CN116376386B - 一种纳米级二氧化硅复合绝热材料及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及绝热材料技术领域，具体为一种纳米级二氧化硅复合绝热材料及其制备工艺。其主要公开一种基于核壳二氧化硅绝热填料、有机硅改性丙烯酸酯乳液，掺杂其他填料和助剂，以制得的保温绝热涂料，该涂料以有机硅改性丙烯酸酯乳液为主要成分，在线性丙烯酸树脂的链段上接枝有机硅基团，以提高涂料的耐水防水性能，同时涂料中引入了核壳状二氧化硅、二氧化钛等，以提高涂料的保温绝热性能，且涂料环保性较好。本发明工艺设计合理，各组分配比合适，制备得到的绝热涂料不仅具有较优异的保温绝热性能，而且耐水性能优异，热稳定性高，可广泛应用于多个领域，具有较高的实用性。

Description

一种纳米级二氧化硅复合绝热材料及其制备工艺
技术领域
本发明涉及绝热材料技术领域，具体为一种纳米级二氧化硅复合绝热材料及其制备工艺。
背景技术
现如今，为了响应国家宣传的生态环保、节能减排等目标，在日常生活中对于民用建筑物、输热管道、工业热力设施等一般会采取有效的隔热保温措施，而岩棉毡、无机保温砂浆、聚苯泡沫板、发泡聚氨酯是较为常用的保温材料，但其必须要达到一定厚度才具有较优异的保温效果，施工较为复杂，且防水性能无法满足实际需求；而绝热涂料能够克服施工复杂这一弊端，且厚度要求不高。
因此，如何得到防水性能优异、保温绝热性能好、以纳米级二氧化硅为绝热填料制备的绝热涂料，这是本领域技术人员亟待研发的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米级二氧化硅复合绝热材料及其制备工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种纳米级二氧化硅复合绝热材料的制备工艺，包括以下步骤：
(1)取核壳状二氧化硅和二氧化钛，分别对核壳状二氧化硅、二氧化钛硅烷偶联剂改性处理，得到预处理二氧化硅、预处理二氧化钛；所述硅烷偶联剂为KH-570。
表面硅烷偶联剂KH-570改性处理的工艺步骤为：取去离子水、无水乙醇混合均匀，所述去离子水、无水乙醇的体积比为1：3，加入待处理的物料(核壳状二氧化硅或二氧化钛)，超声分散2～3h，加入硅烷偶联剂KH-570，醋酸调节pH至3.5，75～80℃下搅拌反应3～4h，离心收集产物，真空干燥；待处理的物料、硅烷偶联剂的质量比为5：1。
(2)将乳化剂和去离子水混合，搅拌至溶解，加入碳酸氢钠混合均匀，得到乳化剂溶液；将引发剂与去离子水混合，搅拌均匀，得到引发剂溶液；所述引发剂溶液的浓度为0.03～0.04g/mL。
将1/2用量的乳化剂溶液、1/3用量的丙烯酸单体、1/3用量的有机硅单体和1/2用量的引发剂溶液混合，加热升温至70～75℃，保温反应20～30min，缓慢加入1/2用量的乳化剂溶液、2/3用量的丙烯酸单体和2/3用量的有机硅单体，继续反应20～30min，加入剩余1/2用量的引发剂溶液，75～80℃下保温反应1.5～2h，停止反应后冷却，氨水调节pH至7～8，得到丙烯酸酯乳液；
(3)取预处理二氧化硅、预处理二氧化钛和去离子水，超声分散20～30min，得到填料分散液；
将丙烯酸酯乳液、填料分散液、消泡剂、润湿剂、成膜助剂、分散剂、pH调节剂和增稠剂，400～500r/min转速下分散40～50min，得到绝热材料。
