CN104559419A - 一种隔热保温粉末涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隔热保温粉末涂料及其制备方法，其中，所述隔热保温粉末涂料含有表面改性的二氧化硅多孔材料、成膜聚合树脂、固化剂和流平剂，且以该隔热保温粉末涂料的总重量为基准，表面改性的二氧化硅多孔材料的含量为1-50重量%，成膜聚合树脂的含量为20-98重量%，固化剂的含量为0.5-25重量%，流平剂的含量为0.1-5重量%。本发明中，通过将二氧化硅多孔材料的表面进行改性，使二氧化硅多孔材料表面具有有机吸附层，从而使表面改性的二氧化硅多孔材料能够较好地分散，有效改善其团聚现象，并且本发明提供的隔热保温粉末涂料具有的导热系数低、喷涂上粉率高，以及在基材上的分布均匀和具有高机械稳定性的优点。

Description

一种隔热保温粉末涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种隔热保温粉末涂料及其制备方法，具体涉及一种二氧化硅多孔材料经表面改性后与成膜聚合树脂组合物的混炼挤出过程后压片破碎制备粉末涂料的方法。

背景技术

在石油化工行业中，各类金属管道、储罐或反应釜等均对隔热保温涂料/涂层存在广泛的需求。化工行业使用的很多设备、工业管道、热交换器及反应容器等大都需要使用隔热保温涂料/涂层来节能。

二氧化硅多孔材料可以分为多孔材料、热反射材料和真空材料三类。多孔材料如泡沫材料、纤维材料等，利用本身所含的孔隙来隔热（空隙内的空气或惰性气体的导热系数很低）；热反射材料如金、银、镍、铝箔或镀金属的聚酯、聚酰亚胺薄膜等，具有很高的反射系数，能够将热量反射出去从而来隔热；真空绝热材料是利用材料的内部真空达到阻隔对流来隔热。其中，由于二氧化硅多孔材料的导热系数低、孔隙率高以及比表面积高的特性，将其应用于保温涂料的制备引起了很多研究者的青睐。

现今，很多研究者通过将二氧化硅多孔材料与液体涂料混合的方法制备保温涂料。专利CN102702813公开了一种隔热保温涂料，其将一种聚乙烯塑料空心粉体混入水性环氧涂料中获得一种水性保温涂料。专利CN103011689公开了一种保温涂料，其将滑石粉和膨胀珍珠岩与环氧树脂和丙烯酸树脂混合后获得一种高粘度保温涂料。专利CN103043987公开了一种复合硅酸盐保温涂料将有机硅树脂、海泡石和蛇纹石纤维等材料与含水比重大于30%的复合涂料混合后得到一种保温涂料。以上方法虽然可以解决二氧化硅多孔材料在涂料中的分散问题，但是水性涂料对涂装设备腐蚀性大，需采用防腐蚀衬里或不锈钢材料，设备造价高，水性涂料对输送管道的腐蚀，金属溶解，使分散微粒析出，涂膜产生麻点。

另外，也有一些通过将二氧化硅多孔材料与粉末涂料混炼挤出的方法制备保温涂料的。专利CN101206425公开了一种发泡粉末涂料，该涂料可在粉末涂料熔结过程中释放出气体，在涂层中形成细密泡状物达到保温的效果。但是，该种涂料在发泡过程中会因表面张力作用使涂层与基材的附着力下降，并且一旦发生渗水问题其涂层的可修复性非常低。专利CN102775886公开了一种铝型材用隔热保温粉末涂料及其制备方法和应用，该涂料将二氧化钛、硅酸铝、绢云母和二氧化硅与粉末涂料混炼挤出制得隔热粉末涂层。但是，该种涂料没有对无机填料进行表面处理，这就导致粉末成型时分散不均匀，效果不理想。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中水性涂料对设备腐蚀性大，以及粉末涂料在成型时团聚，分散不均匀等缺点，提供一种隔热保温粉末涂料及其制备方法。

本发明提供了一种隔热保温粉末涂料，其中，所述隔热保温粉末涂料含有表面改性的二氧化硅多孔材料、成膜聚合树脂、固化剂和流平剂，且以该隔热保温粉末涂料的总重量为基准，所述表面改性的二氧化硅多孔材料的含量为1-50重量%，所述成膜聚合树脂的含量为20-98重量%，所述固化剂的含量为0.5-25重量%，所述流平剂的含量为0.1-5重量%。

