一种无烟无味防火隔热湿气凝胶水性无机纳米陶瓷涂料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及涂料技术领域，尤其涉及一种无烟无味防火隔热湿气凝胶水性无机纳米陶瓷涂料及其制备方法，所述水性无机纳米陶瓷涂料由水性无机纳米陶瓷树脂、二氧化硅湿气凝胶、颜料、填料、助剂和水组成，其制备方法为：第一步制备碱性硅溶胶醇水混合物，第二步制备二氧化硅湿气凝胶；第三步制备水性无机纳米陶瓷树脂；第四步将水性无机纳米陶瓷树脂和二氧化硅湿气凝胶与颜料、填料、助剂、水混合制成无烟无味阻火隔热水性无机纳米陶瓷涂料。本发明专利技术采用一步水解缩合得到的二氧化硅湿气凝胶，制备周期短、成本低，而且通过所述二氧化硅湿气凝胶生产出来的涂料产品高温下不分解，且具有防火隔热、无烟无味、高硬耐磨和超耐候等特点。

A smokeless and tasteless fire insulation moisture gel hydrogel inorganic nano ceramic coating and preparation method thereof

The invention relates to the field of coating technology, in particular to a smokeless and tasteless fireproof and heat insulation wet gel hydrogel inorganic nano ceramic coating and a preparation method thereof, wherein the waterborne inorganic nanometer ceramic coating is composed of water-borne inorganic nano ceramic resin, silica wet gas gel, pigment, filler, auxiliary agent and water, and the preparation method is as follows: firstly, prepare alkaline silica sol alcohol water mixture. The second step is to prepare silica aerogel, the third step to prepare waterborne inorganic nano ceramic resin. The fourth step is to make inorganic nano ceramic coating with smoke-free, flame retardant and heat insulation water by mixing water-borne inorganic nano ceramic resin and silica aerogel with pigments, fillers, auxiliaries and water. The silicon dioxide wet gas gel obtained by one-step hydrolysis condensation has short preparation cycle and low cost, and the coating product produced by the silica wet gel has no decomposition at high temperature, and has the characteristics of fireproof, heat insulation, smokeless, tasteless, high hardness, wear-resistance and super weather resistance.

【技术实现步骤摘要】
一种无烟无味防火隔热湿气凝胶水性无机纳米陶瓷涂料及其制备方法
本专利技术涉及涂料
，尤其是涉及一种无烟无味防火隔热湿气凝胶水性无机纳米陶瓷涂料及其制备方法。
技术介绍
