CN105802318B - 一种膏状蓄能纳米绝热外墙腻子及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以弹性丙烯酸乳液和VAE707乳胶复配为基料，以二氧化硅气凝胶水性浆、海泡石纤维、石蜡定型相变蓄能材料、膨胀珍珠岩、空心玻璃微珠等为填料的膏状蓄能纳米绝热外墙腻子，在混合助剂的配合下，通过制备2二氧化硅气凝胶水性浆、乳化石蜡浆、定型相变蓄能浆料及膏状蓄能纳米绝热外墙腻子等工艺步骤制备得到的膏状蓄能纳米绝热外墙腻子。具有施工薄层、柔性抗裂、高效隔热、耐高低温、耐水防渗、经久耐用、施工简便、性价比优且绿色环保，适于推广应用。

Description

一种膏状蓄能纳米绝热外墙腻子及制备方法

技术领域

本发明涉及建筑保温隔热材料技术领域，具体说是涉及到一种膏状蓄能纳米绝热外墙腻子及制备方法。

背景技术

众所周知，大力发展绿色建筑，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％，大城市节能要求达到75％，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，建筑节能材料具有广阔市场。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、并且为将来严重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；岩棉板强度低、吸湿性强，吸湿后保温效果大幅度降低；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。几年来的实践证明：由于上述保温系统存在保温层厚、材料内应力大、尺寸稳定性差、热应力造成的变形量大等缺陷，极易造成保温层开裂，脱落，经常造成安全事故。市场急需一种能够替代传统厚层保温隔热系统的绿色环保、安全薄层、保温隔热性能优异、施工方便、性价比优良的保温隔热材料，也是本领域急需完成的重要任务。

发明内容

本发明的目的是提供一种绿色环保、安全薄层、保温隔热性能优异、施工方便、性价比优良的膏状蓄能纳米绝热外墙腻子，同时也提供其及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种膏状蓄能纳米绝热外墙腻子，其各组份成分构成如下；

其中，上述定型相变蓄能浆料为膨胀珍珠岩吸附石墨烯改性乳化石蜡浆而成；

上述纤维为海泡石纤维；

上述二氧化硅气凝胶水性浆为纳米二氧化硅气凝胶分散在水中的浆料；

上述复配乳液是由自交联弹性丙烯酸乳液与VAE707胶乳以3：1质量比复配而成；

上述空心微珠为空心玻璃微珠；

上述混合助剂包括：

以上各组份按质量分数计。

上述膏状蓄能纳米绝热外墙腻子的制备工艺步骤如下：

步骤一，制备二氧化硅气凝胶水性浆，以下为质量份：

将0.5-1份分散剂、0.2-0.4份润湿剂、0.2-0.5份消泡剂，0.5-1份稳定剂、0.1-0.2份多功能胺助剂加入82-83份去离子水中，搅拌分散均匀，缓慢加入15份二氧化硅气凝胶，分散均匀后超声波振荡0.5h，然后再研磨制备成的二氧化硅气凝胶水性浆；

步骤二,制备乳化石蜡浆，以下为质量份：

将48#石蜡20-30份、石墨烯粉0.02-0.03份加入水浴烧杯中，加热至75-80℃使石蜡熔融，高速搅拌均匀；加入Span-60 2-4份、OS-15 4-6份、甘油1-2份，搅拌均匀；在600r-800r/min转速下滴加70-74℃的水10份，然后呈细流加入48-63份70℃温水，再室温搅拌10min；

步骤三，定型相变蓄能浆料的制备，以下为质量份：

将50-60份膨胀珍珠岩加入反应釜中，80r/min搅拌，中速抽真空20min，负压为0.05-0.06MPa，关闭抽真空阀并打开液料阀，将乳化石蜡浆200-250份加入反应釜内，加完后关闭进料阀，抽真空，负压为0.09-0.1MPa，搅拌速度调至120r/min，反应30min，关闭真空泵，打开加料孔，卸料、包装；

步骤四，膏状蓄能纳米绝热外墙腻子的制备，以下为质量份：

将定型相变蓄能浆料20-30份、混合助剂3-5份加入分散釜中，搅拌匀后加入海泡石纤维3-5份、气凝胶水性浆30-45份,中速分散20min至均匀，变低速搅拌，加入复配乳液20-30份、空心微珠5-10份，搅拌20min，成均匀膏状体，计量包装。