较优化的方案，步骤(2)中，所述丙烯酸单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯和丙烯酸甲氧基乙酯复配，所述甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯和丙烯酸甲氧基乙酯的质量比为2：1：1；所述有机硅单体为八甲基环四硅氧烷、乙烯基三乙氧基硅烷复配，所述八甲基环四硅氧烷、乙烯基三乙氧基硅烷的质量比为2：3；所述乳化剂用量为丙烯酸单体的3.5～4.5wt％；所述引发剂用量为丙烯酸单体的0.5～1wt％；所述碳酸氢钠用量为丙烯酸单体的0.2wt％；所述丙烯酸单体、有机硅单体的质量比为5：2。
较优化的方案，步骤(3)中，以质量分数计，8～10wt％预处理二氧化硅、10～12wt％预处理二氧化钛、50～55wt％丙烯酸酯乳液、0.2～0.3wt％消泡剂、0.2～0.3wt％润湿剂、0.5～0.6wt％成膜助剂、0.2～0.3wt％分散剂、0.05～0.08wt％pH调节剂、1～2wt％增稠剂，余量为去离子水。
较优化的方案，核壳状二氧化硅的制备步骤为：
S1：将十六烷基三甲基溴化铵、尿素和去离子水混合，搅拌至溶解，得到溶液A；将正硅酸乙酯、环己烷和正戊醇混合，搅拌均匀，加入溶液A，混合搅拌30～40min，转移至密封反应釜中水热反应，反应结束后离心收集产物，洗涤干燥，得到树枝状二氧化硅；
S2：将树枝状二氧化硅、模板剂与去离子水混合，搅拌至均匀，氢氧化钠调节pH至12，缓慢滴加正硅酸乙酯，25～30℃下搅拌2～3h，70～80℃下密封老化4～6h，离心收集产物，洗涤干燥，550～560℃下煅烧6～6.5h，得到核壳状二氧化硅。
较优化的方案，步骤S1中，所述十六烷基三甲基溴化铵、尿素、正硅酸乙酯的摩尔比为1：(3.5～4)：(4.5～5)；所述环己烷、正戊醇的体积比为(18～20)：1；所述正硅酸乙酯、去离子水的摩尔比为1：(140～150)；水热反应时，反应温度为120～125℃，反应时间为4～4.5h，反应搅拌转速为60～80r/min。
较优化的方案，步骤S2中，所述模板剂为十六烷基三甲基溴化铵和烷基糖苷，所述十六烷基三甲基溴化铵和烷基糖苷的摩尔比为1：1；所述正硅酸乙酯、模板剂、去离子水的摩尔比为1：0.25：(235～240)。
较优化的方案，根据以上任意一项所述的一种纳米级二氧化硅复合绝热材料的制备工艺制备的绝热材料。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
本发明公开了一种纳米级二氧化硅复合绝热材料及其制备工艺，其主要公开一种基于核壳二氧化硅绝热填料、有机硅改性丙烯酸酯乳液，掺杂其他填料和助剂，以制得的保温绝热涂料，该涂料以有机硅改性丙烯酸酯乳液为主要成分，在线性丙烯酸树脂的链段上接枝有机硅基团，以提高涂料的耐水防水性能，同时涂料中引入了核壳状二氧化硅、二氧化钛等，以提高涂料的保温绝热性能，且涂料环保性较好，实用性较高。
在本申请中，方案制备了核壳状二氧化硅，方案先以十六烷基三甲基溴化铵为模板剂，以正硅酸乙酯为硅源，制备得到树枝状二氧化硅，该树枝状二氧化硅在后续煅烧去除模板剂后，能够形成树枝状三维中心辐射孔道；接着方案以树枝状二氧化硅为核，以十六烷基三甲基溴化铵、烷基糖苷复配作为模板剂，在树枝状二氧化硅表面形成二氧化硅壳层，高温煅烧去除模板剂，以得到核壳结构的二氧化硅，且二氧化硅内部呈现为树枝状，该核壳结构的二氧化硅具有较低的热导率，能够替代常规的中空玻璃微珠，其可作为绝热填料应用至涂料领域，实用性较高。