二氧化硅气凝胶是由胶体粒子相互聚集构成的一种结构可控的轻质纳米多孔非晶态材料，是目前已知的最轻的固体材料，目前实验室做的最小密度可低至3公斤/立方米，工业化生产的基本在10-80公斤/立方米左右。由于其具有特殊连续的三维网状结构，在所有固体材料中，它的隔热性能最好，声传播速率低，介电常数低，比较面积大，因此被广泛应用于保温隔热材料、声阻抗耦合材料、制备高效可充电电池材料、催化剂及其载体等。二氧化硅气凝胶的导热系数极低，常温下(25℃)导热系数可达到0.008W/m·k。因此被广泛应用到各种保温、隔热领域。气凝胶材料之所以有很优异的隔热保温性能，在于其特殊的孔隙结构，以气凝胶为主要材料做成的各种制品，如气凝胶隔热毯，隔热毡，隔热板等异形件已广泛应用到各种工业保温、隔热领域。气凝胶隔热薄涂层(涂层小于5毫米厚)，由于其优异的隔热性能及施工性能，使其在建筑节能、能源环保、航空航天、输油管道、太阳能集热、炉窑保温等领域具有极大的应用潜力；涂料发展到今天已经要求将涂料功能化、专一化了。隔热涂料是近期才被人们关注的产物，因为具有保温隔热的功能，让人们可以节能降耗，适合现代生活要求，所以隔热涂料是发展较快的一类功能涂料。现在越来越多的需求比如车辆，在考虑车辆的舒适性的同时更多的是在考虑其安全性能，对车辆本身行驶过程中的碰撞，故障等安全性能目前通过加装安全气囊，安全带等措施等，但是车辆本身的防弹防爆性能没有得到加强，特别是在战乱国家，恐怖袭击时有发生，乘员对车辆的防炸防护的安全性能要求越来越高。气凝胶涂料作为可以方便地涂敷在材料的表面，不受材料的形状和结构的限制，涂料里的气凝胶又具有很好的保温隔热防爆的功能，作为汽车舱室的防护和汽车底甲的爆炸冲击波的防护具有一定的辅助作用，气凝胶应用在涂料行业，是涂料行业的革命性进步，是新型的隔热涂料，一般的隔热涂料都是采用加厚或反射的方式进行隔热，但对高标准或极端条件下，一般的隔热涂料无法满足要求，故而人们研究出将气凝胶加到涂料中，将二氧化硅气凝胶微球和聚合物涂料混合制备复合隔热涂料时，可以不受空间、面积和隔热对象形状的限制，只需将该隔热涂料涂在隔热对象上，以提高涂料的隔热性，充分利用了涂料施工的方便和气凝胶隔热性能优良两个方面的特点。鉴于气凝胶的优异材料特性和广泛的应用前景，许多人对材料的制备进行了研究，但现有技术的气凝胶涂料制作工艺，一般直接采用将气凝胶碾压粉碎或直接制备气凝胶粉末的方法，制备出的气凝胶粉末颗粒较大、粒径分布不均匀、孔隙率低，造成气凝胶涂料的成品质量较差，隔热性能较差；同时在混合过程中，采用剧烈搅拌的方式，也容易造成气凝胶破损，从而影响产品质量；二氧化硅气凝胶颗粒典型制备工艺分为超临界干燥法和常压干燥法，超临界干燥法一般以有机硅为硅源，包括正硅酸甲酯(TMOS)、正硅酸乙酯(TEOS)、多聚硅氧烷(E-40)及其它有机硅氧烷等，用无水乙醇作溶剂，通过溶胶-凝胶工艺制备醇凝胶，然后采用超临界干燥法制备二氧化硅气凝胶颗粒。常压干燥法一般以无机硅为硅源，包括工业水玻璃、酸性硅溶胶、碱性硅溶胶等，用水作溶剂，通过溶胶-凝胶工艺制备水凝胶，接着用低表面张力溶剂对凝胶进行溶剂替换，然后用三甲基氯硅烷或六甲基二硅氮烷对该水凝胶进行烷基化改性处理，最后经常压干燥法制备二氧化硅气凝胶颗粒，由于超临界干燥需要高温高压过程，能源消耗大，工艺繁琐，具有一定危险性，且产率较低，不利于工业化生产，高昂的成本严重制约了二氧化硅气凝胶的普及应用；而常压干燥法所制备的产品在保温隔热性能等方面存在不足。另外为了提高产品的疏水性、柔韧性和机械强度等性能，通常都会采用额外的表面改性步骤，这进一步提高了生产成本。中国专利申请CN201610963506.1专利公开了一种憎水型二氧化硅气凝胶颗粒及其制备方法，以正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷为共前驱体，乙醇为溶剂，水为水解剂，氢氧化钠溶液为催化剂，添加碳氟表面活性剂的乙醇为老化液，经超临界干燥工艺制得具有良好憎水率的块状二氧化硅气凝胶颗粒。中国专利申请CN201510343705.8专利公开了一种无腐蚀二氧化硅气凝胶颗粒的制备方法，采用溶胶凝胶两步法，将工业水玻璃与去离子水的混合液经弱酸性阳离子交换树脂交换去除Na+，得到pH＝3.0～4.0的溶胶，溶胶静置后用氨水对pH值进行调节得到湿凝胶，再将湿凝胶置于正硅酸乙酯与乙醇的老化液中老化，将老化后的湿凝胶置于乙醇中进行溶剂置换，然后将溶剂交换过的湿凝胶置于六甲基二硅氮烷与乙醇的混合液中进行表面修饰，湿凝胶经修饰过后再置于乙醇中进行第二次溶剂置换，最后将湿凝胶置于二氧化碳超临界干燥釜中进行超临界干燥制得二氧化硅气凝胶颗粒。中国专利申请CN200910073009.4公开了一种常压干燥制备二氧化硅气凝胶颗粒的方法，以正硅酸乙酯为硅源，经溶胶凝胶、老化、溶剂置换、表面修饰、清洗以及常压干燥处理后得到二氧化硅气凝胶颗粒。