一種水性二氧化硅氣凝膠反射隔熱涂料的制備方法與應用

一種水性二氧化硅氣凝膠反射隔熱涂料的制備方法與應用
【專利摘要】本發明提供了一種水性二氧化硅氣凝膠反射隔熱涂料的制備方法與應用，針對二氧化硅氣凝膠的表面改性做了大量的工作，使其可以在不影響其微觀結構特征的前提下，經過處理，添加到水性隔熱反射涂料中，在綠色環保的前提下，達到節能減排隔熱保溫的效果，其制備方法簡單，成本低，是一種有著較少經濟投入和較高環境回報的節能減排綠色涂料，另外，本發明還提供了上述水性二氧化硅氣凝膠反射隔熱涂料的應用。
【專利說明】
一種水性二氧化硅氣凝膠反射隔熱涂料的制備方法與應用
技術領域
[0001] 本發明涉及一種水性二氧化硅氣凝膠反射隔熱涂料的制備方法與應用。應用于建 筑、石油化工、汽車、家電、運動機械、帳篷、服裝等隔熱保溫領域，起到節能環保和隔熱保溫 的效果。
【背景技術】
[0002] 氣凝膠是一種固體物質形態，是世界上密度最小的固體。一般常見的氣凝膠為硅 氣凝膠。二氧化硅氣凝膠是一種保溫隔熱性能非常優秀的輕質納米多孔非晶固體材料，其 孔隙率高達80-99.8%，孔洞的典型尺寸為1-10011111，比表面積為200-1000111 2/^，而密度可低 至3kg/m3,室溫導熱系數低是目前熱導率最低的固態材料。
[0003] 氣凝膠的獨特結構特征使其在功能型材料中有著重要的應用。從分形結構方面來 看，二氧化硅氣凝膠是一種結構可控的納米多孔材料。二氧化硅氣凝膠中的纖細的納米網 絡結構能有效地限制局域熱激發的傳播，其固態熱導率比相應的玻璃態材料低2-3個數量 級。二氧化硅氣凝膠內部結構中的納米微孔洞也能抑制氣體分子的熱傳導。
[0004] 目前親水的二氧化硅氣凝膠與水接觸后，其內部結構會變的不穩定甚至會遭到破 壞，從而失去隔熱保溫的特性。因而市面在售的二氧化硅氣凝膠都是疏水的，但這一性質限 制了其在環保的水性涂料中的應用，而更多的被應用于溶劑型涂料、粉末型涂料、較厚的保 溫氈和水泥砂漿隔熱保溫材料中。傳統水性隔熱保溫涂料通過添加玻璃微珠或漂珠達到隔 熱保溫的效果，但受玻璃微珠和漂珠自身結構的影響，傳統水性隔熱保溫涂料有著隔熱保 溫效果有限，玻璃微珠或漂珠添加量較大，涂膜表面細膩度差等缺點。而近幾年的氣凝膠在 隔熱保溫材料中的應用主要集中在將氣凝膠以2-30mm的厚度涂覆于材料表面，有著厚度較 大，固化時間長，用量大，成本較高和不環保等缺點。
[0005] 本發明針對二氧化硅氣凝膠的表面改性做了大量的工作，使其可以在不影響其微 觀結構特征的前提下，經過處理，添加到水性隔熱反射涂料中，在綠色環保的前提下，達到 節能減排隔熱保溫的效果。

【發明內容】

[0006] 為了解決上述問題，本發明公開了一種水性二氧化硅氣凝膠反射隔熱涂料的制備 方法，包括:步驟一：用表面處理劑對疏水性二氧化硅氣凝膠進行處理制得改性二氧化硅氣 凝膠水溶液，上述改性二氧化硅氣凝膠水溶液能與水性樹脂相溶;步驟二:將水、潤濕劑、分 散劑、消泡劑、顏填料、改性二氧化硅氣凝膠水溶液經過高速分散和研磨制得粒徑小于40M1 的漿液;步驟三:依次加入成膜物質、成膜助劑、防腐劑、流平劑攪拌均勻，加入增稠劑調至 合理粘度即可。
[0007] 根據上述的一種水性二氧化硅氣凝膠反射隔熱涂料的制備方法，進一步地，步驟 一包括:利用硅烷偶聯劑A-171和/或硅烷偶聯劑KH-560、非離子表面活性劑、陰-非離子活 性乳化劑在20_80°C下對疏水性二氧化硅氣凝膠表面進行改性l_3h，得到初步溶于水的改 性氣凝膠;之后再將水溶性高分子聚乙烯醇-2000加入至上述初步溶于水的改性氣凝膠中， 在30-50°C下攪拌混合2h，利用其對改性氣凝膠進行包覆，向包覆過的改性氣凝膠中加入蒸 餾水，在25-40°C下攪拌混合lh，得到改性二氧化硅氣凝膠水溶液。
