CN1408808A - 一种复合隔热、保温、防水、节能材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合隔热、保温、防水、节能材料及制备方法，属于无机－有机复合材料领域。具体组份(wt％)为：一种复合隔热、保温、防水、节能材料，其特征在于它的组份为(wt％)：高分子聚合乳液30－65，中空球珠晶体15－40，颜料和填料10－35，防腐/防霉剂0.1－0.6，润湿剂0.1－0.4，成膜助剂0.3－0.5，抗冻剂0.4－1.2，增稠剂0.2－0.3，疏水剂0.5－1.0，消泡剂0.5－1.0，抗紫外线纳米TiO₂颗粒0.5－6，硅土1.5－1.0％，pH调节剂0.01－0.1，余量为水。制备方法是：首先将高分子聚合乳胶与成膜助剂混合；然后将填料、抗菌微细粉、改性TiO₂纳米粉与分散剂、润湿剂、增稠剂、疏水剂、消泡剂均匀混合；最后将上述的混合物与中空球珠晶体混合，经过滤而最终制成材料。

Description

一种复合隔热、保温、防水、节能材料及制备方法

技术领域：

本发明涉及一种复合隔热、保温、防水、节能材料及制备方法，更确切地说，是一种集隔热、保温、高温、防水、节能等诸功能于一体的新型材料及制备方法。属于无机——有机复合材料领域。

背景技术：

以现有的各种外墙涂料为例。它们的功能往往是单一的，即使风靡市场一时的立邦涂料，其性能也十分单一。尤其是隔温、节能、防水、保温抗菌于一体的墙体材料更是鲜有报导。例如重庆大学苟筱辉提出的“新型隔热保温涂料及生产工艺”(CN90105780.0)涉及的隔热保温材料是由镁铝硅酸盐矿、增强纤维、改性添加剂、填充剂、复合高温粘结剂、消泡剂、水、按比例经原料的表面除尘、精选、粉碎、化学处理、混合搅拌、消泡静置以及复合凝固剂而成。

近几年，随着纳米材料和纳米技术的迅猛发展，也有抗菌涂料问世，主要是利用纳米TiO₂的抗菌作用。例如日本专利JP10025435、JP8325467等报导了一种抗菌涂料，它不仅耐候性好，而且具有长期抗菌效果，其中抗菌剂为银、铜、锌等离子。

即使某些报导自诩多功能复合涂料也未见详细组分报导，且多功能仅是指耐候性、耐水性、耐紫外辐射、耐酸碱性而并无本发明所提及的功能与一体的报导。

综上所述，在现有的材料，特别是涂料真正同时具有备隔温、节能、耐洗、耐碱、耐候、抗菌、耐冲击及耐热冷循环性于一体的材料鲜有报导。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种复合隔热、保温防水、节能材料及制备方法，以满足人们所渴望的集隔热、保温、防水、节能于一体的材料。

本发明提供的材料是由中空球珠晶体，特种有机树脂(SP-II树脂)、抗紫外线的纳米TiO₂、防菌Zn⁺⁺离子、无机二氧化硅、硅土以及助剂经特别设计制成的，亦即它包括成膜物、晶体、颜料和填料混合而成的。成膜物是由水溶性高分子聚合物、基体复合交联剂构成。制备过程包括交联水树脂胶的合成、颜料、晶体、填料混配以及混合物的研磨等。

材料组份(wt％)具体为：高分子聚合物乳液30-65、中空球珠晶体15-40，颜料或填料10-25、防腐/防霉剂0.1-0.6，润湿剂0.1-0.4，成膜助剂0.3-0.5，抗冻剂0.4-1.2，增稠剂0.2-0.3，疏水剂0.5-1.0，消泡剂0.5-1.0，抗紫外线纳米颗粒0.5-6，PH调节剂0.01-0.1，有时还可加入3-7％硅土，余量为水。

下面就材料组分中主要的成分要求及构成详述如下：

1.中空球珠晶体

众所周知，材料的隔热性能，取决于材料的热导率，热导率愈小则保温性能越好，非金属材料的隔热性能优于金属，则是习以为常的知识，但是材料隔热性还取决于化学成分，结晶状态。结晶状态不同的同一组分材料热导率明显不同，其中晶体结构的热导率最大，例如晶体SiO₂的热导率最大为8.92W/m.k，而无定形SiO₂仅为1.38W/m.k所以改变结晶状态可大大降低材料的热导率的，但本发明又从另一角度考虑；空气是最好的保温隔热材料，其热导率远远低于一般固体物质，又从太空飞行器隔热材料的使用中受到启发，太空隔热材料要求耐800-1100℃高温而又质轻，所以本发明提出了“中空陶瓷球晶体粒子”简称为SP-II节能晶体，它是云南、贵州一带的碧绿玉石矿经1125-1150℃30分钟煅烧所制得的，其化学成份SiO₂ 48-57％，Al₂O₃ 19-32％，Mgo(5-12％)，以及Na₂O、K₂O等，其主要技术指标是：

