CN105384420A - 一种阻断热桥效应的无机保温涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种阻断热桥效应的无机保温涂料，属于保温涂料的技术领域，由骨料、粘接剂及水组成，所述的骨料由重量份数比为(3-6)：(2-5)：(0.1-3)的A组分、B组分和C组分组成，所述的A组分选自粒度为800-1500微米的闭孔珍珠岩、膨化蛭石中的一种或两种的组合，所述的B组分选自粒度为50-500微米的海泡石，水镁石、玻化微珠、氮化硅、硅酸铝、氧化镁、氧化锆、硅藻土中的一种或任意组合，所述的C组分是粒度为0.1-10微米的气凝胶。本发明还提供了所述涂料的制备方法，由本发明的组分及制备方法制备的保温涂料，低碳节能、绿色环保、保温性能好、有效阻断了热桥效应。

Description

一种阻断热桥效应的无机保温涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于保温涂料的技术领域，涉及无机保温涂料，具体涉及一种阻断热桥效应的无机保温涂料及其制备方法，本涂料低碳节能、绿色环保。
背景技术
保温材料是工业、建筑领域的必需品，采用良好的保温技术与材料可以控制热量损失、减少能源消耗、节约社会资源，曾有公开数据在建筑中每使用一吨矿物棉绝热制品，一年可节约一吨石油，而对于在工业领域或更好的保温材料而言，相对应的节约减排效果会更为可观。
目前在行业规范和实际应用中所普遍采用的保温材料大都为由矿棉、岩棉、玻璃纤维、硅酸铝纤维、聚苯、聚氨酯、硅酸钙等单一材料或多种材料复合而成的型材，包括板材或管壳等等。在施工时将上述材料拼接固定在设备、管路、建筑物等需保温界面上来实现保温隔热。而此种材料及其使用方法，必然会存在保温材料与保温主体外表面之间的间隙和保温材料型材相互之间的接缝，而所有这些间隙和接缝都会因热桥效应而加剧热量的散失，并且这种热桥损失会随着使用时间的延长而导致的保温型材的老化、变形而带来的间隙和接缝的加大而加大。
为了减少上述类型的热桥损失，直接涂抹或喷涂于保温界面的保温涂料便应运而生，此类保温材料通过涂抹或喷涂形式，直接附着于设备、管路、建筑外表面上，形成连续的密封结构，从而消除了因上述间隙与接缝而形成的热桥效应，并且省去了支撑件和外保护层，属于高效、绿色节能的保温材料。但从上述技术中的保温浆、涂料，一般都选用导热系数低的轻质骨料如珍珠岩、玻璃微珠等辅以一定的凝胶材料和其他助剂来构成微孔网状结构的保温材料(湿态时为粘稠膏状或糊状)，其保温机理是：从微观上看材料内部成微孔结构，属于微型气孔为连续相、保温骨料为分散相的微观结构模型，在此种结构中以骨料的外壳和凝胶剂为主的固体相的导热系数远远高于闭孔微泡的气相导热系数，相对于闭孔微泡的低导热，围绕在其周边的骨料骨架和骨料颗粒之间所填充的固相凝胶材料即形成了热传导的微观热桥。在当前已有技术中是通过优选导热系数更低的轻质骨料和采用更为优选的助剂来控制轻质骨料颗粒之间微观气泡的数量来降低微观热桥的热损，但只优选导热系数更低的轻质骨料对于削减骨料颗粒之间的固相热桥基本无效，通过优选的助剂来控制轻质骨料颗粒之间微观气泡的数量可以一定程度上降低骨料颗粒之间的固相热桥，但因空气分子的自由行程为80nm左右，所以最为理想的是骨料内的微观气泡和骨料颗粒之间的气泡的尺寸都小于空气自由行程，所有大于此尺寸的气泡都会成为增加热传递，但只采用优化助剂控制气泡尽量多的小于80nm无法做到。所以，为了进一步提高无机保温涂料的保温性能，亟需摸索出能从微观结构入手，更为有效的阻断微观热桥效应的新型保温涂料。
