CN109722067A

CN109722067A - 轻质疏水保温防火的甲基偶氮彩色气凝胶涂料的制备方法

Info

Publication number: CN109722067A
Application number: CN201811513340.9A
Authority: CN
Inventors: 徐静; 余江龙
Original assignee: University of Science and Technology Liaoning USTL
Current assignee: University of Science and Technology Liaoning USTL
Priority date: 2018-12-11
Filing date: 2018-12-11
Publication date: 2019-05-07
Anticipated expiration: 2038-12-11
Also published as: CN109722067B

Abstract

本发明涉及轻质疏水保温防火的甲基偶氮彩色气凝胶涂料的制备方法，将正硅酸乙酯与乙醇水溶液混合，并用酸性催化剂调节pH值，水解反应和缩聚反应，得到二氧化硅溶胶；采用超声波对不同颜色的甲基偶氮染料与二氧化硅溶胶混合浆液进行均匀分散；采用碱性催化剂对其进行催化，得到甲基偶氮二氧化硅凝胶；采用乙醇对甲基偶氮二氧化硅凝胶进行溶剂替换；采用三甲基氯硅烷和环己烷的混合溶液对甲基偶氮二氧化硅醇凝胶进行表面改性，得到具有疏水表面的甲基偶氮二氧化硅凝胶。利用正硅酸乙酯和甲基偶氮染料制备甲基偶氮二氧化硅彩色气凝胶涂料，将轻质防水性能与保温防火性能有效结合，热稳定性高，是一种多功能型的复合涂料。

Description

轻质疏水保温防火的甲基偶氮彩色气凝胶涂料的制备方法

技术领域

本发明属于装饰涂料领域，尤其涉及一种用于隔热保温、吸音降噪、防水阻燃的轻质疏水保温防火的甲基偶氮彩色气凝胶涂料的制备方法。

背景技术

目前，市场上在售的防水涂料按照性质来分共有四种：柔性灰浆、硬性灰浆、单组份聚氨酯和丙烯酸酯。其中，柔性灰浆具有较好的弹性，多用于地面和墙面，不可用于屋顶等背水面；硬性灰浆具有较好的防水性，但是容易随基面的变形而开裂；单组份聚氨酯具有较好的弹性和防水性，但气味较大，一般人难以接受；丙烯酸酯刷涂后需要进行额外的表面处理。这些防水涂料的干燥速度均受气候的影响，在潮冷的气候条件下干燥速度较慢。然而，气凝胶是一种以纳米量级由胶体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度分散型固态材料。因其独特的纳米多孔网络结构，气凝胶材料具有低密度、低导热系数、高孔隙率和高比表面积等特殊性质，广泛应用于航空航天和军事工业等高端技术领域以及建筑保温、催化剂载体、声阻抗耦合材料等工业领域。采用静电喷涂技术将气凝胶粉末涂料与基质形成附着力良好的致密涂膜，不使用有机溶剂、水等挥发性溶剂，因此，气凝胶粉末涂料大大减少了因溶剂而产生的安全隐患，或因为有机溶剂带来的火灾等。为了增进轻质疏水保温防火的气凝胶涂料的多功能性，可根据实际需要的来调整颜色、光泽及表面平坦性能。甲基偶氮二氧化硅彩色气凝胶涂料的研究与制备，将注重优化气凝胶的视觉性能与实用功能进行完美结合，将会推动多功能化工涂料的发展进程。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种轻质疏水保温防火的甲基偶氮彩色气凝胶涂料的制备方法，原料低廉易得、工艺简单、适合产业化生产。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

轻质疏水保温防火的甲基偶氮彩色气凝胶涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)将正硅酸乙酯与乙醇的去离子水溶液混合，并用酸性催化剂调节pH值为3～5，在60～70℃条件下进行水解反应和缩聚反应，得到二氧化硅溶胶；

2)采用超声波对不同颜色的甲基偶氮染料与二氧化硅溶胶混合浆液进行均匀分散；再采用碱性催化剂对其进行催化，至pH值为7～8，在常温静置老化，得到甲基偶氮二氧化硅凝胶；