本发明还提供了一种隔热保温粉末涂料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

（1）将含有表面改性剂的溶液喷洒在二氧化硅多孔材料的表面上，然后再混合；

（2）将步骤（1）得到的混合物干燥，形成表面改性的二氧化硅多孔材料且使其含水量小于0.05wt%；

（3）将表面改性的二氧化硅多孔材料、成膜聚合树脂和固化剂筛分至粒径小于1.5mm；

（4）将固化剂、流平剂和助剂分散于成膜聚合树脂中得到成膜聚合树脂组合物；

（5）将表面改性的二氧化硅多孔材料和成膜聚合树脂组合物混炼、挤出、压片和破碎。

本发明中，通过将二氧化硅多孔材料的表面进行改性，使二氧化硅多孔材料表面具有有机吸附层，从而使表面改性的二氧化硅多孔材料能够较好地分散，有效改善其团聚现象，并且本发明提供的隔热保温粉末涂料具有的导热系数低、喷涂上粉率高、该隔热保温粉末涂料在基材上的分布均匀和具有高机械稳定性的优点。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供了一种隔热保温粉末涂料，其中，所述隔热保温粉末涂料含有表面改性的二氧化硅多孔材料、成膜聚合树脂、固化剂和流平剂，且以该隔热保温粉末涂料的总重量为基准，所述表面改性的二氧化硅多孔材料的含量可以为1-50重量%，所述成膜聚合树脂的含量可以为20-98重量%，所述固化剂的含量可以为0.5-25重量%，所述流平剂的含量可以为0.1-5重量%；优选情况下，以所述隔热保温粉末涂料的总重量为基准，所述表面改性的二氧化硅多孔材料的含量可以为5-30重量%，所述成膜聚合树脂的含量可以为50-80重量%，所述固化剂的含量可以为15-25重量%，所述流平剂的含量可以为0.5-3重量%；由于二氧化硅多孔材料用量越少涂层保温效果越差，二氧化硅多孔材料用量越多保温效果越好，但是涂层机械强度会由于过多地使用二氧化硅多孔材料而有所下降。本发明的发明人发现只有在本发明上述所述的情况下获得的隔热保温粉末涂料不仅可以获得令人满意的导热系数低和喷涂上粉率高，而且该隔热保温粉末涂料在基材上分布均匀，以及具有高机械稳定性的优点。

根据本发明，所述表面改性的二氧化硅多孔材料是疏水性的。

根据本发明，所述表面改性的二氧化硅多孔材料的粒径可以为20μm-1000μm，优选为40μm-500μm；导热系数可以为12-40mW/m·K，优选为12-20mW/m·K；比表面积可以为500-800平方米/克，优选为700-800平方米/克；最可几孔径可以为10-40nm，优选为10-25nm；孔隙率可以为80%-98%，优选为90%-98%。

根据本发明，所述表面改性的二氧化硅多孔材料可以用表面改性剂对二氧化硅多孔材料进行改性得到，优选地，所述表面改性剂可以为γ-氨丙基三乙氧基硅烷（硅烷偶联剂KH550）、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、二甲基二氯硅烷、聚乙二醇、十二烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、山梨醇酐油酸酯、钛酸酯、正硅酸酯、多聚硅烷、硅溶胶、磷酸酯和硬脂酸中的一种或多种。

根据本发明，所述成膜聚合树脂没有具体限定，优选情况下，所述成膜聚合树脂可以为环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸酯和聚氨酯中的一种或多种；优选为环氧树脂。

根据本发明，所述固化剂没有具体限定，优选情况下，所述固化剂可以为双氰胺固化剂、咪唑类固化剂、改性多元胺固化剂、多元酸固化剂和多元酚固化剂中的一种或多种；优选为双氰胺固化剂。另外，所述双氰胺固化剂可以包括加速固化双氰胺固化剂和改性双氰胺固化剂，其中，所述加速固化双氰胺固化剂没有具体限定，可以为本领域技术人员所公知的将双氰胺与咪唑或咪唑衍生物按一定比例例如1：0.4-1.5混合来制备即可；所述改性双氰胺固化剂没有具体限定，可以为4,4-二氨基二苯砜、对二甲苯胺、4,4-二氨基二苯醚和4,4-二氨基二苯甲烷等中的一种或多种。

根据本发明，所述流平剂没有具体限定，优选情况下，所述流平剂可以为负载在白炭黑上的丙烯酸共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯和聚丙烯酸正丁酯中的一种或多种；所述负载在白炭黑上的丙烯酸共聚物的型号可以为PV88、Modaflow II或PLP100。

根据本发明，所述隔热保温粉末涂料还含有助剂，且所述助剂的含量可以为0.1-2重量%，所述助剂可以根据使用环境的不同以及所需要的性能的不同添加助剂，所述助剂可以为固化促进剂、抗粉末结块剂、粉体流动剂、增电剂、抗静电剂、电荷控制剂和颜料分散助剂的一种或几种。

本发明还提供了一种隔热保温粉末涂料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

（1）将含有表面改性剂的溶液喷洒在二氧化硅多孔材料的表面上，然后再混合；

（2）将步骤（1）得到的混合物干燥，形成表面改性的二氧化硅多孔材料且使其含水量小于0.05wt%；

（3）将表面改性的二氧化硅多孔材料、成膜聚合树脂和固化剂筛分至粒径小于1.5mm；

（4）将固化剂、流平剂和助剂分散于成膜聚合树脂中得到成膜聚合树脂组合物；

（5）将表面改性的二氧化硅多孔材料和成膜聚合树脂组合物混炼、挤出、压片和破碎。

根据本发明，在步骤（1）中，所述混合可以在离心机混合设备中进行在一定的转速下混合，其中，所述离心混合设备没有具体限定，可以为本领域技术人员所熟知的常规的离心混合设备即可。但在本发明中，所述的转速分为两个过程进行，首先，在低转速下进行，即在转速为100-1000r/min的转速下混合300min，优选在300-800r/min的转速下混合300min；其次，在高转速下进行，即在转速为1000-2500r/min的高转速下混合10-120min，优选在1500-2000r/min的高转速下混合60-120min。转速过低会导致混合的不均匀，转速过高会导致含有表面改性剂的溶液离心分散，进而导致表面改性效果不好。