此处需强调：由于核层二氧化硅(树枝状二氧化硅)的模板剂为十六烷基三甲基溴化铵，因而壳层二氧化硅的模板剂选择为十六烷基三甲基溴化铵、烷基糖苷复配，且十六烷基三甲基溴化铵和烷基糖苷的摩尔比为1：1；相比于单纯的十六烷基三甲基溴化铵，或将十六烷基三甲基溴化铵替换为十八烷基三甲基溴化铵，其最终的隔热保温效果明显降低。
在此基础上，本方案还对核壳状二氧化硅、二氧化钛进行表面硅烷偶联剂改性处理，硅烷偶联剂选择为KH-570，在填料表面引入乙烯基，提高填料分散性的同时还能够提高涂料的体系交联密度，防水耐水性能更优异，且涂料的绝热保温性能也得到改善。
本发明公开了一种纳米级二氧化硅复合绝热材料及其制备工艺，工艺设计合理，各组分配比合适，制备得到的绝热涂料不仅具有较优异的保温绝热性能，而且耐水性能优异，热稳定性高，可广泛应用于多个领域，具有较高的实用性。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
烷基糖苷为APG08-10，固含量为70％，由广州卓畅化工有限公司提供；二氧化钛为金红石型二氧化钛R706；乳化剂为十二烷基磺酸钠；引发剂为过硫酸钠；乙烯基三乙氧基硅烷(T103647)、八甲基环四硅氧烷(O160041)均由上海阿拉丁提供；消泡剂为SD-202，由南通生达化工有限公司提供；润湿剂为CF10；成膜助剂为乙二醇单丁醚；分散剂为SK-5040；pH调节剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇；增稠剂为DL-80。
以下实施例中，填料表面分别进行硅烷偶联剂KH-570处理，其具体步骤为：取30mL去离子水、90mL无水乙醇混合均匀，加入20g待处理的物料(核壳状二氧化硅或二氧化钛)超声分散2h，加入4g硅烷偶联剂KH-570，醋酸调节pH至3.5，75℃下搅拌反应3.5h，离心收集产物，真空干燥。
实施例1：
一种纳米级二氧化硅复合绝热材料的制备工艺，包括以下步骤：
(1)核壳状二氧化硅的制备：
S1：将3mmol十六烷基三甲基溴化铵、11.8mmol尿素和36g去离子水混合，搅拌至溶解，得到溶液A；将14.2mmol正硅酸乙酯、35mL环己烷和1.75mL正戊醇混合，搅拌均匀，加入溶液A，混合搅拌30min，转移至密封反应釜中水热反应，反应温度为120℃，反应时间为4.5h，反应搅拌转速为80r/min，反应结束后离心收集产物，洗涤干燥，得到树枝状二氧化硅。
S2：将1g树枝状二氧化硅、2.5mmol模板剂与42g去离子水混合，搅拌至均匀，氢氧化钠调节pH至12，缓慢滴加10mmol正硅酸乙酯，25℃下搅拌3h，70℃下密封老化6h，离心收集产物，洗涤干燥，550℃下煅烧6h，得到核壳状二氧化硅。
所述模板剂为十六烷基三甲基溴化铵和烷基糖苷，所述十六烷基三甲基溴化铵和烷基糖苷的摩尔比为1：1。
(2)取核壳状二氧化硅和二氧化钛，分别对核壳状二氧化硅、二氧化钛表面硅烷偶联剂KH-570改性，得到预处理二氧化硅、预处理二氧化钛；
(3)将1.9g乳化剂和50mL去离子水混合，搅拌至溶解，加入0.09g碳酸氢钠混合均匀，得到乳化剂溶液；将0.36g引发剂与10mL去离子水混合，搅拌均匀，得到引发剂溶液。
将1/2用量的乳化剂溶液、15g丙烯酸单体、6g有机硅单体和1/2用量的引发剂溶液混合，加热升温至70℃，保温反应30min，缓慢加入剩余1/2用量的乳化剂溶液、30g丙烯酸单体和12g有机硅单体，继续反应20min，加入剩余1/2用量的引发剂溶液，75℃下保温反应2h，停止反应后冷却，氨水调节pH至7，得到丙烯酸酯乳液。
