[发明专利]一种水体系的气凝胶隔热改性液及其制备方法和应用

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

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)，本发明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。

本发明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，本发明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。