一種水性二氧化硅氣凝膠反射隔熱涂料的制備方法與應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)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(yīng)用，針對(duì)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(jié)構(gòu)特征的前提下，經(jīng)過(guò)處理，添加到水性隔熱反射涂料中，在綠色環(huán)保的前提下，達(dá)到節(jié)能減排隔熱保溫的效果，其制備方法簡(jiǎn)單，成本低，是一種有著較少經(jīng)濟(jì)投入和較高環(huán)境回報(bào)的節(jié)能減排綠色涂料，另外，本發(fā)明還提供了上述水性二氧化硅氣凝膠反射隔熱涂料的應(yīng)用。
【專利說(shuō)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(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)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(yīng)用。應(yīng)用于建 筑、石油化工、汽車、家電、運(yùn)動(dòng)機(jī)械、帳篷、服裝等隔熱保溫領(lǐng)域，起到節(jié)能環(huán)保和隔熱保溫 的效果。
【背景技術(shù)】
[0002] 氣凝膠是一種固體物質(zhì)形態(tài)，是世界上密度最小的固體。一般常見(jiàn)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(yōu)秀的輕質(zhì)納米多孔非晶固體材料，其 孔隙率高達(dá)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(dǎo)熱系數(shù)低是目前熱導(dǎo)率最低的固態(tài)材料。
[0003] 氣凝膠的獨(dú)特結(jié)構(gòu)特征使其在功能型材料中有著重要的應(yīng)用。從分形結(jié)構(gòu)方面來(lái) 看，二氧化硅氣凝膠是一種結(jié)構(gòu)可控的納米多孔材料。二氧化硅氣凝膠中的纖細(xì)的納米網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)能有效地限制局域熱激發(fā)的傳播，其固態(tài)熱導(dǎo)率比相應(yīng)的玻璃態(tài)材料低2-3個(gè)數(shù)量 級(jí)。二氧化硅氣凝膠內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的納米微孔洞也能抑制氣體分子的熱傳導(dǎo)。
[0004] 目前親水的二氧化硅氣凝膠與水接觸后，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)變的不穩(wěn)定甚至?xí)獾狡?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(zhì)限 制了其在環(huán)保的水性涂料中的應(yīng)用，而更多的被應(yīng)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(tǒng)水性隔熱保溫涂料通過(guò)添加玻璃微珠或漂珠達(dá)到隔 熱保溫的效果，但受玻璃微珠和漂珠自身結(jié)構(gòu)的影響，傳統(tǒng)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(xì)膩度差等缺點(diǎn)。而近幾年的氣凝膠在 隔熱保溫材料中的應(yīng)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(shí)間長(zhǎng)，用量大，成本較高和不環(huán)保等缺點(diǎn)。
[0005] 本發(fā)明針對(duì)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(jié)構(gòu)特征的前提下，經(jīng)過(guò)處理，添加到水性隔熱反射涂料中，在綠色環(huán)保的前提下，達(dá)到 節(jié)能減排隔熱保溫的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)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(duì)疏水性二氧化硅氣凝膠進(jìn)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(shù)脂相溶;步驟二:將水、潤(rùn)濕劑、分 散劑、消泡劑、顏填料、改性二氧化硅氣凝膠水溶液經(jīng)過(guò)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(zhì)、成膜助劑、防腐劑、流平劑攪拌均勻，加入增稠劑調(diào)至 合理粘度即可。
[0007] 根據(jù)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(jìn)一步地，步驟 一包括:利用硅烷偶聯(lián)劑A-171和/或硅烷偶聯(lián)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(duì)疏水性二氧化硅氣凝膠表面進(jìn)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(duì)改性氣凝膠進(jìn)行包覆，向包覆過(guò)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(fā)明還公開(kāi)了一種水性二氧化硅氣凝膠反射隔熱涂料的應(yīng)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(shí)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(fā)明的有益效果在于制得水性的、薄層的、綠色環(huán)保的反射隔熱涂料及保溫涂 層。其制備方法簡(jiǎn)單，成本低，是一種有著較少經(jīng)濟(jì)投入和較高環(huán)境回報(bào)的節(jié)能減排綠色涂 料。本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予以詳細(xì)說(shuō)明。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0012] 本發(fā)明的第一目的是用表面處理劑對(duì)疏水性二氧化硅氣凝膠進(jìn)行表面改性得到 與水性樹(shù)脂相溶性良好的改性二氧化硅氣凝膠水溶液。
