CN113292897A - 一种气凝胶隔音吸声水性涂料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种气凝胶隔音吸声水性涂料，按如下步骤制备得到：将乳化剂和分散剂混合均匀后加入水和SiO2气凝胶粉末混合物，搅拌条件下缓慢加入表面活性剂后持续搅拌，SiO2气凝胶粉末混合物由SiO2气凝胶粉末、石墨粉末、硅藻土粉末混合分散制得；再与水性乳液混合物混合后持续搅拌，水性乳液混合物由水性聚丙烯酸乳液与阳离子聚丙烯酰胺乳液组成；再依次加入消泡剂、成膜助剂和阻燃剂后持续搅拌；最后同颜填料、增稠剂一起高速搅拌研磨。本发明还公开其制备方法和应用。本发明涂料制备方法简便易操作，过程绿色环保，成本低廉；所有原料无毒无害，易保存，不存在安全隐患，制备过程中也不会对人体和环境产生任何危害；且各项性能优异。
Description
技术领域
本发明涉及水性涂料技术领域，具体涉及一种气凝胶隔音吸声水性涂料及其制备方法和应用。
背景技术
随着国民经济和人们生活水平的不断提高，人们对工作和生活建筑环境的要求也日益提高。环境的噪声和振动问题已成为人们非常关心的问题。城市高层居民建筑活动噪声频繁，特别是上层住户的活动给下层住户带来的噪音困扰，而且居民之间休息的时间也不一致，这些因素对周末或节假日需要休息的人员造成了非常大的影响，因此在城市高层居民建筑中使用隔音材料尤为重要。SiO2气凝胶由于具有独特的三维网络结构，显示出独有的低声速特性，在隔音吸声水性涂料领域有着极其广泛地应用。因此，制备SiO2气凝胶隔音吸声水性涂料可以有效缓解高层建筑中的活动噪声给居民带来的困扰，有效提升居住幸福感。
中国专利CN107556906A(公开日期2018.01.09)公开了一种高效吸音反辐射阻热涂料及其制备方法，该发明主要将SiO2气凝胶微珠、TiO2、水性树脂、有机硅高聚物、白棉纤维、憎水剂、偶联剂、起泡剂、聚丙烯酸钠和去离子水按质量份数195～220、15～25、85～115、95～117、12～25、14～25、12～24、0.2～1、0.3～1、500～700进行混合制备得到气凝胶高效吸音反辐射阻热涂料。该发明的优点是由此制备得到的涂料具有良好的保温隔热性能，反辐射性能，吸音性能和粘接性能；该方法的缺点是制备工艺复杂，且部分工艺需在700℃～900℃的高温条件下进行，存在一定的安全隐患。
中国专利CN109337550B(公开日期2020.11.06)公开了一种气凝胶水性双组份透明隔音涂料及其制备与使用方法，该发明主要将由水性聚氨酯树脂、成膜助剂、有机硅消泡剂、有机硅基材润湿剂、有机硅流平剂、二氧化硅气凝胶水分散体和防腐剂按照质量份数69～73、5.0～5.7、0.2～0.4、0.2～0.4、0.3～0.5、20～25、0.1～0.2混合制备的A组分与B组分带有环氧结构的硅烷偶联剂按照质量比100:1.5～2.5组成。该发明的优点是由此制备得到的涂料在保证采光的前提下又能有效降低室外噪音；该方法的缺点是制备成本高，双组分限制了该涂料使用的便利性，且原料中的二丙二醇正丁醚存在储存困难与隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种气凝胶隔音吸声水性涂料及其制备方法和应用，以解决现有技术的不足。
本发明采用以下技术方案：
一种气凝胶隔音吸声水性涂料，所述气凝胶隔音吸声水性涂料采用如下步骤制备得到：
(1)将乳化剂和分散剂混合均匀后加入水和SiO2气凝胶粉末混合物，在搅拌的条件下缓慢加入表面活性剂后持续搅拌，得到SiO2气凝胶浆料；其中，SiO2气凝胶粉末混合物由SiO2气凝胶粉末、石墨粉末、硅藻土粉末按质量比45～50：10～20：15～40置于高速混合机中持续混合分散制得，SiO2气凝胶粉末为疏水性SiO2气凝胶粉末；乳化剂为吐温60、司盘60、高分子量聚乙二醇中的一种或几种，分散剂为聚羧酸钠盐型分散剂，表面活性剂为氨基官能团硅烷偶联剂；