本发明配方采用的各组分特点是：

所述二氧化硅气凝胶水性浆是一种保温隔热性能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0.003-0.35g/cm³,室温导热系数低达0.013W/(m.k),在800℃高温下，其导热系数0.043W/(m.k),高温下不分解,无有害气体放出，是纯绿色环保材料二氧化硅气凝胶水性浆的隔热保温原理：(1)固体热传导：以纳米/亚纳米级空心结构材料为填料的腻子中，在粘结剂的作用下，相互连接聚集形成相变蓄能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。由于空气的主要成分是氮气和氧气，局域热激发无法通过空气分子跨越凝胶表面进行对流作用，从而对热对流传热产生隔绝作用；亚纳米级封闭微孔内的空气分子虽有自由流动能力，但因体积中所占比例较少，因此对流热传导也很微弱。(3)辐射热传导：辐射传导热是一种非接触式的热量传递。由于隔热填料为均匀的纳米/亚纳米级气孔，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。

所述定型相变蓄能浆料；石蜡是固-液相变材料，固—液相变材料在发生相变时产生液体，液体泄露易造成周围环境的污染腐蚀或体积的变化。因此，对固—液相变材料需要进行定型封装改性后才能使用。本定型相变蓄能浆料由膨胀珍珠岩吸附石墨烯改性石蜡构成，膨胀珍珠岩是以珍珠岩为原料，经高温烧结、瞬间膨胀而成的轻质多孔材料，其颗粒表面开孔、内部呈蜂窝状结构，因此吸水率达到65％。48#石蜡熔点为50℃，相变潜热205J/g，性能稳定，无腐蚀性，价格便宜，无过冷及析出现象，并有一定的抗张强度、粘结强度、柔韧性、憎水密封性，但热传导性差、抗压强度低。石墨烯是一种从石墨材料中剥离出的单层碳原子面材料，是碳的二维结构，硬度超过钻石，同时又像橡胶一样可以伸展。石墨晶体薄膜的厚度只有0.335纳米，是目前最纤薄、电阻率最小却也是最坚硬的纳米材料，是一种优秀的化学稳定剂，拥有高能量密度、高能效、阻燃效应。导热系数高达5300W/(m·K),对红外线反射率达98％、紫外线反射率达85％。用石墨烯对石蜡进行改性，可大幅度提高石蜡的热传导性，增强抗压强度、阻燃性。膨胀珍珠岩吸附改性石蜡以后，由于表面开孔全部被防水性好的石蜡封堵，内部仍为蜂窝状亚纳米级空心结构，其吸水率大幅度降低到5.4％，并具有优良隔热保温性能。膨胀珍珠岩吸附饱和后剩余的少量乳化石蜡，在制备腻子过程中又被海泡石纤维多孔结构吸附。定型相变蓄能材料的保温隔热原理：固-液相变储能材料具有一定的相变潜热，48#石蜡的熔点温度为50℃,相变潜热为205j/g。在高温季节，建筑围护结构因吸收太阳光的辐射热，普通墙体的外表面温度可达到70℃以上。当白天气温上升达到或超过48#石蜡的熔点以后，石蜡由固态变为液态，吸收墙体的辐射热并将热能储存起来，导致绝热腻子层导热系数下降、热阻增高，由此减少和减缓辐射热向室内传导；当室外环境温度低于石蜡的熔点温度时，又将储存的热能逐渐释放出去，由此降低和延缓了墙体的外表面温度下降速度，避免了因骤冷而引起面层开裂。因此，定型相变蓄能材料具有显著的调温节能性能。

所述海泡石纤维，海泡石纤维是一种天然富镁型层链状硅灰白色，成针束状，内部多孔且孔隙相通，表面有凹槽，相对密度低，吸附性和水化性强，但吸水后不膨胀,其结构中的Si-OH能与有机物直接反应有机矿物衍生物，熔点1650℃，导热系数0.032-0.042W/(m.k)，是一种耐热、抗辐射、绝缘、吸音、隔热、无毒的绿色天然矿物纤维。海泡石的针状及表面凹槽结构，有利于在腻子中异向分布、凹槽咬合、交联，可有效改善涂层的物理性能。

