CN114133770A - 一种保温装饰一体化气凝胶涂料组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种保温装饰一体化气凝胶涂料组合物及其制备方法和应用，所述保温装饰一体化气凝胶涂料组合物按重量份计包括气凝胶粉10‑40份、乳液10‑40份、成膜助剂1‑4份、润湿剂0.2‑0.5份、增稠剂1‑3份、水20‑40份和装饰材料10‑30份；本发明提供的保温装饰一体化气凝胶涂料是以多孔结构的二氧化硅气凝胶为主材料，通过简单高效的生产工艺得到一种具有良好的稳定性，优异的保温性能和反射隔热性能，同时还兼顾了良好的装饰效果的制品，有利于实际的保温装饰材料的应用。

Description

一种保温装饰一体化气凝胶涂料组合物及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，具体涉及一种气凝胶涂料组合物及其制备方法和应用。

背景技术

气凝胶是一种具有纳米多孔结构的新型材料，具有巨大的应用价值。按照成分不同可以将气凝胶分为二氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、氧化锆气凝胶和碳气凝胶等。现阶段二氧化硅气凝胶的技术最为成熟，产业化程度最高，既具有实用价值的纳米孔超级绝热材料，同时还兼有良好的隔热和力学性能，主要应用于航空航天、军事、电子、建筑、家电和工业管道等领域的保温隔热。

随着建筑行业工业化的发展进度加快，节能环保要求不断提升，建筑外保温维护结构设计的厚度越来越厚，导致质量、安全问题凸显。解决此类问题，需要限制传统材料应用，限制薄抹灰一类外保温技术在新建建筑及既有改造建筑中使用，以促进发展装配式保温结构一体化、装饰保温一体化等绿色、安全的新技术；气凝胶具有固体密度低、密度范围宽、孔径小、孔洞率高、热导率低等特点，目前气凝胶材料已经从以绝热为主的领域发展到了节能、环保、健康、安全应急等多个领域，该材料未来发展空间广阔。

CN109517520B公开了一种气凝胶涂料、气凝胶涂层及由气凝胶涂料制备气凝胶涂层的方法。气凝胶涂料包含以质量百分比计为35～90％的涂料基体、5～45％的功能填料和5～50％的助剂；涂料基体选自由环氧改性树脂、酚醛改性树脂、有机硅改性树脂和有机硅橡胶组成的组；功能填料包含气凝胶颗粒；助剂选自由甲苯、环己烷、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯酸钠盐、丙酮和乙醇组成的组。所述方法包括：将气凝胶涂料涂布于基材表面，依次进行干燥和固化，制得所述涂层。该气凝胶涂料分散性好、稳定性好，涂层耐高温性能及隔热性能好，在航天、航空等领域具有广泛的应用前景。

CN107523103A公开了一种二氧化硅气凝胶涂料及其应用，所述二氧化硅气凝胶涂料，包括以下重量份的原料：100份气凝胶粉末，2-10份层状化合物，10-100份水性涂料，2-10份表面活性剂、2-10份成膜助剂，1-5份消泡剂；所述二氧化硅气凝胶涂料是将以上重量份的原料依次搅拌混匀得到的；所述二氧化硅气凝胶涂料采用喷涂或辊涂的涂覆方式，涂覆到墙壁或金属、塑料基材的表面，待其固化成膜。这种方法解决了现有技术的二氧化硅气凝胶涂料存在的缺点，提出了一种二氧化硅气凝胶涂料及其应用，其在水性涂料中添加层状化合物，提高了气凝胶粉末在水性介质中的分散性，从而提高涂料的均匀性，提高了成品质量，同时涂料的成膜质量高，隔热性能佳。

CN112280397A公开了一种气凝胶涂料及其制备方法，涉及隔热材料领域，解决目前制备的气凝胶涂料隔热效果较差的问题。所述气凝胶涂料按照质量份数计包括以下组分：气凝胶粉料20-100份，水性乳液1-10份，增稠剂1-6份，以及，水50-500份。这种气凝胶涂料可以提高气凝胶涂料涂层的隔热效果。

