豆新丰;何方;李荣春;吴菊英;黄渝鸿
【摘 要】通过控制合适的条件,将SiO2气凝胶微球加入到纯丙乳液中,混合其它助剂,制成SiO2气凝胶隔热涂料;并运用相关国家标准提供的方法对其进行性能检测.实验结果表明,它具有较好的液态性能、颜和外观、硬度和附着力、耐水耐热性和隔热性;在实验探索中,还建立了一套针对于SiO2气凝胶隔热涂料的性能评价体系. 【期刊名称】《河南化工》
【年(卷),期】2014(031)001
【总页数】4页(P31-34)
【关键词】SiO2气凝胶;隔热涂料;性能评价
【作 者】豆新丰;何方;李荣春;吴菊英;黄渝鸿
生态学报【作者单位】河南工业大学材料科学与工程学院,河南郑州450001;河南工业大学材料科学与工程学院,河南郑州450001;河南工业大学材料科学与工程学院,河南郑州450001;中国工程物理研究院总体工程研究所,四川绵阳621900;中国工程物理研究院总体工程研究所,四川绵阳621900
【正文语种】中 文辽宁电视台直播生活
【中图分类】TQ630.4;O642.3
Key words:SiO2 airgel；insulation coating；performance evaluation
目前，建筑耗能在人类整个能耗中占11%～25%，节约意义重大，因此，采用一种高效、节能的隔热材料便成为了解决能源危机的重要途径[1]。然而，当前市场上的建筑隔热材料主要是以有机材料聚氨酯、挤塑聚苯乙烯保温板和膨胀型聚苯乙烯保温板为主，它们虽然隔热性能较好，但是防火性能较差，不能做到节能与防火兼备[2]。
SiO2气凝胶具有独特的纳米孔结构，孔隙率高达90%以上、比表面积为800～1 000 m2/g[3-4]，这种结构可以降低其内部气体和固体的导热效率，提升隔热性能，所以气凝胶
是固体材料中隔热性能最好的一种[5-7]。此外，气凝胶防水阻热、绿环保、防酸耐腐蚀、不易老化、使用寿命长，是其它传统材料无法比拟的[8]。鉴于SiO2气凝胶的以上优良性能，人们开始尝试以它为主要原料，以某些填料助剂进行适当的配比，制成SiO2气凝胶隔热涂料，使其达到既隔热、又防火的要求。但是，此类研究目前正处于探索阶段，不免存在诸多问题。
郭迪[9]选用水性丙烯酸为成膜物质、SiO2气凝胶水分散浆料为填料，制得了具有很好透明性和隔热效果的水性透明隔热涂料。但在对涂膜耐水性测试时，忽略了“实际环境中的水可能是循环的、高温的水”的因素。汪慧[10]首先用硅烷偶联剂KH570对SiO2气凝胶表面进行改性，最后以SiO2气凝胶/苯丙乳液作为基料制备了隔热涂料。在评价其隔热性能时，只运用了测箱体内外温差和测定涂层对各个光谱区域的透过率的方法。虞莹莹[11]对各种涂层和漆膜的检测方法做出了较为全面的总结，但是对隔热涂料的检测并无单独列出。
由此可见，由于该类涂料的配方不同、测定方法各异产生的问题，严重阻碍了SiO2气凝胶隔热涂料研究的发展。基于上述问题，本文通过控制合适的条件，将SiO2气凝胶微球加入到纯丙乳液中，混合其它助剂，制成SiO2气凝胶隔热涂料。并运用相关国家标准提供的方
法对其进行检测，最终在实验探索中建立一套针对于SiO2气凝胶隔热涂料的性能评价体系。
1.1 主要原料和试剂
实验所需的主要原料和试剂如表1所示。
1.2 主要仪器和设备
实验所需的主要仪器和设备如下：铅笔划痕试验仪，QHQ-A，深圳市丰顺科技有限公司；立方抗压试模，70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm(铸铁)，河北海奥试验仪器公司；Hot Disk热物性分析仪，TPS2500s，瑞典凯戈纳斯有限公司。
1.3 涂膜的制备
实验流程图如图1所示。
首先，将水、润湿剂、分散剂、(2/3量)消泡剂、流平剂等助剂分别称量后加入50 mL的烧杯，振荡摇匀；然后加入填料SiO2气凝胶和一定量的滑石粉，得到均匀料浆；最后将乳液，
剩余消泡剂(1/3量)加入混合料浆中，充分搅拌，即得涂料浆体。
选取尺寸规格为50 mm×120 mm的马口铁片，洗净烘干。将制得的隔热涂料，用均匀涂覆于铁片表面，干燥固化制得SiO2气凝胶隔热涂膜试样。
1.4 检测方法
SiO2气凝胶隔热涂料要想得到很好的应用，除了有比较好的隔热性能外，还应该在外观、附着力、耐水、耐热性等性能上有着良好的表现。实验室标准测试条件：温度是( 28±3) ℃；相对湿度是(50±5)%。zgbc
