CN103788798A - 一种纳米绝热外墙涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种纳米绝热外墙涂料及其制备方法，包括以下质量份数的组分：去离子水5-10份、乙二醇1-2份、纤维3-5份、硅藻土3-5份、丙烯酸乳液30-40份、玻璃微珠15-25份、20%二氧化硅气凝胶水性浆20-40份、助剂1.4-2.9份。本发明的纳米绝热外墙涂料以自交联丙烯酸乳液为成膜物、以SiO2气凝胶、空心玻璃微珠、硅酸铝短切纤维为填料，在多种助剂的配合下制备而成。该涂料采用纳米孔绝热，具有施工层薄、安全防火性能佳、环保节能、性价比高等优点。

Description

一种纳米绝热外墙涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑保温隔热涂料技术领域，特别是指一种纳米绝热外墙涂料及其制备方法。

背景技术

节能降耗、低碳环保是实现我国可持续发展战略的重要措施。目前，我国建筑能耗已占社会总能耗的1/3，单位面积能耗比气候条件接近的的发达国家高2-3倍，建筑供暖造成的空气污染比发达水平高2-5倍，供热采暖能耗占社会总能耗的10%，约1.3亿吨标准煤。我国既有建筑面积达400亿m²，每年新增建筑面积30亿m²，其中高能耗建筑占95%以上，为此国家将建筑节能指标由50%提高到70%，并对既有建筑逐步进行节能改造，同时要兼顾冬季采暖与夏季空调的能源平衡。在建筑节能措施中，目前我国推行的EPS/XPS板薄抹灰外保温系统，存在着防火性能低、易开裂渗水甚至空鼓和脱落现象，并且为将来严重的白色垃圾污染埋下了隐患；聚氨酯硬泡喷涂系统，防火性能差、存在着安全隐患；聚苯颗粒保温浆料和玻化微珠保温砂浆因涂层厚、施工周期长、保温效果差等原因淡出市场。市场急需一种防火、安全、保温隔热性能优异、施工方便、性价比优良的薄层水性绝热外墙涂料。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种纳米绝热外墙涂料及其制备方法，以解决现有技术中的涂料存在防火性能差、施工周期长、保温效果差等问题。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种纳米绝热外墙涂料，包括以下质量份数的组分：去离子水5-10份、乙二醇1-2份、纤维3-5份、硅藻土3-5份、丙烯酸乳液30-40份、玻璃微珠15-25份、20%二氧化硅气凝胶水性浆20-40份、助剂1.4-2.9份。

其中，所述玻璃微珠为空心玻璃微珠，所述纤维为硅酸铝短切纤维，所述丙烯酸乳液为自交联弹性丙烯酸乳液。

其中，所述助剂包括以下质量份数的组分：

分散剂5040           0.4-0.8

润湿剂X405           0.1-0.2

多功能胺助剂AMP-95   0.1-0.2

消泡剂NXZ            0.2-0.5

防腐剂LXE            0.1-0.3

增稠剂TT935          0.2-0.4

流平剂RM-2020        0.3-0.5。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种纳米绝热外墙涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，制备20%二氧化硅气凝胶水性浆；

步骤二，将硅藻土加入反应釜中后进行抽真空，除去抽真空装置，加入20%二氧化硅气凝胶水性浆，抽真空搅拌1-2h后制成改性气凝胶；

步骤三，将去离子水、助剂、纤维加入搅拌罐内，高速分散20-40min成浆，中速搅拌下加入丙烯酸乳液以及步骤一中的改性气凝胶，搅拌5-15min，低速搅拌下加入玻璃微珠，搅拌10-30min，加增稠剂搅拌5-15min，过滤出料。

所述20%二氧化硅气凝胶水性浆的制备方法是：在质量份数为80份去离子水中，加入2-3份润湿剂、2-3份分散剂、0.3-0.5份消泡剂、1-2份流平剂搅拌均匀，加入20份二氧化硅气凝胶，高速分散20-40分钟，再经超声波震荡20-40分钟，然后经研磨机研磨至粒径小于100nm为止。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

本发明的纳米绝热外墙涂料以自交联丙烯酸乳液为成膜物、以SiO₂气凝胶、空心玻璃微珠、硅酸铝短切纤维为填料，在多种助剂的配合下制备而成。该涂料采用纳米孔绝热，具有施工层薄、安全防火性能佳、环保节能、性价比高等优点。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。