[0008] 另外，本發明還公開了一種水性二氧化硅氣凝膠反射隔熱涂料的應用，包括:在施 工溫度高于5 °C的條件下，將上述任一水性二氧化硅氣凝膠反射隔熱涂料涂覆于基材表面， 涂覆厚度為200WI1，分兩次涂覆，每次涂覆100ym，干燥2小時至表干后，再涂下一層，至完全 干燥得到水性二氧化硅氣凝膠反射隔熱涂層。
[0009] 有益效果
[0010] 本發明的有益效果在于制得水性的、薄層的、綠色環保的反射隔熱涂料及保溫涂 層。其制備方法簡單，成本低，是一種有著較少經濟投入和較高環境回報的節能減排綠色涂 料。本發明的其他特征和優點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【具體實施方式】
[0011] 下面結合具體實施例對本發明作進一步詳細描述，但不作為對本發明的限定。
[0012] 本發明的第一目的是用表面處理劑對疏水性二氧化硅氣凝膠進行表面改性得到 與水性樹脂相溶性良好的改性二氧化硅氣凝膠水溶液。
[0013] 根據上述制備方法，進一步地，表面處理劑包括硅烷偶聯劑A-171(乙烯基三甲氧 基硅烷)和/或硅烷偶聯劑KH-560( y -縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷）、非離子表面活性 劑(如:非離子表面活性劑FS-3100)、陰-非離子活性乳化劑（陰-非離子活性乳化劑C0-436) 和水溶性高分子聚乙烯醇-2000。
[0014] 根據上述制備方法，進一步地，包括:利用硅烷偶聯劑A-171和/或硅烷偶聯劑KH-560、非離子表面活性劑、陰-非離子活性乳化劑在20-80°C下對疏水性二氧化硅氣凝膠表面 進行改性l_3h，得到初步溶于水的改性氣凝膠;之后再將水溶性高分子聚乙烯醇-2000加入 至上述初步溶于水的改性氣凝膠中，在30_50°C下攪拌混合2h，利用其對改性氣凝膠進行包 覆，向包覆過的改性氣凝膠中加入蒸餾水，在25-40°C下攪拌混合lh，得到與水性樹脂相溶 性良好的改性二氧化硅氣凝膠水溶液。
[0015] 根據上述制備方法，進一步地，疏水性二氧化硅氣凝膠、改性劑、水溶性高分子聚 乙烯醇-2000和水的質量比見表1，改性劑中的硅烷偶聯劑A-171和/或硅烷偶聯劑KH-560、 非離子表面活性劑和陰-非離子活性乳化劑的質量比見表2,其中，當硅烷偶聯劑A-171和硅 烷偶聯劑KH-560同時存在時，其質量比為1:1。
[0016] 表1
[0020]根據上述的一種水性二氧化硅氣凝膠反射隔熱涂料的制備方法，進一步地，疏水 性二氧化硅氣凝膠的堆積密度為30_50kg/m3，常溫導熱系數為0.01-0.04W/m. K。
[0021 ]本發明的第二目的是將水、潤濕劑、分散劑、消泡劑、顏填料、改性二氧化硅氣凝膠 水溶液經過高速分散和研磨制得粒徑小于40mi的漿液;然后，依次加入成膜物質、成膜助 劑、防腐劑、流平劑攪拌均勻，加入增稠劑調至合理粘度，得到水性二氧化硅氣凝膠反射隔 熱涂料。
[0022] 根據上述制備方法，進一步地，成膜物質包括純丙乳液和/或苯丙乳液。
[0023] 根據上述制備方法，進一步地，成膜助劑的優選醇酯十二。
[0024] 根據上述制備方法，進一步地，上述潤濕劑、分散劑、消泡劑、顏填料、防腐劑、流平 劑和增稠劑均為所屬領域常用助劑，其中，潤濕劑選自迪高270、亨斯曼0T-75和先創SW-452 中的一種或多種;分散劑選自陶氏BD-405、迪高-740w和諾普科-5020中的一種或多種;消泡 劑選自EFKA-2550、BYK-024和迪高-810中的一種或多種;顏填料選自改性氣凝膠、鈦白R902 +、滑石粉、高嶺土、膨潤土、硅灰石、海泡石粉和超細膨脹珍珠巖粉中的一種或多種;防腐劑 選自羅門哈斯LXE-150和/或BT-20;流平劑選自BYK-333和/或迪高450;增稠劑選自TT-935 和/或UH-450(非離子型）。
[0025] 根據上述制備方法，進一步地，上述改性二氧化硅氣凝膠水溶液質量分數為10% 時，水、潤濕劑、分散劑、消泡劑、顏填料、改性二氧化硅氣凝膠水溶液、成膜物質、成膜助劑、 防腐劑、流平劑和增稠劑的質量比見表3。