[0013] 根據(jù)上述制備方法，進(jìn)一步地，表面處理劑包括硅烷偶聯(lián)劑A-171(乙烯基三甲氧 基硅烷)和/或硅烷偶聯(lián)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(jù)上述制備方法，進(jìn)一步地，包括:利用硅烷偶聯(lián)劑A-171和/或硅烷偶聯(lián)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(duì)疏水性二氧化硅氣凝膠表面 進(jìn)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(duì)改性氣凝膠進(jìn)行包 覆，向包覆過(guò)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(shù)脂相溶 性良好的改性二氧化硅氣凝膠水溶液。
[0015] 根據(jù)上述制備方法，進(jìn)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(zhì)量比見(jiàn)表1，改性劑中的硅烷偶聯(lián)劑A-171和/或硅烷偶聯(lián)劑KH-560、 非離子表面活性劑和陰-非離子活性乳化劑的質(zhì)量比見(jiàn)表2,其中，當(dāng)硅烷偶聯(lián)劑A-171和硅 烷偶聯(lián)劑KH-560同時(shí)存在時(shí)，其質(zhì)量比為1:1。
[0016] 表1
[0020]根據(jù)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(jìn)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(dǎo)熱系數(shù)為0.01-0.04W/m. K。
[0021 ]本發(fā)明的第二目的是將水、潤(rùn)濕劑、分散劑、消泡劑、顏填料、改性二氧化硅氣凝膠 水溶液經(jīng)過(guò)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(zhì)、成膜助 劑、防腐劑、流平劑攪拌均勻，加入增稠劑調(diào)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(jù)上述制備方法，進(jìn)一步地，成膜物質(zhì)包括純丙乳液和/或苯丙乳液。
[0023] 根據(jù)上述制備方法，進(jìn)一步地，成膜助劑的優(yōu)選醇酯十二。
[0024] 根據(jù)上述制備方法，進(jìn)一步地，上述潤(rùn)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(lǐng)域常用助劑，其中，潤(rùn)濕劑選自迪高270、亨斯曼0T-75和先創(chuàng)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R(shí)902 +、滑石粉、高嶺土、膨潤(rùn)土、硅灰石、海泡石粉和超細(xì)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(jù)上述制備方法，進(jìn)一步地，上述改性二氧化硅氣凝膠水溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10% 時(shí)，水、潤(rùn)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(zhì)、成膜助劑、 防腐劑、流平劑和增稠劑的質(zhì)量比見(jiàn)表3。
[0026] 表 3
[0028] 本發(fā)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(yīng)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(shí)至表干后，再涂下一層，至完全 干燥(養(yǎng)護(hù)7天)得到水性二氧化硅氣凝膠反射隔熱涂層。
[0029] 根據(jù)上述應(yīng)用，進(jìn)一步地，基材包括金屬、建筑、汽車、運(yùn)動(dòng)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(xiàn)以以下三個(gè)具體實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，但不局限于本發(fā)明的范圍。
[0031] 實(shí)施例1:
[0032] 按表4所示稱取一定量的水、潤(rùn)濕劑、分散劑、消泡劑、顏填料和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的 改性二氧化硅氣凝膠水溶液經(jīng)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(zhì)、成膜助劑、防腐劑、流平劑攪拌均勻，加入增稠劑調(diào)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(shí)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(shí)施例2:
[0037] 按表5所示稱取一定量的水、潤(rùn)濕劑、分散劑、消泡劑、顏填料和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的 改性二氧化硅氣凝膠水溶液經(jīng)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(zhì)、成膜助劑、防腐劑、流平劑攪拌均勻，加入增稠劑調(diào)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(shí)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(shí)施例3:
[0042] 按表6所示稱取一定量的水、潤(rùn)濕劑、分散劑、消泡劑、顏填料和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的 改性二氧化硅氣凝膠水溶液經(jīng)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(zhì)、成膜助劑、防腐劑、流平劑攪拌均勻，加入增稠劑調(diào)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(shí)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(cè)試：
