CN115895308A - 一种气凝胶外墙保温涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及保温涂料领域,具体公开了一种气凝胶外墙保温涂料及其制备方法。所述气凝胶外墙保温涂料按重量份数计包括以下组分:炭‑二氧化硅复合材料、活性剂、抗氧剂、去离子水和着色剂;其制备方法为:S1、将去离子水、着色剂、活性剂和抗氧剂混合,以300rpm转速搅拌1h,制得混合乳液;S2、将碳‑二氧化硅复合材料加入混合乳液,以150rpm转速,搅拌4h,得到气凝胶外墙保温涂料。本申请的一种气凝胶外墙保温涂料,其具有能使气凝胶保温涂料保持优良保温性能的优点。
Description
技术领域
本申请涉及保温涂料技术领域,更具体地说,它涉及一种气凝胶外墙保温涂料及其制备方法。
背景技术
气凝胶隔热涂料是由纳米孔结构气凝胶粉体与无机粘结剂体系相结合的一种具有纳米级多孔结构的新型材料,具备高比表面积和极低的导热系数,是目前为止绝热性能最好的材料,已逐渐被广泛应用在航天航空、新能源电池、建筑节能、工业管道等领域。其中纳米二氧化硅气凝胶因其具有超轻、隔热、透明、保温、防火等的优异特性成为目前最常用的气凝胶粉体。
优异的隔热性能主要是由气凝胶的纳米孔隙和三维网状结构决定的。对于二氧化硅气凝胶而言,热量的传递主要通过晶格振动的方式进行,由于气凝胶内的孔隙处于纳米级别,纳米孔会产生严重的散射作用,因此导致热量传递的效率大大下降,此外纳米孔壁对于辐射传热具有发射和折射的作用,由于气凝胶的孔隙率可达到90%以上,因此辐射传热要经过多次的折射和反射,导致最终的热量传递严重减少。
虽然气凝胶自身保温性能出色,但气凝胶在涂料中占比大会影响涂料成膜质量,占比过小又导致涂层保温性能不佳,所以需要通过提高气凝胶的孔隙率使涂层在保持良好的成膜效果时能有更好的保温性能。
发明内容
为了提高涂料的保温性能,本申请提供一种气凝胶外墙保温涂料及其制备方法。
第一方面,本申请提供的一种气凝胶外墙保温涂料,采用如下的技术方案:
所述气凝胶外墙保温涂料按重量份数计包括以下组分:炭-二氧化硅复合材料400-600份、活性剂20-30份、抗氧剂10-15份、去离子水1400-1800份和着色剂80-120份。
通过采用上述技术方案,炭-二氧化硅复合材料中碳和二氧化硅纳米网格各自连续且互相嵌套,相比于普通二氧化硅气凝胶,炭-二氧化硅复合材料的孔隙率更高,空隙更小,结构强度更高,有更好的保温能力。
可选的,所述炭-二氧化硅复合材料的具体制备过程为:
A1、将乙烯基三乙氧基硅烷与无水乙醇混合,将纳米二氧化硅气凝胶粉体加入混合液中,并持续搅拌,得到疏水改性二氧化硅凝胶;
A2、使用无水乙醇与去离子水1:1配合对疏水改性二氧化硅凝胶多次冲洗;
A3、在疏水改性二氧化硅凝胶进行超临界干燥和高温炭化处理,得到炭-二氧化硅复合材料。
通过采用上述技术方案,乙烯基三乙氧基硅烷与纳米二氧化硅气凝胶发生缩合反应,疏水基团取代二氧化硅气凝胶上的亲水基团,使二氧化硅气凝胶具有疏水性,消除二氧化硅气凝胶因吸水导致保温性能下降和因水分蒸发导致多孔结构破坏的问题,经高温碳化后,孔隙收缩,碳-二氧化硅复合材料中碳和二氧化硅纳米网格各自连续且互相嵌套,相比于普通二氧化硅气凝胶,碳-二氧化硅复合材料的孔隙率更高,空隙更小,结构强度更高,有更好的保温能力。
可选的,所述活性剂选用丙烯酸酯、聚醚改性有机硅和乙二醇丁醚中的一种或几种配合使用。
通过采用上述技术方案,对涂料有很好的相容性和表面活性,有助于改善润湿性、分散性和流平性。