已授权专利CN201410025590.3公开了一种常压制备低密度大比表面积二氧化硅气凝胶颗粒的方法，该方法是以廉价的工业水玻璃为前驱体，无水乙醇为溶剂分别在酸、碱催化下进行水解、缩聚反应，得到湿凝胶，进行水浴干燥老化，多次溶剂交换，经表面改性后在常压下分级干燥得到低密度二氧化硅气凝胶颗粒。中国专利申请CN201210285789.0公开了一种低成本制备疏水性二氧化硅气凝胶的方法，所述方法以带羟基的硅氧烷为原料，采用溶胶-凝胶法制备湿凝胶，然后用常压干燥法制备得到二氧化硅气凝胶。通过控制溶液中水的含量和PH值，添加温度0℃左右的尿素溶液，制备得到疏水性、保温绝热性能突出的二氧化硅气凝胶产品。目前，采用超临界干燥法和常压干燥法制备二氧化硅气凝胶颗粒在生产过程中都面临各自问题：超临界干燥法需要用耐高压反应釜，一般设计耐压10～30MPa，属特种设备，制作周期长、投资大，且运行过程中存在一定危险，如果要提高产能则设备投资惊人；常压干燥法溶剂替换时间长(一般1～2天，有的会更长)、烷基化改性处理时间长(20～48h)、不同温度梯度下分级干燥时间长(6～10h)，使得整个二氧化硅气凝胶颗粒生产周期长，生产效率低下。
技术实现思路
鉴于现有技术中存在的不足，本专利技术旨在提供一种制备周期短、成本低、且适用于大规模工业化生产的二氧化硅湿气凝胶水性无机纳米陶瓷涂料生产方法，用以解决现有技术中用于建筑物室内外以及城市交通工具的二氧化硅湿气凝胶水性无机纳米陶瓷涂料制备周期长、成本高、设备复杂昂贵的技术缺陷。为了解决上述技术问题，本专利技术采取的技术方案为：一种无烟无味防火隔热湿气凝胶水性无机纳米陶瓷涂料，其特征在于，原料组成和质量百分比为：水性无机纳米陶瓷树脂25～60%二氧化硅湿气凝胶20～50%颜料5～20%填料1～20%助剂0～5%水余量。其中：所述二氧化硅湿气凝胶原料组份和重量配比分别为：碱性硅溶胶醇水混合物40～80%改性剂20～60%；所述碱性硅溶胶醇水混合物的组份和质量百分比分别为：碱性硅溶胶20～90%醇0～60%水1～60%。优选地，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无烟无味防火隔热湿气凝胶水性无机纳米陶瓷涂料，其特征在于，原料组成和质量百分比为：水性无机纳米陶瓷树脂 25～60%二氧化硅湿气凝胶 20～50%颜料 5～20%填料 1～20%助剂 0～5%水 余量；其中：所述二氧化硅湿气凝胶原料组份和重量配比分别为：碱性硅溶胶醇水混合物 40～80%改性剂 20～60%；所述碱性硅溶胶醇水混合物的组份和质量百分比分别为：碱性硅溶胶 20～90%醇 0～60%水 1～60%。

【技术特征摘要】
1.一种无烟无味防火隔热湿气凝胶水性无机纳米陶瓷涂料，其特征在于，原料组成和质量百分比为：水性无机纳米陶瓷树脂25～60%二氧化硅湿气凝胶20～50%颜料5～20%填料1～20%助剂0～5%水余量；其中：所述二氧化硅湿气凝胶原料组份和重量配比分别为：碱性硅溶胶醇水混合物40～80%改性剂20～60%；所述碱性硅溶胶醇水混合物的组份和质量百分比分别为：碱性硅溶胶20～90%醇0～60%水1～60%。2.如权利要求1所述的一种无烟无味防火隔热湿气凝胶水性无机纳米陶瓷涂料，其特征在于，所述水性无机纳米陶瓷树脂为硅烷与纳米水性硅溶胶共同水解后的水性无机纳米陶瓷乳液，其原料组份和重量配比分别为：硅溶胶30～70%硅烷30～60%阳离子表面活性剂0.1～5%非离子表面活性剂0.1～5%水余量；所述硅溶胶为酸性硅溶胶、碱性硅溶胶中的至少一种，所述硅烷为烷氧基硅烷，所述阳离子表面活性剂为季铵型阳离子表面活性剂1831、OB-2中的至少一种，所述非离子离子表面活性剂为Lexxiso1003、Lexxiso1005、Lexxiso1007、Lexxiso13中的至少一种。3.如权利要求1所述的一种无烟无味防火隔热湿气凝胶水性无机纳米陶瓷涂料，其特征在于，所述改性剂为烷氧基硅烷。4.如权利要求2或3所述的一种无烟无味防火隔热湿气凝胶水性无机纳米陶瓷涂料，其特征在于，所述烷氧基硅烷为甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。5.如权利要求1或2所述的一种无烟无味防火隔热湿气凝胶水性无机纳米陶瓷涂料，其特征在于，所述碱性硅溶胶为市售碱性硅溶胶。6.如权利要求5...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋海兵，
申请(专利权)人：湖南凯斯利新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43