(2)将步骤(1)中SiO2气凝胶浆料与水性乳液混合物混合后并进行持续搅拌，得到水性乳液-气凝胶混合液体；其中，水性乳液混合物由水性聚丙烯酸乳液与阳离子聚丙烯酰胺乳液按照质量比5～15：0.5～1组成；
(3)向步骤(2)中水性乳液-气凝胶混合液体依次加入消泡剂、成膜助剂和阻燃剂后进行持续搅拌，得到气凝胶隔音吸声水性涂料中间体；其中，消泡剂为矿物油消泡剂，成膜助剂为醇酯类成膜助剂，阻燃剂为聚磷酸铵；
(4)将步骤(3)中气凝胶隔音吸声水性涂料中间体同颜填料、增稠剂一起加入至高速研磨机中进行高速搅拌研磨，得到气凝胶隔音吸声水性涂料；其中，颜填料为金红石型TiO2，增稠剂为纤维素类增稠剂、无机盐类增稠剂的一种或几种；
其中，水性乳液混合物、SiO2气凝胶粉末混合物、乳化剂、分散剂、表面活性剂、消泡剂、成膜助剂、阻燃剂、颜填料、增稠剂和水的添加量按如下质量比：200～450：10～50：0.5～1：0.1～1：0.2～2：0.1～1：1～3：3～5：5～8：1～8：350～750。
进一步地，步骤(1)中搅拌转速为300r/min～950r/min，加入表面活性剂后持续搅拌时间为5min～45min；SiO2气凝胶粉末混合物制备时，SiO2气凝胶粉末、石墨粉末、硅藻土粉末于高速混合机中于2000～4000r/min持续混合分散10～30min；步骤(2)中搅拌转速为600r/min～1500r/min，持续搅拌时间为30min～120min；步骤(3)中搅拌转速为700r/min～1500r/min，持续搅拌时间为90min～150min；步骤(4)中高速搅拌研磨转速为2000r/min～4000r/min，高速搅拌研磨时间为120min～180min。
进一步地，步骤(1)中水为去离子水或自来水；高分子量聚乙二醇的分子量≥2000。
进一步地，步骤(1)中疏水性SiO2气凝胶粉末的粒径为1～50μm，石墨粉末粒径为30～150目，硅藻土粉末粒径为50～400目；步骤(4)中金红石型TiO2的粒径为200～300μm。
一种气凝胶隔音吸声水性涂料的制备方法，采用如下步骤：
(1)将乳化剂和分散剂混合均匀后加入水和SiO2气凝胶粉末混合物，在搅拌的条件下缓慢加入表面活性剂后持续搅拌，得到SiO2气凝胶浆料；其中，SiO2气凝胶粉末混合物由SiO2气凝胶粉末、石墨粉末、硅藻土粉末按质量比45～50：10～20：15～40置于高速混合机中持续混合分散制得，SiO2气凝胶粉末为疏水性SiO2气凝胶粉末；乳化剂为吐温60、司盘60、高分子量聚乙二醇中的一种或几种，分散剂为聚羧酸钠盐型分散剂，表面活性剂为氨基官能团硅烷偶联剂；
(2)将步骤(1)中SiO2气凝胶浆料与水性乳液混合物混合后并进行持续搅拌，得到水性乳液-气凝胶混合液体；其中，水性乳液混合物由水性聚丙烯酸乳液与阳离子聚丙烯酰胺乳液按照质量比5～15：0.5～1组成；
(3)向步骤(2)中水性乳液-气凝胶混合液体依次加入消泡剂、成膜助剂和阻燃剂后进行持续搅拌，得到气凝胶隔音吸声水性涂料中间体；其中，消泡剂为矿物油消泡剂，成膜助剂为醇酯类成膜助剂，阻燃剂为聚磷酸铵；
(4)将步骤(3)中气凝胶隔音吸声水性涂料中间体同颜填料、增稠剂一起加入至高速研磨机中进行高速搅拌研磨，得到气凝胶隔音吸声水性涂料；其中，颜填料为金红石型TiO2，增稠剂为纤维素类增稠剂、无机盐类增稠剂的一种或几种；
