本發(fā)明涉及一種氣凝膠復(fù)合隔熱涂料及其制備方法，該涂料具有良好的隔熱性能、具有高反射、高輻射性能且含有氣凝膠，屬于建筑材料保溫技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
建筑隔熱保溫是節(jié)約能源、提高建筑物居住和使用功能的一個(gè)重要方面。據(jù)估計(jì)，我國建筑能耗占社會(huì)總能耗的28％左右，建筑隔熱涂料具有施工簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、施工效率較高等特點(diǎn)，而在建筑節(jié)能領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。
建筑隔熱涂料根據(jù)隔熱機(jī)理和隔熱方式的不同分為阻隔型隔熱涂料、反射型隔熱涂料以及輻射型隔熱涂料三種類型。阻隔性隔熱涂料是通過對(duì)熱傳遞的顯著阻抗性實(shí)現(xiàn)隔熱的涂料。熱傳遞是通過對(duì)流、輻射及分子振動(dòng)熱傳導(dǎo)三種途徑來實(shí)現(xiàn)的。采用低導(dǎo)熱系數(shù)的組合物或在涂膜中引入導(dǎo)熱系數(shù)極低的空氣可獲得良好的隔熱效果。應(yīng)用最廣泛的阻隔性隔熱涂料是硅酸鹽類復(fù)合涂料。但是，由于受附著力、耐候性、耐水性、裝飾性等多方面的限制，這類隔熱涂料較少用于外墻的涂裝。通過輻射的形式把建筑物吸收的日照光線和熱量以一定的波長(zhǎng)發(fā)射到空氣中，從而達(dá)到良好隔熱降溫效果的涂料稱為輻射隔熱涂料。輻射隔熱涂料卻能夠以熱發(fā)射的形式將吸收的熱量輻射掉，從而促使室內(nèi)以室外同樣的速率降溫。反射型隔熱涂料是通過反射可見光和近紅外區(qū)(即400～1800nm范圍)的紅外線，以達(dá)到隔熱目的的涂料。在該波長(zhǎng)范圍內(nèi)，反射率越高，涂層的隔熱效果就越好。復(fù)合型隔熱涂料是集以上三種隔熱功能涂料為一體的。上述涂料各有其優(yōu)缺點(diǎn)，而復(fù)合型隔熱涂料可以綜合其優(yōu)點(diǎn)，以互補(bǔ)其缺點(diǎn)，使得隔熱性能更好，具有更加廣闊的應(yīng)用前景。
二氧化硅氣凝膠是一種具有無規(guī)則三維網(wǎng)絡(luò)狀骨架結(jié)構(gòu)的多孔介質(zhì)非晶態(tài)材料，它是目前世界上密度最低和熱導(dǎo)率最小的固體材料，密度可低至0.0022g/cm3，室溫真空熱導(dǎo)率可達(dá)0.02W/(m·K)以下，同時(shí)又具有超疏水特性，是未來隔熱涂料的理想填料。
航天特種材料及工藝技術(shù)研究所專利號(hào)CN201410727554.1公開了一種氣凝膠隔熱涂料及其制備方法，氣凝膠隔熱涂料原材料包括二氧化硅濕凝膠和涂料，兩者的重量比為1∶0.1～1，所述的濕凝膠采用溶膠凝膠法制備得到。該發(fā)明取消了氣凝膠粉體制備的步驟，直接由濕凝膠和商業(yè)可得的涂料混合，在涂料自然晾干的過程中，濕凝膠同步緩慢自然干燥，最終可獲得具有優(yōu)異隔熱性能的氣凝膠涂層。
中山科邦化工材料技術(shù)有限公司專利號(hào)CN201410137201.6公開了一種氣凝膠隔熱涂料，該發(fā)明采用氣凝膠1-60份，成膜樹脂10-60份，功能性材料10-65份，助劑1-10份；所述功能性材料為硅晶須、陶瓷晶須、滑石粉、云母粉中的一種或多種。該發(fā)明直接涂裝所需的基體上，施工方便，保溫效果好，可以應(yīng)用于各種需要保溫隔熱領(lǐng)域。
