CN101948649B - 硅酸钙纳米线复合保温涂料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅酸钙纳米线复合保温涂料。该硅酸钙纳米线复合保温涂料的质量百分比组成如下：硅酸钙纳米线10-40％、醋丙乳液或苯丙乳液15-30％、水30-50％、纳米二氧化硅2-6％、纳米氧化锌2-6％、纳米氧化钛或钛白粉2-6％、成膜助剂0.01-0.1％、消泡剂0.1-2％、润湿分散剂0.1-2％、防冻剂0.5-2％、流平剂0.1-2％。本发明所提供的硅酸钙纳米线复合保温涂料的使用温度可达到1000℃，节能效果好，性能稳定，使用安全，施工方便。

Description

硅酸钙纳米线复合保温涂料

技术领域

本发明属于隔热保温材料技术领域，具体涉及一种硅酸钙纳米线复合保温涂料。

背景技术

保温涂料综合了涂料及保温材料的双重特点，干燥后形成有一定强度及弹性的保温层。与传统保温材料相比，具有导热系数低、阻燃性好、质轻、层薄、能耗低、施工简单、可与基层全面黏结及整体性强等特点，特别适用于其他保温材料难以解决的异型设备保温。目前国内外对绝热保温涂料的研究主要集中于无机隔热反射墙体涂料、薄层隔热反射涂料、辐射隔热材料、真空绝热保温涂料等数种，但仍存在制备工序复杂、涂层导热系数较高等问题，尤其是导热系数还有很大的降低空间。纳米孔超级绝热材料是建立在低密度和超级细孔(小于50nm)结构基础上的，从理论上说其导热系数可趋近于零，所以采用可以形成纳米孔的原料获得比静止空气导热系数(0.023W/m·K)更小的涂层是完全可能的，采用纳米材料制成含有纳米孔结构的涂层将是保温涂料发展的热点之一。

硅酸钙呈白色，其结构单元是硅氧四面体，为链状结构，具有低的导热系数，可广泛应用于建筑、高温装置的保温、绝热技术中。一维纳米材料由于尺寸小、表面积大等特点，在绝热保温领域有着很好的应用前景。将硅酸钙制成一维硅酸钙纳米线，制成绝热制品将产生“零对流”、“无穷长路径”等纳米效应，使材料的热传递能力下降或接近最低极限，可作为一种超级绝热材料，具有密度小、强度高、导热系数低、化学稳定性好等特性，在太阳能热水器、工业及建筑保温领域、军事航天领域等方面有着很好的应用前景。由硅酸钙纳米线构成的保温材料内的孔隙小于100nm，材料内大部分气孔的尺寸小于50nm，由于硅酸钙纳米线宏观为絮状物质，所以具有很低的体积密度，所以硅酸钙纳米线符合超级绝热材料的要求。利用硅酸钙纳米线互相交生、连生、缠绕形成纳米孔结构的涂层，可进一步提高涂层的绝热保温性能。

目前，大部分设备及建筑物保温涂料中起保温作用的主要是泡沫塑料、膨胀珍珠岩和空心微珠等成分，利用颗粒内部的孔隙与颗粒之间的空隙，阻止热流的传递和辐射传热，可取得一定的保温效果。但是随着国家对设备及建筑物的节能要求，仅靠上述几种材料明显不能满足需求。中国发明专利“复合硅酸盐隔热保温涂料及其生产方法”(专利号：87102864)采用的原料主要是含水的硅酸镁铝的纤维状材料。中国发明专利“多功能环保型纳米内墙涂料及其制备方法”(专利号：03118030.2)以纯丙乳液为基料，加入纳米级的氧化锌、氧化硅及氧化钛粉末，虽然具有较好的耐洗刷性能、抗菌自洁功能，但是保温隔热效果较差。国家发明专利“硬硅钙石保温涂料”(专利号：93111990.1)虽然有一定的保温性能，但是采用的是硬硅钙石粉末。因此，目前还未有关于硅酸钙纳米线保温涂料专利的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供以导热系数低的硅酸钙纳米线为主料，通过引入功能性纳米组分，纳米组分与乳液、助剂和填料组分具有良好的相容性、分散性和稳定性，得到具有良好的保温隔热性及耐洗刷性、使用温度达到1000℃的新型硅酸钙纳米线复合隔热保温涂料。在建筑材料的表面涂抹一层厚度约1mm的涂料，相对于未涂抹涂料的建筑材料，在100℃时，其导热系数可降低0.15W/m·K。

本发明所提供的硅酸钙纳米线复合保温涂料的质量百分比组成如下：

硅酸钙纳米线10-40％、醋丙乳液或苯丙乳液15-30％、水30-50％、纳米二氧化硅2-6％、纳米氧化锌2-6％、纳米钛白粉2-6％、成膜助剂0.01-0.1％、消泡剂0.1-2％、润湿分散剂0.1-2％、防冻剂0.5-2％、流平剂0.1-2％。

本发明所述硅酸钙纳米线的平均直径低于100纳米，长度数十微米，无机纳米粉体：纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米钛白粉的尺寸低于100纳米。

本发明所述润湿分散剂为10％的六偏磷酸钠水溶液。

本发明所述成膜助剂为醇酯-12。

本发明所述防冻剂为乙二醇或者丙二醇。

本发明所述消泡剂为磷酸三丁酯。

本发明所述流平剂为聚氨酯。

本发明所提供的硅酸钙纳米线复合保温涂料的制备方法如下：

在低速搅拌下将水、硅酸钙纳米线、润湿分散剂、一半消泡剂装入球磨机的球罐内，球磨5小时，使之充分分散；然后将球磨后的物料转入多功能分散机，在搅拌下加入无机纳米粉体：纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米钛白粉。在多功能分散机上高速搅拌3小时，通过高速剪切将其分散均匀，然后在低搅拌速度下缓慢滴加乳液，随后加入剩余的消泡剂、成膜助剂、防冻剂、流平剂低速搅拌3小时，最后装罐即得涂料成品。

