含二氧化硅氣凝膠的水性漿料、其制備方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種功能性漿料，特別涉及一種含二氧化硅氣凝膠的水性漿料、其制備方法及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]氣凝膠是在保持凝膠體積不變的情況下把其內(nèi)部的水分置換為氣體后的所得到的材料。氣凝膠具有低密度、高孔隙率、高比表面積和低熱導(dǎo)率等優(yōu)良特點。氣凝膠的制備方法一般使用超臨界干燥，但是超臨界干燥需要在較高溫度和較高壓力下進(jìn)行，所以使用設(shè)備昂貴，危險性高，所以常壓干燥技術(shù)被開發(fā)，公布號為CN103073008A和CN103043673A的專利公開了使用常壓干燥制備氣凝膠的方法，常壓干燥條件溫和而且成本較低，一般常壓干燥得到的產(chǎn)品為氣凝膠的顆粒和粉體。顆粒和粉末的使用有諸多的不便之處，特別是粉體釋放和難以封裝的問題。專利號為US2014/027370IAl的美國專利和公布號為CN101124371的專利公開了一種使用氣凝膠粉體利用濕法制氈的工藝來制備氣凝膠氈的方法，其制備的氣凝膠氈可以部分避免氣凝膠粉體在使用過程中的粉體釋放和封裝難題，但無法從根本上解決粉體釋放問題。專利號為US2008/0241490A1的專利公開了一種氣凝膠熱噴涂的方法來制備氣凝膠隔熱涂層，其使用氣凝膠粉體、低溫陶瓷粉末以及有機(jī)粘結(jié)劑混合制備出熱噴涂原料，在將氣凝膠熱噴涂至金屬基底表面得到隔熱涂層。這種技術(shù)設(shè)備復(fù)雜，并且在噴涂過程中高分子的熔融態(tài)會使高分子進(jìn)入氣凝膠孔洞，使得氣凝膠性能下降。使用漿料技術(shù)可以有效解決氣凝膠粉體釋放問題，便于材料的運輸和使用，同時氣凝膠漿料應(yīng)用廣泛，既可以用于涂層材料也可以應(yīng)用在水泥，石膏等結(jié)構(gòu)材料復(fù)合制備復(fù)合材料。公布號為CN102719129A的專利報道了一種氣凝膠隔熱涂料的制備方法，但是此方法需要首先將疏水性的氣凝膠改性為親水性氣凝膠，再分散在水中制備水性涂料，此種方法過程繁瑣且難以控制氣凝膠的疏水親水性質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的之一在于提出一種含二氧化硅氣凝膠的水性漿料，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
[0004]本發(fā)明的目的之二在于提供一種含二氧化硅氣凝膠的水性漿料的制備方法，其無需對氣凝膠表面進(jìn)行改性，而是直接使用氣凝膠粉體和表面活性劑以及粘結(jié)劑混合制備出具有適當(dāng)?shù)恼扯群土己玫耐扛残阅艿臐{料，而藉此漿料可以成表面均勻、粘附力很強(qiáng)、隔熱性良好的涂層。
[0005]本發(fā)明的目的之三在于提供所述含二氧化硅氣凝膠的應(yīng)用。
[0006]為實現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
[0007]—種含二氧化硅氣凝膠的水性漿料，是主要由二氧化硅氣凝膠粉體、表面活性劑、粘結(jié)劑與水均勻混合形成的穩(wěn)定分散體系。
[0008]較為優(yōu)選的，所述含二氧化硅氣凝膠的水性漿料包含按重量份計算的如下組份:水30?80份，二氧化硅氣凝膠5?30份，表面活性劑O?10份，粘結(jié)劑2?30份。
[0009]進(jìn)一步的，所述氣凝膠粉體采用疏水性二氧化硅氣凝膠，且所述氣凝膠粉體的粒徑優(yōu)選為0.1 μ m?500 μ m，尤其優(yōu)選為50?100 μ m。
[0010]—種含二氧化娃氣凝膠的水性楽料的制備方法，包括:將二氧化娃氣凝膠粉體、表面活性劑、粘結(jié)劑與水均勻混合，形成所述水性漿料。
[0011 ] 進(jìn)一步的，所述制備方法包括:
[0012](I)將水與表面活性劑混合均勻，形成混合液；
[0013](2)向所述混合液內(nèi)加入二氧化硅氣凝膠粉體，混合均勻，形成懸浮液；
[0014](3)所述懸浮液內(nèi)加入粘結(jié)劑和可選擇添加或不添加的助劑，混合均勻，形成所述水性漿料。
[0015]前述含二氧化硅氣凝膠的水性漿料可用以制備隔熱涂層。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點至少在于:
[0017](I)本發(fā)明制備的含二氧化硅氣凝膠的水性漿料(如下簡稱“氣凝膠漿料”或“漿料”)為水性漿料，無有機(jī)溶劑成分，成本較低且污染?。?br>[0018](2)本發(fā)明使用的氣凝膠粉體粒徑在0.1 μπι?500 μπι之間，對于傳統(tǒng)的氣凝膠材料(如氣凝膠氈和氣凝膠板)在切割和安裝時掉粉嚴(yán)重，操作人員需要很嚴(yán)格的防護(hù)和防塵保護(hù)，而使用本發(fā)明的漿料有效的避免傳統(tǒng)氣凝膠使用過程中的粉體釋放問題；
[0019](3)傳統(tǒng)的氣凝膠氈和氣凝膠板只能用于規(guī)則外形的隔熱施工，如墻面或者管道，但是對于復(fù)雜外形的隔熱處理，氣凝膠氈和氣凝膠板就很難施工，同時氣凝膠氈和氣凝膠板在使用過程中無法避免氈與氈之間或者板與板之間接縫處的熱損失，以及基地與隔熱材料的接觸熱橋損失，本發(fā)明的氣凝膠漿料在應(yīng)用時，可以完全克服前述缺陷，且通過采用涂覆技術(shù)可以使氣凝膠涂層與基底非常牢固的粘結(jié)，同時可以做到無縫結(jié)合，熱損失可以降到最低；
[0020](4)本發(fā)明氣凝膠漿體的制備工藝只使用利用簡單攪拌裝置等即可，制備工藝簡單，設(shè)備投入低，適于進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，而傳統(tǒng)氣凝膠氈和氣凝膠板的制造設(shè)備昂貴，制備工藝復(fù)雜；
[0021](5)本發(fā)明制備的氣凝膠漿料施工可以使用刷涂，滾涂和噴涂等多種施工方法，隔熱層的厚度可以從0.05mm?1mm之間，厚度控制容易，施工簡單，且所形成的隔熱層隔熱性能優(yōu)良，不易脫落，表面平整，耐高溫耐腐蝕，不易老化，使用壽命長。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明一典型實施方案中一種含二氧化硅氣凝膠的水性漿料(如下簡稱“氣凝膠漿料”)的制備工藝流程示意圖；
[0023]圖2是本發(fā)明實施例1制備的氣凝膠漿料的照片；
[0024]圖3是本發(fā)明實施例1制備的氣凝膠涂層照片；
[0025]圖4是本發(fā)明實施例1制備的氣凝膠涂層的SEM照片。
【具體實施方式】
[0026]如前所述，鑒于現(xiàn)有技術(shù)的諸多不足，本案發(fā)明人經(jīng)大量研究和實踐，得以提出本發(fā)明的技術(shù)方案，如下具體說明。
[0027]本發(fā)明的一個方面提供了一種含二氧化硅氣凝膠的水性漿料，它是主要由二氧化硅氣凝膠粉體(如下簡稱“氣凝膠粉體”)、表面活性劑、粘結(jié)劑與水均勻混合形成的穩(wěn)定分散體系。
[0028]進(jìn)一步的，所述氣凝膠粉體采用疏水性二氧化硅氣凝膠。
[0029]優(yōu)選的，所述氣凝膠粉體的粒徑為0.1 μπι?500 μm，尤為優(yōu)選的，所述氣凝膠粉體的粒徑為50?100 μ m，密度在0.04?0.25g/ml之間，孔隙率在80%?99%之間，比表面在 500m2/g ?2000m2/g 之間。
[0030]進(jìn)一步的，所述水可選自去離子水或者自來水。
[0031 ] 若使用的為自來水，則可以使用極軟水、軟水和中硬水，而不得使用高硬水和超高硬水。同時，不宜使用PH值小于5或者pH值大于9的酸性和堿性水。
[0032]作為較佳實施方案之一，所述漿料含有30wt%? 80wt%水。