所述空心玻璃微珠，空心玻璃微珠是一种外壳坚硬、内部中空、封闭性的球形微珠，壳内充满了N₂或CO₂惰性气体，壁厚为直径的8—10％，导热系数为0.05-0.07w/(m.k)，堆积密度为200kg/m³，粒度为300—500目，具有质轻、保温隔热、耐高低温、耐腐蚀、隔音、防辐射、吸水率低、环保等优点。将适量空心玻璃微珠添加到蓄能绝热腻子中，不但因滚珠效应而改善其施工性，而且还明显提高了蓄能绝热腻子的保温性能。

所述自交联弹性丙烯酸乳液与VAE707复配乳液，本发明选择自交联型弹性丙烯酸乳液与VAE707乳胶复配为基料，自交联型弹性丙烯酸乳最低成膜温度﹤0℃，具有优异的断裂延伸率、抗拉强度、耐水抗渗性、机械稳定性、耐久性和耐沾污性，并且涂膜具有“呼吸”透气功能；VAE707胶乳，最低成膜温度为0℃，固含量为56％，具有良好的柔韧性、黏结性、相容性和稳定性。将两者以适量的比例复配，其涂膜不但综合了两者的优点，而且能够降低成本。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

本发明以弹性丙烯酸乳液和VAE707乳胶复配为基料，以纳米二氧化硅气凝胶、海泡石纤维、膨胀珍珠岩/石蜡定型相变蓄能材料、空心玻璃微珠等为填料，在多种功能助剂的配合下制备成膏状蓄能纳米绝热外墙腻子。采用无机纳米孔绝热、相变蓄能隔热相结合的原理制备的外墙腻子，涂层集反射、阻隔、辐射、相变蓄能保温隔热于一体，具有施工薄层、柔性抗裂、高效隔热、耐高低温、耐水防渗、经久耐用、施工简便、性价比优等特点。

在水泥墙向阳面分别抹涂不含石蜡的同配方腻子(对照)和本发明蓄能纳米绝热腻子，夏季晴天午后测试，蓄能纳米绝热腻子比对照表面温度低9℃。说明石墨烯改性石蜡具有显著的蓄能隔热效果。

工程实例证明1mm厚的膏状蓄能纳米绝热外墙腻子，相当于50mm厚的聚苯泡沫板的保温效果。试验方法如下；自制两个相同的钢板试验箱1#和2#，钢板厚度1mm，外形尺寸为：长X宽X高＝1.2X0.6X1.2(m),1#箱外面包覆一层50mm厚的聚苯泡沫板，2#箱外面涂刷1mm厚的蓄能纳米绝热腻子，养护干燥。在夏季晴天最高温度为38℃的条件下，将两个箱架空在室外阳光下暴晒，至下午3点同时检测两箱内部温度,结果如下：1#箱的内部温度为29.5℃，2#箱内温度为27℃。在冬季零下10℃条件下，将上述两箱内部加热至25℃，封闭后同时移至室外冷冻2h后，测试2箱内部温度，结果如下：1#箱的内部温度为13℃，2#箱内温度为12.5℃。

由以上测试结果证明，1mm厚的蓄能纳米绝热腻子涂层与50mm厚的聚苯泡沫板相比，夏季保温隔热效果更好、冬季大致相当，达到了发明目的。

具体实施方式

下面结合实施例详述本发明，一种膏状蓄能纳米绝热外墙腻子，其各组份成分构成如下；

上述混合助剂包括：

实施例1

称量41kg定型相变蓄能浆料、0.2kg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681F、0.1kg防腐剂LXE、0.3kg增稠剂TT935、3kg海泡石纤维、30kg二氧化硅气凝胶浆、20kg复配乳液、5kg空心玻璃微珠。

制备步骤如下：

步骤一，制备二氧化硅气凝胶水性浆，以下均为质量份：

将0.5-1份分散剂、0.2-0.4份润湿剂、0.2-0.5份消泡剂，0.5-1份稳定剂、0.1-0.2份多功能胺助剂加入82-83份去离子水中，搅拌分散均匀，缓慢加入15份二氧化硅气凝胶，分散均匀后超声波振荡0.5h，然后再研磨制备成气凝胶浆料；

步骤二,制备乳化石蜡浆，以下均为质量份：

将48#石蜡20-30份、石墨烯粉0.02-0.03份加入水浴烧杯中，加热至75-80℃使石蜡熔融，高速搅拌均匀。加入Span-60 2-4份、OS-15 4-6份、甘油1-2份，搅拌均匀。在600r-800r/min转速下滴加70-74℃的水10份，然后呈细流加入48-63份70℃温水，再室温搅拌10min。