由于硅酸钙纳米线宏观为絮状物质，所以具有很低的体积密度，由硅酸钙纳米线构成的保温材料内的孔隙小于100nm，材料内大部分气孔的尺寸小于50nm，将产生“零对流”、“无穷长路径”等纳米效应，使材料的热传递能力下降或接近最低极限，可作为一种超级绝热材料，具有密度小、强度高、导热系数低、化学稳定性好等特性，所以在该保温涂料中无需加入充气剂、膨胀剂、悬浮剂等其他保温材料中常用的添加剂，可以简化生产工艺，降低生产成本，在太阳能热水器、工业及建筑保温领域有着很好的应用前景。此发明对生产新型的高绝热保温材料，降低能耗、减轻保温材料的自重具有重要意义，符合可持续发展的方向和节能降耗的基本国策。

附图说明

图1为本发明制备的硅酸钙纳米线复合保温涂料的XRD衍射图谱。

经检索，可知本发明制备的硅酸钙纳米线复合保温涂料由多种物相构成，主要包括单斜结构的硅酸钙(JCPDS卡，卡号：27-0088)、菱形结构的氧化铝(JCPDS卡，卡号：46-1212)、斜方结构的二氧化硅(JCPDS卡，卡号：42-1401)、四方结构的二氧化钛(JCPDS卡，卡号：65-1118)、六方结构的氧化锌(JCPDS卡，卡号：36-1451)。

图2为本发明制备的苯丙乳液硅酸钙纳米线复合保温涂料的SEM图像。

从图2(a)可看出苯丙乳液硅酸钙纳米线复合保温涂料的表面致密，颗粒中较均匀的分散着线状结构。更高倍数的SEM图像(图2(b))显示颗粒及线状结构的尺寸为纳米级。

图3为本发明制备的醋丙乳液硅酸钙纳米线复合保温涂料的SEM图像。

从图3(a)可看出类似于苯丙乳液硅酸钙纳米线复合保温涂料，醋丙乳液硅酸钙纳米线复合保温涂料的表面致密，颗粒中分散着线状结构。更高倍数的SEM图像(图3(b))显示颗粒及线状结构的尺寸为纳米级。

具体实施方式

实施例1：确定硅酸钙纳米线复合保温涂料的质量百分比组成如下：硅酸钙纳米线15％、醋丙乳液25％、水44.45％、纳米二氧化硅6％、纳米氧化锌3％、纳米氧化钛3％、成膜助剂0.05％、消泡剂1％、润湿分散剂1％、防冻剂1％、流平剂0.5％。

实施例2：确定硅酸钙纳米线复合保温涂料的质量百分比组成如下：硅酸钙纳米线10％、苯丙乳液30％、水41.45％、纳米二氧化硅6％、纳米氧化锌5％、纳米氧化钛5％、成膜助剂0.05％、消泡剂0.5％、润湿分散剂0.5％、防冻剂1％、流平剂0.5％。

实施例3：确定硅酸钙纳米线复合保温涂料的质量百分比组成如下：硅酸钙纳米线20％、醋丙乳液25％、水40.45％、纳米二氧化硅6％、纳米氧化锌3％、纳米氧化钛3％、成膜助剂0.05％、消泡剂0.5％、润湿分散剂0.5％、防冻剂1％、流平剂0.5％。

实施例4：确定硅酸钙纳米线复合保温涂料的质量百分比组成如下：硅酸钙纳米线25％、醋丙乳液20％、水40.45％、纳米二氧化硅6％、纳米氧化锌3％、纳米氧化钛3％、成膜助剂0.05％、消泡剂0.5％、润湿分散剂0.5％、防冻剂1％、流平剂0.5％。

实施例5：确定硅酸钙纳米线复合保温涂料的质量百分比组成如下：硅酸钙纳米线30％、苯丙乳液20％、水35.55％、纳米二氧化硅4％、纳米氧化锌4％、纳米氧化钛4％、成膜助剂0.05％、消泡剂0.5％、润湿分散剂0.5％、防冻剂1％、流平剂0.5％。

Claims (7)

1.硅酸钙纳米线复合保温涂料，其特征在于：所述硅酸钙纳米复合保温涂料的质量百分比组成如下：硅酸钙纳米线10-40％、醋丙乳液或苯丙乳液15-30％、水30-50％、纳米二氧化硅2-6％、纳米氧化锌2-6％、纳米氧化钛或钛白粉2-6％、成膜助剂0.01-0.1％、消泡剂0.1-2％、润湿分散剂0.1-2％、防冻剂0.5-2％、流平剂0.1-2％。

2.根据权利要求1所述硅酸钙纳米线复合保温涂料，其特征在于：所述硅酸钙纳米线的平均直径低于100纳米，长度数十微米，所述纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米钛白粉的尺寸低于100纳米。

3.根据权利要求1所述硅酸钙纳米线复合保温涂料，其特征在于：所述润湿分散剂为10％的六偏磷酸钠水溶液。

4.根据权利要求1所述硅酸钙纳米线复合保温涂料，其特征在于：所述成膜助剂为醇酯-12。

5.根据权利要求1所述硅酸钙纳米线复合保温涂料，其特征在于：所述防冻剂为乙二醇或者丙二醇。

6.根据权利要求1所述硅酸钙纳米线复合保温涂料，其特征在于：所述消泡剂为磷酸三丁酯。

7.根据权利要求1所述硅酸钙纳米线复合保温涂料，其特征在于：所述流平剂为聚氨酯。

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