[0047] 取符合反射隔熱涂料標(biāo)準(zhǔn)的未添加二氧化硅氣凝膠的水性反射隔熱涂料與實(shí)施 例1、實(shí)施例2和實(shí)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(duì)比。以纖維復(fù) 合水泥壓力板為基板，樣板制作過(guò)程相同，經(jīng)測(cè)定，對(duì)比結(jié)果如表7所示
[0048] 表 7
[0050]由表7可以看出，實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)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(wěn)定粘度更低，更易施工;與普通反射隔熱涂層相比，實(shí) 施例1、實(shí)施例2和實(shí)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(duì)比率分別提高了 12.5%、11.3%和13.8%;導(dǎo)熱系數(shù)分別降低了 73.3 %、80 %和 80%;實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)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(fā)射率的基礎(chǔ)上大幅降低了涂層的導(dǎo)熱系數(shù)，有著更好的節(jié)能減排效果。
[0051]以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具 體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案和加熱材質(zhì)進(jìn)行多種簡(jiǎn)單 變型，這些簡(jiǎn)單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0052]另外需要說(shuō)明的是，在上述【具體實(shí)施方式】中所描述的各個(gè)具體技術(shù)特征，在不矛 盾的情況下，可以通過(guò)任何合適的方式進(jìn)行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對(duì)各種可 能的組合方式不再另行說(shuō)明。
[0053]此外，本發(fā)明的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本 發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開(kāi)的內(nèi)容。
【主權(quán)項(xiàng)】
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(duì)疏水性二氧化硅氣凝膠進(jìn)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(shù)脂相溶； 步驟二:將水、潤(rùn)濕劑、分散劑、消泡劑、顏填料、改性二氧化硅氣凝膠水溶液經(jīng)過(guò)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(zhì)、成膜助劑、防腐劑、流平劑攪拌均勻，加入增稠劑調(diào)至合理 粘度即可。2. 根據(jù)權(quán)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(lián)劑Α-171和/或硅烷偶聯(lián)劑ΚΗ-560、非離子表面活性劑和陰-非離子活性乳化劑。3. 根據(jù)權(quán)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(lián)劑Α-171和/或硅烷偶聯(lián)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(duì)疏水性二氧化硅氣凝膠表面進(jìn)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(duì)改性氣凝膠進(jìn)行包覆，向包覆過(guò)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(jù)權(quán)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(zhì)量比為100:15-50:5-50:800-880，所述改性劑中的所述硅烷偶聯(lián)劑A-171和/或硅烷偶聯(lián) 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(zhì)量比為2:1-3:3-6。5. 根據(jù)權(quán)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(dǎo)熱系數(shù)為0.01-0.04W/ m.K〇6. 根據(jù)權(quán)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(zhì)包括純丙乳液和/或硅丙乳液。7. 根據(jù)權(quán)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(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，所述水、所述潤(rùn) 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(zhì)、 成膜助劑、防腐劑、流平劑和增稠劑的質(zhì)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(yīng)用，其特征在于:所述應(yīng)用包括:在施工 溫度高于5°C的條件下，將根據(jù)權(quán)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(shí)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(jù)權(quán)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(yīng)用，其特征在于： 所述基材包括金屬、建筑、汽車、運(yùn)動(dòng)器材、戶外用品、石油化工器件、帳篷和服裝。
【文檔編號(hào)】C09D133/04GK105820690SQ201610262531
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年4月25日
【發(fā)明人】孫華杰
【申請(qǐng)人】孫華杰