當(dāng)涂縣科輝商貿(mào)有限公司專利號(hào)CN201510393607.5公開了一種納米孔二氧化硅氣凝膠絕熱保溫涂料，由下列重量份的原料制成：正硅酸乙酯37-42、乙醇適量、去離子水適量、三甲基氯硅烷4-5、丙烯酸乳液1.3-1.6、異氟爾酮二異氰酸酯0.8-1.2、乙酸乙酯0.7-1.1、納米碳溶膠0.3-0.5、E-12環(huán)氧樹脂70-75、乙二醇二縮水甘油醚9-12、二乙烯三胺7-7.5。通過改性，涂料強(qiáng)度、耐磨性和抗老化性等性能得到了極大的改善，防止氣凝膠破碎并具有較高的強(qiáng)度。
但上述方法主要存在以下問題：
(1)涂層熱導(dǎo)率≥0.05W/m·K，隔熱能力較低；
(2)以阻隔性隔熱功能為主，涂層反射能力和輻射能力不足；
(3)二氧化硅氣凝膠分散效果不足，儲(chǔ)存和使用過程中易發(fā)生分層，粉化等現(xiàn)象；
(4)采用有機(jī)成膜物質(zhì)體系，涂層耐火性、耐候性不足。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種氣凝膠復(fù)合隔熱涂料及其制備方法，該涂料為一種同時(shí)具備高隔熱、高反射以及高輻射性質(zhì)的隔熱涂料，同時(shí)采用無機(jī)-有機(jī)雜化體系，提高了涂層的耐火性與耐候性，減少了環(huán)境污染。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：
一種氣凝膠復(fù)合隔熱涂料，該隔熱涂料包括隔熱填料、高反射/高輻射填料、成膜物質(zhì)、助劑和水，以其中的高反射/高輻射填料的質(zhì)量為1份計(jì)算，其他組分的質(zhì)量份數(shù)為
所述的隔熱填料包括主填料和輔助填料，主填料為二氧化硅氣凝膠，輔助填料為玻璃微珠、陶瓷微珠、膨脹珍珠巖、膨脹蛭石中的一種或兩種以上的混合物，其中主填料與輔助填料的質(zhì)量比為2-3:1；
所述的高反射/高輻射填料為高白硅酸鋁、二氧化鈦、氧化鋅的一種或兩種以上的混合物；
所述的成膜物質(zhì)包括硅酸鉀水玻璃，還包括硅丙乳液或純丙乳液種的一種，硅酸鉀水玻璃與硅丙乳液或純丙乳液的質(zhì)量比例關(guān)系為1:1；
所述的助劑包括硅烷偶聯(lián)劑、潤(rùn)濕劑、分散劑、消泡劑和增稠劑，其質(zhì)量比為10:1:1:1:0.5。
所述的潤(rùn)濕劑為X-405等水性涂料潤(rùn)濕劑；
所述的分散劑為特好散731A等陰離子型分散劑；
所述的消泡劑為BYK8821等乳液體系消泡劑；
所述的增稠劑為ASE-60等堿溶脹增稠劑。
一種氣凝膠復(fù)合隔熱涂料的制備方法，該方法的步驟包括：
(1)將助劑中的硅烷偶聯(lián)劑與助劑中的潤(rùn)濕劑加入到部分水中，并攪拌，攪拌速率為300～500轉(zhuǎn)/分鐘；
(2)少量多次將隔熱填料中的主填料加入到步驟(1)得到的溶液中，采用高速振蕩機(jī)進(jìn)行振蕩，振蕩時(shí)間為5～30min，得到水性氣凝膠漿料；
(3)在步驟(2)得到的水性氣凝膠漿料中加入剩余的水、助劑中的分散劑與助劑中的消泡劑；
(4)將步驟(3)得到的產(chǎn)物中加入高反射/高輻射填料，并攪拌，攪拌速率為500～700轉(zhuǎn)/分鐘；
(5)在步驟(4)得到的產(chǎn)物中加入隔熱填料中的輔助填料和成膜物質(zhì)，并攪拌，攪拌速率為200～300轉(zhuǎn)/分鐘；
(6)在步驟(5)得到的產(chǎn)物中加入助劑中的增稠劑，并攪拌，得到氣凝膠復(fù)合隔熱涂料。
有益效果
(1)本發(fā)明首先制備了水性氣凝膠漿料，并制備了氣凝膠復(fù)合隔熱涂料，儲(chǔ)存性能穩(wěn)定，在涂料存放和使用過程中不發(fā)生分層現(xiàn)象；
(2)本發(fā)明采用氣凝膠作為隔熱功能填料，并加入了玻璃微珠、陶瓷微珠、膨脹珍珠巖等輔助隔熱填料，涂料具有良好隔熱性能，涂層熱導(dǎo)率≤0.04W/m·K，具有良好的耐水性，并兼顧了經(jīng)濟(jì)性；
