[發明專利]一種氣凝膠隔熱涂料及其制備方法

在審

• 申請號: 201410727554.1
• 申請日: 2015-08-04
• 公開（公告）號: CN104497688A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 張繼承;詹萬初;周清;鄒軍鋒;艾素芬;趙小玲;高翠雪;羅克強
• 申請（專利權）人: 航天特種材料及工藝技術研究所
• 主分類號: C09D7/12
• 分類號: C09D7/12;C09D111/00;C09D133/00;C09D5/33
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技術領域

本發明涉及一種二氧化硅氣凝膠隔熱涂料及其制備方法，屬于功能材料技術領域。

背景技術

氣凝膠是一種具有多孔三維網絡結構的材料。其內部分布大量納米孔，密度低、比表面積和孔隙率非常高。因此，這類材料具有非常低的熱導率，在工業上具有廣泛的應用前景。目前，氣凝膠作為新型節能環保的隔熱保溫材料在航天、航空、建筑、石化等工業領域已得到應用。

二氧化硅氣凝膠隔熱涂料是一種新型隔熱涂料，施工方便，隔熱性能好，能在建筑等領域廣泛使用。目前，隔熱性能較好的氣凝膠隔熱涂料的組成形式主要包括：1)由一個疏水內核、親水表面的氣凝膠粉體和水型涂料混合而成(如CN102719129A)；2)由疏水型氣凝膠粉體和含有浸潤劑、分散劑等的水型涂料混合而成(如CN103911030A)；3)氣凝膠粉體和樹酯混合后粉碎制成粉末型涂料(如CN101143981A)。上述不論哪一種類型，都是將氣凝膠作為一種功能填料，添加到涂料中，均要制備出干燥完全的氣凝膠粉末，這是由于只有干燥完全的氣凝膠才能起到隔熱作用。而氣凝膠粉末的制備一般包括：溶膠凝膠法制備出濕凝膠、濕凝膠的改性及溶劑置換、濕凝膠的超臨界干燥等。氣凝膠制備生產周期較長，如果規模化生產時，還需占用大量空間，氣凝膠粉體制備及涂料制備生產過程還涉及大量粉塵泄漏的風險。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術不足，提供了一種無需制備氣凝膠粉末、生產周期短、成本低、具有良好隔熱性能的一種二氧化硅氣凝膠隔熱涂料及其制備方法。

本發明的技術解決方案：一種二氧化硅氣凝膠隔熱涂料，所述的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，所述的二氧化硅濕凝膠采用溶膠凝膠法制備得到。

二氧化硅濕凝膠以二氧化硅氣凝膠前驅體(如硅醇鹽等)、水作為反應原料，以醇或酮溶劑作為溶劑，以酸和堿作為催化劑制備得到。具體制備方法為本領域公知技術，本發明在此就不一一贅述。

一般來說隔熱涂料中二氧化硅氣凝膠含量越高，最終涂層的隔熱性能越好，但本發明中涂料起到了降低濕凝膠干燥速度的作用，因此，涂料含量不能太少，否則作用不明顯，濕凝膠干燥過快，多孔三維網絡結構坍塌，反而會降低涂層的隔熱性能。本發明給出了二氧化硅濕凝膠和涂料的最佳重量比，在此范圍內氣凝膠和涂料都能很好的發揮各自的作用；在重量比最佳范圍內，相同條件下，氣凝膠含量越高，最終涂層的隔熱性能越好。

本發明中采用濕凝膠和涂料混合制備隔熱涂料，隔熱涂料在形成涂層時，涂料包裹住濕凝膠，濕凝膠得以緩慢干燥得到氣凝膠，使隔熱涂層中的氣凝膠的多孔三維網絡結構保存完好，不會由于干燥過快造成多孔三維網絡結構坍塌，影響涂層的隔熱性能。

濕凝膠粒徑不宜太大，否則會影響涂層的外觀質量，一般要≤1mm。

本發明中的涂料作為形成涂層后的成膜基體，對其種類沒有特殊限制，只要能在濕凝膠表面鋪展成膜，可采用商業可得的涂料，本領域技術人員可根據具體需要選擇適合的種類。涂料主要包括溶劑型涂料和水型涂料，溶劑型涂料主要包括的環氧樹酯、氯丁橡膠、丁苯橡膠、丙烯酸樹酯、聚氨酯等類型的醇溶劑、烷烴溶劑、酮溶劑涂料等；水型涂料主要苯丙乳液等各類乳液以及環氧樹脂、丙烯酸樹脂等水型涂料。

所述的氣凝膠隔熱涂料原材料還包括具有紅外反射性能的填料，紅外反射性能的填料添加量為濕凝膠質量的1～10％。

熱量通過氣體對流、固相熱傳導、輻射三種方式傳遞。涂料中氣凝膠起阻擋氣體對流及固相熱傳導的作用，紅外反射性能的填料則阻擋熱環境下的紅外輻射傳熱。本發明對紅外反射性能的填料種類沒有特殊限制，可以采用常用的鈦白粉、氧化鋅粉、氧化錫粉、氧化鋯粉等。紅外反射性能的填料添加量不宜過多，過多會引起固相熱傳導增大，太少起不到阻隔紅外輻射傳熱的作用。本發明給出了紅外反射性能的填料最佳添加量，在此范圍內，紅外反射性能的填料能發揮最佳效力。在氣凝膠量一定的情況下，增大紅外反射填料的量會逐漸增大涂層阻隔紅外輻射傳熱的能力，同時也會增大固相熱傳導。因此，在合適范圍內，紅外反射填料量的增大會從整體上提高涂料的隔熱性能(填料阻隔紅外輻射傳熱的量超過其引起的固相熱傳導增加的量)，但超過這個范圍，則可能會從整體上降低涂料的隔熱性能(填料阻隔紅外輻射傳熱的量小于其引起的固相熱傳導增加的量)。

一種氣凝膠隔熱涂料制備方法，包括以下步驟：

二氧化硅濕凝膠制備；