3)采用乙醇分别对步骤2)所得的甲基偶氮二氧化硅凝胶进行溶剂替换，得到甲基偶氮二氧化硅的醇凝胶；

4)采用三甲基氯硅烷和环己烷的混合溶液对步骤3)所得的甲基偶氮二氧化硅醇凝胶进行表面改性，得到具有疏水表面的甲基偶氮二氧化硅凝胶；

5)将步骤4)所得的具有疏水表面的甲基偶氮二氧化硅凝胶进行常压干燥、粉碎和筛分，得到甲基偶氮二氧化硅彩色气凝胶粉体。

步骤1)中，正硅酸乙酯、无水乙醇、去离子水的体积比为10:13:7～10:16:7。

步骤1)中，酸性催化剂为盐酸、硫酸、硝酸中的一种，酸性催化剂的浓度为2～3mol/L；所述水解反应和缩聚反应的时间为60～90min；

步骤2)中，均匀分散的时间为：10～15min；碱性催化剂为氨水或者氢氧化钠溶液，碱性催化剂的浓度为1～2mol/L；老化时间为24～48h。

步骤2)中，甲基偶氮染料为玫瑰红B、亚甲基蓝、大红G、酸性橙AGT中的一种；甲基偶氮染料添加比例为二氧化硅溶胶质量的0.01～0.03％。

步骤3)中，溶剂替换具体过程为：先后用体积百分比为25％、50％、75％和100％的乙醇水溶液对甲基偶氮二氧化硅凝胶浸泡，浸泡温度为20～30℃，每次浸泡时间为20～24h。

步骤4)中，三甲基氯硅烷和环己烷的混合溶液中，三甲基氯硅烷和环己烷的体积比为1∶7～1∶9；表面改性的具体过程为：将甲基偶氮二氧化硅醇凝胶浸泡于三甲基氯硅烷和环己烷的混合溶液中，每隔12h换一次浸泡溶液，总的表面改性时间为24～48h。

步骤5)中，干燥温度为90～105℃，干燥时间为12～24h。

步骤5)得到的甲基偶氮二氧化硅彩色气凝胶粉体的密度为0.072～0.088g/cm³，孔隙率为89.39％～96.13％，比表面积为783.6～938.3m²/g，导热系数为0.052～0.086W/m·k，平均孔径为13～30nm。

轻质疏水保温防火的甲基偶氮彩色气凝胶涂料的主体成分二氧化硅气凝胶具有耐磨性、耐酸碱性、耐水性和耐湿热性，不含有二甲苯和游离甲醛等有机挥发物及铅、汞、铬等重金属，从而较少了涂料的化学腐蚀和光腐蚀，延长了涂料的使用寿命。

甲基偶氮二氧化硅彩色气凝胶涂料的主体成分芳香族偶氮化合物分子结构中的共轭体系具有较高的化学稳定性、热稳定性和良好的光学性能。偶氮化合物能吸收一定波长的可见光，在涂料中通过化学键与二氧化硅气凝胶紧密结合，使用量少，干燥时间短，却具有超强的着色力和遮盖力。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用溶胶-凝胶法，利用正硅酸乙酯和甲基偶氮染料制备甲基偶氮二氧化硅彩色气凝胶涂料，将轻质防水性能与保温防火性能有效结合，热稳定性高，是一种多功能型的复合涂料。采用本发明方法制备的甲基偶氮二氧化硅彩色气凝胶涂料具有以下优点：

1、呈现出：银色、红色、黄色、蓝色、紫色、金色、棕色、绿色、橘色等不同鲜艳的色泽。

2、甲基偶氮二氧化硅彩色气凝胶涂料将气凝胶轻质、隔热、绝缘、防水等实用性能与感官色彩结合，在建筑涂料市场上具有很大的应用潜力。

3、本发明工艺流程简单，适合于大规模的工业化生产，所制备的甲基偶氮二氧化硅彩色气凝胶涂料具有高的孔隙率和比表面积，疏水性能良好，颜色饱和鲜艳，在水中保持永久不褪色，提高了气凝胶涂料的品质。