本发明针对现有技术中的涂料存在防火性能差、施工周期长、保温效果差等问题，提供一种纳米绝热外墙涂料及其制备方法。

本发明的实施例提供一种纳米绝热外墙涂料，包括以下质量份数的组分：去离子水5-10份、乙二醇1-2份、纤维3-5份、硅藻土3-5份、丙烯酸乳液30-40份、玻璃微珠15-25份、20%二氧化硅气凝胶水性浆20-40份、助剂1.4-2.9份。

其中，所述纤维为硅酸铝短切纤维，纤维长度0.15-2.5um，纤维直径2-4um，压缩状态下密度为0.13-0.20g/cm³，导热系数为0.036-0.060W/（m·k）;具有优良的柔韧性、化学稳定性、抗腐蚀性、耐高温性、吸音性，具有抗拉强度大、低导热率、低热容量、低密度等特点。纳米绝热涂料中加入适量的硅酸铝短切纤维，利用其在涂层中的乱向分布，构成立体网络结构，不但提高了涂层的孔隙率，同时也增强了涂层的粘结强度、抗拉强度和柔韧抗裂性。

所述丙烯酸乳液为自交联弹性丙烯酸乳液，是一种高固含量、低成膜温度、紫外线交联的弹性丙烯酸乳液，是纳米绝热涂料的成膜物；其玻璃化温度低，导热系数低[0.06w/（m·k）]、弹缩性好、耐低温性优异、防水抗渗性佳、附着力好。

所述二氧化硅气凝胶水性浆，是一种保温隔热性能非常优秀的轻质纳米多孔非晶固体材料，其孔隙率高达80-99%，孔洞的典型尺寸为2-50nm，平均孔径为20nm，比表面积为600-1000m²/g，表观密度为0.003-0.35cm³/g，室温导热系数可低达0.013W/（m·k），即使在800℃高温下，其导热系数才为0.043W/（m·k），且高温下不分解，无有害气体放出，是纯绿色环保材料。SiO2气凝胶保温隔热原理：

1）固体热传导：SiO₂气凝胶是由若干Si-0-Si基团相互连接聚集形成的纳米三维网络骨架结构，由于近无穷多纳米孔的存在，固体热传递只能沿着孔壁传递，近无穷多气孔壁构成了近于“无穷长路径”效应，使得固体热导率降到几乎最低极限。

2）对流热传导：SiO₂气凝胶的介孔尺寸为2-50nm，当材料中的气孔直径小于70nm时，孔内的空气分子就失去了自由流动的能力，相对地附着在气孔壁上，此时，纳米孔处于近似真空状态，材料中的空气对流减弱到最小极限。

3）辐射热传导：辐射传导热是一种非接触式的热量传递。由于气凝胶为均匀的纳米气孔，且具有极低的体积密度，使材料内部气孔壁数目趋于“无穷多”，而每个气孔壁都有遮阳板的作用，从而产生近于“无穷多遮阳板”效应，使辐射传热下降到最低极限。

所述硅藻土是单细胞低等水生植物硅藻的遗骸堆积而成，是一种含水二氧化硅（SiO₂·nH₂O）矿物，外观为白至灰白或浅黄色粉末，密度小而质轻松散，具有独特有序的微孔结构且孔道相互连通，空隙率达85%以上，比表面积达53.8万/（cm³/g），弹性模量高，微粒质硬，抗划痕性能强，且耐酸、防腐、不燃、分散性好，并有良好的火山灰性能，极强的吸附性能和反应活性。

所述SiO₂气凝胶虽然是很好的绝热材料，但其强度低、脆性大、抗压强度低，纳米孔隙结构在外力压力下很容易破碎。为了提高SiO₂气凝胶绝热涂料的力学性能，采用绝热性能好、力学性能较高、吸附性强的硅藻土做作SiO2气凝胶的骨架增强材料；当SiO₂气凝胶浆与硅藻土混合后，再负压条件下纳米气凝胶粒子被开孔硅藻土吸附，未被吸附的部分纳米气凝胶粒子均匀分散在粒径较粗的填料空隙间，从而提高了SiO₂气凝胶的抗压强度。

