CN104609825A - 一种隔热保温无机涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无机隔热保温涂料及其制备方法。该涂料将气凝胶材料超级绝热功能与磷酸镁胶结材料（MPC）特有的耐水阻燃等功能相结合制备而成。本发明的无机水性隔热保温涂料，与目前现有的有机高分子气凝胶复合涂料和普通硅酸盐气凝胶复合涂料相比，具有热导率低、耐水性好、阻燃耐火性好、环保节能的优势特点。本发明可广泛应用于居民楼、学校、医院，厂房等公共建筑的内外墙与楼顶面隔热，桥梁、大坝等大体积建筑或设施的防热胀损伤保护，轮船、火车、大巴车顶部日照面的防护等诸多领域。
Description
技术领域
本发明涉及隔热保温涂料及其制备方法，具体涉及一种气凝胶粉体和磷酸镁胶结材料（MPC）相结合的无机水性隔热保温涂料及其制备方法。
背景技术
SiO2气凝胶是一种以纳米量级粒子相互聚集构成纳米多孔网络结构，并在孔隙中充满气态分散介质的一种高分散固态材料，因其具有纳米多孔结构、低密度、低介电常数、低导热系数、高孔隙率、高比表面积等特点，在力学、声学、热学、光学等诸方面显示出独特性质，在航天、军事、石油、化工、矿产、通讯、医用、建材、电子、冶金等众多领域有着广泛而巨大的应用价值，被称为“改变世界的神奇材料”。
气凝胶作为一种新型的隔热保温材料，受到了极大的关注。气凝胶独特的网络结构及高孔隙率和低密度等特点导致气凝胶本身强度低、脆性大等特点，在外在压力下很容易被破坏、力学强度低。因此，在很多领域，气凝胶很难作为隔热材料单独使用。目前工业化生产的气凝胶产品多为粉体，这也给气凝胶的应用带来了局限性。为了克服气凝胶这些缺点，研究者将气凝胶与其他材料复合，制造出既具有优良绝热性能又具有一定强度的复合型纳米孔超级绝热材料。
将气凝胶粉体和涂料混合制备复合隔热涂料时，可以不受空间、面积和隔热对象的限制，只需将该隔热涂料涂在隔热对象上。气凝胶作为一种高性能添加剂，在少量添加后，即可显著提升涂料的隔热性能，同时可具有隔音等特殊性能。将气凝胶粉体与涂料材料复合在一起，可充分利用涂料施工的方便和气凝胶隔热性能优良两个方面的特点。专利CN201010601347、CN201210023962、CN201210230531、CN201210559548和CN201310242852等专利公开了将气凝胶粉体（或颗粒）与高分子水性乳液（或胶乳）相结合，制备出气凝胶有机复合型涂料，获得较好的隔热性能，但气凝胶有机复合型涂料体系中含有较多的有机成分，造成整个涂料不耐高温，阻燃性较差；在专利CN201310228556有提到将气凝胶粉体与无机硅酸盐（硅酸钾，硅酸钠）结合制备成涂料，但无机硅酸盐体系不耐水，限制其应用。
磷酸镁胶结材料（MPC）主要由氧化镁与可溶性磷酸盐和缓凝剂等按照一定比例，在常温条件下通过酸碱化学反应及物理作用而变化生成以磷酸盐为黏结相的新型反应固化型无机胶黏剂，它聚集了水泥、陶瓷和耐火材料的主要优点，属于化学键结合的胶结材料。与有机高分子和普通硅酸盐相比，MPC具有耐水性好、低温凝结快、耐久性强、粘结强度高、干缩小、耐磨性、抗冻性良好和阻燃耐火性等优点。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种以气凝胶作为隔热填料的新型无机水性涂料，这种涂料主要以气凝胶粉体和磷酸镁胶结材料（MPC）混合反应制备而成，具有热导率低、耐水性好、阻燃耐火性好、环保节能的特点。
本发明的目的通过以下方式来完成：
一种隔热保温无机涂料，含有以下组分：氧化镁：100质量份；可溶性磷酸盐：15~40质量份；缓凝剂：1~10质量份；气凝胶水性浆料：5~100质量份；分散剂：0.1~5质量份；填料：0~30质量份；短纤维：4~20质量份；消泡剂：0.1~5质量份；硅烷偶联剂：0.5~5质量份；去离子水：20~200质量份；
所述的可溶性磷酸盐为磷酸二氢钾、磷酸二氢铵中的至少一种；所述的缓凝剂为硼砂；所述的分散剂聚丙烯酰胺、聚乙二醇、三硬脂酸甘油酯、吐温-60和吐温-80中的至少一种；所述的填料为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化锆、纳米氧化铝中的至少一种；所述的短纤维为莫来石短纤维、玻璃纤维中的至少一种；所述的消泡剂为聚二甲基硅氧烷、甲醇、乙醇、丙二醇中的至少一种；所述的硅烷偶联剂为烷基烷氧基硅烷、乙烯基烷氧基硅烷、氨烷基烷氧基硅烷中的至少一种。