(3)本發(fā)明在涂料中加入了高白硅酸鋁、氧化鋅、二氧化鈦等具有高反射、高輻射性質(zhì)的功能填料，涂料太陽吸收比αs≤0.15，半球發(fā)射率εH≥0.85；
(4)本發(fā)明采用水性體系，無人為添加有機(jī)溶劑、重金屬，具有良好的環(huán)保等級(jí)；
(5)本發(fā)明采用無機(jī)(硅酸鉀水玻璃)與有機(jī)(純丙乳液或硅丙乳液)兩種主要成膜物質(zhì)，涂料具有良好的耐火性。
(6)本發(fā)明主要包括水性氣凝膠漿料的制備，高反射/高輻射功能填料的選擇，其他輔助隔熱功能填料的選擇。所述反射/高輻射功能填料為高白硅酸鋁、二氧化鈦、氧化鋅的一種或幾種，所述輔助隔熱功能填料為玻璃微珠、陶瓷微珠、膨脹珍珠巖、膨脹蛭石的一種或幾種。采用水玻璃與硅丙乳液(或純丙乳液)共同作為成膜物質(zhì)。在所述水性氣凝膠漿料制備步驟中，采用硅烷偶聯(lián)劑作為分散劑。
附圖說明
圖1是本發(fā)明氣凝膠復(fù)合隔熱涂料的制備方法工藝流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
本發(fā)明的氣凝膠復(fù)合隔熱涂料的制備方法，主要包括水性氣凝膠漿料的制備，反射功能填料的加入與分散，隔熱功能填料的加入與分散，加入主要成膜物質(zhì)，調(diào)節(jié)粘度等步驟。本發(fā)明的水性氣凝膠漿料采用二氧化硅氣凝膠以及硅烷偶聯(lián)劑，通過振蕩的方式獲得。反射/輻射功能填料包括氧化鋅、二氧化鈦、高白硅酸鋁、氧化鋁、氧化鋯等粉體的一種或幾種。其他隔熱功能填料包括陶瓷微珠、玻璃微珠、膨脹珍珠巖、膨脹蛭石的一種或幾種，進(jìn)一步提高涂料的隔熱能力。采用硅酸鉀水玻璃與硅丙乳液(或純丙乳液)共同作為成膜物質(zhì)。本發(fā)明的重點(diǎn)在于水性氣凝膠漿料的制備以及反射、隔熱功能填料的選擇。
實(shí)施例1
如圖1所示，一種氣凝膠復(fù)合隔熱涂料的制備方法，該方法的步驟包括：
(1)將15gKH570硅烷偶聯(lián)劑與1gX-405潤(rùn)濕劑加入到100g水中，并攪拌30s，攪拌速率為400轉(zhuǎn)/分鐘；
(2)少量多次將30g二氧化硅氣凝膠作為主填料加入到步驟(1)得到的溶液中，采用高速振蕩機(jī)進(jìn)行振蕩，振蕩時(shí)間為30min，得到水性氣凝膠漿料；
(3)在步驟(2)得到的水性氣凝膠漿料中加入20g的水、1g特好散731A分散劑與1gBYK8821消泡劑；
(4)將步驟(3)得到的產(chǎn)物中加入5g高白硅酸鋁與10g鈦白粉，并攪拌5min，攪拌速率為500～700轉(zhuǎn)/分鐘；
(5)在步驟(4)得到的產(chǎn)物中加入15g陶瓷微珠、60g水玻璃與60g硅丙乳液，并攪拌10min，攪拌速率為200～300轉(zhuǎn)/分鐘；
(6)在步驟(5)得到的產(chǎn)物中加入0.5gASE60增稠劑，并攪拌10min，得到氣凝膠復(fù)合隔熱涂料。
對(duì)得到的氣凝膠復(fù)合隔熱涂料進(jìn)行熱導(dǎo)率測(cè)試，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為GB/T5990-2006，結(jié)果為0.038W/m·K；對(duì)得到的氣凝膠復(fù)合隔熱涂料進(jìn)行半球發(fā)射率測(cè)試，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為Q/W26A-97，結(jié)果為0.087；對(duì)得到的氣凝膠復(fù)合隔熱涂料進(jìn)行太陽吸收比測(cè)試，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為Q/W27A-97，結(jié)果為0.013。