[0026] 表 3
[0028] 本發明的第三目的是提供一種水性二氧化硅氣凝膠反射隔熱涂料的應用，包括： 在施工溫度高于5°C的條件下，將上述水性二氧化硅氣凝膠反射隔熱涂料涂覆于基材表面， 涂覆厚度為200wii，分兩次涂覆，每次涂覆100ym，干燥2小時至表干后，再涂下一層，至完全 干燥(養護7天)得到水性二氧化硅氣凝膠反射隔熱涂層。
[0029] 根據上述應用，進一步地，基材包括金屬、建筑、汽車、運動器材、戶外用品、石油化 工器件、帳篷和服裝，但不局限于此。
[0030] 現以以下三個具體實施例來說明本發明，但不局限于本發明的范圍。
[0031] 實施例1:
[0032] 按表4所示稱取一定量的水、潤濕劑、分散劑、消泡劑、顏填料和質量分數為10%的 改性二氧化硅氣凝膠水溶液經高速分散和研磨制得粒徑小于40M1的漿液。依次加入成膜物 質、成膜助劑、防腐劑、流平劑攪拌均勻，加入增稠劑調至合理粘度即可。
[0033] 表 4
[0035]取上述涂料，在施工溫度高于5°C的條件下，將上述涂料涂覆于平整的建筑或金屬 等材料表面，涂覆厚度為200M1，分兩次涂覆，每次100M1，干燥2小時至表干后，再涂下一層， 至完全干燥即可得到水性二氧化硅氣凝膠反射隔熱涂層1。
[0036] 實施例2:
[0037] 按表5所示稱取一定量的水、潤濕劑、分散劑、消泡劑、顏填料和質量分數為10%的 改性二氧化硅氣凝膠水溶液經高速分散和研磨制得粒徑小于40M1的漿液。依次加入成膜物 質、成膜助劑、防腐劑、流平劑攪拌均勻，加入增稠劑調至合理粘度即可。
[0038] 表5
[0040]取上述涂料，在施工溫度高于5°C的條件下，將上述涂料涂覆于平整的建筑或金屬 等材料表面，涂覆厚度為200M1，分兩次涂覆，每次100M1，干燥2小時至表干后，再涂下一層， 至完全干燥即可得到水性二氧化硅氣凝膠反射隔熱涂層2。
[0041 ] 實施例3:
[0042] 按表6所示稱取一定量的水、潤濕劑、分散劑、消泡劑、顏填料和質量分數為10%的 改性二氧化硅氣凝膠水溶液經高速分散和研磨制得粒徑小于40M1的漿液。依次加入成膜物 質、成膜助劑、防腐劑、流平劑攪拌均勻，加入增稠劑調至合理粘度即可。
[0043] 表 6
[0045] 取上述涂料，在施工溫度高于5°C的條件下，將上述涂料涂覆于平整的建筑或金屬 等材料表面，涂覆厚度為200mi，分兩次涂覆，每次lOOwii，干燥2小時至表干后，再涂下一層， 至完全干燥即可得到水性二氧化硅氣凝膠反射隔熱涂層3。
[0046] 性能測試：
[0047] 取符合反射隔熱涂料標準的未添加二氧化硅氣凝膠的水性反射隔熱涂料與實施 例1、實施例2和實施例3中制得的含二氧化硅氣凝膠的水性反射隔熱涂料做對比。以纖維復 合水泥壓力板為基板，樣板制作過程相同，經測定，對比結果如表7所示
[0048] 表 7
[0050]由表7可以看出，實施例1、實施例2和實施例3制得的水性二氧化硅氣凝膠反射隔 熱涂料粘度較普通反射隔熱涂料的穩定粘度更低，更易施工;與普通反射隔熱涂層相比，實 施例1、實施例2和實施例3制得的水性二氧化硅氣凝膠反射隔熱涂層的耐洗刷性均提升了 1 倍以上;對比率分別提高了 12.5%、11.3%和13.8%;導熱系數分別降低了 73.3 %、80 %和 80%;實施例1、實施例2和實施例3制得的水性二氧化硅氣凝膠反射隔熱涂料在提高了涂層 發射率的基礎上大幅降低了涂層的導熱系數，有著更好的節能減排效果。
[0051]以上詳細描述了本發明的實施方式，但是，本發明并不限于上述實施方式中的具 體細節，在本發明的技術構思范圍內，可以對本發明的技術方案和加熱材質進行多種簡單 變型，這些簡單變型均屬于本發明的保護范圍。
[0052]另外需要說明的是，在上述【具體實施方式】中所描述的各個具體技術特征，在不矛 盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重復，本發明對各種可 能的組合方式不再另行說明。