所述丙烯酸单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯和丙烯酸甲氧基乙酯复配，所述甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯和丙烯酸甲氧基乙酯的质量比为2：1：1；所述有机硅单体为八甲基环四硅氧烷、乙烯基三乙氧基硅烷复配，所述八甲基环四硅氧烷、乙烯基三乙氧基硅烷的质量比为2：3。
(4)取8g预处理二氧化硅、10g预处理二氧化钛和24.15g去离子水，超声分散20min，得到填料分散液；
将55g丙烯酸酯乳液、填料分散液、0.25g消泡剂、0.25g润湿剂、0.5g成膜助剂、0.3g分散剂、0.05gpH调节剂和1.5g增稠剂，400r/min转速下分散40min，得到绝热材料。
实施例2：
一种纳米级二氧化硅复合绝热材料的制备工艺，包括以下步骤：
(1)核壳状二氧化硅的制备：
S1：将3mmol十六烷基三甲基溴化铵、11.8mmol尿素和36g去离子水混合，搅拌至溶解，得到溶液A；将14.2mmol正硅酸乙酯、35mL环己烷和1.75mL正戊醇混合，搅拌均匀，加入溶液A，混合搅拌35min，转移至密封反应釜中水热反应，反应温度为122℃，反应时间为4.5h，反应搅拌转速为80r/min，反应结束后离心收集产物，洗涤干燥，得到树枝状二氧化硅。
S2：将1g树枝状二氧化硅、2.5mmol模板剂与42g去离子水混合，搅拌至均匀，氢氧化钠调节pH至12，缓慢滴加10mmol正硅酸乙酯，28℃下搅拌2.5h，75℃下密封老化5h，离心收集产物，洗涤干燥，550℃下煅烧6h，得到核壳状二氧化硅。
所述模板剂为十六烷基三甲基溴化铵和烷基糖苷，所述十六烷基三甲基溴化铵和烷基糖苷的摩尔比为1：1。
(2)取核壳状二氧化硅和二氧化钛，分别对核壳状二氧化硅、二氧化钛表面硅烷偶联剂KH-570改性，得到预处理二氧化硅、预处理二氧化钛；
(3)将1.9g乳化剂和50mL去离子水混合，搅拌至溶解，加入0.09g碳酸氢钠混合均匀，得到乳化剂溶液；将0.36g引发剂与10mL去离子水混合，搅拌均匀，得到引发剂溶液。
将1/2用量的乳化剂溶液、15g丙烯酸单体、6g有机硅单体和1/2用量的引发剂溶液混合，加热升温至70～75℃，保温反应25min，缓慢加入剩余1/2用量的乳化剂溶液、30g丙烯酸单体和12g有机硅单体，继续反应25min，加入剩余1/2用量的引发剂溶液，75℃下保温反应2h，停止反应后冷却，氨水调节pH至7，得到丙烯酸酯乳液。
所述丙烯酸单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯和丙烯酸甲氧基乙酯复配，所述甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯和丙烯酸甲氧基乙酯的质量比为2：1：1；所述有机硅单体为八甲基环四硅氧烷、乙烯基三乙氧基硅烷复配，所述八甲基环四硅氧烷、乙烯基三乙氧基硅烷的质量比为2：3。
(4)取9g预处理二氧化硅、10g预处理二氧化钛和23.15g去离子水，超声分散25min，得到填料分散液；
将55g丙烯酸酯乳液、填料分散液、0.25g消泡剂、0.25g润湿剂、0.5g成膜助剂、0.3g分散剂、0.05gpH调节剂和1.5g增稠剂，400r/min转速下分散45min，得到绝热材料。
实施例3：
一种纳米级二氧化硅复合绝热材料的制备工艺，包括以下步骤：
(1)核壳状二氧化硅的制备：