附图说明

图1是本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。

步骤5)中，干燥温度为90～105℃，干燥时间为12～24h。

实施例1：

见图1，以正硅酸乙酯和甲基偶氮染料为原料常压干燥制备轻质疏水保温防火的甲基偶氮彩色气凝胶涂料的方法，包括以下步骤：

1)称取正硅酸乙酯100mL，加入130mL无水乙醇和70mL去离子水，用5mL的2mol/L盐酸作为催化剂，调节pH＝3.4。将混合液在60℃的条件下反应90min，反应后二氧化硅溶胶为白色透明状液体。

2)将0.01g的玫瑰红B染料加入二氧化硅溶胶中，使用超声波震荡15min，得到甲基偶氮二氧化硅溶胶。将2mol/L的氨水溶液作为碱性催化剂，通过溶胶-凝胶的方法，调节pH＝7.3，使甲基偶氮二氧化硅溶胶转变为甲基偶氮二氧化硅凝胶。

3)将甲基偶氮二氧化硅凝胶密封老化24小时待处理。将老化后的甲基偶氮二氧化硅凝胶先后用25％，50％，75％，100％的乙醇溶液依次浸泡24小时，得到甲基偶氮二氧化硅醇凝胶。再用三甲基氯硅烷与环己烷1∶8(体积比)配比的溶液对甲基偶氮二氧化硅醇凝胶进行表面改性，每隔12小时更换一次浸泡溶液，24小时以达到改性的目的。

4)最后将改性的甲基偶氮二氧化硅凝胶置于105℃干燥箱中常压干燥24小时。经粉碎和筛分得到的玫瑰粉色的甲基偶氮二氧化硅气凝胶涂料，密度为0.073g/cm³，孔隙率为92.36％，比表面积为896.3m²/g，导热系数为0.068W/m·k，平均孔径为25nm。

实施例2：

2)将0.01g的亚甲基蓝染料加入二氧化硅溶胶中，使用超声波震荡15min，得到甲基偶氮二氧化硅溶胶。将2mol/L的氨水溶液作为碱性催化剂，通过溶胶-凝胶的方法，调节pH＝7.5，使甲基偶氮二氧化硅溶胶转变为甲基偶氮二氧化硅凝胶。

3)将甲基偶氮二氧化硅凝胶密封老化24小时待处理。将老化后的甲基偶氮二氧化硅凝胶用25％，50％，75％，100％的乙醇溶液依次浸泡24小时，得到甲基偶氮二氧化硅醇凝胶。再用三甲基氯硅烷与环己烷1∶8(体积比)配比的溶液对甲基偶氮二氧化硅醇凝胶进行表面改性，每隔12小时更换一次浸泡溶液，24小时以达到改性的目的。

4)最后将改性的甲基偶氮二氧化硅凝胶置于105℃干燥箱中常压干燥24小时。经粉碎和筛分得到的蓝色的甲基偶氮二氧化硅气凝胶涂料，密度为0.072g/cm³，孔隙率为96.13％，比表面积为938.3m²/g，导热系数为0.058W/m·k，平均孔径为20nm。

实施例3：

见图1，以正硅酸乙酯和甲基偶氮染料为原料，常压干燥制备轻质疏水保温防火的甲基偶氮彩色气凝胶涂料的方法，包括以下步骤：

2)将0.01g的大红G染料加入二氧化硅溶胶中，使用超声波震荡15min，得到甲基偶氮二氧化硅溶胶。将2mol/L的氨水溶液作为碱性催化剂，通过溶胶-凝胶的方法，调节pH＝7.9，使甲基偶氮二氧化硅溶胶转变为甲基偶氮二氧化硅凝胶。

4)将改性的甲基偶氮二氧化硅凝胶置于105℃干燥箱中常压干燥24小时。经粉碎和筛分得到的大红色的甲基偶氮二氧化硅气凝胶涂料，密度为0.082g/cm³，孔隙率为94.69％，比表面积为852.3m²/g，导热系数为0.058W/m·k，平均孔径为23nm。