所述隔热保温无机涂料的制备包括下述步骤：
（1）气凝胶水性浆料的制备
取1~5质量份的表面活性剂溶于100质量份的水中，加入25质量份的气凝胶粉体，在400~2000 r/min高速搅拌下分散0.5~3h，得到气凝胶水性浆料；
（2）隔热保温无机涂料的配制和涂覆
按照常规的涂料制作方式将各物料混合，经搅拌分散均匀、即制备出隔热保温无机涂料；将所制备的隔热保温无机涂料涂覆在基材表面，常温干燥7天，得到具有隔热保温性能的涂层表面。
为了更好地实现本发明，所述的表面活性剂为辛基磺酸钠、C13-17 仲烷基磺酸钠、C14-18α-烯基磺酸钠、月桂酸甲脂α-磺酸钠、辛基硫酸钠、月桂基硫酸钠、月桂基硫酸铵、月桂基硫酸二乙醇胺、月桂基聚氧乙烯醚硫酸铵、月桂基三甲基氯化铵、硬脂基三甲基氯化铵、牛油基三甲基氯化铵、二椰油基二甲基氯化铵、二癸基二甲基氯化铵、硬脂基磷酸酯甜菜碱、月桂基磷酸酯甜菜碱、月桂基二甲基氧化胺、椰油基酰胺丙基二甲基氧化胺中的至少一种。
相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：
本发明的无机水性隔热涂料是由气凝胶粉体和磷酸镁胶结材料（MPC）混合反应制备而成，与目前现有的有机高分子气凝胶复合涂料和普通硅酸盐气凝胶复合涂料相比，具有热导率低、耐水性好、阻燃耐火性好、环保节能的优势特点。本发明可广泛应用于居民楼、学校、医院，厂房等公共建筑的内外墙与楼顶面隔热，桥梁、大坝等大体积建筑或设施的防热胀损伤保护，轮船、火车、大巴车顶部日照面的防护等诸多领域。
具体实施方式
下面结合实施例子对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
实施例1
（1）气凝胶水性浆料的制备
取1质量份的辛基磺酸钠表面活性剂溶于100质量份的水中，加入25质量份的气凝胶粉体，在2000 r/min高速搅拌下分散0.5h，得到气凝胶水性浆料；
（2）隔热保温无机涂料的配制和涂覆
按氧化镁100质量份、磷酸二氢钾15质量份、硼砂10质量份、气凝胶水性浆料100质量份、聚丙烯酰胺1质量份、纳米二氧化硅填料10质量份、玻璃纤维5质量份、聚二甲基硅氧烷消泡剂2质量份、硅烷偶联剂2.5质量份和去离子水50质量份的比例，将各物料混合在一起，搅拌分散均匀、即制备出隔热保温无机涂料；将所制备的隔热保温无机涂料涂覆在基材表面，常温干燥7天，得到具有隔热保温性能的涂层表面。
实施例2
（1）气凝胶水性浆料的制备
取2质量份的月桂基聚氧乙烯醚硫酸铵表面活性剂溶于100质量份的水中，加入25质量份的气凝胶粉体，在2000 r/min高速搅拌下分散0.5h，得到气凝胶水性浆料；
（2）隔热保温无机涂料的配制和涂覆
按氧化镁100质量份、磷酸二氢钾15质量份、硼砂2质量份、气凝胶水性浆料5质量份、聚乙二醇0.5质量份、玻璃纤维8质量份、甲醇2质量份、硅烷偶联剂3质量份和去离子水20质量份的比例，将各物料混合在一起，搅拌分散均匀、即制备出隔热保温无机涂料；将所制备的隔热保温无机涂料涂覆在基材表面，常温干燥7天，得到具有隔热保温性能的涂层表面。
实施例3
（1）气凝胶水性浆料的制备
取3质量份的牛油基三甲基氯化铵表面活性剂溶于100质量份的水中，加入25质量份的气凝胶粉体，在2000 r/min高速搅拌下分散0.5h，得到气凝胶水性浆料；
（2）隔热保温无机涂料的配制和涂覆
按氧化镁100质量份、磷酸二氢钾40质量份、硼砂6质量份、气凝胶水性浆料100质量份、三硬脂酸甘油酯2质量份、纳米二氧化钛填料30质量份、玻璃纤维15质量份、乙醇0.1质量份、硅烷偶联剂1质量份和去离子水200质量份的比例，将各物料混合在一起，搅拌分散均匀、即制备出隔热保温无机涂料；将所制备的隔热保温无机涂料涂覆在基材表面，常温干燥7天，得到具有隔热保温性能的涂层表面。
实施例4
（1）气凝胶水性浆料的制备
取4质量份的椰油基酰胺丙基二甲基氧化胺表面活性剂溶于100质量份的水中，加入25质量份的气凝胶粉体，在2000 r/min高速搅拌下分散0.5h，得到气凝胶水性浆料；
（2）隔热保温无机涂料的配制和涂覆