上述气凝胶涂料仅仅只能实现单一的隔热效果，缺少装饰效果，作用较为单一，如何开发一种兼具保温和装饰功能的气凝胶涂料，对于气凝胶涂料的应用具有重要的价值。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种保温装饰一体化气凝胶涂料组合物及其制备方法和应用。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种保温装饰一体化气凝胶涂料组合物，所述保温装饰一体化气凝胶涂料组合物按重量份计包括气凝胶粉10-40份、乳液10-40份、成膜助剂1-4份、润湿剂0.2-0.5份、增稠剂1-3份、水20-40份和装饰材料10-30份。

所述气凝胶粉的重量份可以是10份、20份、30份或40份等。在本发明中，气凝胶粉具有保温效果，如果配方中气凝胶粉比例大，则保温效果更好而装饰效果减弱；而如果气凝胶粉的比例过小，则保温效果差而装饰效果有一定的提升。因此，在上述合理的范围内，本发明提供的涂料组合物效果最佳。

所述乳液的重量份可以是10份、20份、30份或40份等。

所述成膜助剂的重量份可以是1份、2份、3份或4份等。

所述润湿剂的重量份可以是0.2份、0.3份、0.4份或0.5份等。

所述增稠剂的重量份可以是1份、2份或3份等。

所述水的重量份可以是20份、25份、30份、35份或40份等。

优选地，所述装饰材料的重量份可以是10份、12份、15份、18份、20份、25份或30份。

优选地，所述保温装饰一体化气凝胶涂料组合物还包括消泡剂0.2-0.5份，例如可以是0.2份、0.3份、0.4份或0.5份等。

优选地，所述保温装饰一体化气凝胶涂料组合物还包括杀菌剂0.1-0.2份，例如可以是0.1份或0.2份等。

优选地，所述装饰材料为气凝胶涂料色粒、反射型彩色岩片或反射型多彩色粒中任意一种或至少两种的组合。装饰材料的加入可以在获得传统气凝胶涂料保温隔热性能的同时，得到相应的饰面效果，保温与装饰一体成型，省工省时，如果再配以特殊的具有反射功能的罩面清漆则更加理想。因为气凝胶涂料做为保温材料，需要一定的厚度，通常需要多道施工，这样只需在最面层使用本发明所述气凝胶组合物，用料少，既可获得装饰效果，节省传统配套面漆，又最大程度减少额外的费用支出，还可以降低对保温的影响。气凝胶涂料色粒、反射型彩色岩片或反射型多彩色粒等均为自制，将市售产品改性加工而制成。气凝胶涂料色粒是采用独创工艺，将市售的中南建筑材料有限公司ZNJC气凝胶绝热中涂调配成需要的颜色，经成型、干燥后，粉碎成所需大小和形状的色粒，因为中南建筑材料有限公司ZNJC气凝胶绝热中涂本身具有导热系数低、太阳光和近红外反射比高、保温隔热性好的特点，且与本发明所述保温装饰一体化气凝胶涂料组合物为同类型产品，相容性极好，用于本组合物中既可以得到良好的装饰效果，又能保持良好的保温隔热性能，是本组合物的首选装饰材料。

反射型彩色岩片是在市售的中南建筑材料有限公司岩片漆中加入反射钛白、反射颜料等具有太阳光和近红外反射功能的颜料浆，配制成各种颜色的反射型岩片漆，然后涂刷在特殊的可脱模基材上，达到需要的厚度，干燥后取下，剪切成需要的形状，制成反射型彩色岩片。反射型彩色岩片颜色、形状易控制，强度高，韧性好，以干膜状态加入组合物时易操作且不易破损。