步骤三，定型相变蓄能浆料的制备，以下均为质量份：

将50-60份膨胀珍珠岩加入反应釜中，搅拌(80r/min)中抽真空20min，负压为0.05-0.06MPa，关闭抽真空阀并打开液料阀，将石蜡乳液200-250份加入反应釜内，加完后关闭进料阀，抽真空，负压为0.09-0.1MPa，搅拌速度调至120r/min，关闭真空泵，打开加料孔，卸料、包装。

步骤四，膏状蓄能纳米绝热外墙腻子的制备，以下均为质量份：

将定型相变蓄能浆料20-30份、助剂3-5份加入分散釜中，搅拌匀后加入海泡石纤维3-5份、气凝胶浆30-45份,中速分散20min至均匀，变低速搅拌，加入复配乳液20-30份、空心玻璃微珠5-10份，搅拌20min，成均匀膏状体，计量包装。

实施例2

称量21.6kg定型相变蓄能浆料、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681F、0.2kg防腐剂LXE、4kg海泡石纤维、40kg二氧化硅气凝胶浆、25kg复配乳液、8kg空心玻璃微珠。

制备步骤同实施例1

实施例3

称量13kg定型相变蓄能浆料、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681F、0.3kg防腐剂LXE、5kg海泡石纤维、45kg二氧化硅气凝胶浆、30kg复配乳液、5kg空心玻璃微珠。

制备步骤同实施例1

实施例所制备的膏状蓄能纳米绝热外墙腻子的性能：

常规指标按GB/T17371-2008《硅酸盐复合绝热涂料》标准和JG158-2004进行检测,导热系数按GB/T20473-2006标准进行。结果如下表：

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，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 (2)

1.一种膏状蓄能纳米绝热外墙腻子，其各组份成分构成如下；

其中，上述定型相变蓄能浆料为膨胀珍珠岩吸附石墨烯改性乳化石蜡浆而成；

上述纤维为海泡石纤维；

上述二氧化硅气凝胶水性浆为纳米二氧化硅气凝胶分散在水中的浆料；

上述复配乳液是由自交联弹性丙烯酸乳液与VAE707胶乳以3：1质量比复配而成；

上述空心微珠为空心玻璃微珠；

上述混合助剂包括：

以上各组份按质量份 数计。

2.制备如权利要求1所述膏状蓄能纳米绝热外墙腻子制备方法，其工艺步骤如下：

a.制备二氧化硅气凝胶水性浆，以下为质量份：

将0.5-1份分散剂、0.2-0.4份润湿剂、0.2-0.5份消泡剂，0.5-1份稳定剂、0.1-0.2份多功能胺助剂加入82-83份去离子水中，搅拌分散均匀，缓慢加入15份二氧化硅气凝胶，分散均匀后超声波振荡0.5h，然后再研磨制备成的二氧化硅气凝胶水性浆；

b.制备乳化石蜡浆，以下为质量份：

将48#石蜡20-30份、石墨烯粉0.02-0.03份加入水浴烧杯中，加热至75-80℃使石蜡熔融，高速搅拌均匀；加入Span-60 2-4份、OS-15 4-6份、甘油1-2份，搅拌均匀；在600r-800r/min转速下滴加70-74℃的水10份，然后呈细流加入48-63份70℃温水，再室温搅拌10min；

c.定型相变蓄能浆料的制备，以下为质量份：

将50-60份膨胀珍珠岩加入反应釜中，80r/min搅拌，中速抽真空20min，负压为0.05-0.06MPa，关闭抽真空阀并打开液料阀，将乳化石蜡浆200-250份加入反应釜内，加完后关闭进料阀，抽真空，负压为0.09-0.1MPa，搅拌速度调至120r/min，反应30min，关闭真空泵，打开加料孔，卸料、包装；

d.膏状蓄能纳米绝热外墙腻子的制备，以下为质量份：

将定型相变蓄能浆料20-30份、混合助剂3-5份加入分散釜中，搅拌匀后加入海泡石纤维3-5份、气凝胶水性浆30-45份,中速分散20min至均匀，变低速搅拌，加入复配乳液20-30份、空心微珠5-10份，搅拌20min，成均匀膏状体，计量包装。