粒径                  0.65-10μm

热传导率              0.08-0.12N/m.k

抗压强度              2650-7000kg/cm³

耐温度                1100-1300℃

然而，经煅烧的上述SP-II晶体材料是不能直接加入而形成有机一无机材料，其表面一定要进行改性处理，在高分子聚合物和填料之间存在某种结合力，增强它和有机材料基材的化学结合作用，改善其表面的材料的润湿性。

有关SP-II晶体的表面改性所使用的活化剂、偶联剂，进行的接技反应、交联反应将另案申请，为保持本申请的完整性，而予以简述。

1.活化剂为乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷；

2.经接技反应和交联反应和硅烷偶联剂，生成通式为X₃Si(CH₂)nY，式中n＝0-3，X是与硅原子相连接的可水解的基团，Y是一个能和所给定的有机材料相容的有机官能团。

总之，本发明可提出的SP-II晶体，经改性处理后成为本发明的材料中最主要材料，也是区别于其它已有的材料的根本点，其综合性能极佳：质轻、粒径小、保温、无毒、绝缘、自润滑、防火、阻燃、耐高温、隔热、耐腐蚀、价廉、货源充沛、处理简单等。

(2)抗紫外用纳米TiO₂

本发明使用的纳米TiO₂的粒径大小10nm，TiO₂金红石相含量＞99％，比表面积为110m²/g，PH＝6.5，TiO₂的折射率相当高所以加入后，用作涂料具有极高遮盖力。在加入到有机溶剂中组成材料时只有分散均匀才能发挥其全部功能。添加的TiO₂必须是采用球磨方法获得最佳分散效果的研磨料，其组成是TiO₂50％和高分子聚合乳胶SP-II 50％-70％(重量)基料溶液，组成的溶液浓度为20.3％(wt)，同时应将基料和溶剂加入到TiO₂分散均匀的浆料中，不能反之，否则基料容易析出。

(3)填料的选择

本发明使用的填料为超细沉淀的硫酸钡，它是由

化学合成而不是采用矿石原料，它是由二种离子牢固地结合而成的，是一种完全没有活性的物质，且无杂质存在。不溶于水(＜3ppm溶解度＝、不溶于有机溶剂、酸和碱溶液。由Ba²⁺和SO₄ ^2-合成的BaSO₄粒经分布狭窄，本发明采用的粒径为0.7μm，它可以作为白色颜料或色颜料的增量剂，使用由Ba²⁺和SO₄ ^2-合成的微粒作填料提高材料的耐候性，色强度并在作为涂料使用时增加光泽度。

(4)抗菌微细粉的选用

作为抗菌微细粒已知常用的是纳米级Ag⁺、Cu⁺和Zn²⁺离子，本发明采用溶胶——凝胶工艺制备了活性化纳米ZnO，活性化ZnO能在材料表面产生大量的活性氧自由基：

(活性氧自由基)

O活性氧自由基，从而大大提高了抗菌和净化效果有益于抑制细菌、霉菌生成。当本发明提供的材料用作建筑涂料时，它可使涂料具有高耐候性和长久保色以及能吸收分解空气中的有机物异味，从而解决由于建筑因密封性增强带来的有害气体不能尽快排出室内环境污染问题。

(5)高分子聚合乳液

本发明所使用的高分子聚合乳液即SP-II树脂是一种全功能的超级树脂，在常温固化、自洁、抗污染、耐候、耐蚀的性能，它是一种氟——碳键构成的特种树脂，它的基本结构单元为

R＝R₁～R₄环烷基或烷基

由于C-F键强高达486KJ/mol，而C-H键强为413KJ/mol，C-C键强为136.5KJ/mol，这是因为氟原子电负性最高(4.0)，原子半径较小(1.35A°)因此C-F结构稳定在受热能、光能(包括紫外线)照射下C-F键难以破裂，从而显示其优越的耐候性耐化学腐蚀性，而R为R₁-R₄的功能团，从而赋于其乳胶稳定性、色料相容性、光泽、硬度和透明性、可挠性等。

(6)其他辅助剂选定

分散剂为阴离子731

润湿剂为中性树脂w-cf-10

增稠剂HEC        消泡剂        烷硅N×Z

六角乙烷赛璐璐                    疏水剂非极性离子cx-101

本发明所提供的材料，其制备方法十分简单，首先是将高分子聚合乳胶与成膜助剂，如醇醚酯(Texanol或Ek-2)混合成(I)然后将填料(BaSO₄)、抗菌微细粉、抗紫外线TiO2纳米粉＞5分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠剂、疏水剂等按前述比例混合成(II)，再将(I)和(II)与改性中空球珠晶体混合，过滤得到最终成品。

表1是本发明提供的集隔热、保温、防水、节能于一体的材料，用作涂料时的性能对比。由表可见本发明提供的材料属于亲水性复合功的节能材料，其关键点是应用太空高科技的中空球珠晶体，以作为营建业的外墙料为例，使用前后室内外温差可达4-8℃，节能效率高达26-37％，且本发明提供的材料具有保温隔热防水、抗菌防霉及阻燃性、耐酸碱性以及抗紫外线，在许多领域中可应用。