反射型多彩色粒则是在市售的中南建筑材料有限公司反射隔热多彩漆中加入一种可以增加与气凝胶涂料相容性的特殊聚合物，该聚合物是以疏水性低聚物为主链，以亲水性分子为支链形成的共聚物，疏水性低聚物由丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、环氧基硅烷与氨基硅烷缩合而成。具体地，该聚合物可以是如下式I所示结构：

反射型多彩色粒颜色丰富，以湿涂料形式加入本组合物中，施工成型后在干燥过程中色粒与体系融合度高，装饰效果更逼真，但是湿涂料加入时易产生相容性和多彩色粒破碎问题，所以配方中需加入特殊聚合物以提高与气凝胶的相容性，同时对工艺控制要求较高。

虽然反射型彩色岩片和反射型多彩色粒的导热系数达不到气凝胶涂料这样低，在热传导上有些损失，但是反射材料的加入可以提高漆膜对太阳光和近红外的反射性能，起到反射隔热的作用，对整个体系的保温隔热性能有一定的补偿，适合用于本组合物中，满足不同装饰效果的需要。

优选地，所述气凝胶粉为多孔结构的二氧化硅气凝胶；现阶段二氧化硅气凝胶的技术最为成熟，产业化程度最高，性价比高。

优选地，所述乳液为聚丙烯酸乳液。在本发明中，聚丙烯酸乳液可以起到附着力调节的作用，作为主要粘结材料。

优选地，所述成膜助剂为醇酯十二。在本发明中，成膜助剂的加量根据丙烯酸乳液的玻璃化温度而定。

优选地，所述润湿剂为Loongrun NS2125。

优选地，所述增稠剂为聚氨酯增稠剂RM-2020NPR、聚氨酯增稠剂RM-8W等；在本发明中，增稠剂主要起到调节粘度的作用。

优选地，所述消泡剂为Tego Foamex 825。

优选地，所述杀菌剂为氯甲基异噻唑啉酮、甲基异噻唑啉酮、辛基异噻唑啉酮、苯并异噻唑酮等。

优选地，所述保温装饰一体化气凝胶涂料组合物按重量份计，包括如下组分：

本发明在气凝胶涂料组合物中添加装饰材料，使得保温与装饰功能一体化，节约成本与造价，不同配方比例可以得到不同的保温效果与装饰效果，施工方法多样，可喷可辊可批，可做多种造型。

本发明提供的保温装饰一体化气凝胶涂料组合物属于有机无机混合物，它结合了有机材料与无机材料的优点，相较于有机保温材料具有较好的防火性能，相较于无机保温材料具有较好的保温性能，同时具有装饰功能。它的出现为保温领域提供了一种新的解决方案。该组合物呈粘稠状或膏状，施工时能全面覆盖物体表面，减少冷热桥的形成，也可以制作成任意形状，极大增强材料的装饰性，并且这种制品的施工工艺简便，能够降低施工成本。

优选地，所述气凝胶粉的质量与装饰材料的质量比为1:(0.5～0.9)，例如可以是1:0.5、1:0.6、1:0.7、1:0.8或1:0.9等等。在本发明中，通过控制气凝胶粉与装饰材料的质量比，可以保证保温、装饰效果达到最佳，当二者比例不在上述范围内时，保温、装饰效果降低。这是由于，气凝胶粉本身是一种导热系数极低的轻质材料，具有很好的隔热保温功能，且体积较大，而装饰材料的导热系数通常会高于它，用量太低会被气凝胶粉包裹，无法体现装饰效果，用量过高则组合物的导热系数会升高，保温功能损失较多；其中，本发明所使用的装饰材料，气凝胶涂料色粒，由于其与气凝胶涂料具有良好的相容性，且作为装饰材料本身的导热系数也比较低，通过相容性的效果，控制气凝胶粉与其质量比在上述范围内时，可以达到最佳的隔热保温功能；而当装饰材料为反射型彩色岩片和反射型多彩色粒时，虽然其导热系数无法达到气凝胶涂料这样低，但是可以通过调整其与气凝胶的比例，在导热系数和反射性这两项数据上达到一个平衡，因此，通过控制比例在上述范围内时，气凝胶涂料的保温装饰效果最佳。

