(10)申请公布号
(43)申请公布日 (21)申请号 201410835863.0
(22)申请日 2014.12.29
201410167771.X 2014.04.24 CN
201410168770.7 2014.04.24 CN
C09D 133/00(2006.01)C09D 129/04(2006.01)C09D 7/12(2006.01)C04B 26/04(2006.01)
(71)申请人中国科学院苏州纳米技术与纳米仿
生研究所
地址215123 江苏省苏州市苏州工业园区独
墅湖高教区若水路398号
(72)发明人张学同 张尚权 王锦
(74)专利代理机构南京利丰知识产权代理事务
所(特殊普通合伙) 32256
代理人
王锋
(54)发明名称
及应用
(57)摘要
本发明公开了一种含二氧化硅气凝胶的水性
浆料、其制备方法及应用。所述浆料是主要由二氧
化硅气凝胶粉体、表面活性剂、粘结剂与水均匀混
合形成的稳定分散体系。其制备方法包括：将水
与表面活性剂混合均匀后，加入气凝胶粉体再次
混合均匀形成悬浮液，而后加入粘结剂和可选择
添加或不添加的助剂并混合均匀，获得所述浆料。
本发明的浆料不含石棉等有害纤维材料，运输和
施工方便，不需要切割而且可以很容易的控制隔
热材料的厚度，可以自由选择最优化的施工方案，
且制备工艺简单，成本低廉，适于进行大规模工业
化生产。本发明的浆料可以涂覆在基材表面干燥
后成为表面平整、隔热性能优良，且粘结力强的涂
层，也可以和其他结构材料混合制备气凝胶复合
材料。
(66)本国优先权数据(51)Int.Cl.
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书2页 说明书5页 附图2页CN 105038445 A 2015.11.11
C N 105038445
A
1.一种含二氧化硅气凝胶的水性浆料，其特征在于它是主要由二氧化硅气凝胶粉体、表面活性剂、粘结剂与水均匀混合形成的稳定分散体系。
2.根据权利要求1所述的含二氧化硅气凝胶的水性浆料，其特征在于所述气凝胶粉体采用疏水性二氧化硅气凝胶，且所述气凝胶粉体的粒径为0.1µm~500µm，密度为0.04g/ ml~0.25g/ml，孔隙率为80%~99%。
3.根据权利要求1所述的含二氧化硅气凝胶的水性浆料，其特征在于所述浆料含有30 wt%-80wt%水，5 wt %~30 wt %二氧化硅气凝胶，0~10 wt %表面活性剂，2 wt %~30 wt %粘结剂。
4.根据权利要求1所述的含二氧化硅气凝胶的水性浆料，其特征在于所述表面活性剂包括阴离子型、阳离子型或者非离子型表面活性剂；
其中，所述阳离子型表面活性剂至少选自十六烷基二甲基苄基氯化铵、烷基溴化吡啶、十六烷基氯化吡啶、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵；
所述阴离子型表面活性剂至少选自仲烷基磺酸钠、仲烷基磺酸钠、烷基苯磺酸盐、仲烷基硫酸钠与烷基苯磺酸钠的混合物、仲烷基硫酸钠；
所述非离子表面活性剂至少选自蔗糖单月桂酸酯、蔗糖单油酸酯、蔗糖单棕榈酸酯、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。
5.根据权利要求1所述的含二氧化硅气凝胶的水性浆料，其特征在于所述浆料含有2 wt%~30wt% 粘结剂，并且所述粘结剂中的有机物含量小于2wt%。
6.根据权利要求1或5所述的含二氧化硅气凝胶的水性浆料，其特征在于所述粘结剂至少选自聚乙烯醇、水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯、水性环氧树脂，水性纤维素、丙烯酸乳液、环氧树脂乳液、有机
硅乳液。
7.根据权利要求1所述的含二氧化硅气凝胶的水性浆料，其特征在于它还包含助剂，所述助剂包括增塑剂和/或成膜助剂；