所述玻璃微珠为空心玻璃微珠，用作填料，其作用是为了提高隔热涂料的力学性能，同时又不会大幅度提高涂膜的导热系数；空心玻璃微珠是由特殊工艺制成的中空薄壁圆球粉状、性能优异的新型轻质材料，具有密度低、体积大、导热系数低、抗压强度高、吸油率低、自流动性好、耐高低温、耐腐蚀、隔音、防辐射、吸水率低、电绝缘性强等优点。

所述助剂包括以下质量份数的组分：

分散剂5040          0.4-0.8

润湿剂X405          0.1-0.2

多功能胺助剂AMP-95  0.1-0.2

消泡剂NXZ           0.2-0.5

防腐剂LXE         0.1-0.3

增稠剂TT935       0.2-0.4

流平剂RM-2020     0.3-0.5。

所述分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠剂、防腐剂等均是常规水性涂料用助剂，在此不赘述。

本发明实施例还提供一种所述纳米绝热外墙涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，制备20%二氧化硅气凝胶水性浆；

具体制备步骤为：在质量份数为80份去离子水中，加入2-3份润湿剂、2-3份分散剂、0.3-0.5份消泡剂、1-2份流平剂搅拌均匀，加入20份二氧化硅气凝胶，高速分散20-40分钟，再经超声波震荡20-40分钟，然后经研磨机研磨至粒径小于100nm为止；

所述分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠剂、防腐剂等均是常规水性涂料用助剂，在此不赘述；

步骤二，将硅藻土加入反应釜中后进行抽真空，除去抽真空装置，加入20%二氧化硅气凝胶水性浆，抽真空搅拌1-2h后制成改性气凝胶；

步骤三，将去离子水、助剂、纤维加入搅拌罐内，高速分散20-40min成浆，中速搅拌下加入丙烯酸乳液以及步骤一中的改性气凝胶，搅拌5-15min，低速搅拌下加入玻璃微珠，搅拌10-30min，加增稠剂搅拌5-15min，过滤出料。

实施例1

称量5kg去离子水、1kg乙二醇、3kg硅酸铝短切纤维、3kg硅藻土、30kg自交联弹性丙烯酸乳液、15kg空心玻璃微珠、20kg20%二氧化硅气凝胶水性浆、0.4kg分散剂5040、0.1kg润湿剂X405、0.1kg多功能胺助剂AMP-95、0.2kg消泡剂NXZ、0.1kg防腐剂LXE、0.2kg增稠剂TT935、0.3kg流平剂RM-2020。

制备步骤如下：

20%二氧化硅气凝胶水性浆的制备过程为：在质量份数为80kg去离子水中，加入2kg润湿剂X405、2kg分散剂5040、0.3kg消泡剂NXZ、1kg流平剂RM-2020搅拌均匀，加入20份二氧化硅气凝胶，高速分散30分钟，再经超声波震荡30分钟，然后经蓝式研磨机研磨至粒径小于100nm为止。

将硅藻土加入反应釜中后进行抽真空30min，真空度为75-80pa，然后除去抽真空装置，加入20%二氧化硅气凝胶水性浆，抽真空搅拌1.5h后制成改性气凝胶；将去离子水、助剂、纤维加入搅拌罐内，高速分散30min成浆，中速搅拌下加入丙烯酸乳液以及改性气凝胶，搅拌10min，低速搅拌下加入玻璃微珠，搅拌20min，加增稠剂搅拌10min，过滤出料。

实施例2

制备步骤如下：称量7kg去离子水、1.5kg乙二醇、4kg硅酸铝短切纤维、4kg硅藻土、35kg自交联弹性丙烯酸乳液、20kg空心玻璃微珠、30kg20%二氧化硅气凝胶水性浆、0.6kg分散剂5040、0.15kg润湿剂X405、0.15kg多功能胺助剂AMP-95、0.3kg消泡剂NXZ、0.2kg防腐剂LXE、0.3kg增稠剂TT935、0.4kg流平剂RM-2020。

20%二氧化硅气凝胶水性浆的制备过程为：在质量份数为80kg去离子水中，加入2.5kg润湿剂X405、2.5kg分散剂5040、0.4kg消泡剂NXZ、1.5kg流平剂RM-2020搅拌均匀，加入20份二氧化硅气凝胶，高速分散30分钟，再经超声波震荡30分钟，然后经蓝式研磨机研磨至粒径小于100nm为止。