根据本发明，所述含有表面改性剂的溶液可以为至少一种表面改性剂和至少一种有机溶剂的混合溶液，且以所述二氧化硅多孔材料的重量为基准，所述表面改性剂的用量可以为2-5重量%；优选为2.5-3.5重量%；所述表面改性剂与所述有机溶剂的重量比可以为1-5：100，优选为1.5-3.5：100。

根据本发明，所述表面改性剂可以为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、二甲基二氯硅烷、聚乙二醇、十二烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、山梨醇酐油酸酯、钛酸酯、正硅酸酯、多聚硅烷、硅溶胶、磷酸酯和硬脂酸中的一种或多种；优选为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷；更优选为γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷或N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷。

根据本发明，所述有机溶剂可以为矿物油、石蜡油、甲醇、乙醇、异丙醇、有机硅油和水中的一种或多种；优选为乙醇和甲醇。

根据本发明，该方法还可以包括在所述含有表面改性剂的溶液中加入草酸、醋酸、磷酸和对甲苯磺酸中的一种或多种，优选为在所述含有表面改性剂的溶液中加入草酸；且所加入的酸得量使所述含有表面改性剂的溶液的pH为3-6；优选为3.5-5.5。

根据本发明，优选地，二氧化硅多孔材料、成膜聚合树脂、固化剂和流平剂的用量使得所述隔热保温粉末涂料含有1-50重量%的表面改性的二氧化硅多孔材料、20-98重量%的成膜聚合树脂、0.5-25重量%的固化剂和0.1-5重量%的流平剂，更优选使得所述隔热保温粉末涂料含有5-30重量%的表面改性的二氧化硅多孔材料、50-80重量%的成膜聚合树脂、15-25重量%的固化剂和0.5-3重量%的流平剂。

根据本发明，所述表面改性的二氧化硅多孔材料的粒径可以为20μm-1000μm，优选为40μm-500μm；导热系数为12-40mW/m·K，优选为12-20mW/m·K；比表面积为500-800平方米/克，优选为700-800平方米/克；最可几孔径为10-40nm，优选为10-25nm；孔隙率为85%-98%，优选为95%-98%。

根据本发明，所述成膜聚合树脂没有具体限定，优选情况下，所述成膜聚合树脂可以为环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸酯和聚氨酯中的一种或多种；优选为环氧树脂。

根据本发明，所述固化剂没有具体限定，优选情况下，所述固化剂可以为双氰胺固化剂、咪唑类固化剂、改性多元胺固化剂、多元酸固化剂和多元酚固化剂中的一种或多种；优选为双氰胺固化剂。另外，所述双氰胺固化剂可以包括加速固化双氰胺固化剂和改性双氰胺固化剂，其中，所述加速固化双氰胺固化剂没有具体限定，可以为本领域技术人员所公知的将双氰胺与咪唑或咪唑衍生物按一定比例例如1：0.4-1.5混合来制备即可；所述改性双氰胺固化剂没有具体限定，可以为4,4-二氨基二苯砜、对二甲苯胺、4,4-二氨基二苯醚和4,4-二氨基二苯甲烷等中的一种或多种。

根据本发明，所述流平剂没有具体限定，优选情况下，所述流平剂可以为负载白炭黑上的丙烯酸共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯和聚丙烯酸正丁酯中的一种或多种；所述负载白炭黑上的丙烯酸共聚物的型号可以为PV88、Modaflow II和PLP100。

根据本发明，其中，所述隔热保温粉末涂料的制备方法还可以包括在步骤（4）中加入助剂，使所述助剂分散于成膜聚合树脂中。优选地，所述助剂的用量使得所述隔热保温粉末涂料含有0.1-2重量%的助剂。所述助剂可以优选为固化促进剂、抗粉末结块剂、粉体流动剂、增电剂、抗静电剂、电荷控制剂和颜料分散剂中的一种或多种。

根据本发明的一种具体实施方式，该制备方法具体包括以下步骤：

（1）将所述二氧化硅多孔材料置于离心机混合设备中，将含有表面改性剂的溶液喷洒在二氧化硅多孔材料的表面上且在转速为100-1000r/min的低转速下混合300min；优选在转速为300-800r/min的低转速下混合300min；

（2）逐渐提高混合转速，在转速为1000-2500r/min的高转速下混合10-120min；优选情况下，在转速为1500-2000r/min下混合60-120min；更优选情况下，在转速为1600-1800在r/min下混合60-120min；其中，所述混合设备优选为无搅拌器的离心机混合设备；

