一种新型的水性气凝胶涂料及制备方法与流程

1.本发明涉及气凝胶涂料制备领域，具体涉及一种新型的水性气凝胶涂料及制备方法。


背景技术：

2.基于社会不断发展，人们对居住环境的舒适度和采光度要求越来越高，建筑能耗正成指数般的增加，给社会进步带来了沉重的能源负担和严重的环境影响，研发绿色的建筑材料和新型的建筑技术，推进建筑节能与绿色建筑发展刻不容缓。涂料作为建筑领域中重要的元素之一，室内60％的能量损失是由墙体保温效果差导致，因此开发一种新型的隔热保温性能的涂料尤其重要。
3.现有技术生产的隔热保温材料主要以有机保温材料(挤塑聚苯乙烯保温板、膨胀型聚苯乙烯保温板、发泡聚氨酯等)和无机保温材料(岩棉、玻璃棉和无机保温砂浆等)为主。有机保温材料虽然隔热性能较好，但防火性能较差，无机保温材料虽然防火效果好，但密度大保温效果差，两种材料都难以做到节能与防火兼备。sio2气凝胶因具有独特的纳米孔结构、孔隙率高、比表面积大等优势，可有效降低其内部气体和固体的导热效率，以提升隔热性能，将其作为涂料主要的功能填料，能够使涂料具备隔热、耐高温、防火、吸附和隔音吸音等特殊功能。然而，现有技术生产出的气凝胶涂料仍存在成本高、粒径均匀性差、易分层、耐高低温性能差和施工易收缩开裂等缺陷。
4.因此，有必要解决上述技术问题。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术的不足，本发明提供一种新型的水性气凝胶涂料及制备方法，制备出的气凝胶涂料具有成本低廉、分散性好、施工效果好、难收缩开裂和耐高低温性能好等优点，解决了传统保温材料防火性能较差、添加甲醛、甲苯、二甲苯、乙二醇醚等有毒物质的缺点，同时采用的sio2气凝胶粉体采用常温常压干燥法，涂料的制备采用传统机械搅拌法和超声法，工艺流程易于操作，适合产业化生产，本发明采用的技术方案如下：
6.一种新型的水性气凝胶涂料，包括以下重量份的原料：水120～240份、填料60～200份、纤维素3～8份、多功能助剂3～10份、成膜剂150～200份、分散剂3～6份、成膜助剂5～10份、防腐剂2～5份、消泡剂0.5～2份、粘结剂4～9份、增塑剂5～12份、阻燃剂5～10份、润湿剂0.5～2份，其中填料包括主填料sio2气凝胶粉体和辅助填料。
7.一种新型的水性气凝胶涂料的制备方法，包括以下步骤：
8.s1、向反应釜中依次添加水、多功能助剂、成膜剂、分散剂、防腐剂、粘结剂、消泡剂进行搅拌，搅拌速度为500rpm，搅拌至均匀，其中粘结剂按1g/min进行添加；
9.s2、加入填料和成膜助剂，待溶液混合均匀后添加主填料sio2气凝胶粉体和辅助填料，添加量为1～3：1，搅拌至均匀，其中sio2气凝胶粉体采用高速搅拌，按5g/min进行添加，转速度控制在2800～3500rpm，成膜助剂待sio2气凝胶粉体搅拌至奶油状后进行添加，
辅助填料采用超声法进行添加；
10.s3、待超声至奶油状，向反应釜中依次添加润湿剂、纤维素、增塑剂、阻燃剂、防腐剂、消泡剂再次进行低速搅拌，搅拌至室温下用涂
‑
4杯测量运动黏度为220～320mm2/s，获得新型的水性气凝胶涂料成品。
11.优选地，所述水选取为纯水、去离子水的其中一种。
12.优选地，所述主填料sio2气凝胶粉体的密度为30
‑
70kg/m3，导热系数为0.007
‑
0.015w/m.k，粉体粒径为50
‑
5000nm，所述辅助填料为蛭石粉、空心玻璃微珠、膨胀珍珠岩、高白硅酸铝、海泡石绒、钛白粉、氧化锌、硫酸钡的一种或两种以上的混合物。
13.优选地，所述纤维素选取为羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、甲基纤维素、ase
‑
60的一种或两种以上的混合物；所述多功能助剂选取为二甲基乙醇胺、amp
‑
95、氨基乙酸的一种或两种以上的混合物。