其中，水性乳液混合物、SiO2气凝胶粉末混合物、乳化剂、分散剂、表面活性剂、消泡剂、成膜助剂、阻燃剂、颜填料、增稠剂和水的添加量按如下质量比：200～450：10～50：0.5～1：0.1～1：0.2～2：0.1～1：1～3：3～5：5～8：1～8：350～750。
进一步地，步骤(1)中搅拌转速为300r/min～950r/min，加入表面活性剂后持续搅拌时间为5min～45min；SiO2气凝胶粉末混合物制备时，SiO2气凝胶粉末、石墨粉末、硅藻土粉末于高速混合机中于2000～4000r/min持续混合分散10～30min；步骤(2)中搅拌转速为600r/min～1500r/min，持续搅拌时间为30min～120min；步骤(3)中搅拌转速为700r/min～1500r/min，持续搅拌时间为90min～150min；步骤(4)中高速搅拌研磨转速为2000r/min～4000r/min，高速搅拌研磨时间为120min～180min。
进一步地，步骤(1)中水为去离子水或自来水；高分子量聚乙二醇的分子量≥2000。
进一步地，步骤(1)中疏水性SiO2气凝胶粉末的粒径为1～50μm，石墨粉末粒径为30～150目，硅藻土粉末粒径为50～400目；步骤(4)中金红石型TiO2的粒径为200～300μm。
上述气凝胶隔音吸声水性涂料在高层建筑隔音吸声中的应用。
进一步地，施工方式包括涂刷、辊涂或喷涂。
本发明的有益效果：
1、本发明气凝胶隔音吸声水性涂料的制备方法简便易操作，过程绿色环保，成本低廉。
2、本发明气凝胶隔音吸声水性涂料制备使用的所有原料均无毒无害，易保存，不存在安全隐患，制备过程中也不会对人体和环境产生任何危害。
3、本发明气凝胶隔音吸声水性涂料具有优异的隔音吸声性能、减震性能、阻燃性能、附着力、铅笔硬度、防水特性、疏水自洁性能、防结露性能，可低温长时间保存，安全环保。
4、本发明气凝胶隔音吸声水性涂料应用于高层建筑隔音吸声时，可采取包含涂刷、辊涂、喷涂在内的多种施工方式。
5、本发明首先将疏水性SiO2气凝胶粉末混合物和乳化剂、分散剂、表面活性剂、水混配形成浆料，肉眼即可分辨是否分散均匀，且以浆料的形式易于均匀分散在水性涂料余下成分中，操作简单易行，适合产业化。
6、本发明气凝胶隔音吸声水性涂料中使用的SiO2气凝胶粉末混合物由疏水性SiO2气凝胶粉末、石墨粉末、硅藻土粉末按质量配比混合分散制得，疏水性SiO2气凝胶粉末和硅藻土粉末协同配合，使水性涂料在保持隔音吸声效率不变的前提下，有效降低成本；与此同时由于石墨粉末的加入可使制备得到的水性涂料的隔音吸声效率得到有效提升。本发明人通过研究发现，当疏水性SiO2气凝胶粉末、石墨粉末和硅藻土粉末按质量比50：15：35混合分散时，制备得到的水性涂料在成本和隔音效率综合考量上最佳，即隔音效率提升近30％，且涂料成本下降近50％。
7、本发明阻燃剂选用聚磷酸铵，增稠剂选用纤维素类增稠剂、无机盐类增稠剂的一种或几种，聚磷酸铵可以与增稠剂协同配合，使水性涂料的粘度在尽可能使用较少增稠剂的前提下，达到可喷涂、且在一次性施工厚度大于3mm时仍不产生流挂现象，与此同时还可有效降低涂料成本及赋予其阻燃性能。
8、本发明中采取的配比、加工步骤及参数均与本发明中使用的成分匹配而来，本发明原料的配比原则上是在保持其各项性能指标稳定的情况下尽可能降低成本；本发明加工步骤可操作性强且操作过程安全，使用的设备仪器简单且易购买，且加工步骤均可在常温下进行；本发明加工参数保持各类原料在该加工工艺下不产生分解与失效且分散均匀，尤其是水性聚丙烯酸乳液、阳离子聚丙烯酰胺乳液在该加工工艺下不产生破乳现象，可保证水性涂料成膜性能的稳定性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做更进一步地解释。下列实施例仅用于说明本发明，但并不用来限定本发明的实施范围。