實(shí)施例2
一種氣凝膠復(fù)合隔熱涂料的制備方法，該方法的步驟包括：
(1)將20gKH570硅烷偶聯(lián)劑與1gX-405潤(rùn)濕劑加入到120g水中，并攪拌30s，攪拌速率為400轉(zhuǎn)/分鐘；
(2)少量多次將40g二氧化硅氣凝膠作為主填料加入到步驟(1)得到的溶液中，采用高速振蕩機(jī)進(jìn)行振蕩，振蕩時(shí)間為30min，得到水性氣凝膠漿料；
(3)在步驟(2)得到的水性氣凝膠漿料中加入1g特好散731A分散劑與1gBYK8821消泡劑；
(4)將步驟(3)得到的產(chǎn)物中加入15g氧化鋅，并攪拌15min，攪拌速率為500～700轉(zhuǎn)/分鐘；
(5)在步驟(4)得到的產(chǎn)物中加入5g閉孔珍珠巖微珠、90g水玻璃與30g硅丙乳液，并攪拌10min，攪拌速率為200～300轉(zhuǎn)/分鐘；
(6)在步驟(5)得到的產(chǎn)物中加入0.5g2020增稠劑，并攪拌10min，得到氣凝膠復(fù)合隔熱涂料。
對(duì)得到的氣凝膠復(fù)合隔熱涂料進(jìn)行熱導(dǎo)率測(cè)試，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為GB/T5990-2006，結(jié)果為0.035W/m·K；對(duì)得到的氣凝膠復(fù)合隔熱涂料進(jìn)行半球發(fā)射率測(cè)試，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為Q/W26A-97，結(jié)果為0.085；對(duì)得到的氣凝膠復(fù)合隔熱涂料進(jìn)行太陽吸收比測(cè)試，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為Q/W27A-97，結(jié)果為0.015。
實(shí)施例3
一種氣凝膠復(fù)合隔熱涂料的制備方法，該方法的步驟包括：
(1)將15gKH570硅烷偶聯(lián)劑與1gX-405潤(rùn)濕劑加入到100g水中，并攪拌30s，攪拌速率為400轉(zhuǎn)/分鐘；
(2)少量多次將30g二氧化硅氣凝膠作為主填料加入到步驟(1)得到的溶液中，采用高速振蕩機(jī)進(jìn)行振蕩，振蕩時(shí)間為30min，得到水性氣凝膠漿料；
(3)在步驟(2)得到的水性氣凝膠漿料中加入20g的水、1g特好散731A分散劑與1gBYK8821消泡劑；
(4)將步驟(3)得到的產(chǎn)物中加入15g高白硅酸鋁，并攪拌10min，攪拌速率為500～700轉(zhuǎn)/分鐘；
(5)在步驟(4)得到的產(chǎn)物中加入15g陶瓷微珠、30g水玻璃與90g硅丙乳液，并攪拌20min，攪拌速率為200～300轉(zhuǎn)/分鐘；
(6)在步驟(5)得到的產(chǎn)物中加入0.5gASE60增稠劑，并攪拌10min，得到氣凝膠復(fù)合隔熱涂料。
對(duì)得到的氣凝膠復(fù)合隔熱涂料進(jìn)行熱導(dǎo)率測(cè)試，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為GB/T5990-2006，結(jié)果為0.040W/m·K；對(duì)得到的氣凝膠復(fù)合隔熱涂料進(jìn)行半球發(fā)射率測(cè)試，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為Q/W26A-97，結(jié)果為0.086；對(duì)得到的氣凝膠復(fù)合隔熱涂料進(jìn)行太陽吸收比測(cè)試，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為Q/W27A-97，結(jié)果為0.013。