S1：将3mmol十六烷基三甲基溴化铵、11.8mmol尿素和36g去离子水混合，搅拌至溶解，得到溶液A；将14.2mmol正硅酸乙酯、35mL环己烷和1.75mL正戊醇混合，搅拌均匀，加入溶液A，混合搅拌40min，转移至密封反应釜中水热反应，反应温度为125℃，反应时间为4h，反应搅拌转速为80r/min，反应结束后离心收集产物，洗涤干燥，得到树枝状二氧化硅。
S2：将1g树枝状二氧化硅、2.5mmol模板剂与42g去离子水混合，搅拌至均匀，氢氧化钠调节pH至12，缓慢滴加10mmol正硅酸乙酯，30℃下搅拌2h，80℃下密封老化4h，离心收集产物，洗涤干燥，550℃下煅烧6h，得到核壳状二氧化硅。
所述模板剂为十六烷基三甲基溴化铵和烷基糖苷，所述十六烷基三甲基溴化铵和烷基糖苷的摩尔比为1：1。
(2)取核壳状二氧化硅和二氧化钛，分别对核壳状二氧化硅、二氧化钛表面硅烷偶联剂KH-570改性，得到预处理二氧化硅、预处理二氧化钛；
(3)将1.9g乳化剂和50mL去离子水混合，搅拌至溶解，加入0.09g碳酸氢钠混合均匀，得到乳化剂溶液；将0.36g引发剂与10mL去离子水混合，搅拌均匀，得到引发剂溶液。
将1/2用量的乳化剂溶液、15g丙烯酸单体、6g有机硅单体和1/2用量的引发剂溶液混合，加热升温至75℃，保温反应20min，缓慢加入剩余1/2用量的乳化剂溶液、30g丙烯酸单体和12g有机硅单体，继续反应30min，加入剩余1/2用量的引发剂溶液，80℃下保温反应1.5h，停止反应后冷却，氨水调节pH至7，得到丙烯酸酯乳液。
所述丙烯酸单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯和丙烯酸甲氧基乙酯复配，所述甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯和丙烯酸甲氧基乙酯的质量比为2：1：1；所述有机硅单体为八甲基环四硅氧烷、乙烯基三乙氧基硅烷复配，所述八甲基环四硅氧烷、乙烯基三乙氧基硅烷的质量比为2：3。
(4)取8.5g预处理二氧化硅、10g预处理二氧化钛和23.65g去离子水，超声分散30min，得到填料分散液；
将55g丙烯酸酯乳液、填料分散液、0.25g消泡剂、0.25g润湿剂、0.5g成膜助剂、0.3g分散剂、0.05gpH调节剂和1.5g增稠剂，400r/min转速下分散50min，得到绝热材料。
对比例1：以实施例2为对照组，对比例1中调整壳层模板剂，将其调整为十八烷基三甲基溴化铵和烷基糖苷，其余步骤不变。
一种纳米级二氧化硅复合绝热材料的制备工艺，包括以下步骤：
(1)核壳状二氧化硅的制备：
S1：将3mmol十六烷基三甲基溴化铵、11.8mmol尿素和36g去离子水混合，搅拌至溶解，得到溶液A；将14.2mmol正硅酸乙酯、35mL环己烷和1.75mL正戊醇混合，搅拌均匀，加入溶液A，混合搅拌35min，转移至密封反应釜中水热反应，反应温度为122℃，反应时间为4.5h，反应搅拌转速为80r/min，反应结束后离心收集产物，洗涤干燥，得到树枝状二氧化硅。
S2：将1g树枝状二氧化硅、2.5mmol模板剂与42g去离子水混合，搅拌至均匀，氢氧化钠调节pH至12，缓慢滴加10mmol正硅酸乙酯，28℃下搅拌2.5h，75℃下密封老化5h，离心收集产物，洗涤干燥，550℃下煅烧6h，得到核壳状二氧化硅。
所述模板剂为十八烷基三甲基溴化铵和烷基糖苷，所述十八烷基三甲基溴化铵和烷基糖苷的摩尔比为1：1。
(2)取核壳状二氧化硅和二氧化钛，分别对核壳状二氧化硅、二氧化钛表面硅烷偶联剂KH-570改性，得到预处理二氧化硅、预处理二氧化钛；
(3)将1.9g乳化剂和50mL去离子水混合，搅拌至溶解，加入0.09g碳酸氢钠混合均匀，得到乳化剂溶液；将0.36g引发剂与10mL去离子水混合，搅拌均匀，得到引发剂溶液。
