CN111410552A - 一种耐火型气凝胶保温绝热涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐火型气凝胶保温绝热涂层，该保温绝热涂层中的功能粉体为纳米级硅气凝胶粉体，粘结剂由钾水玻璃和硅溶胶混合物构成。同时，本方案还提供了该保温绝热涂层的制备方法。本发明提供的耐火型气凝胶保温绝热涂层具有高太阳光反射和中远红外发射、同时具有极低的导热性能，在热阻性能优异的同时，耐燃性好，耐久性高，并且成品为膏状，生产过程和储运过程中避免粉尘污染，现场开盖即用，无需现场调配，质量可控。

Description

一种耐火型气凝胶保温绝热涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及外墙外保温技术，具体涉及外墙外保温材料。
背景技术
目前外墙外保温存在着各种缺点：不耐火、易开裂、渗漏、干挂施工自重大存在高空坠落风险、工艺复杂、高成本(多层施工增加人工成本)、功效衰减(耐候性差导致)等影响。
如聚苯板、挤塑聚苯板和聚苯颗粒保温砂浆是中国建筑外墙外保温主要品种，但这些外墙外保温产品普遍存在着工艺复杂、易开裂渗漏、干挂施工自重大易脱落等缺陷，尤其是不耐火问题，自从几场外保温材料引起的大火之后，中国国家对外保温的防火等级要求更高，并且很多高层建筑开始禁用此类阻燃性不足的有机类保温材料。
无机保温砂浆阻燃性能好，但是热阻性一般，并且为干粉状，需现场兑水搅拌混匀后使用，因此实际使用效果受现场调配操作工艺的影响，最终效果难以保证。而膏状无机耐火产品很少，并且稳定性差，易开裂，储存期短。
由此，提供一种耐火型外墙外保温方案是本领域亟需解决的问题。
发明内容
针对现有外墙外保温方案所存在的问题，需要一种新的外墙外保温产品。
为此，本发明所要解决的问题是提供一种耐火型气凝胶保温绝热涂层及其制备方法，以克服现有技术所存在的问题。
为了解决上述问题，本发明提供的耐火型气凝胶保温绝热涂层，该保温绝热涂层中的主要功能粉体为纳米级气凝胶粉体，粘结剂由钾水玻璃和硅溶胶混合物构成。
进一步的，所述钾水玻璃的用量不超过硅溶胶用量的20％。
进一步的，所述保温绝热涂层主要包括如下重量份的组分：
Figure BDA0002476503570000021
进一步的，所述轻质粉体填料为滑石粉、轻质碳酸钙、云母粉中的一种或多种。
进一步的，所述增稠保水剂为羟乙基纤维素、羟丙甲基纤维素以及膨润土中的一种或多种。
进一步的，所述钾水玻璃采用模数为4.0-5.0的硅酸钾水玻璃或硅酸锂水玻。
进一步的，所述稳定剂为硅烷偶联剂。
为了解决上述问题，本发明提供的耐火型保温绝热涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)使用稳定剂对硅溶胶进行预处理；
(2)将经过预处理的硅溶胶和硅酸钾水玻璃按照比例混合，并在25±2℃条件下陈化24h；
(3)在经过陈化处理后的硅溶胶和钾水玻璃混合液中加入水和分散剂，搅拌均匀后，按比例加入轻质粉体填料及气凝胶粉体，搅拌均匀；
(4)使用增稠剂进行粘度调节。
进一步的，所述步骤(1)中，在低速搅拌条件下在硅溶胶中缓慢加入稳定剂，中速搅拌10分钟后，停置24小时后待用。
进一步的，所述步骤(2)中的陈化操作与所使用的硅溶胶和钾水玻璃的品质和纯度对应，温度不宜过高。
进一步的，所述步骤(4)中在添加增稠剂时，先将增稠剂与适量的轻质填料进行预混，并最后添加，将粘度调节至厚膏状。