其中，所述增塑剂至少选自聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚正丁基（二丁基）乙烯、邻苯二甲酸二丁酯、硬脂酸丁酯、松香酸甲酯、磷酸三甲苯酯、碳酸丙烯酯；
所述成膜助剂至少选自丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯。
8.根据权利要求1所述的含二氧化硅气凝胶的水性浆料，其特征在于它包含按重量份计算的如下组份：水30~80份，二氧化硅气凝胶5~30份，表面活性剂0~10份，粘结剂2~30份。
9.如权利要求1-8中任一项所述含二氧化硅气凝胶的水性浆料的制备方法，其特征在于包括：
（1）将水与表面活性剂混合均匀，形成混合液；
（2）向所述混合液内加入二氧化硅气凝胶粉体，混合均匀，形成悬浮液；
（3）所述悬浮液内加入粘结剂和可选择添加或不添加的助剂，混合均匀，形成所述水性浆料。
10.根据权利要求9所述含二氧化硅气凝胶的水性浆料的制备方法，其特征在于该方法中采用的混合方法至少选自球磨、机械搅拌、沙磨、超声混合方法。
11.根据权利要求9所述含二氧化硅气凝胶的水性浆料的制备方法，其特征在于，若步骤（1）中采用的混合方法为机械搅拌方法，则搅拌速度为50rpm~2000rpm，混合时间为30
min~2 h；若步骤（2）中采用的混合方法为机械搅拌方法，则搅拌速度为50rpm~1000rpm，搅拌时间为3 min~3 h。
12.由权利要求1-8中任一项所述含二氧化硅气凝胶的水性浆料形成的隔热涂层，所述隔热涂层的厚度为0.05mm～10mm，热导率为0.0246~0.0342W/mk，工作温度为-50o C~300℃。
13.一种物品，其特征在于包含权利要求1-8中任一项所述含二氧化硅气凝胶的水性浆料或由所述水性浆料形成的隔热结构。
含二氧化硅气凝胶的水性浆料、其制备方法及应用
技术领域
[0001] 本发明涉及一种功能性浆料，特别涉及一种含二氧化硅气凝胶的水性浆料、其制备方法及应用。
背景技术
[0002] 气凝胶是在保持凝胶体积不变的情况下把其内部的水分置换为气体后的所得到的材料。气凝胶具有低密度、高孔隙率、高比表面积和低热导率等优良特点。气凝胶的制备方法一般使用超临界干燥，但是超临界干燥需要在较高温度和较高压力下进行，所以使用设备昂贵，危险性高，所以常压干燥技术被开发，公布号为CN103073008A和CN103043673A 的专利公开了使用常压干燥制备气凝胶的方法，常压干燥条件温和而且成本较低，一般常压干燥得到的产品为气凝胶的颗粒和粉体。颗粒和粉末的使用有诸多的不便之处，特别是粉体释放和难以封装的问题。专利号为US2014/0273701A1的美国专利和公布号为CN101124371的专利公开了一种使用气凝胶粉体利用湿法制毡的工艺来制备气凝胶毡的方法，其制备的气凝胶毡可以部分避免气凝胶粉体在使用过程中的粉体释放和封装难题，但无法从根本上解决粉体释放问题。专利号为US2008/0241490A1的专利公开了一种气凝胶热喷涂的方法来制备气凝胶隔热涂层，其使用气凝胶粉体、低温陶瓷粉末以及有机粘结剂混合制备出热喷涂原料，在将气凝胶热喷涂至金属基底表面得到隔热涂层。这种技术设备复杂，并且在喷涂过程中高分子的熔融态会使高分子进入气凝胶孔洞，使得气凝胶性能下降。使用浆料技术可以有效解决气凝胶粉体释放问题，便于材料的运输和使用，同时气凝胶浆料应用广泛，既可以用于涂层材料也可以应用在水泥，石膏等结构材料复合制备复合材料。公布号为CN102719129A的专利报道了一种气凝胶隔热涂料的制备方法，但是此方法需要首先将疏水性的气凝胶改性为亲水性气凝胶，再分散在水中制备水性涂料，此种方法过程繁琐且难以控制气凝胶的疏水亲水性质。
发明内容