将1/2用量的乳化剂溶液、15g丙烯酸单体、6g有机硅单体和1/2用量的引发剂溶液混合，加热升温至70～75℃，保温反应25min，缓慢加入剩余1/2用量的乳化剂溶液、30g丙烯酸单体和12g有机硅单体，继续反应25min，加入剩余1/2用量的引发剂溶液，75℃下保温反应2h，停止反应后冷却，氨水调节pH至7，得到丙烯酸酯乳液。
所述丙烯酸单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯和丙烯酸甲氧基乙酯复配，所述甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯和丙烯酸甲氧基乙酯的质量比为2：1：1；所述有机硅单体为八甲基环四硅氧烷、乙烯基三乙氧基硅烷复配，所述八甲基环四硅氧烷、乙烯基三乙氧基硅烷的质量比为2：3。
(4)取9g预处理二氧化硅、10g预处理二氧化钛和23.15g去离子水，超声分散25min，得到填料分散液；
将55g丙烯酸酯乳液、填料分散液、0.25g消泡剂、0.25g润湿剂、0.5g成膜助剂、0.3g分散剂、0.05gpH调节剂和1.5g增稠剂，400r/min转速下分散45min，得到绝热材料。
对比例2：以实施例2为对照组，对比例2中调整壳层模板剂，将其调整为十六烷基三甲基溴化铵，其余步骤不变。
一种纳米级二氧化硅复合绝热材料的制备工艺，包括以下步骤：
(1)核壳状二氧化硅的制备：
S1：将3mmol十六烷基三甲基溴化铵、11.8mmol尿素和36g去离子水混合，搅拌至溶解，得到溶液A；将14.2mmol正硅酸乙酯、35mL环己烷和1.75mL正戊醇混合，搅拌均匀，加入溶液A，混合搅拌35min，转移至密封反应釜中水热反应，反应温度为122℃，反应时间为4.5h，反应搅拌转速为80r/min，反应结束后离心收集产物，洗涤干燥，得到树枝状二氧化硅。
S2：将1g树枝状二氧化硅、2.5mmol模板剂与42g去离子水混合，搅拌至均匀，氢氧化钠调节pH至12，缓慢滴加10mmol正硅酸乙酯，28℃下搅拌2.5h，75℃下密封老化5h，离心收集产物，洗涤干燥，550℃下煅烧6h，得到核壳状二氧化硅。
所述模板剂为十六烷基三甲基溴化铵。
(2)取核壳状二氧化硅和二氧化钛，分别对核壳状二氧化硅、二氧化钛表面硅烷偶联剂KH-570改性，得到预处理二氧化硅、预处理二氧化钛；
(3)将1.9g乳化剂和50mL去离子水混合，搅拌至溶解，加入0.09g碳酸氢钠混合均匀，得到乳化剂溶液；将0.36g引发剂与10mL去离子水混合，搅拌均匀，得到引发剂溶液。
将1/2用量的乳化剂溶液、15g丙烯酸单体、6g有机硅单体和1/2用量的引发剂溶液混合，加热升温至70～75℃，保温反应25min，缓慢加入剩余1/2用量的乳化剂溶液、30g丙烯酸单体和12g有机硅单体，继续反应25min，加入剩余1/2用量的引发剂溶液，75℃下保温反应2h，停止反应后冷却，氨水调节pH至7，得到丙烯酸酯乳液。
所述丙烯酸单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯和丙烯酸甲氧基乙酯复配，所述甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯和丙烯酸甲氧基乙酯的质量比为2：1：1；所述有机硅单体为八甲基环四硅氧烷、乙烯基三乙氧基硅烷复配，所述八甲基环四硅氧烷、乙烯基三乙氧基硅烷的质量比为2：3。