14.优选地，所述成膜剂选取为硅酸钠、硅酸钾、苯丙乳液、硅酸锂、丙烯酸乳液、聚氨酯乳液、硅丙乳液、纯丙乳液的一种或两种以上的混合物；所述分散剂选取为吐温60、十二烷基硫酸钠、六偏磷酸钠、特好散tm731a、硅烷偶联剂、十六烷基三甲基氯化铵的一种或两种以上的混合物。
15.优选地，所述本成膜助剂选取为苯甲醇、丙二醇苯醚、乙二醇、丙三醇、十二碳醇酯、二丙二醇丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇丁醚、乙二醇丁醚醋酸酯的一种或两种以上的混合物；所述防腐剂选取为山梨酸钾、亚硝酸盐和苯甲酸钠一种或两种以上的混合物。
16.优选地，所述消泡剂选取为有机硅消泡剂、硅聚醚消泡剂、聚醚改性硅氧烷共聚乳液、byk8821乳液体系的一种或两种以上的混合物；所述粘结剂选取为聚乙烯醇、水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯、水性环氧树脂、丙烯酸乳液、环氧树脂乳液、有机硅乳液、聚乙二醇甲基丙烯酸酯、聚氨酯一种或两种以上的混合物。
17.优选地，所述增塑剂选取为聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚正丁基(二丁基)乙烯、邻苯二甲酸二丁酯、硬脂酸丁酯、松香酸甲酯、磷酸三甲苯酯、碳酸丙烯酯的一种或两种以上的混合物；所述阻燃剂采用无机阻燃剂或氮磷系阻燃剂，其中无机阻燃剂选取为氢氧化铝、氢氧化镁、磷酸铵、硼酸锌的一种或两种以上的混合物，氮磷系阻燃剂选取为聚磷酸铵、密胺磷酸盐、密胺焦磷酸盐、磷酸酯齐聚物、三聚氰胺氰尿酸盐的一种或两种以上的混合物。
18.优选地，所述润湿剂选取为x
‑
405、烷基季铵盐、聚二甲基硅氧烷、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯异辛基环基醚、硅氧烷型润湿剂的一种或两种以上的混合物。
19.与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：
20.1、本发明所制备的水性气凝胶涂料，采用主填料加辅助填料混合模式作为其的底料，并搭配多功能助剂、成膜剂、分散剂、防腐剂、粘结剂、成膜助剂、润湿剂、纤维素、增塑剂、阻燃剂、防腐剂、消泡剂混合搅拌而成，所制备的成品具有保温隔热、防火防腐、成膜性好、无毒无害、成本低廉、工艺流程易于操作适合连续化生产等优点。
21.2、本发明采用了超声法将辅助填料添加到水性气凝胶涂料中，保证辅助填料的稳定性，使得气凝胶粉体与辅助填料更加均匀混合，避免了涂料的漂粉现象，提高水性气凝胶涂料的均匀性，成品质量高，适合多领域应用。
附图说明
22.图1为实施例1气凝胶样板中玻璃微珠的宏观形态图；
23.图2为实施例2气凝胶样板中玻璃微珠的宏观形态图；
24.图3为实施例3气凝胶样板中玻璃微珠的宏观形态图；
25.图4为实施例4气凝胶样板中玻璃微珠的宏观形态图；
具体实施方式
26.下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.参见图1至图4，本发明提供了一种新型的水性气凝胶涂料，具体制备成份如下：水、填料、纤维素、多功能助剂、成膜剂、分散剂、成膜助剂、防腐剂、消泡剂、粘结剂、增塑剂、阻燃剂、润湿剂；
28.本发明中所述的水选取为纯水、去离子水和自来水(极软水、软水、中硬水ph值小于6或ph值大于8弱酸性或弱碱性水)的任何一种，总量称取为120～240份；
29.本发明所述的填料分为主要填料(sio2气凝胶粉体，密度30
‑
70kg/m3、导热系数0.007
‑
0.015w/m.k、粉体粒径50
‑
5000nm)和辅助填料(蛭石粉、空心玻璃微珠、膨胀珍珠岩、高白硅酸铝、海泡石绒、钛白粉、氧化锌、硫酸钡的一种或两种以上的混合物)，主副填料之比为1～3：1，总量称取为60～200份；
