一种低成本疏水二氧化硅气凝胶保温涂料及其制备方法与流程

本发明涉及纳米隔热保温涂料新材料，具体涉及一种低成本疏水二氧化硅气凝胶保温涂料及其制备方法。

背景技术：

1、目前市场上主流的保温涂料主要分为普通无机保温涂料与商用气凝胶复合保温涂料两类，常规的无机保温涂料以高岭土、云母或硅酸盐粉体为主要填料，无纳米多孔隔热结构，导热系数偏高，保温隔热性能较差，同时，该类涂层亲水吸潮性强，在高湿、温变或干湿交替环境下极易吸水返潮，不仅造成保温性能快速衰减，还易引发基面返碱、发霉以及保温层失效等问题，整体服役耐久性难以满足长期使用需求。

2、现有气凝胶复合保温涂料多采用外购的超临界干燥工艺制备的气凝胶粉体与水性基料进行物理复配制得，然而，商用超临界气凝胶粉体售价高昂，大幅抬高了涂料的生产成本，限制了其规模化推广应用，在制备工艺方面，由于疏水改性气凝胶粉体表面疏水程度高，与水相介质间的界面排斥作用显著，常规通用型水性助剂难以实现有效润湿与稳定分散，这导致粉体极易在水相中发生漂浮、团聚和沉降，造成最终涂膜的隔热性能不均以及局部保温失效，为了解决粉体团聚问题，行业内普遍采用高速剪切或砂磨等高剪切分散工艺，这种强烈的机械撕扯与挤压作用会直接破坏气凝胶的纳米多孔骨架，造成孔隙坍塌和比表面积锐减，最终导致涂料的隔热性能发生永久性下降，除上述粉体分散与结构保全的矛盾外，现有涂料在成膜体系与长效耐候方面仍存在明显短板。

3、此外，现有气凝胶复合保温涂料在成膜基料的选择上多沿用普通丙烯酸乳液或苯丙乳液，其成膜致密性不足，户外耐紫外线及耐干湿交变能力较弱，长期服役过程中易出现粉化、开裂和脱落现象，长效防护稳定性较差。综上所述，现有技术存在无法破解的技术矛盾：即无法同时实现疏水气凝胶粉体的均匀水性分散与纳米多孔结构完整保留，低速分散团聚严重，高速分散则破坏隔热结构，同时，现有方案面临原料成本高、成品综合性能稳定性差的问题，缺乏一套低成本、工艺可控、性能优异且适配工业化量产的一体化制备方案。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术提出的问题，本发明第一方面提供一种低成本疏水二氧化硅气凝胶保温涂料，按重量份计，包括以下组分：去离子水120180份、水性硅丙乳液500600份、疏水二氧化硅气凝胶功能粉体3050份、惰性隔热无机粉料120190份、润湿剂3.05.0份、分散剂10.015.0份、消泡剂2.04.0份和流变增稠助剂4.06.0份。

2、优选的，按重量份计，所述涂料的配比为：去离子水150份、水性硅丙乳液550份、疏水二氧化硅气凝胶功能粉体40份、惰性隔热无机粉料150份、润湿剂4.0份、分散剂12.0份、消泡剂3.0份和流变增稠助剂5.0份。

3、优选的，所述润湿剂为聚醚改性聚二甲基硅氧烷润湿剂；所述分散剂为高分子嵌段共聚聚氨酯分散剂；所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷消泡剂；所述流变增稠助剂为聚氨酯流变增稠助剂。

4、优选的，所述惰性隔热无机粉料由云母粉和中空玻璃微珠组成；其中，所述云母粉与中空玻璃微珠的重量比为(3.55.0):1。

5、本发明第二方面提供一种低成本疏水二氧化硅气凝胶保温涂料的制备方法，包括以下步骤：

6、步骤s1、水性基料预混配制：常温环境下，向搅拌釜中依次投入去离子水与水性硅丙乳液混合均匀，随后依次加入润湿剂、分散剂、消泡剂和流变增稠助剂，低速搅拌至各类助剂完全溶解且均匀相容，制得涂料基础液；

7、步骤s2、功能填料低速剪切复配：保持低速搅拌状态，将疏水二氧化硅气凝胶功能粉体与惰性隔热无机粉料分批缓慢投入所述涂料基础液中，投料完毕后调节搅拌转速采用低剪切工况分散；

8、步骤s3、调粘消泡、过滤熟化出料：功能填料分散完成后，切换低速搅拌模式，根据施工工况微调涂料粘度与流变特性并持续搅拌使体系整体均匀一致；静置充分消泡后进行过滤除杂，最后密闭静置熟化制得成品。

9、优选的，所述步骤s1中，低速搅拌的转速为300400rpm，持续搅拌时间为1520min；所述步骤s2中，低剪切工况分散的转速为600800rpm，分散时间为3045min。