优选地，所述气凝胶粉的质量与装饰材料的质量比为1:0.75。

在本发明中，最优选范围内的气凝胶粉与装饰材料的质量比下，保温装饰效果达到一个平衡，兼具较好的效果。

第二方面，本发明提供了一种保温装饰一体化气凝胶涂料组合物的制备方法，所述制备方法包括：将气凝胶粉、乳液、成膜助剂、润湿剂、增稠剂、水、装饰材料和任选地消泡剂、杀菌剂混合，得到所述保温装饰一体化气凝胶涂料组合物。

第三方面，本发明提供了一种如第一方面所述的气凝胶涂料组合物在保温材料、粘结材料或装饰材料中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的保温装饰一体化气凝胶涂料是以多孔结构的二氧化硅气凝胶为主材料，通过简单高效的生产工艺得到一种具有良好的稳定性，优异的保温性能和反射隔热性能，同时还兼顾了良好的装饰效果的制品。其属于有机无机混合物，它结合了有机材料与无机材料的优点，相较于有机保温材料具有较好的防火性能，相较于无机保温材料具有较好的保温性能，同时具有装饰功能。它的出现为保温领域提供了一种新的解决方案。该组合物呈粘稠状或膏状，施工时能全面覆盖物体表面，减少冷热桥的形成，也可以制作成任意形状，极大增强材料的装饰性，并且这种制品的施工工艺简便，能够降低施工成本。

具体实施方式

为更好地说明本发明，便于理解技术方案，下面对本发明进一步详细说明。

本发明以下实施例中所使用的气凝胶粉为多孔结构的二氧化硅气凝胶。

实施例1

本实施例提供一种保温装饰一体化气凝胶涂料组合物，按重量份计含有如下组分：

气凝胶粉与气凝胶涂料色粒的质量比为1:0.75。

实施例2

本实施例提供一种保温装饰一体化气凝胶涂料组合物，按重量份计含有如下组分：

气凝胶粉与反射型多彩色粒的质量比为1:1。

实施例3

本实施例提供一种保温装饰一体化气凝胶涂料组合物，按重量份计含有如下组分：

气凝胶粉与气凝胶涂料色粒的质量比为1:0.28。

实施例4

本实施例提供一种保温装饰一体化气凝胶涂料组合物，按重量份计含有如下组分：

气凝胶粉与反射型多彩色粒的质量比为1:0.6。

实施例5

本实施例提供一种保温装饰一体化气凝胶涂料组合物，按重量份计含有如下组分：

气凝胶粉与气凝胶涂料色粒的质量比为1:0.83。

实施例6

本实施例提供一种保温装饰一体化气凝胶涂料组合物，按重量份计含有如下组分：

气凝胶粉与反射型多彩色粒的质量比为1:0.73。

实施例7

本实施例提供一种保温装饰一体化气凝胶涂料组合物，按重量份计含有如下组分：

气凝胶粉与反射型彩色岩片的质量比为1:0.59。

实施例8

本实施例提供一种保温装饰一体化气凝胶涂料组合物，按重量份计含有如下组分：

气凝胶粉与反射型彩色岩片的质量比为1:0.5。

实施例9

本实施例提供一种保温装饰一体化气凝胶涂料组合物，按重量份计含有如下组分：

气凝胶粉与反射型彩色岩片的质量比为1:0.9。

对比例1

对比例2

气凝胶粉与反射型彩色岩片的质量比为1:2。

对比例3

气凝胶粉与气凝胶涂料色粒的质量比为1:0.36。

对比例4

本对比例与实施例1的区别仅在于，本对比例中不含有聚丙烯酸乳液，其余均与实施例1相同得到气凝胶涂料组合物。

对比例5

本对比例提供一种保温装饰一体化气凝胶涂料组合物，按重量份计含有如下组分：

将上述实施例1-9与对比例1-5提供的气凝胶涂料组合物，进行性能测试，主要测试保温性能(导热系数λ，单位W/(m·k)、太阳光反射比、近红外反射比和装饰性能。具体结果如下表1所示：