(4)取9g预处理二氧化硅、10g预处理二氧化钛和23.15g去离子水，超声分散25min，得到填料分散液；
将55g丙烯酸酯乳液、填料分散液、0.25g消泡剂、0.25g润湿剂、0.5g成膜助剂、0.3g分散剂、0.05gpH调节剂和1.5g增稠剂，400r/min转速下分散45min，得到绝热材料。
对比例3：以实施例2为对照组，对比例3中并未对填料进行表面硅烷偶联剂改性处理，其余步骤不变。
一种纳米级二氧化硅复合绝热材料的制备工艺，包括以下步骤：
(1)核壳状二氧化硅的制备：
S1：将3mmol十六烷基三甲基溴化铵、11.8mmol尿素和36g去离子水混合，搅拌至溶解，得到溶液A；将14.2mmol正硅酸乙酯、35mL环己烷和1.75mL正戊醇混合，搅拌均匀，加入溶液A，混合搅拌35min，转移至密封反应釜中水热反应，反应温度为122℃，反应时间为4.5h，反应搅拌转速为80r/min，反应结束后离心收集产物，洗涤干燥，得到树枝状二氧化硅。
S2：将1g树枝状二氧化硅、2.5mmol模板剂与42g去离子水混合，搅拌至均匀，氢氧化钠调节pH至12，缓慢滴加10mmol正硅酸乙酯，28℃下搅拌2.5h，75℃下密封老化5h，离心收集产物，洗涤干燥，550℃下煅烧6h，得到核壳状二氧化硅。
所述模板剂为十六烷基三甲基溴化铵和烷基糖苷，所述十六烷基三甲基溴化铵和烷基糖苷的摩尔比为1：1。
(2)将1.9g乳化剂和50mL去离子水混合，搅拌至溶解，加入0.09g碳酸氢钠混合均匀，得到乳化剂溶液；将0.36g引发剂与10mL去离子水混合，搅拌均匀，得到引发剂溶液。
将1/2用量的乳化剂溶液、15g丙烯酸单体、6g有机硅单体和1/2用量的引发剂溶液混合，加热升温至70～75℃，保温反应25min，缓慢加入剩余1/2用量的乳化剂溶液、30g丙烯酸单体和12g有机硅单体，继续反应25min，加入剩余1/2用量的引发剂溶液，75℃下保温反应2h，停止反应后冷却，氨水调节pH至7，得到丙烯酸酯乳液。
所述丙烯酸单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯和丙烯酸甲氧基乙酯复配，所述甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯和丙烯酸甲氧基乙酯的质量比为2：1：1；所述有机硅单体为八甲基环四硅氧烷、乙烯基三乙氧基硅烷复配，所述八甲基环四硅氧烷、乙烯基三乙氧基硅烷的质量比为2：3。
(3)取9g核壳状二氧化硅、10g二氧化钛和23.15g去离子水，超声分散25min，得到填料分散液；
将55g丙烯酸酯乳液、填料分散液、0.25g消泡剂、0.25g润湿剂、0.5g成膜助剂、0.3g分散剂、0.05gpH调节剂和1.5g增稠剂，400r/min转速下分散45min，得到绝热材料。
检测实验：
取实施例1～3、对比例1～3制备的绝热涂料，分别涂覆在钢片上，钢片尺寸为150×70×5mm，涂覆厚度为5mm，温度为25℃，制得测试样片。
1、分别将样片置于5％氢氧化钠和去离子水中，25℃下浸泡48h，观察其胶膜表面，记录观察结果。
2、参照GB/T9286公开的划格法测试其附着力等级。
3、将绝热涂料填充至200×200×25mm的模具中，均匀填充后抹平，60℃下干燥固化，脱模，得到样品，测试样品的导热系数，测试装置为热流法导热仪。
结论：本发明工艺设计合理，各组分配比合适，制备得到的绝热涂料不仅具有较优异的保温绝热性能，而且耐水性能优异，热稳定性高，可广泛应用于多个领域，具有较高的实用性。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种纳米级二氧化硅复合绝热材料的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：
