CN105130366A - 一种增强二氧化硅气凝胶超级绝热涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种增强二氧化硅气凝胶超级绝热涂料，由下列重量份的原料制成：正硅酸乙酯32-35、盐酸适量、氨水适量、乙醇适量、去离子水适量、四针状氧化锌晶须0.5-0.7、三甲基氯硅烷1-1.5、聚氧乙烯脂肪醇醚0.4-0.5、十二烷基二甲基氧化胺0.01-0.02、桐油酸酐0.4-0.6、硅烷偶联剂KH55O0.02-0.04、硫酸化蓖麻油0.4-0.6、E-12环氧树脂70-75、二甲苯9-12、二乙烯三胺6.8-7.4；本发明通过添加改性的四针状氧化锌晶须，改善了二氧化硅气凝胶易碎、强度低的缺点，解决了产品在常压干燥过程中的收缩、开裂及崩塌问题，该涂料具有广阔的应用前景和极大的工业推广价值。

Description

一种增强二氧化硅气凝胶超级绝热涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及保温涂料领域，尤其涉及一种增强二氧化硅气凝胶超级绝热涂料及其制备方法。

背景技术

二氧化硅气凝胶具有纳米孔隙，是一种多孔性固态材料，具有低密度，高孔隙率的结构特点，具有超级绝热性能。利用二氧化硅气凝胶微球与涂料用成膜材料组合，形成具有超级保温性能的涂料。

目前的二氧化硅气凝胶大多利用溶胶凝胶法，通过正硅酸乙酯等硅源水解制备，由此得到的二氧化硅气凝胶极易吸潮，遇水开裂，导致纳米孔结构遭到破坏，影响气凝胶的性能，因此在制备过程中通常要对二氧化硅凝胶进行必要的疏水改性，增强气凝胶的疏水性。其主要的手段是采用特定的疏水改性剂，将二氧化硅湿凝胶上亲水性的硅羟基替换为甲基，亚甲基等疏水的非极性基团，从而增强凝胶体的疏水性，常用作疏水改性剂的物质有三甲基氯硅烷，二甲基二乙氧基硅烷，甲基二硅胺烷，甲基三甲氧基硅烷等。

过疏水的二氧化硅气凝胶微球是一种良好的隔热材料，但是由于它表面含有大量的非极性基团，当它与水性聚合物体系混合时相容性差，界面热阻大，同时气凝胶微球分散不均，极易团聚，导致复合材料的性能下降，因此，必须对疏水二氧化硅气凝胶微球进行适当改性。

二氧化硅气凝胶气凝胶质脆易碎，强度低，抗压等性能不够强，容易失去保温性能，因次需要增加二氧化硅气凝胶的强度，增加二氧化硅气凝胶强度的方法有添加骨架，还有就是对其进行改性，增加其分子之间的连接强度，还需要改善气凝胶的其他性能，如耐紫外等性能。利用二氧化硅气凝胶与高分子涂料结合制作高保温性能的涂料，可以节约大量能源，还需要解决气凝胶与高分子的结合强度，就需要对气凝胶进行适当的改性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种增强二氧化硅气凝胶超级绝热涂料及其制备方法，该涂料保温性能好，使用寿命长，具有广阔的应用前景和极大的工业推广价值。

本发明的技术方案如下：

一种增强二氧化硅气凝胶超级绝热涂料，其特征在于由下列重量份的原料制成：正硅酸乙酯32-35、盐酸适量、氨水适量、乙醇适量、去离子水适量、四针状氧化锌晶须0.5-0.7、三甲基氯硅烷1-1.5、聚氧乙烯脂肪醇醚0.4-0.5、十二烷基二甲基氧化胺0.01-0.02、桐油酸酐0.4-0.6、硅烷偶联剂KH55O0.02-0.04、硫酸化蓖麻油0.4-0.6、E-12环氧树脂70-75、二甲苯9-12、二乙烯三胺6.8-7.4；

所述增强二氧化硅气凝胶超级绝热涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将十二烷基二甲基氧化胺加入3-5重量份的去离子水中，搅拌后加入硅烷偶联剂KH55O，搅拌均匀后加入四针状氧化锌晶须，搅拌均匀后，超声处理5-7分钟，喷雾干燥，得到表面修饰的四针状氧化锌晶须；

（2）将正硅酸乙酯：乙醇：水按摩尔比1：（8-12）：（6-12）依次加入容器中，在350-400转/分搅拌下，加入盐酸醇溶液，调节PH值为2-3，搅拌10-13个小时，加入第（1）步得到的四针状氧化锌晶须，混合均匀，再加入氨水醇溶液，调节PH值为7-8.5，继续搅拌1-2小时，倒入模具，在室温下密封并静置，形成二氧化硅凝胶，进行雾化处理，得到二氧化硅凝胶微球，粒径在1-300μm；所述盐酸醇溶液为盐酸：乙醇体积比=1:49，氨水醇溶液为氨水：乙醇体积比=1:49；

（3）取30-40重量份的乙醇，加入三甲基氯硅烷、桐油酸酐，搅拌均匀，然后加入二氧化硅凝胶微球中，搅拌均匀，在常温下老化两天，将乙醇与去离子水按体积比1:1混合，加入聚氧乙烯脂肪醇醚，得到乙醇水溶液，取二氧化硅凝胶微球的3倍重量的乙醇水溶液，清洗凝胶微球3次，加入硫酸化蓖麻油，搅拌均匀，用3倍重量的乙醇清洗3次，在超临界CO₂条件下干燥，得到改性的二氧化硅气凝胶微球；