表1

由表1中实施例1-9的结果可以看出，气凝胶粉和装饰材料的质量比以及用量范围要控制得当，否则无法兼顾保温性能和装饰性能。气凝胶涂料色粒的保温性与反射隔热性均优于其余两种装饰材料，是本发明中的首选装饰材料。同时实施例5-7配方中，当缺少消泡剂或杀菌剂中的任意一种或两种时，此时气凝胶涂料易变质，并且泡沫过多影响外观。

由对比例1-2中的结果可以看出，当缺少气凝胶粉时，导热系数较高，不利于保温性能。由对比例3的结果可以看出，该配比下的涂料，因气凝胶粉用量过高，保温性能好但装饰效果不佳，且成本过高；而对比例4的结果可以看出，当涂料中不含有丙烯酸乳液时，涂料无粘结力，无强度，根本无法成膜。

由对比例5可以看出，缺少装饰材料时，气凝胶涂料基本失去装饰性能。

综上可以看出，本发明提供的配方，制备的气凝胶涂料组合物，兼顾保温和装饰性能，导热系数为0.03～0.07W/(m·k)，太阳光反射比与近红外反射比均高于0.80，装饰性能优良，是一种保温装饰一体化的气凝胶涂料。

本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (9)

1.一种保温装饰一体化气凝胶涂料组合物，其特征在于，所述保温装饰一体化气凝胶涂料组合物按重量份计包括气凝胶粉10-40份、乳液10-40份、成膜助剂1-4份、润湿剂0.2-0.5份、增稠剂1-3份、水20-40份和装饰材料10-30份。

2.根据权利要求1所述的保温装饰一体化气凝胶涂料组合物，其特征在于，所述保温装饰一体化气凝胶涂料组合物还包括消泡剂0.2-0.5份。

3.根据权利要求1或2所述的保温装饰一体化气凝胶涂料组合物，其特征在于，所述保温装饰一体化气凝胶涂料组合物还包括杀菌剂0.1-0.2份。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的保温装饰一体化气凝胶涂料组合物，其特征在于，所述装饰材料为气凝胶涂料色粒、反射型彩色岩片或反射型多彩色粒中的任意一种或至少两种的组合。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的保温装饰一体化气凝胶涂料组合物，其特征在于，所述气凝胶粉为多孔结构的二氧化硅气凝胶；

优选地，所述乳液为聚丙烯酸乳液；

优选地，所述成膜助剂为醇酯十二；

优选地，所述润湿剂为Loongrun NS2125；

优选地，所述增稠剂为聚氨酯增稠剂RM-2020NPR或聚氨酯增稠剂RM-8W；

优选地，所述消泡剂为Tego Foamex 825；

优选地，所述杀菌剂为氯甲基异噻唑啉酮、甲基异噻唑啉酮、辛基异噻唑啉酮或苯并异噻唑酮中的任意一种。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的保温装饰一体化气凝胶涂料组合物，其特征在于，所述保温装饰一体化气凝胶涂料组合物按重量份计，包括如下组分：

7.根据权利要求6所述的保温装饰一体化气凝胶涂料组合物，其特征在于，所述气凝胶粉的质量与装饰材料的质量比为1:(0.5～0.9)；

优选地，所述气凝胶粉的质量与装饰材料的质量比为1:0.75。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的保温装饰一体化气凝胶涂料组合物的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将气凝胶粉、乳液、成膜助剂、润湿剂、增稠剂、水、装饰材料和任选的消泡剂、杀菌剂混合，得到所述保温装饰一体化气凝胶涂料组合物。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的保温装饰一体化气凝胶涂料组合物在保温材料、粘结材料或装饰材料中的应用。