一种水体系的气凝胶隔热改性液及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于气凝胶隔热材料技术领域，具体涉及一种水体系的气凝胶隔热改性液及其制备方法和应用。本发明专利技术水体系的气凝胶隔热改性液包括以下重量百分比计的原料：水64～95.5％、聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯0.2～1.6％、失水山梨醇单油酸酯0.1～0.8％、异构醇聚氧乙烯醚0.2～1.6％、超疏水二氧化硅气凝胶3～24％和高聚物粘结剂1～8％。本发明专利技术改性液具有配方简单、原料易得、安全无毒等优点，且适用于浸渍法、刮涂法、喷涂法、旋涂法等多种加工方法，可实现不同材质、不同形状、不同规格材料的高效隔热改性。

Aerogel heat insulation modified liquid for water system and preparation method and application thereof

【技术实现步骤摘要】
一种水体系的气凝胶隔热改性液及其制备方法和应用
本专利技术属于气凝胶隔热材料
，具体涉及一种水体系的气凝胶隔热改性液及其制备方法和应用。
技术介绍
在加热或制冷设备、化工管道、建筑墙体、保暖服饰等众多领域中，材料的隔热性能都是重要的考察对象。而浸渍法是改变固体材料特性，赋予固体材料新功能的常用改性方法。这种方法操作简单、加工成本低且适用于各种不同材质、不同性质、不同规格的材料。因此，浸渍法可以作为降低材料导热系数、改善材料隔热性能的普适方法。但要实现对材料的隔热改性，其关键在于功能性隔热改性液的获取。而在健康环保越来越受重视的今天，水性改性液比有机溶剂型改性液有着更大的应用前景及更深远的研发意义。因此开发出可以赋予材料高效隔热性能的水体系改性液具有极高的实用性。二氧化硅气凝胶是一种具有极高孔隙率、极高比表面、极低密度的多孔材料，是目前已知的热导率最低的固体材料。若将二氧化硅制成可加工成水体系改性液对材料进行浸渍，将有望实现对这些材料高效隔热性能的赋予。但由于二氧化硅气凝胶由于含有大量孔洞，且孔洞的骨架十分纤细，因此很容易发生孔洞的塌陷和结构的破坏，从而使二氧化硅气凝胶高隔热性能的大幅度下将。为了防止二氧化硅气凝胶对空气中的水蒸气吸附和脱吸附过程中，孔洞骨架在水大的表面张力的作用下发生破裂，一般需要对二氧化硅气凝胶进行超疏水改性。如何使超疏水的二氧化硅气凝胶在水体系中实现稳定分散成为气凝胶水体系改性液和水体系涂料的难题。目前已被报道的方法有使用腻子粉或高粘度高聚物等物质来将二氧化硅气凝胶配置成具有一定流动性的浆料。但是这样的浆料由于流动性极差，因而只能使用刮涂等低效加工方式进行施工，一方面加工效率低，另一方面适用的范围窄(如无法应用隔热面料)，并且在这些浆料的固含物中，二氧化硅气凝胶的比例较低，这将导致在水干燥后得到的涂层隔热性能有限。此外，也有报道使用表面活性剂对二氧化硅气凝胶进行分散，如专利文献CN104418577A、CN108560742A等公开了使用吐温-80、吐温-60和吐温-20将二氧化硅气凝胶分散于乙醇等有机溶剂中。但在水体系中，仅仅使用吐温难以达到均匀分散二氧化硅气凝胶的目的。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题(如超疏水二氧化硅气凝胶在水体系中的分散性差，导致水体系改性液的流动性差、加工效率低、适用范围窄等)，本专利技术首先提供了一种水体系的气凝胶隔热改性液，该改性液的配方简单、原料易得、安全无毒，可实现不同材质、不同形状、不同规格材料的隔热改性。本专利技术提供的水体系的气凝胶隔热改性液，包括以下重量百分比计的原料：水64～95.5％、聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯0.2～1.6％、失水山梨醇单油酸酯0.1～0.8％、异构醇聚氧乙烯醚0.2～1.6％、超疏水二氧化硅气凝胶3～24％和高聚物粘结剂1～8％。优选地，所述异构醇聚氧乙烯醚为异构十醇聚氧乙烯醚、异构十一醇聚氧乙烯醚和异构十三醇聚氧乙烯醚中的至少一种。优选地，所述高聚物粘结剂为水性丙烯酸酯、水性环氧树脂、水性聚氨酯和聚乙烯醇中的至少一种。相应地，本专利技术还提供了上述水体系的气凝胶隔热改性液的制备方法，具体包括以下步骤：取配方量的水、聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、失水山梨醇单油酸酯、异构醇聚氧乙烯醚、超疏水二氧化硅气凝胶和高聚物粘结剂混合，于50～60℃下搅拌，冷却后即得水体系的气凝胶隔热改性液。此外，本专利技术还提供了上述水体系的气凝胶隔热改性液在材料隔热改性中的应用。所述材料包括纺织面料、塑料材料、金属材料和纤维材料。所述应用方法包括浸渍法、刮涂法、喷涂法和旋涂法。具体地，所述浸渍法的操作步骤为：将需改性的材料置于超疏水二氧化硅气凝胶含量为3～12％的水体系的气凝胶隔热改性液中10～20s，再将浸渍后的需改性的材料在75～80℃下干燥2～3h，最后室温冷却即可。