本发明提供的耐火型气凝胶保温绝热涂层，在热阻性能优异的同时，耐燃性好，耐久性高，并且成品为膏状，生产过程和储运过程中避免粉尘污染，现场开盖即用，无需现场调配，质量可控。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实例，进一步阐述本发明。
本发明人经过广泛而深入的研究，针对现有建筑外墙外保温材料的局限性，通过改进配方，采用纯无机体系制备，可制备得到一种耐火型气凝胶保温绝热涂层，该耐火型保温绝热涂层，具有高太阳光反射比、中远红外发射率、极低的热传导性能，在热阻性能优异的同时，耐火性好，并且成品为膏状，现场开盖即用，施工工艺简单，质量可控。
本耐火型保温绝热涂层中用钾水玻璃和硅溶胶混合物作为粘结成分，使涂层具有耐水、耐火、耐久等特性，解决了传统保温材料的不耐火、不耐久问题。
其中，采用硅溶胶作为主要粘结剂，由此解决传统无机体系采用硅酸盐水泥作为粘结成分需要现场调配的问题。
在此基础上，采用硅酸钾水玻璃来进行混拼改性，本混拼并非简单的物理混合，而是在硅酸钾水玻璃加入后，使得总的二氧化硅的摩尔数增加，继而使得二氧化硅与金属氧化物的摩尔比增加，即混合物的模数增加，使得硅氧网络键得到增强，成膜物的耐水性、强度都得到提高，线性收缩降低，从而可有效解决硅溶胶涂层在干燥过程中收缩所引起的开裂问题。
经过大量的实验确定，本方案中的水玻璃的用量不能超过硅溶胶的20％质量比，若钾水玻璃过多，凝胶网络增强越明显，得到的粒子越大，稳定性不佳，并影响最终涂层的粘结强度。
这里的硅酸钾水玻璃优选模数为4.0-5.0之间的硅酸钾水玻璃。硅酸钾水玻璃的模数越高，混合物的粒径越小，稳定性越好，目前市售的商品硅酸钾水玻璃的模数在3.0-5.0之间，经试验确认4.0-5.0之间模数的钾水玻璃对体系的稳定性以及涂膜的抗开裂性改善明显。
在此基础上，本发明还进一步提供了具有协同作用的具体配方：
本方案还在耐火型气凝胶保温绝热涂层的材料组分中添加一定计量的稳定剂，采用稳定剂对硅溶胶进行预处理，可提高其稳定性。
本方案中通过合适的工艺，添加稳定剂以及合适的混合比例(这里优选钾水玻璃为硅溶胶的5-20％之间)，再选择合理的分散增稠体系(这里优选膨润土和纤维素类配合使用)，由此来解决钾水玻璃和硅溶胶混合物体系的贮存稳定性问题，实现在5-35度的环境中产品可以储存超过12个月。
本方案还在耐火型保温绝热涂层的材料组分中添加一定计量的气凝胶粉体，通过添加导热系数极低的气凝胶粉体，太阳光反射比在0.90-0.95之间，中远红外垂直发射率在0.99以上，导热系数在0.02-0.05之间，能从反射隔热、辐射致冷、阻隔热传导三个方面有效提高保温绝热效果。
本方案具体在传统玻璃微珠/陶瓷微珠保温材料的基础上，加入一定量的保温材料纳米级硅气凝胶粉体，提高保温绝热效果，可以有效降低使用厚度，简化施工工艺，降低涂层自重，提高安全性。
本方案通过合适的配方调配，涂层的粘结强度高达0.6-0.8MPa，能够在户外长久应用，无须担心脱落风险，可以与真石漆、多彩体系配套使用。
由此形成的耐火型气凝胶保温绝热涂层具体包含如下重量份数的成分：
Figure BDA0002476503570000041
在该耐火型保温绝热涂层的配方中，以硅溶胶和钾水玻璃作为粘结剂成分，具体反应机理以及所达性能如上所述。
为了配合硅溶胶，本配方中的稳定剂优选为硅烷偶联剂。
本配方中的轻质粉体填料采用轻质碳酸钙、滑石粉、云母粉等中一种或多种。本配方中轻质粉体填料与纳米级气凝胶协同作用，可提高气凝胶材料的分散均匀性，同时还能够起到骨架支撑、提高涂层丰满度、机械强度的作用。
本配方中的气凝胶粉体在本涂层中起主要的保温作用。
