一种气凝胶隔热涂料及其制备方法技术

本发明专利技术提出一种气凝胶隔热涂料及其制备方法，气凝胶隔热涂料原材料包括二氧化硅湿凝胶和涂料，两者的重量比为1∶0.1～1，所述的湿凝胶采用溶胶凝胶法制备得到。本发明专利技术取消了气凝胶粉体制备的步骤，直接由湿凝胶和商业可得的涂料混合，在涂料自然晾干的过程中，湿凝胶同步缓慢自然干燥，最终可获得具有优异隔热性能的气凝胶涂层。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提出，气凝胶隔热涂料原材料包括二氧化硅湿凝胶和涂料，两者的重量比为1∶0.1～1，所述的湿凝胶采用溶胶凝胶法制备得到。本专利技术取消了气凝胶粉体制备的步骤，直接由湿凝胶和商业可得的涂料混合，在涂料自然晾干的过程中，湿凝胶同步缓慢自然干燥，最终可获得具有优异隔热性能的气凝胶涂层。【专利说明】
本专利技术涉及一种二氧化硅气凝胶隔热涂料及其制备方法，属于功能材料技术领 域。
技术介绍
气凝胶是一种具有多孔三维网络结构的材料。其内部分布大量纳米孔，密度低、比 表面积和孔隙率非常高。因此，这类材料具有非常低的热导率，在工业上具有广泛的应用前 景。目前，气凝胶作为新型节能环保的隔热保温材料在航天、航空、建筑、石化等工业领域已 得到应用。 二氧化硅气凝胶隔热涂料是一种新型隔热涂料，施工方便，隔热性能好，能在建筑 等领域广泛使用。目前，隔热性能较好的气凝胶隔热涂料的组成形式主要包括：1)由一个 疏水内核、亲水表面的气凝胶粉体和水型涂料混合而成（如CN102719129A) ;2)由疏水型气 凝胶粉体和含有浸润剂、分散剂等的水型涂料混合而成（如CN103911030A) ;3)气凝胶粉体 和树酯混合后粉碎制成粉末型涂料（如CN101143981A)。上述不论哪一种类型，都是将气凝 胶作为一种功能填料，添加到涂料中，均要制备出干燥完全的气凝胶粉末，这是由于只有干 燥完全的气凝胶才能起到隔热作用。而气凝胶粉末的制备一般包括：溶胶凝胶法制备出湿 凝胶、湿凝胶的改性及溶剂置换、湿凝胶的超临界干燥等。气凝胶制备生产周期较长，如果 规模化生产时，还需占用大量空间，气凝胶粉体制备及涂料制备生产过程还涉及大量粉尘 泄漏的风险。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术不足，提供了一种无需制备气凝胶粉末、生产周 期短、成本低、具有良好隔热性能的一种二氧化硅气凝胶隔热涂料及其制备方法。 本专利技术的技术解决方案：一种二氧化硅气凝胶隔热涂料，所述的气凝胶隔热涂料 原材料包括二氧化硅湿凝胶和涂料，两者的重量比为1 : 0.1?1，所述的二氧化硅湿凝胶 采用溶胶凝胶法制备得到。 二氧化硅湿凝胶以二氧化硅气凝胶前驱体（如硅醇盐等）、水作为反应原料，以醇 或酮溶剂作为溶剂，以酸和碱作为催化剂制备得到。具体制备方法为本领域公知技术，本发 明在此就不一一赘述。 一般来说隔热涂料中二氧化硅气凝胶含量越高，最终涂层的隔热性能越好，但本 专利技术中涂料起到了降低湿凝胶干燥速度的作用，因此，涂料含量不能太少，否则作用不明 显，湿凝胶干燥过快，多孔三维网络结构坍塌，反而会降低涂层的隔热性能。本专利技术给出了 二氧化硅湿凝胶和涂料的最佳重量比，在此范围内气凝胶和涂料都能很好的发挥各自的作 用；在重量比最佳范围内，相同条件下，气凝胶含量越高，最终涂层的隔热性能越好。 本专利技术中采用湿凝胶和涂料混合制备隔热涂料，隔热涂料在形成涂层时，涂料包 裹住湿凝胶，湿凝胶得以缓慢干燥得到气凝胶，使隔热涂层中的气凝胶的多孔三维网络结 构保存完好，不会由于干燥过快造成多孔三维网络结构坍塌，影响涂层的隔热性能。 湿凝胶粒径不宜太大，否则会影响涂层的外观质量，一般要< 1_。 本专利技术中的涂料作为形成涂层后的成膜基体，对其种类没有特殊限制，只要能在 湿凝胶表面铺展成膜，可采用商业可得的涂料，本领域技术人员可根据具体需要选择适合 的种类。涂料主要包括溶剂型涂料和水型涂料，溶剂型涂料主要包括的环氧树酯、氯丁橡 胶、丁苯橡胶、丙烯酸树酯、聚氨酯等类型的醇溶剂、烷烃溶剂、酮溶剂涂料等；水型涂料主 要苯丙乳液等各类乳液以及环氧树脂、丙烯酸树脂等水型涂料。 