               表1本发明提供材料的综合性能及其对比材料

检验项目		本发明	有关国标	现有材料
					抗裂性		初期干燥无裂纹	初期干燥无裂纹	符合
隔温性		室内外温差8-9℃	室内外温差5-6℃	无此功能
					节能性		节省能源约33％	节省能源约27％	无此功能
耐水性(96h)		微失光、无异常、无变色、无起皱、无剥落	微失光、无异常、无变色、无起皱、无剥落	符合
					透水性ml	溶剂	＜0.5	＜0.6
水乳	＜2.0	＜2.8
				耐洗刷次(次)		≥5000	≥1000	≥3000
耐粘污性(5次循环放射系数下降率)％		≤30无异常变化	≤35无异常变化
				耐老化性		500h	250h	500h无粉化二级变色
防霉性，级(挂板法)		0

由上述国内外涂料性能比较，以SP-II复合隔温/防水节能涂料品质

最优异

具体实施方式：

材料组分(％wt)	实施例1	实施例2	实施例3
				高分子聚合物.乳液(sp.II)	40	38	39
中空球珠晶体	32	33	32

颜料	12	15	13
				填料	15	12	10
防腐/防霉剂	0.22	0.2	0.2
				ZnO	0.5	0.5	0.5
分散剂(阴离子731)	0.2	0.2	0.2
				润湿剂(六角乙烷赛璐璐)	0.15	0.10	0.10
消泡剂N×Z	0.5	0.4	0.4
				疏水剂	0.3	0.28	0.25
纳米TiO2	1.30	1.50	1.80
				纳米SiO2	/	2.50	2.00
硅土	/	/	4.50
				余量	水	水	水

制备方法很简单，首先将高分子聚合物乳液(SP-II型)与成膜助剂混合，然后本发明所提供的材料，其制备方法十分简单，首先是将高分子聚合乳胶与成膜助剂，如醇醚酯(Texanol或Ek-2)混合成(I)然后将填料(BaSO₄)、抗菌微细粉、抗紫外线TIO2纳米粉＞5分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠剂、疏水剂等按前述比例混合成(II)，再将(I)和(II)与改性中空球珠晶体混合，过滤得到最终成品。

Claims (8)

1、一种复合隔热、保温、防水、节能材料，其特征在于它的组份为(wr％)：高分子聚合乳液30-65，中空球珠晶体15-40，颜料和填料10-35，防腐/防酶剂0.1-0.6，润湿剂0.1-0.4，成膜助剂0.3-0.5，抗冻剂0.4-1.2，增稠剂0.2-0.3，疏水剂0.5-1.0，消泡剂0.5-1.0，抗紫外线纳米颗粒0.5-6，硅土1.5-1.0％，PH调节剂0.01-0.1，余量为水。

2、按权利要求1所述的复合隔热、保温、防水、节能材料，其特征在于所述的高分子聚合乳液是一种氟-碳链构成的树脂，基本结构单元为：

3、按权利要求1所述的复合隔热、保温、防水、节能材料，其特征在于所述的中空球珠晶体：(1)由SiO₂ 48-57，Al₂O₃ 19-32，MgO 5-12余量为NaO₂、K₂O(重量百分数)所组成的；它是由碧绿玉矿经1125-1150℃，20分钟锻烧所制成的。(2)表面改性所使用的活化剂为乙烯基三乙氧基硅或乙烯基三甲氧基硅烷，经接技反应、交联反应生成通式为X₃Si(CH₂)nY，式中n＝0-3，X是与硅原子相连接的可水解基团；Y是一个能和所给定的有机材料相容的有机官能团。

4、按权利要求1所述的复合隔热、保温、防水、节能材料，其特征在于所述的抗紫外纳米TiO₂颗粒粒径为10nm，TiO₂金红石相含量＞99％，比表面积为110m²/g。

5、按权利要求1所述的复合隔热、保温、防水、节能材料，其特征在于所述颜料和填料是由Ba²⁺和SO₄ ^2-直接反应生成的BaSO₄，平均粒径0.7μm.。

6、按权利要求1所述的复合隔热、保温、防水、节能材料，其特征在于所述的防腐/防霉剂是活性化纳米ZnO，在材料表面产生大量的活性氧自由基。

7、按权利要求1所述的复合隔热、保温、防水、节能材料，其特征在于：

(1)所述的分散剂为阴离子731；

(2)所述的润湿剂为中性粒子W-CF-10；

(3)所述的增稠剂为六角乙烷赛璐璐(HEC)；

(4)所述的消泡剂为烷硅NXZ；

(5)所述的疏水剂为非极性离子CX-101；

8、按权利要求1所述的一种复合隔热、保温、防水、节能材料，

其特征在于：

(1)首先将高分子聚合乳胶与成膜助剂混合；

(2)将填料、抗菌微细粉、改性TiO₂纳米粉与分散剂、润湿

   剂、增稠剂、疏水剂、消泡剂均匀混合；(3)将(1)和(2)的混合物与中空球珠晶体混合，经过滤而最终制成材料。