（3）将步骤（2）得到的混合物干燥，形成表面改性的二氧化硅多孔材料干燥且使其中的溶剂基本挥发基本完全或含水量小于0.05wt%；

（4）将步骤（3）得到的经表面改性的二氧化硅多孔材料、成膜聚合树脂和固化剂筛分至粒径小于1.5mm的粒度；

（5）将所述流平剂和所述其他助剂等质量分数较小的组分预分散于质量分数较大的所述成膜聚合树脂中，得到成膜聚合树脂组合物；

（6）将所述成膜聚合树脂组合物和所述经表面处理的二氧化硅多孔材料投入混合设备；优选情况下，投料时优先投入颗粒粒径较大的组分；所述混合设备优选为无破碎装置的混合设备，混合时间为15min-300min，得到混合后的粉末组合物；

（7）将所述混合后的粉末组合物输送至混炼挤出机；优选情况下，所述混炼挤出机为具有推进和捏合功能的螺杆组合，在温度和螺杆功能的作用下所述混合后的粉末组合物中的成膜聚合树脂可以完全融化，并对所述二氧化硅多孔材料进一步润湿混合，得到挤出物；其中，挤出机料段温度50℃，熔融段温度95℃，过渡段温度100℃，捏合段温度为100℃，出料段温度95℃；

（8）利用压片辊将所述挤出物压制成1mm-3mm的薄片并迅速冷却，并将此薄片输送至磨机将其磨成粉末，最终通过旋风分离器将满足要求的粉末分离出体系，经筛分后得到所述隔热保温粉末涂料。

本发明还提供了由上述方法制备的隔热保温粉末涂料，所述隔热保温粉末涂料的粒径为30μm-100μm。

以下将通过实施例对本发明进行详述。

在以下实施例和对比例中，根据马尔文公司Mastersizer 2000E型激光粒度仪表征本发明制备的隔热保温粉末涂料的粒径；根据天津市建仪试验机有限责任公司的DRP-4A型导热系数测定仪表征本发明制备的隔热保温粉末涂料的导热率；根据卡博特公司提供二氧化硅多孔材料的参数确定本发明制备的隔热保温粉末涂料的比表面积；根据卡博特公司提供二氧化硅多孔材料的参数确定本发明制备的隔热保温粉末涂料的最可几孔径和孔隙率；以及根据天津市建仪试验机有限责任公司的QHS型管道涂层划痕深度测量仪表征本发明制备的隔热保温粉末涂料的机械性能。

根据本发明，所述硅烷偶联剂购自南京辰工有机硅材料有限公司；所述二甲基二氯硅烷购自南京辰工有机硅材料有限公司；所述二氧化硅多孔材料购自卡博特公司，粒径为5-1000μm，导热系数为9-12mW/m·K，比表面积为750平方米/克，最可几孔径为20-40nm，孔隙率为95%；所述离心机混合设备购自张家港国华机械有限公司TS型，所述真空干燥器使用真空干燥烘箱。

实施例1

本实施例用于说明采用本发明的制备方法制备的隔热保温粉末涂料

（1）将含有表面改性剂的溶液喷洒在二氧化硅多孔材料的表面上

将5克γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷以3：100的质量比溶解于无水乙醇中，搅拌至完全溶解，并加入草酸使该溶液的pH至为3，制备含有γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液；将200克二氧化硅多孔材料加入离心机混合设备中，且将100克含有γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷的溶液喷洒在二氧化硅多孔材料的表面上且在转速为300r/min的低转速下混合300min；然后，再在2000r/min的高转速下混合120min；

（2）制备干燥的表面改性的二氧化硅多孔材料

将在步骤（1）中得到的表面改性的二氧化硅多孔材料置于真空干燥器中干燥，使其含水量小于0.05wt%，一方面回收乙醇溶剂，一方面获得了干燥的表面改性的二氧化硅多孔材料，该表面改性的二氧化硅多孔材料的粒径为40μm，导热系数为12mW/m·K，比表面积为700平方米/克，最可几孔径为10nm，孔隙率为90%；

（3）将表面改性的二氧化硅多孔材料、成膜聚合树脂和固化剂筛分至粒径小于1.5mm

将表面改性的二氧化硅多孔材料、环氧树脂（购自中国石化，牌号EP-E44）和双氰胺固化剂（购自上海众司实业有限公司，牌号Dyhard 100）,筛分至粒径小于1.5mm；

（4）制备成膜聚合树脂组合物

将150克上述双氰胺固化剂、30克型号为Modaflow II负载在白炭黑上的丙烯酸共聚物（购自比利时UCB公司）和5克固化促进剂（购自上海丽合化工有限公司，牌号D-8）加入到600克上述环氧树脂中得到成膜聚合树脂组合物；该表面改性的二氧化硅多孔材料能够较好地分散于环氧树脂中；

（5）将表面改性的二氧化硅多孔材料和成膜聚合树脂组合物混炼、挤出、压片和破碎

将200克上述表面改性的二氧化硅多孔材料和成膜聚合树脂组合物混合，且将该混合物输送至混炼挤出机，挤出机加料段温度为50℃，熔融段温度为95℃，过渡段温度为100℃，捏合段温度为100℃，出料段温度为95℃。将所得到的熔融挤出物通过压片辊压制成厚度为1.5mm的薄片并送入粉碎机破碎，再通过旋风分离器分离后筛分得到隔热保温粉末涂料T1；

