[发明专利]改性二氧化硅气凝胶微球隔热涂料

说明书

技术领域

本发明涉及一种以疏水性二氧化硅气凝胶微球为功能填料的新型隔热涂料。二氧化硅气凝胶微球是一种具有无规则三维网络状骨架结构的多孔非晶态材料，以它为主要填料制备的隔热涂料轻质环保，密度低，隔热性好。本发明可广泛应用于居民楼、学校、医院，厂房等公共建筑的内外墙与楼顶面隔热，桥梁、大坝等大体积建筑或设施的防热胀损伤保护，轮船、火车、大巴车顶部日照面的防护等诸多领域。

背景技术

隔热涂料通过阻止热传导，降低涂层和内部环境的温度，从而达到改善工作环境，降低能耗的目的。传统隔热涂料通常选用功能填料为骨料，依靠粘接剂使其结合在一起，直接在设备或墙体表面形成一层保护层来实现保温隔热的功效。常用作功能填料的隔热保温材料包括火山灰玻璃、白玉石、玄武石、海泡石、膨润土、珍珠岩，膨胀蛭石，硅酸钙等，这些材料耐高温，阻燃，抗压强度大，但是它们的吸湿性较强，膨胀率较大，耐候性差，以它们作主要填料的涂料收缩率大、抗裂性差，为了形成一个稳定的保温体系，有时需要另设防水层及外防护层。

二氧化硅气凝胶微球是一种结构可控的新型纳米多孔材料，其孔隙率在80％～99％，比表面积高达800-1000m²·g^-1，平均孔径为1～50nm。它具有热膨胀系数低，抗氧化，耐腐蚀，稳定性好等优点，其中导热系数极低是二氧化硅气凝胶微球最显著的特点。常用保温材料的导热系数最低可达0.045W/m·k，然而二氧化硅气凝胶微球的导热系数可达到0.01W/m·k，因此利用二氧化硅气凝胶微球为填料的隔热涂料将极大地提高隔热涂料的隔热性能。

通常制备的二氧化硅气凝胶微球具有亲水性，表面含有大量的羟基，这使得他们在空气中易吸潮，遇水破碎，同时也会使得导热系数上升。由这种气凝胶微球制备的隔热涂料吸湿性强，耐候性差，随着时间的延长，涂料的热导率上升，隔热性能急剧下降。

为了改善涂料的隔热性能，提高涂料的使用寿命，必须对二氧化硅气凝胶微球进行疏水改性。目前常用的改性方法是在二氧化硅气凝胶微球的制备过程中添加改性剂。常用的改性剂包括三甲基氯硅烷，甲基三甲氧基硅烷，六甲基二硅胺烷，六甲基二硅氮烷等，这些改性剂大多带有烷基，芳烃基或烷氧基等疏水基团，通过引入疏水基团以替代微球表面的羟基来对二氧化硅气凝胶微球进行改性。

传统涂料包括油性涂料和水性涂料。油性涂料通常含有许多有机溶剂作分散介质，如丙酮，甲醛等，这些小分子物质进入二氧化硅气凝胶微球的内部或是吸附在气凝胶微球的表面，将导致微球导热系数的上升。而水性涂料是以水作溶剂或分散介质，同时掺杂高分子聚合物制成聚合物乳液，作为成膜物质，非常适于作二氧化硅气凝胶微球的粘结剂，同时水性涂料绿色环保，是未来隔热涂料发展的方向。

经过改性的二氧化硅气凝胶微球具有极强的疏水性，表面张力很大，加入聚合物乳液之后，必然会产生界面的相互排斥，同时微球也难以在涂料中形成均匀的分散，从而影响涂料的隔热性能。为了解决这个问题，一个有效的办法是向涂料中加入表面活性剂。表面活性剂是由截然不同的两种粒子组成的分子。分子结构具有两亲性，一端含有亲油基团，一端含有亲水基团。它在溶液中能定向排列，使得溶液中物质的表面张力显著下降。向涂料中加入极少量的表面活性剂，就明显改善二氧化硅气凝胶微球与聚合物粘结剂之间的界面相容性，防止微球之间的凝聚，大幅提高涂料的质量。

本发明中二氧化硅气凝胶微球采用改性剂对湿凝胶进行疏水改性，得到完全疏水的二氧化硅气凝胶微米级小球。以这种疏水改性的二氧化硅气凝胶微球为填料制备的隔热涂料，吸湿性弱，耐候性好，使用寿命长，同时通过在隔热涂料中添加表面活性剂，有效改善了微球在涂料中的界面状态与分散状况，使得隔热涂料的热导率降低到0.05W/m·k，与市场同类产品相比，隔热性更好。

发明内容

本发明提供了一种以疏水改性二氧化硅气凝胶微球作为隔热填料的新型隔热涂料，这种涂料主要由聚合物粘结剂，二氧化硅气凝胶微球，助剂同时添加表面活性剂混合制备，分散稳定性好，热导率低，具有环保节能的特点。

本发明采用的技术方案是：