实施例4：

见图1，制备轻质疏水保温防火的甲基偶氮彩色气凝胶涂料的方法，包括以下步骤：

2)将0.01g的酸性橙AGT染料加入二氧化硅溶胶中，使用超声波震荡15min，得到甲基偶氮二氧化硅溶胶。将2mol/L的氨水溶液作为碱性催化剂，通过溶胶-凝胶的方法，调节pH＝7.6，使甲基偶氮二氧化硅溶胶转变为甲基偶氮二氧化硅凝胶。

4)最后将改性的甲基偶氮二氧化硅凝胶置于105℃干燥箱中常压干燥24小时。经粉碎和筛分得到的橙色的甲基偶氮二氧化硅气凝胶涂料，密度为0.085g/cm³，孔隙率为93.44％，比表面积为847.6m²/g，导热系数为0.062W/m·k，平均孔径为30nm。

实施例5：

1)称取正硅酸乙酯100mL，加入140mL无水乙醇和70mL去离子水，用5mL的2mol/L硫酸作为催化剂，调节pH＝3.3。将混合液在70℃的条件下反应80min，反应后二氧化硅溶胶为白色透明状液体。

2)将0.02g的玫瑰红B染料加入二氧化硅溶胶中，使用超声波震荡12min，得到甲基偶氮二氧化硅溶胶。将1.5mol/L的氨水溶液作为碱性催化剂，通过溶胶-凝胶的方法，调节pH＝7.1，使甲基偶氮二氧化硅溶胶转变为甲基偶氮二氧化硅凝胶。

3)将甲基偶氮二氧化硅凝胶密封老化24小时待处理。将老化后的甲基偶氮二氧化硅凝胶先后用25％，50％，75％，100％的乙醇溶液依次浸泡22小时，得到甲基偶氮二氧化硅醇凝胶。再用三甲基氯硅烷与环己烷1∶9(体积比)配比的溶液对甲基偶氮二氧化硅醇凝胶进行表面改性，每隔12小时更换一次浸泡溶液，48小时以达到改性的目的。

4)最后将改性的甲基偶氮二氧化硅凝胶置于100℃干燥箱中常压干燥24小时。经粉碎和筛分得到的玫瑰粉色的甲基偶氮二氧化硅气凝胶涂料，密度为0.074g/cm³，孔隙率为92.42％，比表面积为887.2m²/g，导热系数为0.072W/m·k，平均孔径为24nm。

实施例6：

1)称取正硅酸乙酯100mL，加入150mL无水乙醇和70mL去离子水，用5mL的2mol/L硝酸作为催化剂，调节pH＝3.3。将混合液在65℃的条件下反应70min，反应后二氧化硅溶胶为白色透明状液体。

2)将0.02g的玫瑰红B染料加入二氧化硅溶胶中，使用超声波震荡12min，得到甲基偶氮二氧化硅溶胶。将2mol/L的氨水溶液作为碱性催化剂，通过溶胶-凝胶的方法，调节pH＝7.7，使甲基偶氮二氧化硅溶胶转变为甲基偶氮二氧化硅凝胶。

3)将甲基偶氮二氧化硅凝胶密封老化24小时待处理。将老化后的甲基偶氮二氧化硅凝胶用25％，50％，75％，100％的乙醇溶液依次浸泡24小时，得到甲基偶氮二氧化硅醇凝胶。再用三甲基氯硅烷与环己烷1∶7(体积比)配比的溶液对甲基偶氮二氧化硅醇凝胶进行表面改性，每隔12小时更换一次浸泡溶液，48小时以达到改性的目的。

4)最后将改性的甲基偶氮二氧化硅凝胶置于95℃干燥箱中常压干燥24小时。经粉碎和筛分得到的玫瑰粉色的甲基偶氮二氧化硅气凝胶涂料，密度为0.076g/cm³，孔隙率为92.48％，比表面积为854.2m²/g，导热系数为0.069W/m·k，平均孔径为20nm。

实施例7：

1)称取正硅酸乙酯100mL，加入160mL无水乙醇和70mL去离子水，用5mL的2mol/L盐酸作为催化剂，调节pH＝3.4。将混合液在60℃的条件下反应90min，反应后二氧化硅溶胶为白色透明状液体。