可选的,所述抗氧剂为酚类抗氧剂与亚磷酸酯按重量比5:1进行复配。
通过采用上述技术方案,酚类抗氧剂作为主抗氧剂,亚磷酸酯属于辅助抗氧剂,两者复配使用,除了具有具有良好的抗氧化性,同时还有良好的色泽保护能力,能保持长期稳定效果。
可选的,所述酚类抗氧剂选用丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯和叔丁基对苯二酚中的一种或几种配合使用。
通过采用上述技术方案,提高抗氧化效果,延长涂层使用寿命。
可选的,所述着色剂选用钛白粉、氧化锌和锌钡白中的一种或几种配合使用。
通过采用上述技术方案,这色剂起到着色、防老化、填充作用,使涂层不易开裂。
可选的,其中高温炭化在850℃进行。
第二方面,本申请提供一种气凝胶外墙保温涂料的制备方法,采用如下的技术方案:
一种气凝胶外墙保温涂料的制备方法,包括:
S1、将去离子水、着色剂、活性剂和抗氧剂混合,以300rpm转速搅拌1h,制得混合乳液;
S2、将碳-二氧化硅复合材料粉末加入混合乳液,以150rpm转速,搅拌4h,得到气凝胶外墙保温涂料。
综上所述,本申请具有以下有益效果:
1、由于本申请采用炭-二氧化硅复合材料,炭-二氧化硅复合材料中的碳和疏水改性二氧化硅纳米网格各自连续且互相嵌套,相比于普通二氧化硅气凝胶,炭-二氧化硅复合材料的孔隙率更高,空隙更小,结构强度更高,有更好的保温能力。
2、本申请中优选采用酚类抗氧剂作为主抗氧剂,亚磷酸酯属于辅助抗氧剂,两者复配使用,除了具有具有良好的抗氧化性,同时还有良好的色泽保护能力,能保持长期稳定效果。
3、本申请的方法,对溶剂有很好的相容性和表面活性,有助于改善润湿性、分散性和流平性。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
改性二氧化硅气凝胶的制备例
制备例1
A1、将30ml乙烯基三乙氧基硅烷与80ml无水乙醇混合,将10g纳米二氧化硅气凝胶粉体加入混合液中,乙烯基三乙氧基硅烷、无水乙醇混合和纳米二氧化硅气凝胶粉体的质量比,并持续搅拌,得到10g改性二氧化硅气凝胶;
A2、使用100ml无水乙醇与100ml去离子水配合对改性二氧化硅气凝胶多次冲洗。
炭-二氧化硅复合材料的制备例
制备例2
对制备例1中制得的疏水改性二氧化硅凝胶进行超临界干燥,待干燥完成后放入高温炭化炉中,通入N2,将温度调至850℃,保温3h,得到炭-二氧化硅复合材料。
用BET法计算比表面SBET,对比未处理的二氧化硅气凝胶数据如下:
表1凝胶的孔结构参数
SBET/(m2·g-1) | |
炭-二氧化硅复合材料 | 311 |
二氧化硅气凝胶 | 142 |
实施例
实施例1
一种气凝胶外墙保温涂料的制备方法,包括:
S1、将去1400g离子水、80g钛白粉、20g丙烯酸酯、8.33g丁基羟基茴香醚与1.67g亚磷酸酯混合,以300rpm转速搅拌1h,制得混合乳液;
S2、将400g碳-二氧化硅复合材料加入混合乳液,以150rpm转速,搅拌4h,得到气凝胶外墙保温涂料。
其中碳-二氧化硅复合材料由制备例2制得。
实施例2
一种气凝胶外墙保温涂料的制备方法,包括:
S1、将去1800g离子水、120g钛白粉、30g丙烯酸酯、12.5g丁基羟基茴香醚与2.5g亚磷酸酯混合,以300rpm转速搅拌1h,制得混合乳液;
S2、将600g碳-二氧化硅复合材料加入混合乳液,以150rpm转速,搅拌4h,得到气凝胶外墙保温涂料。
其中碳-二氧化硅复合材料由制备例2制得。
实施例3