发明内容
本发明为解决现有技术中由于热桥效应而导致保温涂料保温性能差的问题，提供了一种阻断热桥效应的无机保温涂料及其制备方法，有效的阻断了保温涂料中的微观热桥的传递，使得保温材料的低导热系数大幅降低。
本发明为实现其目的采用的技术方案是：
一种阻断热桥效应的无机保温涂料，由骨料、粘接剂及水组成，所述的骨料由重量份数比为(3-6)：(2-5)：(0.1-3)的A组分、B组分和C组分组成，所述的A组分选自粒度为800-1500微米的闭孔珍珠岩、膨化蛭石中的一种或两种的组合，所述的B组分选自粒度为50-500微米的海泡石，水镁石、玻化微珠、氮化硅、硅酸铝、氧化镁、氧化锆、硅藻土中的一种或任意组合，所述的C组分是粒度为0.1-10微米的气凝胶。基于上述组份的粒径和混配比例，根据粒子堆积理论，可以实现最大的堆积密度，形成低绝热系数骨料A、B、C三组分的层层包裹、规则、整齐的空间结构，可以最大限度的减少了凝胶材料不规则填充带来的微观热桥。
所述的涂料按重量百分比计，由10-70％的骨料、2-10％粘接剂及余量的水组成。
所述的C组分选自硅系、碳系、硫系、金属氧化物系气凝胶中的一种或任意组合。
所述的粘接剂为凝胶粘接剂，凝胶粘接剂的成分为：以重量百分比计，聚乙烯醇1.5-5％，二氧化硅溶胶1-3％，氟硅酸钠0.5-3％，纤维素醚0.2-1％，十二烷基苯磺酸钠0.1-1％，十八烷基三甲基溴化铵0.1-0.5％，硫酸铝0.1-0.8％，空心的增强纤维1-3％，余量的水。其中聚乙烯醇、二氧化硅溶胶和氟硅酸钠作为胶黏剂，纤维素醚作为稳定剂和成膜剂，十二烷基苯磺酸钠作为起泡剂，十八烷基三甲基溴化铵作为活性剂，硫酸铝作为防水剂。
所述空心的增强纤维为海泡石纤维及其它具备空心结构的无机纤维。
一种阻断热桥效应的无机保温涂料的制备方法，包括以下步骤：
a、骨料的制备：按重量份数比分别称取粒度为800-1500微米的A组分、粒度为50-500微米的B组分和粒度为0.1-10微米的C组分，然后在密闭的回转混合器内混合均匀，得到骨料；
b、凝胶粘接剂的制备：按重量百分比称量凝胶粘接剂的各成分，然后在搅拌混合釜内进行搅拌，混合成凝胶粘接剂；
c、无机保温涂料的制备：将步骤a得到的骨料、步骤b得到的凝胶粘接剂与水加入到反应釜中进行搅拌打浆，控制搅拌转速125-200转/分钟，搅拌60-120分钟，直到通过镜检达到所预期的微观结构，即骨料中的各组分已经分层次的均匀堆积分散后，得到无机保温涂料。
本发明的有益效果是：按照本发明的配方和工艺流程所生产的可有效阻断热桥效应的无机保温涂料，其B组分的粒径小于A组分粒子间的间隙，用于填充A组分粒子间的间隙，C组分的粒径小于B组分粒子间的间隙，用于填充B组分粒子间的间隙，其有益效果在于，骨料中的C组分采用的是气凝胶，是一种纳米孔绝热材料，其99.8％都是空气，内部形成了无数不大于分子自由程的纳米空间(几乎所有空隙都在50-60纳米以下)，气凝胶纤细的纳米网络结构有效地限制了局域热激发的传播，而基于上述骨料A、B、C三组分逐层包裹的空间结构，就呈现出气凝胶几乎全部立体均匀的填充在了大粒度骨料组分之间，凭借其小于分子自由程的纳米空间微孔，在固相组分的传热温度梯度上，建立一系列的气凝胶薄壁屏障，屏障内气隙小于气体分子的平均自由形成，所以在气隙内的气体与屏障发生弹性碰撞而保留自己的速度与能量，参与不了热传递，从而有效阻断了保温涂料中的微观热桥的传递，使得保温材料的低导热系数大幅降低。