30.本发明所述的纤维素选取为羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、甲基纤维素、ase
‑
60的一种或两种以上的混合物；
31.本发明所述的多功能助剂选取为二甲基乙醇胺、amp
‑
95、氨基乙酸的一种或两种以上的混合物，总量称取为3～10份；
32.本发明所述的成膜剂选取为硅酸钠、硅酸钾、苯丙乳液、硅酸锂、丙烯酸乳液、聚氨酯乳液、硅丙乳液、纯丙乳液的一种或两种以上的混合物，总量称取为0.5～2份，总量称取为150～200份；
33.本发明所述的分散剂选取为吐温60、十二烷基硫酸钠、六偏磷酸钠、特好散tm731a、硅烷偶联剂、十六烷基三甲基氯化铵的一种或两种以上的混合物，总量称取为3～6份；
34.本发明所述的成膜助剂选取为苯甲醇、丙二醇苯醚、乙二醇、丙三醇、十二碳醇酯、二丙二醇丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇丁醚、乙二醇丁醚醋酸酯的一种或两种以上的混合物，总量称取为5～10份；
35.本发明所述的防腐剂选取为山梨酸钾、亚硝酸盐和苯甲酸钠一种或两种以上的混合物，总量称取为2～5份；
36.本发明所述的消泡剂选取为有机硅消泡剂、硅聚醚消泡剂、聚醚改性硅氧烷共聚乳液、byk8821乳液体系的一种或两种以上的混合物或者采用真空除泡法进行除泡，总量称取为0.5～2份；
37.本发明所述的粘结剂选取为聚乙烯醇、水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯、水性环氧树
49.55.[0056][0057]
按照表2中气凝胶涂料配方，按比例称取各组分原料。按照水、多功能助剂、成膜剂、分散剂、防腐剂、粘结剂、消泡剂顺序依次向反应釜中添加，搅拌至均匀后，添加sio2气凝胶粉体和成膜助剂搅拌至奶油状，采用超声法添加辅助填料超声至均匀，按润湿剂、纤维素、增塑剂、阻燃剂、防腐剂、消泡剂顺序依次向反应釜中添加，采用低速搅拌法搅拌至均匀获得新型的水性气凝胶涂料成品。
[0058]
将成品水性气凝胶涂料粉刷在气凝胶基材上，粉刷厚度为4mm，常温干燥8天即可获得气凝胶涂料样板。
[0059]
实施例ⅲ[0060]
表3：气凝胶涂料配方ⅲ[0061]
[0062]
[0063][0064]
按照表3中气凝胶涂料配方，按比例称取各组分原料。按照水、多功能助剂、成膜剂、分散剂、防腐剂、粘结剂、消泡剂顺序依次向反应釜中添加，搅拌至均匀后，添加sio2气凝胶粉体和成膜助剂搅拌至奶油状，采用超声法添加辅助填料超声至均匀，按润湿剂、纤维素、增塑剂、阻燃剂、防腐剂、消泡剂顺序依次向反应釜中添加，采用低速搅拌法搅拌至均匀获得新型的水性气凝胶涂料成品。
[0065]
将成品水性气凝胶涂料粉刷在气凝胶基材上，粉刷厚度为6mm，常温干燥12天即可获得气凝胶涂料样板。
[0066]
实施例ⅳ[0067]
表4：气凝胶涂料配方ⅳ[0068]
[0069]
[0070][0071]
按照表4中气凝胶涂料配方，按比例称取各组分原料。按照水、多功能助剂、成膜剂、分散剂、防腐剂、粘结剂、消泡剂顺序依次向反应釜中添加，搅拌至均匀后，添加sio2气凝胶粉体和成膜助剂搅拌至奶油状，采用超声法添加辅助填料超声至均匀，按润湿剂、纤维素、增塑剂、阻燃剂、防腐剂、消泡剂顺序依次向反应釜中添加，采用低速搅拌法搅拌至均匀获得新型的水性气凝胶涂料成品。
[0072]
将成品水性气凝胶涂料粉刷在气凝胶基材上，粉刷厚度为8mm，常温干燥16天即可获得气凝胶涂料样板。
[0073]
本发明实施例ⅰ至ⅳ性能检测如下：
[0074]
[0075][0076]
上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。