[0053]此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本 發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。
【主權項】
1. 一種水性二氧化硅氣凝膠反射隔熱涂料的制備方法，其特征在于:所述方法包括： 步驟一：用表面處理劑對疏水性二氧化硅氣凝膠進行處理制得改性二氧化硅氣凝膠水 溶液，上述改性二氧化硅氣凝膠水溶液能與水性樹脂相溶； 步驟二:將水、潤濕劑、分散劑、消泡劑、顏填料、改性二氧化硅氣凝膠水溶液經過高速 分散和研磨制得粒徑小于40μπι的漿液； 步驟三:依次加入成膜物質、成膜助劑、防腐劑、流平劑攪拌均勻，加入增稠劑調至合理 粘度即可。2. 根據權利要求1所述的一種水性二氧化硅氣凝膠反射隔熱涂料的制備方法，其特征 在于:所述表面處理劑包括改性劑和水溶性高分子聚乙烯醇-2000，其中改性劑包括硅烷偶 聯劑Α-171和/或硅烷偶聯劑ΚΗ-560、非離子表面活性劑和陰-非離子活性乳化劑。3. 根據權利要求1所述的一種水性二氧化硅氣凝膠反射隔熱涂料的制備方法，其特征 在于:所述步驟一包括： 利用包括硅烷偶聯劑Α-171和/或硅烷偶聯劑ΚΗ-560、非離子表面活性劑、陰-非離子活 性乳化劑的改性劑在20-80 °C下對疏水性二氧化硅氣凝膠表面進行改性1 _3h，得到初步溶 于水的改性氣凝膠； 之后再將水溶性高分子聚乙烯醇-2000加入至上述初步溶于水的改性氣凝膠中，在30-50°C下攪拌混合2h，利用其對改性氣凝膠進行包覆，向包覆過的改性氣凝膠中加入蒸餾水， 在25-40°C下攪拌混合lh，得到改性二氧化硅氣凝膠水溶液。4. 根據權利要求3所述的一種水性二氧化硅氣凝膠反射隔熱涂料的制備方法，其特征 在于:所述疏水性二氧化硅氣凝膠、所述改性劑、所述水溶性高分子聚乙烯醇-2000和水的 質量比為100:15-50:5-50:800-880，所述改性劑中的所述硅烷偶聯劑A-171和/或硅烷偶聯 劑KH-560、所述非離子表面活性劑和所述陰-非離子活性乳化劑的質量比為2:1-3:3-6。5. 根據權利要求1所述的一種水性二氧化硅氣凝膠反射隔熱涂料的制備方法，其特征 在于:所述疏水性二氧化硅氣凝膠的堆積密度為30_50kg/m 3，常溫導熱系數為0.01-0.04W/ m.K〇6. 根據權利要求1所述的一種水性二氧化硅氣凝膠反射隔熱涂料的制備方法，其特征 在于:所述成膜物質包括純丙乳液和/或硅丙乳液。7. 根據權利要求1所述的一種水性二氧化硅氣凝膠反射隔熱涂料的制備方法，其特征 在于:所述步驟二中的所述改性二氧化硅氣凝膠水溶液質量分數為10%時，所述水、所述潤 濕劑、所述分散劑、所述消泡劑、所述顏填料、所述改性二氧化硅氣凝膠水溶液、成膜物質、 成膜助劑、防腐劑、流平劑和增稠劑的質量比為93-117 : 2: 3-5: 2 :300-400 :100-200 :350-370:17-19:2:2:3-6。8. -種水性二氧化硅氣凝膠反射隔熱涂料的應用，其特征在于:所述應用包括:在施工 溫度高于5°C的條件下，將根據權利要求1-7中任一所述水性二氧化硅氣凝膠反射隔熱涂料 涂覆于基材表面，涂覆厚度為200M1，分兩次涂覆，每次涂覆100μπι，干燥2小時至表干后，再 涂下一層，至完全干燥得到水性二氧化硅氣凝膠反射隔熱涂層。9. 根據權利要求8所述的一種水性二氧化硅氣凝膠反射隔熱涂料的應用，其特征在于： 所述基材包括金屬、建筑、汽車、運動器材、戶外用品、石油化工器件、帳篷和服裝。
【文檔編號】C09D133/04GK105820690SQ201610262531
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年4月25日
【發明人】孫華杰
【申請人】孫華杰