通过物料的加入量计算得知，所述隔热保温粉末涂料T1含有20重量%的表面改性的二氧化硅多孔材料、61重量%的环氧树脂、15重量%的双氰胺固化剂、3重量%的负载在白炭黑上的丙烯酸共聚物和0.5重量%的固化促进剂；采用激光粒度仪表征本实施制备得到的隔热保温粉末涂料T1的粒径为30μm-100μm之间；采用导热系数测定仪表征本实施制备得到的隔热保温粉末涂料T1的导热系数，采用管道涂层划痕深度测量仪表征本实施制备得到的隔热保温粉末涂料T1的划痕深度，结果如表1所示。

实施例2

本实施例用于说明采用本发明的制备方法制备的隔热保温粉末涂料

（1）将含有表面改性剂的溶液喷洒在二氧化硅多孔材料的表面上

将5克N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷以3：100的质量比比溶解于无水乙醇中，搅拌至完全溶解，并加入醋酸使该溶液的pH至为6，制备含有N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液；将200克二氧化硅多孔材料加入离心机混合设备中，且将100克含有N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷的溶液喷洒在二氧化硅多孔材料的表面上且在转速为500r/min的低转速下混合300min；然后，再在2500r/min的高转速下混合120min；

（2）制备干燥的表面改性的二氧化硅多孔材料

将在步骤（1）中得到的表面改性的二氧化硅多孔材料置于真空干燥器中干燥，使其含水量小于0.05wt%，一方面回收乙醇溶剂，一方面获得了干燥的表面改性的二氧化硅多孔材料，该表面改性的二氧化硅多孔材料的粒径为500μm，导热系数为20mW/m·K，比表面积为800平方米/克，最可几孔径为25nm，孔隙率为98%；

（3）将表面改性的二氧化硅多孔材料、成膜聚合树脂和固化剂筛分至粒径小于1.5mm

将表面改性的二氧化硅多孔材料、酚醛树脂（购自河北宇正化工建材有限公司，牌号2130）和咪唑固化剂（购自无锡绍惠贸易有限责任公司，牌号为2E4MZ-CN）筛分至粒径小于1.5mm；

（4）制备成膜聚合树脂组合物

将150克上述咪唑固化剂、30克PV88流平剂（购自湖北来斯化工新材料有限公司）和5克固化促进剂（购自江阴市桐岐泗河废渣化工厂，牌号DMP-30）加入到600克酚醛树脂中得到成膜聚合树脂组合物；该表面改性的二氧化硅多孔材料能够较好地分散于酚醛树脂中；

（5）将表面改性的二氧化硅多孔材料和成膜聚合树脂组合物混炼、挤出、压片和破碎

将150克上述表面改性的二氧化硅多孔材料和成膜聚合树脂组合物混合，且将该混合物输送至混炼挤出机，挤出机加料段温度为50℃，熔融段温度为95℃，过渡段温度为100℃，捏合段温度为100℃，出料段温度为95℃。将所得到的熔融挤出物通过压片辊压制成厚度为1.5mm的薄片并送入粉碎机破碎，再通过旋风分离器分离后筛分得到隔热保温粉末涂料T2；

通过物料的加入量计算得知，所述隔热保温粉末涂料T2含有16重量%的表面改性的二氧化硅多孔材料、64重量%的酚醛树脂、16重量%的咪唑固化剂、3重量%的PV88流平剂和0.5重量%的固化促进剂；采用激光粒度仪表征本实施制备得到的隔热保温粉末涂料T2的粒径为30μm-100μm之间；采用导热系数测定仪表征本实施制备得到的隔热保温粉末涂料T2的导热系数，采用管道涂层划痕深度测量仪表征本实施制备得到的隔热保温粉末涂料T2的划痕深度，结果如表1所示。

实施例3

本实施例用于说明采用本发明的制备方法制备的隔热保温粉末涂料

（1）将含有表面改性剂的溶液喷洒在二氧化硅多孔材料的表面上

将5克γ-氨丙基三乙氧基硅烷（硅烷偶联剂KH550）以3：100的质量比溶解于甲醇中，搅拌至完全溶解，并加入对甲苯磺酸使该溶液的pH至为5，制备含有酚醛的甲醇溶液；将200克二氧化硅多孔材料加入离心机混合设备中，且将50克含有γ-氨丙基三乙氧基硅烷的溶液喷洒在二氧化硅多孔材料的表面上且在转速为300r/min的低转速下混合300min；然后，再在2200r/min的高转速下混合120min；

（2）制备干燥的表面改性的二氧化硅多孔材料

将在步骤（1）中得到的表面改性的二氧化硅多孔材料置于真空干燥器中干燥，使其含水量小于0.05wt%，一方面回收乙醇溶剂，一方面获得了干燥的表面改性的二氧化硅多孔材料，该表面改性的二氧化硅多孔材料的粒径为20μm，导热系数为12mW/m·K，比表面积为500平方米/克，最可几孔径为10nm，孔隙率为80%；