与此同时，本发明的组分和方法制备的无机保温涂料不仅解决了由于骨料颗粒之间的气泡的尺寸大于空气自由行程而导致的热桥，而且从微观结构上实现了低绝热系数骨料A、B、C三组分的层层包裹结构，实现了保温涂料中轻质骨料最大的堆积密度，并且空间结构规则、整齐，最大限度的减少了凝胶材料不规则填充带来的微观热桥。
本发明成分及方法制备的无机保温涂料的保温性能极好，最高耐热温度1200度；最低耐寒温度-50度；导热系数0.03-0.034W/(m.k)；粘接力(40-45)*103N/cm3，干密度：0.10-0.12g/cm3。
具体实施方式
本发明为解决现有技术中由于热桥效应而导致保温涂料保温性能差的问题，提供了一种阻断热桥效应的无机保温涂料及其制备方法，有效的阻断了保温涂料中的微观热桥的传递，使得保温材料的低导热系数大幅降低，下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1.
阻断热桥效应的无机保温涂料的组成：30％的骨料、6％凝胶粘接剂及余量的水，其中，骨料的组成为：50份900-1400微米的闭孔珍珠岩、47份粒度为60-400微米的海泡石、3份0.2-9微米的硅系气凝胶；凝胶粘接剂的组成为：以重量百分比计，聚乙烯醇1.5％，二氧化硅溶胶1％，氟硅酸钠0.5％，纤维素醚0.2％，十二烷基苯磺酸钠0.1％，十八烷基三甲基溴化铵0.1％，硫酸铝0.1％，空心的增强纤维1％，余量的水。
实施例2.
阻断热桥效应的无机保温涂料的组成：28％的骨料、5.6％凝胶粘接剂及余量的水，其中，骨料的组成为：53份1000-1300微米的闭孔珍珠岩、44.5份粒度为70-300微米的海泡石、2.5份0.3-8微米的硅系气凝胶；凝胶粘接剂的组成为：以重量百分比计，聚乙烯醇1.8％，二氧化硅溶胶1.2％，氟硅酸钠0.7％，纤维素醚0.3％，十二烷基苯磺酸钠0.2％，十八烷基三甲基溴化铵0.15％，硫酸铝0.2％，空心的增强纤维1％，余量的水。
实施例3.
阻断热桥效应的无机保温涂料的组成：25％的骨料、5％凝胶粘接剂及余量的水，其中，骨料的组成为：52份1100-1200微米的闭孔珍珠岩、46份粒度为80-200微米的海泡石、2份0.4-7微米的硅系气凝胶；凝胶粘接剂的组成为：以重量百分比计，聚乙烯醇2％，二氧化硅溶胶1.4％，氟硅酸钠0.8％，纤维素醚0.4％，十二烷基苯磺酸钠0.3％，十八烷基三甲基溴化铵0.2％，硫酸铝0.3％，空心的增强纤维1％，余量的水。
实施例4.
阻断热桥效应的无机保温涂料的组成：33％的骨料、6.7％凝胶粘接剂及余量的水，其中，骨料的组成为：53份1150-1250微米的闭孔珍珠岩、45份粒度为90-200微米的海泡石、2份0.5-6微米的硅系气凝胶；凝胶粘接剂的组成为：以重量百分比计，聚乙烯醇2.3％，二氧化硅溶胶1.6％，氟硅酸钠1％，纤维素醚0.5％，十二烷基苯磺酸钠0.4％，十八烷基三甲基溴化铵0.25％，硫酸铝0.4％，空心的增强纤维1.2％，余量的水。
实施例5.