按氧化镁100质量份、磷酸二氢铵20质量份、硼砂5质量份、气凝胶水性浆料50质量份、吐温-60为 1质量份、纳米氧化锆10质量份、莫来石短纤维10质量份、丙二醇5质量份、氨丙基三乙氧基硅烷5质量份和去离子水100质量份的比例，将各物料混合在一起，搅拌分散均匀、即制备出隔热保温无机涂料；将所制备的隔热保温无机涂料涂覆在基材表面，常温干燥7天，得到具有隔热保温性能的涂层表面。
实施例5
（1）气凝胶水性浆料的制备
取5质量份的硬脂基磷酸酯甜菜碱表面活性剂溶于100质量份的水中，加入25质量份的气凝胶粉体，在2000 r/min高速搅拌下分散0.5h，得到气凝胶水性浆料；
（2）隔热保温无机涂料的配制和涂覆
按氧化镁100质量份、磷酸二氢铵30质量份、硼砂10质量份、气凝胶水性浆料60质量份、吐温-80为5质量份、纳米氧化铝20质量份、莫来石短纤维4质量份、聚二甲基硅氧烷1质量份、甲基三乙氧基硅烷0.5质量份和去离子水150质量份的比例，将各物料混合在一起，搅拌分散均匀、即制备出隔热保温无机涂料；将所制备的隔热保温无机涂料涂覆在基材表面，常温干燥7天，得到具有隔热保温性能的涂层表面。
实施例6
（1）气凝胶水性浆料的制备
取2.5质量份的二椰油基二甲基氯化铵表面活性剂溶于100质量份的水中，加入25质量份的气凝胶粉体，在2000 r/min高速搅拌下分散0.5h，得到气凝胶水性浆料；
（2）隔热保温无机涂料的配制和涂覆
按氧化镁100质量份、磷酸二氢铵20质量份、硼砂1质量份、气凝胶水性浆料70质量份、聚丙烯酰胺0.1质量份、纳米二氧化硅5质量份、纳米氧化铝10质量份、莫来石短纤维20质量份、聚二甲基硅氧烷3质量份、正硅酸乙酯2质量份和去离子水80质量份的比例，将各物料混合在一起，搅拌分散均匀、即制备出隔热保温无机涂料；将所制备的隔热保温无机涂料涂覆在基材表面，常温干燥7天，得到具有隔热保温性能的涂层表面。
参照有关国家或行业标准，对以上具体实施例进行性能检测，结果如下表：
Claims (4)
1. 一种隔热保温无机涂料，其特征在于含有以下组分：
氧化镁：100质量份；可溶性磷酸盐：15~40质量份；缓凝剂：1~10质量份；气凝胶水性浆料：5~100质量份；分散剂：0.1~5质量份；填料：0~30质量份；短纤维：4~20质量份；消泡剂：0.1~5质量份；硅烷偶联剂：0.5~5质量份；去离子水：20~200质量份。
2. 根据权利要求1所述的隔热保温无机涂料，其特征在于：
所述的可溶性磷酸盐为磷酸二氢钾、磷酸二氢铵中的至少一种；所述的缓凝剂为硼砂；所述的分散剂聚丙烯酰胺、聚乙二醇、三硬脂酸甘油酯、吐温-60和吐温-80中的至少一种；所述的填料为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化锆、纳米氧化铝中的至少一种；所述的短纤维为莫来石短纤维、玻璃纤维中的至少一种；所述的消泡剂为聚二甲基硅氧烷、甲醇、乙醇、丙二醇中的至少一种；所述的硅烷偶联剂为烷基烷氧基硅烷、乙烯基烷氧基硅烷、氨烷基烷氧基硅烷中的至少一种。
3. 根据权利要求1~2任一项所述的隔热保温无机涂料的制备方法，其特征在于：所述隔热保温无机涂料的制备包括下述步骤：
（1）气凝胶水性浆料的制备
取1~5质量份的表面活性剂溶于100质量份的水中，加入25质量份的气凝胶粉体，在400~2000 r/min高速搅拌下分散0.5~3h，得到气凝胶水性浆料；
（2）隔热保温无机涂料的配制和涂覆
按照常规的涂料制作方式将各物料混合，经搅拌分散均匀、即制备出隔热保温无机涂料；将所制备的隔热保温无机涂料涂覆在基材表面，常温干燥7天，得到具有隔热保温性能的涂层表面。
4. 根据权利要求3所述的隔热保温无机涂料的制备方法，其特征在于：
所述的表面活性剂为辛基磺酸钠、C13-17 仲烷基磺酸钠、C14-18α-烯基磺酸钠、月桂酸甲脂α-磺酸钠、辛基硫酸钠、月桂基硫酸钠、月桂基硫酸铵、月桂基硫酸二乙醇胺、月桂基聚氧乙烯醚硫酸铵、月桂基三甲基氯化铵、硬脂基三甲基氯化铵、牛油基三甲基氯化铵、二椰油基二甲基氯化铵、二癸基二甲基氯化铵、硬脂基磷酸酯甜菜碱、月桂基磷酸酯甜菜碱、月桂基二甲基氧化胺、椰油基酰胺丙基二甲基氧化胺中的至少一种。
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