一种气凝胶外墙保温涂料的制备方法,包括:
S1、将去1600g离子水、100g钛白粉、25g丙烯酸酯、10g丁基羟基茴香醚与2g亚磷酸酯混合,以300rpm转速搅拌1h,制得混合乳液;
S2、将500g碳-二氧化硅复合材料加入混合乳液,以150rpm转速,搅拌4h,得到气凝胶外墙保温涂料。
其中碳-二氧化硅复合材料由制备例2制得。
实施例4
一种气凝胶外墙保温涂料的制备方法,包括:
S1、将去1600g离子水、100g氧化锌、25g丙烯酸酯、10g丁基羟基茴香醚与2g亚磷酸酯混合,以300rpm转速搅拌1h,制得混合乳液;
S2、将500g碳-二氧化硅复合材料加入混合乳液,以150rpm转速,搅拌4h,得到气凝胶外墙保温涂料。
其中碳-二氧化硅复合材料由制备例2制得。
实施例5
一种气凝胶外墙保温涂料的制备方法,包括:
S1、将去1600g离子水、100g锌钡白、25g丙烯酸酯、10g丁基羟基茴香醚与2g亚磷酸酯混合,以300rpm转速搅拌1h,制得混合乳液;
S2、将500g碳-二氧化硅复合材料加入混合乳液,以150rpm转速,搅拌4h,得到气凝胶外墙保温涂料。
其中碳-二氧化硅复合材料由制备例2制得。
实施例6
一种气凝胶外墙保温涂料的制备方法,包括:
S1、将去1600g离子水、100g钛白粉、25g聚醚改性有机硅、10g丁基羟基茴香醚与2g亚磷酸酯混合,以300rpm转速搅拌1h,制得混合乳液;
S2、将500g碳-二氧化硅复合材料加入混合乳液,以150rpm转速,搅拌4h,得到气凝胶外墙保温涂料。
其中碳-二氧化硅复合材料由制备例2制得。
实施例7
一种气凝胶外墙保温涂料的制备方法,包括:
S1、将去1600g离子水、100g钛白粉、25g乙二醇丁醚、10g丁基羟基茴香醚与2g亚磷酸酯混合,以300rpm转速搅拌1h,制得混合乳液;
S2、将500g碳-二氧化硅复合材料加入混合乳液,以150rpm转速,搅拌4h,得到气凝胶外墙保温涂料。
其中碳-二氧化硅复合材料由制备例2制得。
实施例8
一种气凝胶外墙保温涂料的制备方法,包括:
S1、将去1600g离子水、100g钛白粉、25g丙烯酸酯、10g二丁基羟基甲苯与2g亚磷酸酯混合,以300rpm转速搅拌1h,制得混合乳液;
S2、将500g碳-二氧化硅复合材料加入混合乳液,以150rpm转速,搅拌4h,得到气凝胶外墙保温涂料。
其中碳-二氧化硅复合材料由制备例2制得。
实施例9
一种气凝胶外墙保温涂料的制备方法,包括:
S1、将去1600g离子水、100g钛白粉、25g丙烯酸酯、10g叔丁基对苯二酚与2g亚磷酸酯混合,以300rpm转速搅拌1h,制得混合乳液;
S2、将500g碳-二氧化硅复合材料加入混合乳液,以150rpm转速,搅拌4h,得到气凝胶外墙保温涂料。
其中碳-二氧化硅复合材料由制备例2制得。
表2实施例例1-9原料配比表
对比例
对比例1
S1、将去1600g离子水、100g钛白粉、25g丙烯酸酯、10g丁基羟基茴香醚与2g亚磷酸酯混合,以300rpm转速搅拌1h,制得混合乳液;
S2、将500g二氧化硅气凝胶加入混合乳液,以150rpm转速,搅拌4h,得到气凝胶外墙保温涂料。
对比例2
S1、将去1600g离子水、100g钛白粉、25g丙烯酸酯、10g丁基羟基茴香醚与2g亚磷酸酯混合,以300rpm转速搅拌1h,制得混合乳液;
S2、将500g疏水改性二氧化硅气凝胶加入混合乳液,以150rpm转速,搅拌4h,得到气凝胶外墙保温涂料。
表3对比例1-2原料配比表
性能检测试验
检测方法/试验方法