①涂料在容器中的状态。将调制好的料浆置于一容器中，用调刀或玻璃棒搅拌容器中的试样，观察涂料在容器中的状态，具体测定方法按GB/T 9278-2008《涂料试样状态调节和实验的温湿度》中的相关标准进行。②干燥时间。采用实际干燥测定方法中的“压滤纸法”，具体操作参照GB/T 1728-1979 (1989)《涂膜、腻子干燥时间测定法》的相关规定。③颜和外观。选择用肉眼观察涂料的颜、外观，也可按照GB/T 1722-92《清漆、清油及稀释剂颜测定法》来测定SiO2气凝胶隔热涂料的颜和外观。④硬度。采用便携式铅笔硬度
测定仪，然后按照GB/T 6739-1996《膜硬度铅笔测定法》的规定测定了SiO2气凝胶隔热涂料的涂膜硬度。⑤附着力。运用“划格法”，并按照GB/T 9286-1998《漆和清漆、漆膜的划格试验》的相关规定测定了SiO2气凝胶隔热涂料的附着力。⑥耐水性。采用40 ℃的恒温循环水、运用“浸水法”进行测定，具体操作步骤参照GB/T 5209《漆和清漆 耐水性测定 浸水法》的相关规定。⑦耐热性。选用电烘箱为实验仪器，按照GB/T 1735《漆膜耐热性测定》的相关规定测定了SiO2气凝胶隔热涂料的耐热性。然而，考虑到施工环境，我们并未按照“在(125±2)℃条件下试验24 h”的建议，而是改成“在(90±2)℃条件下试验24 h”。⑧隔热性能。采用Hot Disk TPS2500s 热物性分析仪，利用瞬变平面热源技术(Transient Plane Sources，TPS)测试SiO2气凝胶隔热涂料的导热系数，从而表征它的隔热性能。
2.1 液体性能和涂层外观
实验发现，SiO2气凝胶隔热涂料在容器中的状态：呈均匀稠厚流体状态，无结块。另外，图2的第一块试板涂层是本文研究制备的，第二块试板涂层是常规隔热涂层。我们可以明显看出，前者表面光滑，颜乳白，泽饱满，厚度较薄，后者表面粗糙，颜浅灰，泽不饱满，厚度较厚。涂料产品主要是用来装饰的，所以它的外观质量非常重要。显然，本文制备的隔热涂料比常规涂料的外观质量要好。
2.2 涂膜硬度
测试不同含量的SiO2气凝胶隔热涂料的涂膜硬度，结果如图3所示。
由图3可知，当SiO2气凝胶体积分数从0逐步升至10%时，涂膜硬度随之发生变化，表明填充SiO2气凝胶粒子对复合材料的硬度具有明显的增强效果。但当SiO2气凝胶体积分数从10%升至20%以及从40%升至50%时，涂料硬度相当，没有发生大的变化。说明在此阶段增加SiO2气凝胶的量对涂料硬度影响不大。实验结果表明，填充SiO2气凝胶粒子对复合材料的硬度具有明显的增强效果。
2.3 涂膜的附着力
csgSiO2气凝胶隔热涂料在120 ℃下，固化时间为20 min，固化成膜。在室温27 ℃下测试其力学性能，测量结果如表2所示。其中，当SiO2气凝胶体积分数为40%时，其附着力为1级。而同样条件下测普通隔热涂料的力学性能，结果附着力为3级，数值远低于该SiO2气凝胶隔热涂料。这表明，SiO2气凝胶隔热涂料的附着力与普通隔热涂料相比，性能较好。
2.4 涂膜的耐水性
本实验分别选取SiO2气凝胶体积分数为0、10%、20%、30%、40%、50%的SiO2气凝胶隔热涂料，测量其耐水性。测量结果表明，6组实验结果均为“不起泡，不脱落”。缘蝽科
这就说明，此时纯丙乳液占大部分，SiO2气凝胶添加量对涂膜的耐水性影响不大；同时也说明，涂膜的耐水性能主要取决于聚合乳液单体的结构，即纯丙乳液的性能。所以，我们在研究过程中，可以依据它来选择一个合适的配比。
2.5 涂膜的耐热性
同理，本实验也分别选取SiO2气凝胶体积分数为0、10%、20%、30%、40%、50%的SiO2气凝胶隔热涂料，SiO2气凝胶隔热涂料在120 ℃的条件下，连续加热16 h，测量其耐热性，得到的样板与空白样板对照。对照结果表明，6组实验结果均为“无粉化、无脱落、无颜变化”。证明其耐热性能良好，符合实际建筑环境的需要。
2.6 涂膜的隔热性能
经过多组分的实验得出，SiO2气凝胶隔热涂料样品的导热系数随气凝胶体积分数的增加而变化的过程如图4所示。
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