（4）将其他剩余成分混合，搅拌均匀，再加入第（3）步得到的改性二氧化硅气凝胶微球，搅拌均匀，即得。

本发明的有益效果

本发明使用了高孔隙率、低密度、低热导率的二氧化硅气凝胶作为隔热填料，大大增加了涂料的隔热性能，通过添加改性的四针状氧化锌晶须，改善了二氧化硅气凝胶易碎、强度低的缺点，解决了产品在常压干燥过程中的收缩、开裂及崩塌问题；通过使用桐油酸酐，能够增加二氧化硅气凝胶微球与环氧树脂的粘结作用，延长涂料的使用寿命，该涂料具有广阔的应用前景和极大的工业推广价值。

具体实施方式

一种增强二氧化硅气凝胶超级绝热涂料，由下列重量份（公斤）的原料制成：正硅酸乙酯33、盐酸适量、氨水适量、乙醇适量、去离子水适量、四针状氧化锌晶须0.6、三甲基氯硅烷1.3、聚氧乙烯脂肪醇醚0.4、十二烷基二甲基氧化胺0.01、桐油酸酐0.5、硅烷偶联剂KH55O0.03、硫酸化蓖麻油0.5、E-12环氧树脂73、二甲苯11、二乙烯三胺7；

所述增强二氧化硅气凝胶超级绝热涂料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将十二烷基二甲基氧化胺加入4重量份的去离子水中，搅拌后加入硅烷偶联剂KH55O，搅拌均匀后加入四针状氧化锌晶须，搅拌均匀后，超声处理6分钟，喷雾干燥，得到表面修饰的四针状氧化锌晶须；

（2）将正硅酸乙酯：乙醇：水按摩尔比1：10：9依次加入容器中，在380转/分搅拌下，加入盐酸醇溶液，调节PH值为2，搅拌11个小时，加入第（1）步得到的四针状氧化锌晶须，混合均匀，再加入氨水醇溶液，调节PH值为8，继续搅拌1小时，倒入模具，在室温下密封并静置，形成二氧化硅凝胶，进行雾化处理，得到二氧化硅凝胶微球，粒径在1-300μm；所述盐酸醇溶液为盐酸：乙醇体积比=1:49，氨水醇溶液为氨水：乙醇体积比=1:49；

（3）取35重量份的乙醇，加入三甲基氯硅烷、桐油酸酐，搅拌均匀，然后加入二氧化硅凝胶微球中，搅拌均匀，在常温下老化两天，将乙醇与去离子水按体积比1:1混合，加入聚氧乙烯脂肪醇醚，得到乙醇水溶液，取二氧化硅凝胶微球的3倍重量的乙醇水溶液，清洗凝胶微球3次，加入硫酸化蓖麻油，搅拌均匀，用3倍重量的乙醇清洗3次，在超临界CO₂条件下干燥，得到改性的二氧化硅气凝胶微球；

（4）将其他剩余成分混合，搅拌均匀，再加入第（3）步得到的改性二氧化硅气凝胶微球，搅拌均匀，即得。

实验数据

该实施例的涂料涂敷在钢板上，厚度为3mm，经检测导热系数为0.039W/mk（25℃环境），涂膜烧蚀余量为98.5%，耐85次水洗。

Claims (2)

1.一种增强二氧化硅气凝胶超级绝热涂料，其特征在于由下列重量份的原料制成：正硅酸乙酯32-35、盐酸适量、氨水适量、乙醇适量、去离子水适量、四针状氧化锌晶须0.5-0.7、三甲基氯硅烷1-1.5、聚氧乙烯脂肪醇醚0.4-0.5、十二烷基二甲基氧化胺0.01-0.02、桐油酸酐0.4-0.6、硅烷偶联剂KH55O0.02-0.04、硫酸化蓖麻油0.4-0.6、E-12环氧树脂70-75、二甲苯9-12、二乙烯三胺6.8-7.4。

2.根据权利要求1所述增强二氧化硅气凝胶超级绝热涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将十二烷基二甲基氧化胺加入3-5重量份的去离子水中，搅拌后加入硅烷偶联剂KH55O，搅拌均匀后加入四针状氧化锌晶须，搅拌均匀后，超声处理5-7分钟，喷雾干燥，得到表面修饰的四针状氧化锌晶须；

（2）将正硅酸乙酯：乙醇：水按摩尔比1：（8-12）：（6-12）依次加入容器中，在350-400转/分搅拌下，加入盐酸醇溶液，调节PH值为2-3，搅拌10-13个小时，加入第（1）步得到的四针状氧化锌晶须，混合均匀，再加入氨水醇溶液，调节PH值为7-8.5，继续搅拌1-2小时，倒入模具，在室温下密封并静置，形成二氧化硅凝胶，进行雾化处理，得到二氧化硅凝胶微球，粒径在1-300μm；所述盐酸醇溶液为盐酸：乙醇体积比=1:49，氨水醇溶液为氨水：乙醇体积比=1:49；

（3）取30-40重量份的乙醇，加入三甲基氯硅烷、桐油酸酐，搅拌均匀，然后加入二氧化硅凝胶微球中，搅拌均匀，在常温下老化两天，将乙醇与去离子水按体积比1:1混合，加入聚氧乙烯脂肪醇醚，得到乙醇水溶液，取二氧化硅凝胶微球的3倍重量的乙醇水溶液，清洗凝胶微球3次，加入硫酸化蓖麻油，搅拌均匀，用3倍重量的乙醇清洗3次，在超临界CO₂条件下干燥，得到改性的二氧化硅气凝胶微球；

（4）将其他剩余成分混合，搅拌均匀，再加入第（3）步得到的改性二氧化硅气凝胶微球，搅拌均匀，即得。