种新型的发泡剂不消耗臭氧、不产生额外的温室效应、不燃，和聚氨酯泡沫的原料能均匀混合，可用于各种聚氨酯泡沫。 利用该发泡剂我们已制备出聚氨酯硬泡材料，其力学强度和密度均能达到现有泡沫的要求。目前正在研发可应用的聚氨酯软硬泡产品。该项目具有二氧化碳减排效应，将会受到国家产业政策的支持。