所述刮涂法的操作步骤为：以超疏水二氧化硅气凝胶含量为18～24％的水体系的气凝胶隔热改性液为刮涂剂，使用刮刀在需改性的材料上均匀刮涂，再将刮涂后的需改性的材料在75～85℃下干燥2～3h，最后室温冷却即可。所述喷涂法的操作步骤为：以超疏水二氧化硅气凝胶含量为3～9％的水体系的气凝胶隔热改性液为喷涂剂，使用喷枪在需改性的材料上均匀喷涂，再将喷涂后的需改性的材料在75～80℃下干燥2～3h，最后室温冷却即可。所述旋涂法的操作步骤为：以超疏水二氧化硅气凝胶含量为3～24％的水体系的气凝胶隔热改性液为旋涂剂，使用旋涂机在需改性的材料上均匀旋涂，再将旋涂后的需改性的材料在75～80℃下干燥2～3h，最后室温冷却即可。因此，与现有技术相比，本专利技术的优势在于：(1)本专利技术水体系的气凝胶隔热改性液以聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、失水山梨醇单油酸酯以及异构醇聚氧乙烯醚组成三元分散体系，使超疏水二氧化硅气凝胶在水中能形成水包油结构，均匀分散于水体系中，并提高改性液的流动性；高聚物粘结剂的使用，一方面可以协同提高超疏水二氧化硅气凝胶在水中的分散性，从而降低聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、失水山梨醇单油酸酯以及异构醇聚氧乙烯醚的使用量，另一方面可以防止改性液在流动态时在材料表面呈液滴或细流滴落，再一方面可以提高改性液在干燥后形成的涂层与材料表面的粘结牢度，解决涂层容易脱落以及应用二氧化硅气凝胶存在的掉粉问题。(2)本专利技术水体系的气凝胶隔热改性液适用于不同材质、不同形状、不同规格材料的隔热改性，并且可采用浸渍法、刮涂法、喷涂法、旋涂法等多种加工方法，具有加工效率高的优势；同时使用本专利技术气凝胶隔热改性液改性后的材料，导热系数大幅度降低，涂层不易脱落、无明显掉粉现象，显著提高了隔热材料的品质，具有良好的市场前景。(3)本专利技术水体系的气凝胶隔热改性液仅需要容器、搅拌设备、加热设备即可生产，所用的溶剂为廉价而无毒的水，整个制备过程的操作简单、条件可控、绿色安全，适合工业化生产，可推广应用。附图说明图1为实施例1水体系的气凝胶隔热改性液改性后纺织面料棉质无纺布的实物图。图2为实施例4水体系的气凝胶隔热改性液改性后纤维材料十字异形涤纶截面的显微镜图。具体实施方式下面将结合具体实施例来详细说明本专利技术，在此本专利技术的示意性实施例以及说明用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。实施例1、本专利技术水体系的气凝胶隔热改性液及其制备方法和应用取9.55kg水，并按以下比例对其它原料进行称量：水95.5％、聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯0.2％、失水山梨醇单油酸酯0.1％、异构十醇聚氧乙烯醚0.2％、超疏水二氧化硅气凝胶3％、水性丙烯酸酯1％。将上述物料加入到15L的可加热的容器中加热至60℃，使用强力搅拌机搅拌10min，停止搅拌和加热，冷却，制得超疏水二氧化硅气凝胶含量为3％的改性液。将需改性的纺织面料棉质无纺布置于上述超疏水二氧化硅气凝胶含量为3％的改性液中10s，再将浸渍后的纺织面料棉质无纺布取出，棉质无纺布表面无液滴或细流滴落，在80℃下干燥2h本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水体系的气凝胶隔热改性液，其特征在于，包括以下重量百分比计的原料：水64～95.5％、聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯0.2～1.6％、失水山梨醇单油酸酯0.1～0.8％、异构醇聚氧乙烯醚0.2～1.6％、超疏水二氧化硅气凝胶3～24％和高聚物粘结剂1～8％。/n

【技术特征摘要】
1.一种水体系的气凝胶隔热改性液，其特征在于，包括以下重量百分比计的原料：水64～95.5％、聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯0.2～1.6％、失水山梨醇单油酸酯0.1～0.8％、异构醇聚氧乙烯醚0.2～1.6％、超疏水二氧化硅气凝胶3～24％和高聚物粘结剂1～8％。


2.根据权利要求1所述水体系的气凝胶隔热改性液，其特征在于，所述异构醇聚氧乙烯醚为异构十醇聚氧乙烯醚、异构十一醇聚氧乙烯醚和异构十三醇聚氧乙烯醚中的至少一种。


3.根据权利要求1所述水体系的气凝胶隔热改性液，其特征在于，所述高聚物粘结剂为水性丙烯酸酯、水性环氧树脂、水性聚氨酯和聚乙烯醇中的至少一种。


4.一种根据权利要求1～3任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：王天赋，孟思，彭战军，
申请(专利权)人：深圳中凝科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44