阻断热桥效应的无机保温涂料的组成：35％的骨料、8％凝胶粘接剂及余量的水，其中，骨料的组成为：54份950-1300微米的闭孔珍珠岩、44.5份粒度为100-150微米的海泡石、1.5份0.6-5微米的硅系气凝胶；凝胶粘接剂的组成为：以重量百分比计，聚乙烯醇2.7％，二氧化硅溶胶1.8％，氟硅酸钠1.3％，纤维素醚0.55％，十二烷基苯磺酸钠0.5％，十八烷基三甲基溴化铵0.275％，硫酸铝0.5％，空心的增强纤维1.5％，余量的水。
实施例6.
阻断热桥效应的无机保温涂料的组成：32％的骨料、6.4％凝胶粘接剂及余量的水，其中，骨料的组成为：55份1010-1020微米的闭孔珍珠岩、44.6份粒度为110-140微米的海泡石、1.4份0.7-4微米的硅系气凝胶；凝胶粘接剂的组成为：以重量百分比计，聚乙烯醇3％，二氧化硅溶胶2％，氟硅酸钠1.5％，纤维素醚0.6％，十二烷基苯磺酸钠0.55％，十八烷基三甲基溴化铵0.3％，硫酸铝0.6％，空心的增强纤维1.3％，余量的水。
实施例7.
阻断热桥效应的无机保温涂料的组成：23％的骨料、5％凝胶粘接剂及余量的水，其中，骨料的组成为：56份1200-1400微米的闭孔珍珠岩、42.5份粒度为400-500微米的海泡石、2.5份6-9微米的硅系气凝胶；凝胶粘接剂的组成为：以重量百分比计，聚乙烯醇3.4％，二氧化硅溶胶2.2％，氟硅酸钠1.7％，纤维素醚0.65％，十二烷基苯磺酸钠0.6％，十八烷基三甲基溴化铵0.32％，硫酸铝0.35％，空心的增强纤维1.2％，余量的水。
实施例8.
阻断热桥效应的无机保温涂料的组成：20％的骨料、6％凝胶粘接剂及余量的水，其中，骨料的组成为：52份1400-1500微米的闭孔珍珠岩、45份粒度为300-400微米的海泡石、3份3-5微米的硅系气凝胶；凝胶粘接剂的组成为：以重量百分比计，聚乙烯醇3.8％，二氧化硅溶胶2.4％，氟硅酸钠2％，纤维素醚0.7％，十二烷基苯磺酸钠0.7％，十八烷基三甲基溴化铵0.36％，硫酸铝0.25％，空心的增强纤维1％，余量的水。
实施例9.
阻断热桥效应的无机保温涂料的组成：18％的骨料、6％凝胶粘接剂及余量的水，其中，骨料的组成为：46份1200-1300微米的闭孔珍珠岩、50份粒度为200-300微米的海泡石、4份1-3微米的硅系气凝胶；凝胶粘接剂的组成为：以重量百分比计，聚乙烯醇4％，二氧化硅溶胶2.6％，氟硅酸钠2.4％，纤维素醚0.8％，十二烷基苯磺酸钠0.8％，十八烷基三甲基溴化铵0.4％，硫酸铝0.45％，空心的增强纤维1.8％，余量的水。
实施例10.
阻断热桥效应的无机保温涂料的组成：16％的骨料、7％凝胶粘接剂及余量的水，其中，骨料的组成为：45.6份900-1450微米的闭孔珍珠岩、50份粒度为100-200微米的海泡石、4.4份0.2-0.9微米的硅系气凝胶；凝胶粘接剂的组成为：以重量百分比计，聚乙烯醇4.5％，二氧化硅溶胶2.8％，氟硅酸钠2.6％，纤维素醚0.9％，十二烷基苯磺酸钠0.9％，十八烷基三甲基溴化铵0.45％，硫酸铝0.7％，空心的增强纤维2％，余量的水。
实施例11.