2)将0.02g的玫瑰红B染料加入二氧化硅溶胶中，使用超声波震荡15min，得到甲基偶氮二氧化硅溶胶。将2mol/L的氢氧化钠溶液作为碱性催化剂，通过溶胶-凝胶的方法，调节pH＝7.9，使甲基偶氮二氧化硅溶胶转变为甲基偶氮二氧化硅凝胶。

3)将甲基偶氮二氧化硅凝胶密封老化24小时待处理。将老化后的甲基偶氮二氧化硅凝胶用25％，50％，75％，100％的乙醇溶液依次浸泡24小时，得到甲基偶氮二氧化硅醇凝胶。再用三甲基氯硅烷与环己烷1∶8(体积比)配比的溶液对甲基偶氮二氧化硅醇凝胶进行表面改性，24小时以达到改性的目的。

4)最后将改性的甲基偶氮二氧化硅凝胶置于105℃干燥箱中常压干燥24小时。经粉碎和筛分得到的玫瑰粉色的甲基偶氮二氧化硅气凝胶涂料，密度为0.088g/cm³，孔隙率为91.25％，比表面积为883.6m²/g，导热系数为0.071W/m·k，平均孔径为21nm。

本发明方法所采用的原料绿色环保、价格低廉、制备工艺简单、适合工业化大规模生产等优点，采用该方法制备的甲基偶氮彩色气凝胶涂料具有轻质疏水、隔热保温、绝缘防火、防水抗污等实用性能以及半透明彩色的美学性能设计，将服务于更广阔的中高端建筑涂料市场。

Claims

1.轻质疏水保温防火的甲基偶氮彩色气凝胶涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的轻质疏水保温防火的甲基偶氮彩色气凝胶涂料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，正硅酸乙酯、无水乙醇、去离子水的体积比为10:13:7～10:16:7。

3.根据权利要求1所述的轻质疏水保温防火的甲基偶氮彩色气凝胶涂料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，酸性催化剂为盐酸、硫酸、硝酸中的一种，酸性催化剂的浓度为2～3mol/L；所述水解反应和缩聚反应的时间为60～90min。

4.根据权利要求1所述的轻质疏水保温防火的甲基偶氮彩色气凝胶涂料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，均匀分散的时间为：10～15min；碱性催化剂为氨水或者氢氧化钠溶液，碱性催化剂的浓度为1～2mol/L；老化时间为24～48h。

5.根据权利要求1所述的轻质疏水保温防火的甲基偶氮彩色气凝胶涂料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，甲基偶氮染料为玫瑰红B、亚甲基蓝、大红G、酸性橙AGT中的一种；甲基偶氮染料添加比例为二氧化硅溶胶质量的0.01～0.03％。

6.根据权利要求1所述的轻质疏水保温防火的甲基偶氮彩色气凝胶涂料的制备方法，其特征在于，步骤3)中，溶剂替换具体过程为：先后用体积百分比为25％、50％、75％和100％的乙醇水溶液对甲基偶氮二氧化硅凝胶浸泡，浸泡温度为20～30℃，每次浸泡时间为20～24h。

7.根据权利要求1所述的轻质疏水保温防火的甲基偶氮彩色气凝胶涂料的制备方法，其特征在于，步骤4)中，三甲基氯硅烷和环己烷的混合溶液中，三甲基氯硅烷和环己烷的体积比为1∶7～1∶9；表面改性的具体过程为：将甲基偶氮二氧化硅醇凝胶浸泡于三甲基氯硅烷和环己烷的混合溶液中，每隔12h换一次浸泡溶液，总的表面改性时间为24～48h。

8.根据权利要求1所述的轻质疏水保温防火的甲基偶氮彩色气凝胶涂料的制备方法，其特征在于，步骤5)中，干燥温度为90～105℃，干燥时间为12～24h。

9.根据权利要求1所述的轻质疏水保温防火的甲基偶氮彩色气凝胶涂料的制备方法，其特征在于，步骤5)得到的甲基偶氮二氧化硅彩色气凝胶粉体的密度为0.072～0.088g/cm³，孔隙率为89.39％～96.13％，比表面积为783.6～938.3m²/g，导热系数为0.052～0.086W/m·k，平均孔径为13～30nm。