本配方中的增稠保水剂采用羟乙基纤维素、羟丙甲基纤维素以及膨润土等具有增稠及保水效果的涂料添加剂中的一种或几种。
针对由上述组分按照相应配比构成的耐火型气凝胶保温绝热涂层，本发明还提供对应的制备方法，该制备过程分为四段：
(1)使用稳定剂对硅溶胶进行预处理；
这里在进行预处理时，在低速搅拌条件下在硅溶胶中缓慢加入稳定剂，中速搅拌10分钟后，停置24小时后待用。
(2)将经过预处理的硅溶胶和硅酸钾水玻璃按照比例混合，并在相应温度下陈化24h。
由于陈化操作与所使用的硅溶胶和钾水玻璃的品质和纯度有关，故温度不宜过高。本方案通结合各组分的特性，通过大量实验确定在25±2℃的温度条件下陈化24h。
(3)在经过陈化处理后的硅溶胶和钾水玻璃混合液中加入水和分散剂，搅拌均匀后，按比例加入轻质粉体填料及气凝胶粉体，搅拌均匀；
(4)使用增稠剂进行粘度调节。
本步骤中在添加增稠剂时，先将增稠剂与适量的轻质填料进行预混，并最后添加，将粘度调节至厚膏状，由此来实现粘度调节。
由此制备的耐火型保温绝热涂层，其相对于聚苯板保温系统、聚苯颗粒保温系统，用无机体系取代有机体系，提高了耐火性、工艺更简单，施工周期短。
由此制备的耐火型保温绝热涂层，其相对于普通的无机砂浆保温材料，提高了稳定性，故而可以做成膏状，现场开盖即可使用。因无需现场调配，避免了粉尘污染，有利于提高现场施工人员的健康安全，同时可杜绝现场临时调配时的不可控(加水量、搅拌速度和时间、粘度控制等)，有效保证质量和批次稳定性。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。
除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。
实例1
本实例中给出的耐火型保温绝热涂层主要由如下重量份的组分组成：
Figure BDA0002476503570000061
本实例基于该配方，采用如下制备过程来制备得到耐火型保温绝热涂层，该制备过程分为四段：
(1)使用稳定剂对硅溶胶进行预处理；
(2)将经过预处理的硅溶胶和硅酸钾水玻璃按照比例混合，并在25±2℃条件下陈化24h；
(3)在经过陈化处理后的硅溶胶和钾水玻璃混合液中加入水、分散剂，搅拌均匀后，按比例加入轻质粉体填料及气凝胶粉体，搅拌均匀；
(4)使用增稠剂进行粘度调节。
由此制备得到相应的耐火型保温绝热涂层，该耐火型保温绝热涂层耐燃性高，耐久性高，并且成品为膏状。同时，整个制备过程工艺简单，施工周期短，且生产过程和储运过程中可有效避免粉尘污染。
实例2
本实例中给出的耐火型保温绝热涂层主要由如下重量份的组分组成：
Figure BDA0002476503570000062
Figure BDA0002476503570000071
本实例基于该配方，采用如下制备过程来制备得到耐火型保温绝热涂层，该制备过程分为四段：
(1)使用稳定剂对硅溶胶进行预处理；
(2)将经过预处理的硅溶胶和硅酸钾水玻璃按照比例混合，并在25±2℃条件下陈化24h；
(3)在经过陈化处理后的硅溶胶和钾水玻璃混合液中加入水、分散剂，搅拌均匀后，按比例加入轻质粉体填料及气凝胶粉体，搅拌均匀；
(4)使用增稠剂进行粘度调节。
由此制备得到相应的耐火型保温绝热涂层，该耐火型保温绝热涂层耐燃性高，耐久性高，并且成品为膏状。同时，整个制备过程工艺简单，施工周期短，且生产过程和储运过程中可有效避免粉尘污染。
对比实例1
本实例给出普通无机保温砂浆，其以珍珠岩为主要保温材料，配方如下：
Figure BDA0002476503570000072
对比实例2