一种气凝胶隔音吸声水性涂料，所述气凝胶隔音吸声水性涂料采用如下步骤制备得到：
(1)将乳化剂和分散剂混合均匀后加入水和SiO2气凝胶粉末混合物，在搅拌的条件下缓慢加入(使表面活性剂在该搅拌工艺下能够迅速与上述混合物均匀混合，使其在短时间内形成浆料)表面活性剂后持续搅拌，得到SiO2气凝胶浆料；其中，SiO2气凝胶粉末混合物由SiO2气凝胶粉末、石墨粉末、硅藻土粉末按质量比45～50：10～20：15～40置于2000～4000r/min持续混合分散10～30min制得，SiO2气凝胶粉末为疏水性SiO2气凝胶粉末，疏水性SiO2气凝胶粉末的粒径为1～50μm，石墨粉末粒径为30～150目，硅藻土粉末粒径为50～400目；乳化剂为吐温60、司盘60、高分子量聚乙二醇中的一种或几种，高分子量聚乙二醇的分子量≥2000；分散剂为聚羧酸钠盐型分散剂，表面活性剂为氨基官能团硅烷偶联剂，水为去离子水或自来水；搅拌转速为300r/min～950r/min，加入表面活性剂后持续搅拌时间为5min～45min；
(2)将步骤(1)中SiO2气凝胶浆料与水性乳液混合物混合后并进行持续搅拌，得到水性乳液-气凝胶混合液体；其中，水性乳液混合物由水性聚丙烯酸乳液与阳离子聚丙烯酰胺乳液按照质量比5～15：0.5～1组成；搅拌转速为600r/min～1500r/min，持续搅拌时间为30min～120min；
(3)向步骤(2)中水性乳液-气凝胶混合液体依次加入消泡剂、成膜助剂和阻燃剂后进行持续搅拌，得到气凝胶隔音吸声水性涂料中间体；其中，消泡剂为矿物油消泡剂，成膜助剂为醇酯类成膜助剂，阻燃剂为聚磷酸铵；搅拌转速为700r/min～1500r/min，持续搅拌时间为90min～150min；
(4)将步骤(3)中气凝胶隔音吸声水性涂料中间体同颜填料、增稠剂一起加入至高速研磨机中进行高速搅拌研磨，得到气凝胶隔音吸声水性涂料；其中，颜填料为金红石型TiO2，金红石型TiO2的粒径为200～300μm；增稠剂为纤维素类增稠剂、无机盐类增稠剂的一种或几种；高速搅拌研磨转速为2000r/min～4000r/min，高速搅拌研磨时间为120min～180min；
其中，水性乳液混合物、SiO2气凝胶粉末混合物、乳化剂、分散剂、表面活性剂、消泡剂、成膜助剂、阻燃剂、颜填料、增稠剂和水的添加量按如下质量比：200～450：10～50：0.5～1：0.1～1：0.2～2：0.1～1：1～3：3～5：5～8：1～8：350～750。
一种气凝胶隔音吸声水性涂料的制备方法，采用如下步骤：
(1)将乳化剂和分散剂混合均匀后加入水和SiO2气凝胶粉末混合物，在搅拌的条件下缓慢加入表面活性剂后持续搅拌，得到SiO2气凝胶浆料；其中，SiO2气凝胶粉末混合物由SiO2气凝胶粉末、石墨粉末、硅藻土粉末按质量比45～50：10～20：15～40置于2000～4000r/min持续混合分散10～30min制得，SiO2气凝胶粉末为疏水性SiO2气凝胶粉末，疏水性SiO2气凝胶粉末的粒径为1～50μm，石墨粉末粒径为30～150目，硅藻土粉末粒径为50～400目；乳化剂为吐温60、司盘60、高分子量聚乙二醇中的一种或几种，高分子量聚乙二醇的分子量≥2000；分散剂为聚羧酸钠盐型分散剂，表面活性剂为氨基官能团硅烷偶联剂，水为去离子水或自来水；搅拌转速为300r/min～950r/min，加入表面活性剂后持续搅拌时间为5min～45min；
(2)将步骤(1)中SiO2气凝胶浆料与水性乳液混合物混合后并进行持续搅拌，得到水性乳液-气凝胶混合液体；其中，水性乳液混合物由水性聚丙烯酸乳液与阳离子聚丙烯酰胺乳液按照质量比5～15：0.5～1组成；搅拌转速为600r/min～1500r/min，持续搅拌时间为30min～120min；