将硅藻土加入反应釜中后进行抽真空35min，真空度为75-80pa，然后除去抽真空装置，加入20%二氧化硅气凝胶水性浆，抽真空搅拌1.7h后制成改性气凝胶；将去离子水、助剂、纤维加入搅拌罐内，高速分散35min成浆，中速搅拌下加入丙烯酸乳液以及改性气凝胶，搅拌12min，低速搅拌下加入玻璃微珠，搅拌25min，加增稠剂搅拌12min，过滤出料。

实施例3

称量10kg去离子水、2kg乙二醇、5kg硅酸铝短切纤维、5kg硅藻土、40kg自交联弹性丙烯酸乳液、25kg空心玻璃微珠、40kg20%二氧化硅气凝胶水性浆、0.8kg分散剂5040、0.2kg润湿剂X405、0.2kg多功能胺助剂AMP-95、0.5kg消泡剂NXZ、0.3kg防腐剂LXE、0.4kg增稠剂TT935、0.5kg流平剂RM-2020。

20%二氧化硅气凝胶水性浆的制备过程为：在质量份数为80kg去离子水中，加入3kg润湿剂X405、3kg分散剂5040、0.4kg消泡剂NXZ、2kg流平剂RM-2020搅拌均匀，加入20份二氧化硅气凝胶，高速分散30分钟，再经超声波震荡30分钟，然后经蓝式研磨机研磨至粒径小于100nm为止。

将硅藻土加入反应釜中后进行抽真空25min，真空度为75-80pa，然后除去抽真空装置，加入20%二氧化硅气凝胶水性浆，抽真空搅拌1.3h后制成改性气凝胶；将去离子水、助剂、纤维加入搅拌罐内，高速分散25min成浆，中速搅拌下加入丙烯酸乳液以及改性气凝胶，搅拌7min，低速搅拌下加入玻璃微珠，搅拌15min，加增稠剂搅拌7min，过滤出料。

实施例所得涂料性能如下表：

本发明的纳米绝热外墙涂料以自交联丙烯酸乳液为成膜物、以SiO₂气凝胶、空心玻璃微珠、硅酸铝短切纤维为填料，在多种助剂的配合下制备的纳米绝热外墙涂料性能都符合标准，并具有施工层薄、安全防火性能佳、环保节能、性价比高等优点

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种纳米绝热外墙涂料，其特征在于，包括以下质量份数的组分：去离子水5-10份、乙二醇1-2份、纤维3-5份、硅藻土3-5份、丙烯酸乳液30-40份、玻璃微珠15-25份、20%二氧化硅气凝胶水性浆20-40份、助剂1.4-2.9份。

2.根据权利要求1所述的纳米绝热外墙涂料，其特征在于，所述玻璃微珠为空心玻璃微珠，所述纤维为硅酸铝短切纤维，所述丙烯酸乳液为自交联弹性丙烯酸乳液。

3.根据权利要求2所述的纳米绝热外墙涂料，其特征在于，所述助剂包括以下质量份数的组分：

分散剂5040             0.4-0.8

润湿剂X405             0.1-0.2

多功能胺助剂AMP-95     0.1-0.2

消泡剂NXZ              0.2-0.5

防腐剂LXE              0.1-0.3

增稠剂TT935            0.2-0.4

流平剂RM-2020          0.3-0.5。

4.一种纳米绝热外墙涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，制备20%二氧化硅气凝胶水性浆；

步骤二，将硅藻土加入反应釜中后进行抽真空，除去抽真空装置，加入20%二氧化硅气凝胶水性浆，抽真空搅拌1-2h后制成改性气凝胶；

步骤三，将去离子水、助剂、纤维加入搅拌罐内，高速分散20-40min成浆，中速搅拌下加入丙烯酸乳液以及步骤一中的改性气凝胶，搅拌5-15min，低速搅拌下加入玻璃微珠，搅拌10-30min，加增稠剂搅拌5-15min，过滤出料。

5.根据权利要求4所述的纳米绝热外墙涂料的制备方法，其特征在于，所述20%二氧化硅气凝胶水性浆的制备方法是：

在质量份数为80份去离子水中，加入2-3份润湿剂、2-3份分散剂、0.3-0.5份消泡剂、1-2份流平剂搅拌均匀，加入20份二氧化硅气凝胶，高速分散20-40分钟，再经超声波震荡20-40分钟，然后经研磨机研磨至粒径小于100nm为止。