（3）将表面改性的二氧化硅多孔材料、成膜聚合树脂和固化剂筛分至粒径小于1.5mm

将表面改性的二氧化硅多孔材料、环氧树脂（购自中国石化，牌号EP-E44）和4,4-二氨基二苯砜,筛分至粒径小于1.5mm；

（4）制备成膜聚合树脂组合物

将200克上述4,4-二氨基二苯砜、30克PLP100流平剂和5克固化促进剂（购自东莞市汇洲高分子材料有限公司，牌号RP-126）加入到600克环氧树脂中得到成膜聚合树脂组合物；该表面改性的二氧化硅多孔材料能够较好地分散于环氧树脂中；

（5）将表面改性的二氧化硅多孔材料和成膜聚合树脂组合物混炼、挤出、压片和破碎

将100克上述表面改性的二氧化硅多孔材料和成膜聚合树脂组合物混合，且将该混合物输送至混炼挤出机，挤出机加料段温度为50℃，熔融段温度为95℃，过渡段温度为100℃，捏合段温度为100℃，出料段温度为95℃。将所得到的熔融挤出物通过压片辊压制成厚度为1.5mm的薄片并送入粉碎机破碎，再通过旋风分离器分离后筛分得到隔热保温粉末涂料T3；

通过物料的加入量计算得知，所述隔热保温粉末涂料T3含有11重量%的表面改性的二氧化硅多孔材料、64重量%的环氧树脂、16重量%的4,4-二氨基二苯砜、3重量%的PLP100流平剂和0.5重量%的固化促进剂；采用激光粒度仪表征本实施制备得到的隔热保温粉末涂料T3的粒径为30μm-100μm之间；采用导热系数测定仪表征本实施制备得到的隔热保温粉末涂料T3的导热系数，采用管道涂层划痕深度测量仪表征本实施制备得到的隔热保温粉末涂料T3的划痕深度，结果如表1所示。

实施例4

本实施例用于说明采用本发明的制备方法制备的隔热保温粉末涂料

按照与实施例1相同的制备方法制备隔热保温粉末涂料T4，所不同的是在制备过程中，表面改性剂不但加入了γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷，而且还加入了γ-氨丙基三乙氧基硅烷（硅烷偶联剂KH550），且所加入的γ-氨丙基三乙氧基硅烷的量与所加入的二甲基二氯硅烷的量的比为1：1，总重量仍为5克，结果制备的表面改性的二氧化硅多孔材料的粒径为1000μm，导热系数为40mW/m·K，比表面积为750平方米/克，最可几孔径为40nm，孔隙率为85%；

通过物料的加入量计算得知，所述隔热保温粉末涂料T4含有16重量%的表面改性的二氧化硅多孔材料、64重量%的环氧树脂、16重量%的双氰胺固化剂、3重量%的负载在白炭黑上的丙烯酸共聚物和0.5重量%的固化促进剂；采用激光粒度仪表征本实施制备得到的隔热保温粉末涂料T4的粒径为30μm-100μm之间；采用导热系数测定仪表征本实施制备得到的隔热保温粉末涂料T4的导热系数，采用管道涂层划痕深度测量仪表征本实施制备得到的隔热保温粉末涂料T4的划痕深度，结果如表1所示。

实施例5

本实施例用于说明采用本发明的制备方法制备的隔热保温粉末涂料

按照与实施例1相同的制备方法制备隔热保温粉末涂料T5，所不同的是在制备过程中，表面改性剂为N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，结果制备的表面改性的二氧化硅多孔材料的粒径为100μm，导热系数为30mW/m·K，比表面积为600平方米/克，最可几孔径为30nm，孔隙率为85%；

通过物料的加入量计算得知，所述隔热保温粉末涂料T5含有16重量%的表面改性的二氧化硅多孔材料、64重量%的环氧树脂、16重量%的双氰胺固化剂、3重量%的负载在白炭黑上的丙烯酸共聚物和0.5重量%的固化促进剂；采用激光粒度仪表征本实施制备得到的隔热保温粉末涂料T5的粒径为30μm-100μm之间；采用导热系数测定仪表征本实施制备得到的隔热保温粉末涂料T5的导热系数，采用管道涂层划痕深度测量仪表征本实施制备得到的隔热保温粉末涂料T5的划痕深度，结果如表1所示。

对比例1

按照与实施例1相同的制备方法制备隔热保温粉末涂料，所不同的是在制备过程中没有加入表面改性剂，结果制备隔热保温粉末涂料DT1，未经表面改性的二氧化硅多孔材料分散不均匀。

通过物料的加入量计算得知，所述隔热保温粉末涂料DT1含有20重量%的二氧化硅多孔材料、61重量%的环氧树脂、15重量%的双氰胺固化剂、3重量%的负载在白炭黑上的丙烯酸共聚物和0.5重量%的固化促进剂；采用激光粒度仪表征本实施制备得到的隔热保温粉末涂料DT1的粒径为10μm-200μm之间；采用导热系数测定仪表征本实施制备得到的隔热保温粉末涂料DT1的导热系数，采用管道涂层划痕深度测量仪表征本实施制备得到的隔热保温粉末涂料DT1的划痕深度，结果如表1所示。