(3)向步骤(2)中水性乳液-气凝胶混合液体依次加入消泡剂、成膜助剂和阻燃剂后进行持续搅拌，得到气凝胶隔音吸声水性涂料中间体；其中，消泡剂为矿物油消泡剂，成膜助剂为醇酯类成膜助剂，阻燃剂为聚磷酸铵；搅拌转速为700r/min～1500r/min，持续搅拌时间为90min～150min；
(4)将步骤(3)中气凝胶隔音吸声水性涂料中间体同颜填料、增稠剂一起加入至高速研磨机中进行高速搅拌研磨，得到气凝胶隔音吸声水性涂料；其中，颜填料为金红石型TiO2，金红石型TiO2的粒径为200～300μm；增稠剂为纤维素类增稠剂、无机盐类增稠剂的一种或几种；高速搅拌研磨转速为2000r/min～4000r/min，高速搅拌研磨时间为120min～180min；
其中，水性乳液混合物、SiO2气凝胶粉末混合物、乳化剂、分散剂、表面活性剂、消泡剂、成膜助剂、阻燃剂、颜填料、增稠剂和水的添加量按如下质量比：200～450：10～50：0.5～1：0.1～1：0.2～2：0.1～1：1～3：3～5：5～8：1～8：350～750。
上述气凝胶隔音吸声水性涂料在高层建筑隔音吸声中的应用。应用时，于建筑材料上的施工方式包括涂刷、辊涂或喷涂。
以下实施例涉及的疏水性SiO2气凝胶粉末采用韩国jios aerogel的疏水性SiO2气凝胶粉末(粒径≤5μm)，石墨粉末采用北京高科新材料科技有限公司的100目的石墨粉末，硅藻土粉末采用嵊州市华力硅藻土制品有限公司的CD03(300目)，水性聚丙烯酸乳液采用深圳市吉田化工有限公司的E0504，阳离子聚丙烯酰胺乳液采用上海普懿环保科技有限公司的PC800L，吐温60采用广东华纳化工有限公司的吐温60，司盘60采用广东华纳化工有限公司的司盘60，分子量为3000的聚乙二醇采用江苏海安石油化工厂的PEG-3000，SN-5040采用日本圣诺普科有限公司的SN-DISPERSANT 5040，KH-550采用杭州杰西卡化工有限公司的KH-550，消泡剂NXZ采用日本圣诺普科有限公司的NOPCO NXZ，醇酯-12采用深圳市吉田化工有限公司公司的醇酯-12，聚磷酸铵采用山东昶盛阻燃新材料股份有限公司的CS FR APP121H，金红石型TiO2采用济南铭亮化工有限公司的R818，羟甲基纤维素采用山东翔昭新型材料有限公司的羟甲基纤维素，羟乙基纤维素采用深圳市吉田化工有限公司的羟乙基纤维素，羟丙基甲基纤维素采用山东潍坊力特复合材料有限公司的HT-F。
以下实施例喷涂涂料后的工件按照GB/T 9286-1998《色漆和清漆漆膜的划格试验》测试附着力，按照GB/T 50121-2005《建筑隔声评价标准》测试隔音效率，按照GB/T6739-2006《色漆和清漆铅笔法测定漆膜硬度》测试铅笔硬度，按照GB 8624-2006《建筑材料及制品燃烧性能分级》测试燃烧等级，按照GB/T16406-1996《声学声学材料阻尼性能的弯曲共振测试方法》测试复合损耗因子η，按照GB/T 34336-2017《纳米孔气凝胶复合绝热制品》测试防水特性(质量吸湿率、体积吸水率、憎水率)。以下实施例制备的涂料按照GB/T 9779-2015《复层建筑涂料》测试低温保存能力。
实施例1
本实施例SiO2气凝胶粉末混合物由疏水性SiO2气凝胶粉末、石墨粉末、硅藻土粉末按质量比50：20：30置于高速混合机中，于3000r/min持续混合分散15min得到；水性乳液混合物由水性聚丙烯酸乳液与阳离子聚丙烯酰胺乳液按照质量比15：1组成。
(1)、将1g吐温60和0.5g SN-5040混合均匀后加入750g去离子水与50gSiO2气凝胶粉末混合物后750r/min的转速下对其进行搅拌，与此同时缓慢(30s左右加完)加入0.2gKH-550后继续保持搅拌10min得到SiO2气凝胶浆料；