（1）取核壳状二氧化硅和二氧化钛，分别通过硅烷偶联剂对核壳状二氧化硅、二氧化钛改性处理，得到预处理二氧化硅、预处理二氧化钛；所述硅烷偶联剂为KH-570；
（2）将乳化剂和去离子水混合，搅拌至溶解，加入碳酸氢钠混合均匀，得到乳化剂溶液；将引发剂与去离子水混合，搅拌均匀，得到引发剂溶液；
将1/2用量的乳化剂溶液、1/3用量的丙烯酸单体、1/3用量的有机硅单体和1/2用量的引发剂溶液混合，加热升温至70~75℃，保温反应20~30min，缓慢加入1/2用量的乳化剂溶液、2/3用量的丙烯酸单体和2/3用量的有机硅单体，继续反应20~30min，加入剩余1/2用量的引发剂溶液，75~80℃下保温反应1.5~2h，停止反应后冷却，氨水调节pH至7~8，得到丙烯酸酯乳液；所述丙烯酸单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯和丙烯酸甲氧基乙酯复配；所述有机硅单体为八甲基环四硅氧烷、乙烯基三乙氧基硅烷复配；
所述甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯和丙烯酸甲氧基乙酯的质量比为2：1：1；所述八甲基环四硅氧烷、乙烯基三乙氧基硅烷的质量比为2：3；所述丙烯酸单体、有机硅单体的质量比为5：2；所述乳化剂为十二烷基磺酸钠，乳化剂用量为丙烯酸单体的3.5~4.5wt%；所述碳酸氢钠用量为丙烯酸单体的0.2wt%；所述引发剂为过硫酸钠，用量为丙烯酸单体的0.5~1wt%，引发剂溶液的浓度为0.03~0.04g/mL；
（3）取预处理二氧化硅、预处理二氧化钛和去离子水，超声分散，得到填料分散液；
将丙烯酸酯乳液、填料分散液、消泡剂、润湿剂、成膜助剂、分散剂、pH调节剂和增稠剂，搅拌分散40~50min，得到绝热材料；
步骤（3）中，以质量分数计，8~10wt%预处理二氧化硅、10~12wt%预处理二氧化钛、50~55wt%丙烯酸酯乳液、0.2~0.3wt%消泡剂、0.2~0.3wt%润湿剂、0.5~0.6wt%成膜助剂、0.2~0.3wt%分散剂、0.05~0.08wt%pH调节剂、1~2wt%增稠剂，余量为去离子水；
核壳状二氧化硅的制备步骤为：
S1：将十六烷基三甲基溴化铵、尿素和去离子水混合，搅拌至溶解，得到溶液A；将正硅酸乙酯、环己烷和正戊醇混合，搅拌均匀，加入溶液A，混合搅拌30~40min，转移至密封反应釜中水热反应，反应结束后离心收集产物，洗涤干燥，得到树枝状二氧化硅；所述十六烷基三甲基溴化铵、尿素、正硅酸乙酯的摩尔比为1：（3.5~4）：（4.5~5）；水热反应时，反应温度为120~125℃，反应时间为4~4.5h；
S2：将树枝状二氧化硅、模板剂与去离子水混合，搅拌至均匀，氢氧化钠调节pH至12，缓慢滴加正硅酸乙酯，25~30℃下搅拌2~3h，70~80℃下密封老化4~6h，离心收集产物，洗涤干燥，550~560℃下煅烧6~6.5h，得到核壳状二氧化硅；所述模板剂为十六烷基三甲基溴化铵和烷基糖苷，所述十六烷基三甲基溴化铵和烷基糖苷的摩尔比为1：1；所述正硅酸乙酯、模板剂、去离子水的摩尔比为1：0.25：（235~240）。
2.根据权利要求1所述的一种纳米级二氧化硅复合绝热材料的制备工艺制备的绝热材料。
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