所述的气凝胶隔热涂料原材料还包括具有红外反射性能的填料，红外反射性能的 填料添加量为湿凝胶质量的1?10%。 热量通过气体对流、固相热传导、辐射三种方式传递。涂料中气凝胶起阻挡气体对 流及固相热传导的作用，红外反射性能的填料则阻挡热环境下的红外辐射传热。本专利技术对 红外反射性能的填料种类没有特殊限制，可以采用常用的钛白粉、氧化锌粉、氧化锡粉、氧 化锆粉等。红外反射性能的填料添加量不宜过多，过多会引起固相热传导增大，太少起不到 阻隔红外辐射传热的作用。本专利技术给出了红外反射性能的填料最佳添加量，在此范围内，红 外反射性能的填料能发挥最佳效力。在气凝胶量一定的情况下，增大红外反射填料的量会 逐渐增大涂层阻隔红外辐射传热的能力，同时也会增大固相热传导。因此，在合适范围内， 红外反射填料量的增大会从整体上提高涂料的隔热性能（填料阻隔红外辐射传热的量超 过其引起的固相热传导增加的量），但超过这个范围，则可能会从整体上降低涂料的隔热性 能（填料阻隔红外辐射传热的量小于其引起的固相热传导增加的量）。 一种气凝胶隔热涂料制备方法，包括以下步骤： 二氧化硅湿凝胶制备； 本专利技术二氧化硅湿凝胶制备为本领域公知技术，本领域技术人员可以根据需要， 自行选择适合工艺。如制备二氧化硅湿凝胶，可以采用如下工艺，在搅拌的条件下向反应釜 中依次加入硅醇盐、溶剂、水。1?10分钟后，加入酸；10?60分钟后，加入碱。继续搅拌 1?10分钟。静置，直至溶胶变成凝胶，得到二氧化硅湿凝胶。 在本专利技术方法中，二氧化硅湿凝胶的制备过程可以增加老化过程（通过提高凝胶 反应温度、延长反应时间等实现），湿凝胶老化为本领域公知技术，本领域技术人员可以根 据具体需要进行设置。凝胶温度一般优选为KTC?60°C，更优选为15°C?45°C，老化时间 为1小时?168小时。 二氧化硅湿凝胶粉碎； 用机械搅拌器对湿凝胶进行搅拌，获得粒度不超过Imm的湿凝胶。 本专利技术对湿凝胶粉碎所用的机械搅拌器没有特别限定，但由于湿凝胶含有大量易 燃易爆溶剂，使用过程注意不能产生火花或明火。 粉碎后的二氧化硅湿凝胶进行疏水改性； 湿凝胶的疏水改性为本领域公知技术，本领域技术人员可根据实际要求进行选 择。对疏水试剂的种类也没特殊要求，只要能与湿凝胶表面自由羟基发生反应，生成含难水 解的烷氧基链的化合物，如六甲基二硅氮烷、三甲基甲氧基硅烷、三乙基甲氧基硅烷、三甲 基乙氧基硅烷、三甲基氯硅烷、二甲基二甲氧基硅烷等。 疏水改性后的二氧化硅湿凝胶与涂料混合，得到气凝胶隔热涂料。 按照比例将疏水改性后的湿凝胶与涂料混合，疏水改性后的湿凝胶与涂料重量比 为1 : 0. 1?1 ;在混合过程中可以添加疏水改性后的湿凝胶质量的1?10%的红外反射 性能的填料。 本专利技术制备得到的隔热涂料可采用喷涂、刷涂等方式施工，对于目标厚度为Imm 以内的涂层，只需一次涂布施工即可。若需制得超过Imm的涂层，则每次完成Imm厚涂层的 涂布，待该涂层干后，继续涂布，直至达到目标厚度。 本专利技术与现有技术相比的有益效果： (1)本专利技术取消了气凝胶粉体制备步骤，直接由湿凝胶和商业可得的涂料混合，在 涂料自然晾干的过程中，湿凝胶同步缓慢自然干燥，最终可获得具有优异隔热性能的气凝 胶涂层； (2)本专利技术减少了中间过程制备及使用气凝胶粉末的步骤，非常方便于规模化生 产，避免了干燥及使用气凝胶粉末时带来的严重的粉尘污染，大大改善操作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气凝胶隔热涂料，其特征在于：所述的气凝胶隔热涂料原材料包括二氧化硅湿凝胶和涂料，两者的重量比为1∶0.1～1，所述的二氧化硅湿凝胶采用溶胶凝胶法制备得到。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张继承，詹万初，周清，邹军锋，艾素芬，赵小玲，高翠雪，罗克强，
申请(专利权)人：航天特种材料及工艺技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11