[0003] 本发明的目的之一在于提出一种含二氧化硅气凝胶的水性浆料，以克服现有技术中的不足。
[0004] 本发明的目的之二在于提供一种含二氧化硅气凝胶的水性浆料的制备方法，其无需对气凝胶表面进行改性，而是直接使用气凝胶粉体和表面活性剂以及粘结剂混合制备出具有适当的粘度和良好的涂覆性能的浆料，而藉此浆料可以成表面均匀、粘附力很强、隔热性良好的涂层。
[0005] 本发明的目的之三在于提供所述含二氧化硅气凝胶的应用。
[0006] 为实现前述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
[0007] 一种含二氧化硅气凝胶的水性浆料，是主要由二氧化硅气凝胶粉体、表面活性剂、粘结剂与水均匀混合形成的稳定分散体系。
[0008] 较为优选的，所述含二氧化硅气凝胶的水性浆料包含按重量份计算的如下组份：
水30～80份，二氧化硅气凝胶5～30份，表面活性剂0～10份，粘结剂2～30份。[0009] 进一步的，所述气凝胶粉体采用疏水性二氧化硅气凝胶，且所述气凝胶粉体的粒径优选为0.1μm～500μm，尤其优选为50～100μm。
[0010] 一种含二氧化硅气凝胶的水性浆料的制备方法，包括：将二氧化硅气凝胶粉体、表面活性剂、粘结剂与水均匀混合，形成所述水性浆料。
[0011] 进一步的，所述制备方法包括：
[0012] (1)将水与表面活性剂混合均匀，形成混合液；
[0013] (2)向所述混合液内加入二氧化硅气凝胶粉体，混合均匀，形成悬浮液；[0014] (3)所述悬浮液内加入粘结剂和可选择添加或不添加的助剂，混合均匀，形成所述水性浆料。
[0015] 前述含二氧化硅气凝胶的水性浆料可用以制备隔热涂层。
[0016] 与现有技术相比，本发明的优点至少在于：
[0017] (1)本发明制备的含二氧化硅气凝胶的水性浆料(如下简称“气凝胶浆料”或“浆料”)为水性浆料，无有机溶剂成分，成本较低且污染小；
[0018] (2)本发明使用的气凝胶粉体粒径在0.1μm～500μm之间，对于传统的气凝胶材料(如气凝胶毡和气凝胶板)在切割和安装时掉粉严重，操作人员需要很严格的防护和防尘保护，而使用本发明的浆料有效的避免传统气凝胶使用过程中的粉体释放问题；[0019] (3)传统的气凝胶毡和气凝胶板只能用于规则
外形的隔热施工，如墙面或者管道，但是对于复杂外形的隔热处理，气凝胶毡和气凝胶板就很难施工，同时气凝胶毡和气凝胶板在使用过程中无法避免毡与毡之间或者板与板之间接缝处的热损失，以及基地与隔热材料的接触热桥损失，本发明的气凝胶浆料在应用时，可以完全克服前述缺陷，且通过采用涂覆技术可以使气凝胶涂层与基底非常牢固的粘结，同时可以做到无缝结合，热损失可以降到最低；
[0020] (4)本发明气凝胶浆体的制备工艺只使用利用简单搅拌装置等即可，制备工艺简单，设备投入低，适于进行大规模工业化生产，而传统气凝胶毡和气凝胶板的制造设备昂贵，制备工艺复杂；
[0021] (5)本发明制备的气凝胶浆料施工可以使用刷涂，滚涂和喷涂等多种施工方法，隔热层的厚度可以从0.05mm～10mm之间，厚度控制容易，施工简单，且所形成的隔热层隔热性能优良，不易脱落，表面平整，耐高温耐腐蚀，不易老化，使用寿命长。
附图说明
[0022] 图1是本发明一典型实施方案中一种含二氧化硅气凝胶的水性浆料(如下简称“气凝胶浆料”)的制备工艺流程示意图；
[0023] 图2是本发明实施例1制备的气凝胶浆料的照片；
[0024] 图3是本发明实施例1制备的气凝胶涂层照片；
[0025] 图4是本发明实施例1制备的气凝胶涂层的SEM照片。
具体实施方式
[0026] 如前所述，鉴于现有技术的诸多不足，本案发明人经大量研究和实践，得以提出本
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