导热系数通过瞬态平面热源法测定,先对涂层进行一次导热系数检测,再经潮湿环境中放置5h后对涂层干燥处理,再次测定导热系数。
涂膜硬度主要根据GB/T 6739-1996《膜硬度铅笔测定法》的规定方法,对隔热涂料的硬度进行相关检测。
涂料附着力的检测主要按照GB/T 9286-1998《色漆和清漆、漆膜的划格试验》的相关规定进行。
表4测试结果
结合实施例3和对比例1并结合表4可以看出,实施例3的保温性能远大于对比例1中的保温性能,在涂层硬度上实施例3也要优于对比例1,说明了炭-二氧化硅复合材料的保温性能和结构强度大于二氧化硅气凝胶。
结合实施例3和对比例2并结合表4可以看出,实施例3的保温性能远大于对比例2中的保温性能,在涂层硬度上实施例3也要优于对比例2,说明了炭-二氧化硅复合材料的保温性能和结构强度大于疏水改性二氧化硅气凝胶。
结合实施例1-9并结合表4可以看出,炭-二氧化硅复合材料组分在400-500g区间涂料的导热系数下降幅度明显,涂膜硬度逐渐增高,对涂膜附着力缓慢下降,在加入炭-二氧化硅复合材料500-600g区间导热系数有所提高,涂层硬度基本不变,涂膜附着力不变。
本申请中实施例3为最优选。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释,其并不是对本申请的限制,本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改,但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (8)
1.一种气凝胶外墙保温涂料,其特征在于:所述气凝胶外墙保温涂料按重量份数计包括以下组分:炭-二氧化硅复合材料400-600份、活性剂20-30份、抗氧剂10-15份、去离子水1400-1800份和着色剂80-120份。
2.根据权利要求1所述的一种气凝胶外墙保温涂料,其特征在于:所述炭-二氧化硅复合材料的具体制备过程为:
A1、将乙烯基三乙氧基硅烷与无水乙醇混合,将纳米二氧化硅气凝胶粉体加入混合液中,并持续搅拌,得到疏水改性二氧化硅凝胶;
A2、使用无水乙醇与去离子水1:1配合对疏水改性二氧化硅凝胶多次冲洗;
A3、在疏水改性二氧化硅凝胶进行超临界干燥和高温炭化处理,得到炭-二氧化硅复合材料。
3.根据权利要求1所述的一种气凝胶外墙保温涂料,其特征在于:所述活性剂选用丙烯酸酯、聚醚改性有机硅和乙二醇丁醚中的一种或几种配合使用。
4.根据权利要求1所述的一种气凝胶外墙保温涂料,其特征在于:所述抗氧剂为酚类抗氧剂与亚磷酸酯按重量比5:1进行复配。
5.根据权利要求4所述的一种气凝胶外墙保温涂料,其特征在于:所述酚类抗氧剂选用丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯和叔丁基对苯二酚中的一种或几种配合使用。
6.根据权利要求1所述的一种气凝胶外墙保温涂料,其特征在于:所述着色剂选用钛白粉、氧化锌和锌钡白中的一种或几种配合使用。
7.根据权利要求2所述的一种气凝胶外墙保温涂料,其特征在于:所述高温炭化温度为850℃。
8.一种气凝胶外墙保温涂料的制备方法,其特征在于:制备过程如下:
S1、将去离子水、着色剂、活性剂和抗氧剂混合,以300rpm转速搅拌1h,制得混合乳液;
S2、将碳-二氧化硅复合材料粉末加入混合乳液,以150rpm转速,搅拌4h,得到气凝胶外墙保温涂料。
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