(2)、取320g水性乳液混合物与步骤(1)得到的SiO2气凝胶浆料进行混合，并在1000r/min的条件下进行持续搅拌120min得到水性乳液-气凝胶混合液体；
(3)、向步骤(2)得到的水性乳液-气凝胶混合液体中依次加入1g消泡剂NXZ、3g醇酯-12和5g聚磷酸铵，并在900r/min的条件下进行持续搅拌90min得到气凝胶隔音吸声水性涂料中间体；
(4)、将步骤(3)得到的气凝胶隔音吸声水性涂料中间体与8g金红石型TiO2和5g羟甲基纤维素一起加入到高速研磨机中，并在2000r/min的条件下进行持续搅拌研磨180min得到气凝胶隔音吸声水性涂料。
将本实施例制备得到的气凝胶隔音吸声水性涂料喷涂在5cm厚的钢筋混凝土砖块上，厚度为3.5mm。经检测该涂料附着力为一级，隔音效率为每毫米50％，铅笔硬度为2H，燃烧等级为A级，复合损耗因子η为0.12，质量吸湿率为4.5％，体积吸水率为0.8％，憎水率为98.5％。测得水接触角为163°，显示其具备超疏水性，表明制备得到的涂料具备疏水自洁性能和防结露性能。此外，本实施例制备得到的气凝胶隔音吸声水性涂料可在低温条件(-5℃)下保存30d不变质。
实施例2
本实施例SiO2气凝胶粉末混合物由疏水性SiO2气凝胶粉末、石墨粉末、硅藻土粉末按质量比50：10：40置于高速混合机中，于2500r/min持续混合分散10min得到；水性乳液混合物由水性聚丙烯酸乳液与阳离子聚丙烯酰胺乳液按照质量比14:1组成。
(1)、将0.5g司盘60和0.1g SN-5040混合均匀后加入400g自来水与25gSiO2气凝胶粉末混合物后350r/min的转速下对其进行搅拌，与此同时缓慢(45s左右加完)加入0.5gKH-550后继续保持搅拌5min得到SiO2气凝胶浆料；
(2)取450g水性乳液混合物与步骤(1)得到的二氧化硅气凝胶浆料进行混合，并在750r/min的条件下进行持续搅拌30min得到水性乳液-气凝胶混合液体；
(3)向步骤(2)得到的水性乳液-气凝胶混合液体中依次加入0.1g消泡剂NXZ、2g醇酯-12和3g聚磷酸铵，并在1000r/min的条件下进行持续搅拌150min得到气凝胶隔音吸声水性涂料中间体；
(4)将步骤(3)得到的气凝胶隔音吸声水性涂料中间体与5g金红石型TiO2和3g羟乙基纤维素一起加入到高速研磨机中，并在3000r/min的条件下进行持续搅拌研磨180min得到气凝胶隔音吸声水性涂料。
将本实施例制备得到的气凝胶隔音吸声水性涂料喷涂在5cm后的钢筋混凝土砖块上，厚度为3.5mm。经检测该涂料附着力为一级，隔音效率为每毫米67％，铅笔硬度为3H，燃烧等级为A级，复合损耗因子η为0.1，质量吸湿率为4.0％，体积吸水率为0.8％，憎水率为99.1％。测得水接触角为150°，显示其具备超疏水性，表明制备得到的涂料具备疏水自洁性能和防结露性能。此外，本实施例制备得到的气凝胶隔音吸声水性涂料可在低温条件(-5℃)下保存30d不变质。
实施例3
本实施例SiO2气凝胶粉末混合物由疏水性SiO2气凝胶粉末、石墨粉末、硅藻土粉末按质量比50：15：35置于高速混合机中，于4000r/min持续混合分散10min得到；水性乳液混合物由水性聚丙烯酸乳液与阳离子聚丙烯酰胺乳液按照质量比11：1组成。
(1)、将0.5g分子量为3000的聚乙二醇和1g SN-5040混合均匀后加入600g自来水与30g SiO2气凝胶粉末混合物后850r/min的转速下对其进行搅拌，与此同时缓慢(90s左右加完)加入2g KH-550后继续保持搅拌15min得到SiO2气凝胶浆料；
(2)取400g水性乳液混合物与步骤(1)得到的二氧化硅气凝胶浆料进行混合，并在600r/min的条件下进行持续搅拌45min得到水性乳液-气凝胶混合液体；