对比例2

按照与实施例1相同的制备方法制备隔热保温粉末涂料，所不同的是在制备过程中先将150克双氰胺固化剂、50克型号为Modaflow II的负载在白炭黑上的丙烯酸共聚物固体粉末和10克助剂加入到190克环氧树脂中得到环氧树脂组合物；将600克表面改性的二氧化硅多孔材料和成膜树脂混合物；结果制备隔热保温粉末涂料DT2。

通过物料的加入量计算得知，所述隔热保温粉末涂料DT2含有60重量%的表面改性的二氧化硅多孔材料、19重量%的环氧树脂、15重量%的双氰胺固化剂、5重量%的负载在白炭黑上的丙烯酸共聚物和1重量%的固化促进剂；采用激光粒度仪表征本实施制备得到的隔热保温粉末涂料DT2的粒径为30μm-150μm之间；采用导热系数测定仪表征本实施制备得到的隔热保温粉末涂料DT2的导热系数，采用管道涂层划痕深度测量仪表征本实施制备得到的隔热保温粉末涂料DT2的划痕深度，结果如表1所示。

对比例3

按照与实施例1相同的制备方法制备隔热保温粉末涂料，所不同的是在制备过程中没有进行步骤（2），即没有使表面改性的二氧化硅多孔材料的含水量小于0.05wt%，结果制备隔热保温粉末涂料DT3。

通过物料的加入量计算得知，所述隔热保温粉末涂料DT3含有70重量%的表面改性的二氧化硅多孔材料、10重量%的环氧树脂、15重量%的双氰胺固化剂、3重量%的负载在白炭黑上的丙烯酸共聚物和0.5重量%的固化促进剂；采用激光粒度仪表征本实施制备得到的隔热保温粉末涂料DT3的粒径为30μm-200μm之间；采用导热系数测定仪表征本实施制备得到的隔热保温粉末涂料DT3的导热系数，采用管道涂层划痕深度测量仪表征本实施制备得到的隔热保温粉末涂料DT3的划痕深度，结果如表1所示。

测试例

将上述实施例1-5以及对比例1-3中所制备的隔热保温粉末涂料用于静电喷涂，首先选用不锈钢板作为基材；然后将不锈钢板加热至220℃；然后喷涂的静电压为80kV，喷涂距离为300mm，喷涂次数为5次,每次间隔3秒；最后将实施例1-5以及对比例1-3中所制备的隔热保温粉末涂料喷涂在不锈钢基材上，测试实施例1-5以及对比例1-3中所制备的隔热保温粉末涂料的喷涂上粉率（涂层厚度），结果如表1所示；以及将上述实施例1-5以及对比例1-3中所制备的隔热保温粉末涂料进行机械性能测试结果如表1所示，其中，钢针粒度为20N，施划速度为5mm/s。

表1

由表1的数据可以看出：实施例1-5中制备的隔热保温粉末涂料T1、T4和T5的导热系数小于T2，而T2的导热系数小于T3，这说明粉末涂料中混入更多的二氧化硅多孔材料会有利于降低涂层的导热系数。实施例1-5中制备的隔热保温粉末涂料T1、T4和T5的划痕深度明显大于T2，而T2的划痕深度大于T3，说明粉末涂料中混入更多的二氧化硅多孔材料会降低涂层的强度。

实施例1中制备的隔热保温粉末涂料T1的导热系数、成膜厚度和机械性能优于T4和T5，说明硅烷偶联剂γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷具有更高的表面改性效果。

对比例1中制备的隔热保温涂料DT1的导热系数明显高于其他涂层，且成膜厚度明显低于其他涂层，说明未经表面改性的二氧化硅多空材料无法均匀分散于粉末涂料中。

对比例2中制备的隔热保温涂料DT2的性能明显低于T1，说明混合过程中各物质用量对制备保温隔热涂层存在影响。

对比例3中制备的隔热保温涂层DT3的性能也低于T1，说明改性过程将表面改性的二氧化硅多孔材料的含水量小于0.05wt%对制备隔热保温涂料存在影响。

对比例1中的划痕深度为25μm，对比例3中的划痕深度为63μm，虽然，其划痕深度小于实施例1-5中的划痕深度，但是，对比例1和对比例3的涂层厚度很低，说明对比例1和对比例3中制备的隔热保温涂层的保温效果不好。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (21)

1.一种隔热保温粉末涂料，其特征在于，所述隔热保温粉末涂料含有表面改性的二氧化硅多孔材料、成膜聚合树脂、固化剂和流平剂，且以该隔热保温粉末涂料的总重量为基准，所述表面改性的二氧化硅多孔材料的含量为1-50重量%，所述成膜聚合树脂的含量为20-98重量%，所述固化剂的含量为0.5-25重量%，所述流平剂的含量为0.1-5重量%。

2.根据权利要求1所述的隔热保温粉末涂料，其中，以所述隔热保温粉末涂料的总重量为基准，所述表面改性的二氧化硅多孔材料的含量为5-30重量%，所述成膜聚合树脂的含量为50-80重量%，所述固化剂的含量为15-25重量%，所述流平剂的含量为0.5-3重量%。