[0033]進(jìn)一步的，所述表面活性劑可選自陰離子型，陽離子型或者非離子型表面活性劑，例如十六烷基二甲基芐基氯化銨、烷基溴化吡啶、十六烷基氯化吡啶、十六烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基氯化銨等陽離子表面活性劑，例如仲烷基磺酸鈉、仲烷基磺酸鈉、烷基苯磺酸鹽、仲烷基硫酸鈉與烷基苯磺酸鈉的混合物、仲烷基硫酸鈉等陰離子表面活性劑，例如蔗糖單月桂酸酯、蔗糖單油酸酯、蔗糖單棕櫚酸酯、聚乙二醇二硬脂酸酯、壬基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚等非離子表面活性劑，但均不限于此。
[0034]進(jìn)一步的，所述粘結(jié)劑優(yōu)選自全水性粘結(jié)劑，并且，更為優(yōu)選的，所述粘結(jié)劑中的有機(jī)物含量小于2wt %。
[0035]其中，所述粘結(jié)劑可選自聚乙烯醇、水性丙烯酸樹脂、水性聚氨酯、水性環(huán)氧樹脂，水性纖維素、丙烯酸乳液、環(huán)氧樹脂乳液、有機(jī)硅乳液等，但不限于此。
[0036]作為較佳實施方案之一，所述漿料含有2wt%?30被％粘結(jié)劑。
[0037]進(jìn)一步的，所述水性漿料還可包含可選擇添加或不添加的助劑，例如增塑劑、成膜助劑等。
[0038]其中，所述增塑劑可選自聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚正丁基(二丁基)乙烯、鄰苯二甲酸二丁酯、硬脂酸丁酯、松香酸甲酯、磷酸三甲苯酯、碳酸丙烯酯，所述成膜助劑可選自丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯，但均不限于此。
[0039]本發(fā)明的漿料可以是均勻穩(wěn)定的白色漿料，當(dāng)然，為適應(yīng)實際應(yīng)用的需要，本領(lǐng)域技術(shù)人員亦可通過在漿料中施加適量顏料等，而改變該漿料的顏色等。
[0040]本發(fā)明的漿料與其他的氣凝膠產(chǎn)品相比，不含石棉等有害纖維材料，運輸和施工方便，不需要切割而且可以很容易的控制隔熱材料的厚度，可以自由選擇最優(yōu)化的施工方案。
[0041]本發(fā)明的另一方面提供了一種含二氧化硅氣凝膠的水性漿料的制備方法包括:將二氧化硅氣凝膠粉體、表面活性劑、粘結(jié)劑與水均勻混合，形成所述水性漿料。
[0042]請參閱圖1，作為本發(fā)明的一典型實施方案，該含二氧化硅氣凝膠的水性漿料的制備方法，包括:
[0043](I)將水與表面活性劑混合均勻，形成混合液(混合溶液I);
[0044](2)向所述混合液內(nèi)加入二氧化硅氣凝膠粉體，混合均勻，形成懸浮液(混合物 1)，
[0045](3)所述懸浮液內(nèi)加入粘結(jié)劑和可選擇添加或不添加的助劑，混合均勻，形成所述水性漿料(漿料I)。
[0046]進(jìn)一步的，該典型實施方案之中，在漿料I制備完成后可以視實際使用需要而進(jìn)行除泡處理，獲得漿料2，其中除泡方法可以采用除泡劑或者真空攪拌的方法除泡。
[0047]進(jìn)一步的，該制備方法中采用的混合方法至少選自球磨、機(jī)械攪拌、沙磨、超聲混合方法。
[0048]本發(fā)明步驟I)采用的混合方法可以是機(jī)械攪拌，球磨，沙磨等混合方法。對于球磨分散，可以使用行星球磨機(jī)，滾筒球磨機(jī)等。對于機(jī)械攪拌，較為優(yōu)選的，攪拌速度可以控制在50rpm?2000rpm之間，混合時間控制在30min?2h之間。
[0049]本發(fā)明步驟2)中氣凝膠為疏水性二氧化硅氣凝膠粉體，粉體形貌可以是球形或者不規(guī)則形狀，粉體粒徑控制在0.1 μπι?500 μπι之間。為了保持最好的涂層性能，尤其優(yōu)選使用粉體粒徑在50?100 μπι之間的氣凝膠粉體，
[0050]本發(fā)明步驟2)中的混合方法可以是機(jī)械攪拌，較為優(yōu)選的，攪拌速度