(3)向步骤(2)得到的水性乳液-气凝胶混合液体中依次加入0.5g消泡剂NXZ、2g醇酯-12和4g聚磷酸铵，并在900r/min的条件下进行持续搅拌100min得到气凝胶隔音吸声水性涂料中间体；
(4)将步骤(3)得到的气凝胶隔音吸声水性涂料中间体与7g金红石型TiO2和2.5g羟丙基甲基纤维素一起加入到高速研磨机中，并在2500r/min的条件下进行持续搅拌研磨150min得到气凝胶隔音吸声水性涂料。
将本实施例制备得到的气凝胶隔音吸声水性涂料喷涂在5cm后的钢筋混凝土砖块上，厚度为3.5mm。经检测该涂料附着力为一级，隔音效率为每毫米69％，铅笔硬度为2H，燃烧等级为B级，复合损耗因子η为0.09，质量吸湿率为4.3％，体积吸水率为0.8％，憎水率为99％。测得水接触角为150°，显示其具备超疏水性，表明制备得到的涂料具备疏水自洁性能和防结露性能。此外，本实施例制备得到的气凝胶隔音吸声水性涂料可在低温条件(-5℃)下保存30d不变质。
Claims (10)
1.一种气凝胶隔音吸声水性涂料，其特征在于，所述气凝胶隔音吸声水性涂料采用如下步骤制备得到：
(1)将乳化剂和分散剂混合均匀后加入水和SiO2气凝胶粉末混合物，在搅拌的条件下缓慢加入表面活性剂后持续搅拌，得到SiO2气凝胶浆料；其中，SiO2气凝胶粉末混合物由SiO2气凝胶粉末、石墨粉末、硅藻土粉末按质量比45～50：10～20：15～40置于高速混合机中持续混合分散制得，SiO2气凝胶粉末为疏水性SiO2气凝胶粉末；乳化剂为吐温60、司盘60、高分子量聚乙二醇中的一种或几种，分散剂为聚羧酸钠盐型分散剂，表面活性剂为氨基官能团硅烷偶联剂；
(2)将步骤(1)中SiO2气凝胶浆料与水性乳液混合物混合后并进行持续搅拌，得到水性乳液-气凝胶混合液体；其中，水性乳液混合物由水性聚丙烯酸乳液与阳离子聚丙烯酰胺乳液按照质量比5～15：0.5～1组成；
(3)向步骤(2)中水性乳液-气凝胶混合液体依次加入消泡剂、成膜助剂和阻燃剂后进行持续搅拌，得到气凝胶隔音吸声水性涂料中间体；其中，消泡剂为矿物油消泡剂，成膜助剂为醇酯类成膜助剂，阻燃剂为聚磷酸铵；
(4)将步骤(3)中气凝胶隔音吸声水性涂料中间体同颜填料、增稠剂一起加入至高速研磨机中进行高速搅拌研磨，得到气凝胶隔音吸声水性涂料；其中，颜填料为金红石型TiO2，增稠剂为纤维素类增稠剂、无机盐类增稠剂的一种或几种；
其中，水性乳液混合物、SiO2气凝胶粉末混合物、乳化剂、分散剂、表面活性剂、消泡剂、成膜助剂、阻燃剂、颜填料、增稠剂和水的添加量按如下质量比：200～450：10～50：0.5～1：0.1～1：0.2～2：0.1～1：1～3：3～5：5～8：1～8：350～750。
2.根据权利要求1所述的气凝胶隔音吸声水性涂料，其特征在于，步骤(1)中搅拌转速为300r/min～950r/min，加入表面活性剂后持续搅拌时间为5min～45min；SiO2气凝胶粉末混合物制备时，SiO2气凝胶粉末、石墨粉末、硅藻土粉末于高速混合机中于2000～4000r/min持续混合分散10～30min；步骤(2)中搅拌转速为600r/min～1500r/min，持续搅拌时间为30min～120min；步骤(3)中搅拌转速为700r/min～1500r/min，持续搅拌时间为90min～150min；步骤(4)中高速搅拌研磨转速为2000r/min～4000r/min，高速搅拌研磨时间为120min～180min。
3.根据权利要求1所述的气凝胶隔音吸声水性涂料，其特征在于，步骤(1)中水为去离子水或自来水；高分子量聚乙二醇的分子量≥2000。