10、优选的，所述步骤s3中，切换低速搅拌模式后的持续搅拌时间为1015min，过滤采用80目标准滤网，密闭静置熟化的时间为24h。

11、优选的，所述疏水二氧化硅气凝胶功能粉体在用于步骤s2之前，通过以下方法制备得到：

12、步骤（1）将自带疏水官能团的硅源前驱体溶于低碳醇溶剂中，加入去离子水，在酸催化条件下进行水解缩聚反应，通过常压溶胶-凝胶工艺制备二氧化硅湿凝胶；

13、步骤（2）对所得湿凝胶进行闭环溶剂置换处理，以充分置换凝胶纳米孔隙内部包裹的游离水分；

14、步骤（3）溶剂置换完成后，采用常压低温干燥工艺处理湿凝胶，干燥所得干凝胶经机械破碎、精细研磨和筛分后，获得疏水二氧化硅气凝胶功能粉体。

15、优选的，所述步骤（1）中，所述硅源前驱体为甲基三甲氧基硅烷；

16、所述步骤（2）中，采用无水乙醇进行闭环溶剂置换，置换温度控制为2070℃，循环置换时长为816h；

17、所述步骤（3）中，所述常压低温干燥工艺的干燥温度控制为4080℃，干燥时长为1224h，筛分采用80120目标准筛。

18、本发明采用上述技术方案，能够带来如下有益效果：

19、1、本发明通过采用带有疏水官能团的甲基三甲氧基硅烷作为前驱体，结合无水乙醇闭环溶剂置换与常压低温干燥工艺，直接制备出具备疏水特性的二氧化硅气凝胶粉体，该工艺替代了传统的超临界干燥技术，降低了设备投入与生产成本，同时无水乙醇的低表面张力有效减弱了干燥过程中的毛细管应力，保留了气凝胶的纳米多孔骨架结构。

20、2、本发明通过聚醚改性聚二甲基硅氧烷润湿剂与高分子嵌段共聚聚氨酯分散剂的复配，降低了水相体系表面张力并构建了空间位阻屏障。配合600至800rpm的低剪切分散工艺，该方案解决了疏水气凝胶粉体在水性基料中难以润湿与易团聚的问题，实现了粉体的均匀分散，同时避免了传统高剪切机械力对气凝胶孔隙结构的破坏，保障了成漆后的低导热系数。

21、3、本发明采用疏水二氧化硅气凝胶配合云母粉与中空玻璃微珠作为多级隔热填料，并以水性硅丙乳液为成膜基料。该复配体系填补了涂层内部的大颗粒间隙，固化成膜后接触角达到138°至145°，阻断了水分向涂层内部的渗透路径。这降低了涂膜吸水率，避免了因内部孔隙吸潮导致的保温性能衰减，提升了涂层在湿热与紫外老化条件下的长效物理稳定性和隔热能力。

1.一种低成本疏水二氧化硅气凝胶保温涂料，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：去离子水120180份、水性硅丙乳液500600份、疏水二氧化硅气凝胶功能粉体3050份、惰性隔热无机粉料120190份、润湿剂3.05.0份、分散剂10.015.0份、消泡剂2.04.0份和流变增稠助剂4.06.0份。

2.根据权利要求1所述的一种低成本疏水二氧化硅气凝胶保温涂料，其特征在于，按重量份计，所述涂料包括以下组分：去离子水150份、水性硅丙乳液550份、疏水二氧化硅气凝胶功能粉体40份、惰性隔热无机粉料150份、润湿剂4.0份、分散剂12.0份、消泡剂3.0份和流变增稠助剂5.0份。

3.根据权利要求1所述的一种低成本疏水二氧化硅气凝胶保温涂料，其特征在于，所述润湿剂为聚醚改性聚二甲基硅氧烷润湿剂；所述分散剂为高分子嵌段共聚聚氨酯分散剂；所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷消泡剂；所述流变增稠助剂为聚氨酯流变增稠助剂。

4.根据权利要求1所述的一种低成本疏水二氧化硅气凝胶保温涂料，其特征在于，所述惰性隔热无机粉料由云母粉和中空玻璃微珠组成，其中，所述云母粉与中空玻璃微珠的重量比为。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的一种低成本疏水二氧化硅气凝胶保温涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种低成本疏水二氧化硅气凝胶保温涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，低速搅拌的转速为，持续搅拌时间为；所述步骤s2中，低剪切工况柔性分散的转速为，分散时间为。

7.根据权利要求5所述的一种低成本疏水二氧化硅气凝胶保温涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，切换低速搅拌模式后的持续搅拌时间为，过滤采用80目标准滤网，密闭静置熟化的时间为24h。

8.根据权利要求5所述的一种低成本疏水二氧化硅气凝胶保温涂料的制备方法，其特征在于，所述疏水二氧化硅气凝胶功能粉体作为核心原料，在用于步骤s2之前，通过以下方法制备得到：

9.根据权利要求8所述的一种低成本疏水二氧化硅气凝胶保温涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述硅源前驱体为甲基三甲氧基硅烷；