3.根据权利要求1所述的隔热保温粉末涂料，其中，所述表面改性的二氧化硅多孔材料是疏水性的。

4.根据权利要求1所述的隔热保温粉末涂料，其中，所述表面改性的二氧化硅多孔材料的粒径为20μm-1000μm，优选为40μm-500μm；导热系数为12-40mW/m·K，优选为12-20mW/m·K；比表面积为500-800平方米/克，优选为700-800平方米/克；最可几孔径为10-40nm，优选为10-25nm；孔隙率为80%-98%，优选为90%-98%。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的隔热保温粉末涂料，其中，所述表面改性的二氧化硅多孔材料为用表面改性剂对二氧化硅多孔材料进行改性得到，所述表面改性剂优选为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、二甲基二氯硅烷、聚乙二醇、十二烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、山梨醇酐油酸酯、钛酸酯、正硅酸酯、多聚硅烷、硅溶胶、磷酸酯和硬脂酸中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的隔热保温粉末涂料，其中，所述成膜聚合树脂为环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸酯和聚氨酯中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的隔热保温粉末涂料，其中，所述固化剂为双氰胺固化剂、咪唑固化剂、改性多元胺固化剂、多元酸固化剂和多元酚固化剂中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的隔热保温粉末涂料，其中，所述流平剂为负载在白炭黑上的丙烯酸共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯和聚丙烯酸正丁酯中的一种或多种。

9.根据权利要求1或2所述的隔热保温粉末涂料，其中，所述隔热保温粉末涂料还含有助剂，且所述助剂的含量为0.1-2重量%，所述助剂优选为固化促进剂、抗粉末结块剂、粉体流动剂、增电剂、抗静电剂、电荷控制剂和颜料分散剂中的一种或多种。

10.一种隔热保温粉末涂料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

（1）将含有表面改性剂的溶液喷洒在二氧化硅多孔材料的表面上，然后再混合；

（2）将步骤（1）得到的混合物干燥，形成表面改性的二氧化硅多孔材料且使其含水量小于0.05wt%；

（3）将表面改性的二氧化硅多孔材料、成膜聚合树脂和固化剂筛分至粒径小于1.5mm；

（4）将固化剂和流平剂分散于成膜聚合树脂中得到成膜聚合树脂组合物；

（5）将表面改性的二氧化硅多孔材料和成膜聚合树脂组合物混炼、挤出、压片和破碎。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，在步骤（1）中，所述含有表面改性剂的溶液为至少一种表面改性剂和至少一种有机溶剂的混合溶液，且以所述二氧化硅多孔材料的重量为基准，所述表面改性剂的用量为2-5重量%，优选为2.5-3.5重量%；所述表面改性剂与所述有机溶剂的重量比为1-5：100，优选为1.5-3.5：100。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述表面改性剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、二甲基二氯硅烷、聚乙二醇、十二烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、山梨醇酐油酸酯、钛酸酯、正硅酸酯、多聚硅烷、硅溶胶、磷酸酯和硬脂酸中的一种或多种。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述有机溶剂为矿物油、石蜡油、甲醇、乙醇、异丙醇、有机硅油和水中的一种或多种。

14.根据权利要求10所述的方法，其中，该方法还包括在所述含有表面改性剂的溶液中加入草酸、醋酸、磷酸和对甲苯磺酸中的一种或多种，且使所述含有表面改性剂的溶液的pH为3-6。

15.根据权利要求10所述的方法，其中，二氧化硅多孔材料、成膜聚合树脂、固化剂和流平剂的用量使得所述隔热保温粉末涂料含有1-50重量%的表面改性的二氧化硅多孔材料、20-98重量%的成膜聚合树脂、0.5-25重量%的固化剂和0.1-5重量%的流平剂，优选使得所述隔热保温粉末涂料含有5-30重量%的表面改性的二氧化硅多孔材料、50-80重量%的成膜聚合树脂、15-25重量%的固化剂和0.5-3重量%的流平剂。

16.根据权利要求10所述的方法，其中，所述表面改性的二氧化硅多孔材料的粒径为20μm-1000μm，优选为40μm-500μm；导热系数为12-40mW/m·K，优选为12-20mW/m·K；比表面积为500-800平方米/克，优选为700-800平方米/克；最可几孔径为10-40nm，优选为10-25nm；孔隙率为85%-98%，优选为95%-98%。

17.根据权利要求10所述的方法，其中，所述成膜聚合树脂为环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸酯和聚氨酯中的一种或多种。

18.根据权利要求10所述的方法，其中，所述固化剂为双氰胺固化剂、咪唑固化剂、改性多元胺固化剂、多元酸固化剂和多元酚固化剂中的一种或多种。

19.根据权利要求10所述的方法，其中，所述流平剂为负载在白炭黑上的丙烯酸共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯和聚丙烯酸正丁酯中的一种或多种。

20.根据权利要求10所述的方法，其中，所述方法还包括在步骤（4）中加入助剂，使所述助剂分散于成膜聚合树脂中，且所述助剂的用量使得所述隔热保温粉末涂料含有0.1-2重量%的助剂；所述助剂优选为固化促进剂、抗粉末结块剂、粉体流动剂、增电剂、抗静电剂、电荷控制剂和颜料分散剂中的一种或多种。

21.根据权利要求10-20中任意一项所述的制备方法制得的隔热保温粉末涂料。