4.根据权利要求1所述的气凝胶隔音吸声水性涂料，其特征在于，步骤(1)中疏水性SiO2气凝胶粉末的粒径为1～50μm，石墨粉末粒径为30～150目，硅藻土粉末粒径为50～400目；步骤(4)中金红石型TiO2的粒径为200～300μm。
5.一种气凝胶隔音吸声水性涂料的制备方法，其特征在于，采用如下步骤：
(1)将乳化剂和分散剂混合均匀后加入水和SiO2气凝胶粉末混合物，在搅拌的条件下缓慢加入表面活性剂后持续搅拌，得到SiO2气凝胶浆料；其中，SiO2气凝胶粉末混合物由SiO2气凝胶粉末、石墨粉末、硅藻土粉末按质量比45～50：10～20：15～40置于高速混合机中持续混合分散制得，SiO2气凝胶粉末为疏水性SiO2气凝胶粉末；乳化剂为吐温60、司盘60、高分子量聚乙二醇中的一种或几种，分散剂为聚羧酸钠盐型分散剂，表面活性剂为氨基官能团硅烷偶联剂；
(2)将步骤(1)中SiO2气凝胶浆料与水性乳液混合物混合后并进行持续搅拌，得到水性乳液-气凝胶混合液体；其中，水性乳液混合物由水性聚丙烯酸乳液与阳离子聚丙烯酰胺乳液按照质量比5～15：0.5～1组成；
(3)向步骤(2)中水性乳液-气凝胶混合液体依次加入消泡剂、成膜助剂和阻燃剂后进行持续搅拌，得到气凝胶隔音吸声水性涂料中间体；其中，消泡剂为矿物油消泡剂，成膜助剂为醇酯类成膜助剂，阻燃剂为聚磷酸铵；
(4)将步骤(3)中气凝胶隔音吸声水性涂料中间体同颜填料、增稠剂一起加入至高速研磨机中进行高速搅拌研磨，得到气凝胶隔音吸声水性涂料；其中，颜填料为金红石型TiO2，增稠剂为纤维素类增稠剂、无机盐类增稠剂的一种或几种；
其中，水性乳液混合物、SiO2气凝胶粉末混合物、乳化剂、分散剂、表面活性剂、消泡剂、成膜助剂、阻燃剂、颜填料、增稠剂和水的添加量按如下质量比：200～450：10～50：0.5～1：0.1～1：0.2～2：0.1～1：1～3：3～5：5～8：1～8：350～750。
6.根据权利要求1所述的气凝胶隔音吸声水性涂料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中搅拌转速为300r/min～950r/min，加入表面活性剂后持续搅拌时间为5min～45min；SiO2气凝胶粉末混合物制备时，SiO2气凝胶粉末、石墨粉末、硅藻土粉末于高速混合机中于2000～4000r/min持续混合分散10～30min；步骤(2)中搅拌转速为600r/min～1500r/min，持续搅拌时间为30min～120min；步骤(3)中搅拌转速为700r/min～1500r/min，持续搅拌时间为90min～150min；步骤(4)中高速搅拌研磨转速为2000r/min～4000r/min，高速搅拌研磨时间为120min～180min。
7.根据权利要求1所述的气凝胶隔音吸声水性涂料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中水为去离子水或自来水；高分子量聚乙二醇的分子量≥2000。
8.根据权利要求1所述的气凝胶隔音吸声水性涂料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中疏水性SiO2气凝胶粉末的粒径为1～50μm，石墨粉末粒径为30～150目，硅藻土粉末粒径为50～400目；步骤(4)中金红石型TiO2的粒径为200～300μm。
9.权利要求1-4任一权利要求所述的气凝胶隔音吸声水性涂料在高层建筑隔音吸声中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，施工方式包括涂刷、辊涂或喷涂。
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