本实例给出传统的聚苯颗粒保温砂浆，以聚苯颗粒为主要保温材料，配方如下：
Figure BDA0002476503570000081
对比实例3
本实例给出传统的空心玻璃微珠保温膏料，以空心玻璃微珠为主要保温材料，配方如下：
Figure BDA0002476503570000082
测试对比
参见表1，其所示为本实例1、实例2以及对比实例1、对比实例2、对比实例3所得到的五个产品进行多项性能测试的结果。
表1
项目 实例1 实例2 对比实例1 对比实例2 对比实例3
干密度/(kg/m<sup>3</sup>) 180-230 240-280 350-400 200-250 300-350
粘结强度/kPa 0.4-0.5 0.5-0.6 0.1-0.3 0.1-0.3 0.4-0.5
导热系数(平均温度25℃)/(W/m·k) 0.03-0.04 0.04-0.05 0.07-0.08 0.05-0.06 0.06-0.07
燃烧性能级别 GB8624A级 GB8624A级 GB8624A级 GB8624B2级 GB8624B2级
由上表可知，实例1和实例2基于本方案所形成的耐火型保温绝热涂层相对于现有方案，具有更低的导热系数，更好的耐燃性。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.耐火型气凝胶保温绝热涂层，其特征在于，所述保温绝热涂层中具有以纳米级硅气凝胶粉体作为主体功能粉体和粘结剂，粘结剂由钾水玻璃和硅溶胶混合物构成。
2.根据权利要求1所述的耐火型气凝胶保温绝热涂层，其特征在于，所述钾水玻璃的用量不超过硅溶胶用量的20％。
3.根据权利要求1所述的耐火型气凝胶保温绝热涂层，其特征在于，所述保温绝热涂层主要包括如下重量份的组分：
Figure FDA0002476503560000011
4.根据权利要求1或2或3所述的耐火型气凝胶保温绝热涂层，其特征在于，所述钾水玻璃采用模数为4.0-5.0之间的硅酸钾水玻璃或硅酸锂水玻璃。
5.根据权利要求3所述的耐火型气凝胶保温绝热涂层，其特征在于，所述稳定剂为硅烷偶联剂。
6.根据权利要求3所述的耐火型气凝胶保温绝热涂层，其特征在于，所述轻质粉体填料为轻质碳酸钙、滑石粉、云母粉中一种或多种。
7.根据权利要求3所述的耐火型气凝胶保温绝热涂层，其特征在于，所述增稠保水剂为羟乙基纤维素、羟丙甲基纤维素以及膨润土中的一种或多种。
8.一种耐火型气凝胶保温绝热涂层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)使用稳定剂对硅溶胶进行预处理；
(2)将经过预处理的硅溶胶和硅酸钾水玻璃按照比例混合，并在25±2℃条件下陈化24h；
(3)在经过陈化处理后的硅溶胶和钾水玻璃混合液中加入水和分散剂，搅拌均匀后，按比例加入轻质粉体填料及气凝胶粉体，搅拌均匀；
(4)使用增稠剂进行粘度调节。
9.根据权利要求8所述的耐火型气凝胶保温绝热涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，在低速搅拌条件下在硅溶胶中缓慢加入稳定剂，中速搅拌10分钟后，停置24小时后待用。
10.根据权利要求8所述的耐火型气凝胶保温绝热涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，在添加增稠剂时，先将增稠剂与适量的轻质填料进行预混，并最后添加，将粘度调节至厚膏状。
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