阻断热桥效应的无机保温涂料的组成：15％的骨料、8％凝胶粘接剂及余量的水，其中，骨料的组成为：45份850-1150微米的闭孔珍珠岩、50份粒度为65-95微米的海泡石、5份7-8微米的硅系气凝胶；凝胶粘接剂的组成为：以重量百分比计，聚乙烯醇5％，二氧化硅溶胶3％，氟硅酸钠3％，纤维素醚1％，十二烷基苯磺酸钠1％，十八烷基三甲基溴化铵0.5％，硫酸铝0.8％，空心的增强纤维2％，余量的水。
具体制备时，具体操作如下：
a、骨料的制备：按上述实施例各成分的用量分别称取粒度为800-1500微米的A组分、粒度为50-500微米的B组分和粒度为0.1-10微米的C组分，然后在密闭的回转混合器内混合均匀，得到骨料；
b、凝胶粘接剂的制备：按上述实施例各成分的用量称量凝胶粘接剂的各成分，然后在搅拌混合釜内进行搅拌，制成混合成凝胶粘接剂；
c、无机保温涂料的制备：将步骤a得到的骨料、步骤b得到的凝胶粘接剂与水加入到反应釜中进行搅拌打浆，控制搅拌转速125-200转/分钟，搅拌60-120分钟，直到通过镜检达到所预期的微观结构，得到无机保温涂料。
将上述各实施例所制备的保温涂料进行性能检测，各项指标如下：
有上述指标可以看出，本发明的组分及制备方法制备的保温涂料为高效保温涂料，保温性能好，耐热性高，附着力强。

Claims (6)

1.一种阻断热桥效应的无机保温涂料，由骨料、粘接剂及水组成，其特征在于：所述的骨料由重量份数比为(3-6)：(2-5)：(0.1-3)的A组分、B组分和C组分组成，所述的A组分选自粒度为800-1500微米的闭孔珍珠岩、膨化蛭石中的一种或两种的组合，所述的B组分选自粒度为50-500微米的海泡石，水镁石、玻化微珠、氮化硅、硅酸铝、氧化镁、氧化锆、硅藻土中的一种或任意组合，所述的C组分是粒度为0.1-10微米的气凝胶。
2.根据权利要求1所述的一种阻断热桥效应的无机保温涂料，其特征在于：所述的涂料按重量百分比计，由10-70％的骨料、2-10％粘接剂及余量的水组成。
3.根据权利要求1所述的一种阻断热桥效应的无机保温涂料，其特征在于：所述的C组分选自硅系、碳系、硫系、金属氧化物系气凝胶中的一种或任意组合。
4.根据权利要求1所述的一种阻断热桥效应的无机保温涂料，其特征在于：所述的粘接剂为凝胶粘接剂，凝胶粘接剂的成分为：以重量百分比计，聚乙烯醇1.5-5％，二氧化硅溶胶1-3％，氟硅酸钠0.5-3％，纤维素醚0.2-1％，十二烷基苯磺酸钠0.1-1％，十八烷基三甲基溴化铵0.1-0.5％，硫酸铝0.1-0.8％，空心的增强纤维1-3％，余量的水。
5.根据权利要求1所述的一种阻断热桥效应的无机保温涂料，其特征在于：所述空心的增强纤维为海泡石纤维及其它具备空心结构的无机纤维。
6.一种如权利要求1所述涂料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、骨料的制备：按重量份数比分别称取粒度为800-1500微米的A组分、粒度为50-500微米的B组分和粒度为0.1-10微米的C组分，然后在密闭的回转混合器内混合均匀，得到骨料；
b、凝胶粘接剂的制备：按重量百分比称量凝胶粘接剂的各成分，然后在搅拌混合釜内进行搅拌，混合成凝胶粘接剂；
c、无机保温涂料的制备：将步骤a得到的骨料、步骤b得到的凝胶粘接剂与水加入到反应釜中进行搅拌打浆，控制搅拌转速125-200转/分钟，搅拌60-120分钟，得到无机保温涂料。
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