气凝胶防结露涂料、其制备方法及应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种气凝胶防结露涂料、其制备方法及应用。该气凝胶防结露涂料包含作为主要组分的气凝胶粉体材料和水性粘结剂以及可选择性添加或不添加的添加剂。其中，所述气凝胶粉体材料的含量优选为10-50wt%，并可选自二氧化硅气凝胶、二氧化钛气凝胶、石墨烯气凝胶。由所述涂料形成的防结露涂层在温度27℃，相对湿度85%的条件下，导热系数约0.02~0.055W/m*K，密度约0.5~0.7g/ cm3，通过改变浆料的制备以及涂布工艺，可以调控涂层表面的亲疏水性。本发明的涂料及由其形成的防结露涂层具有优良的防结露性能和隔热保温性能，且在长期使用后无吸湿膨胀、粘附力降低等问题，亦不会霉变，生物安全性高，外形美观。
【专利说明】气凝胶防结露涂料、其制备方法及应用
【技术领域】
[0001]本发明特别涉及一种气凝胶防结露涂料、其制备方法及应用，属于纳米材料【技术领域】。
技术背景
[0002]结露是指物体表面温度低于附近空气露点温度时表面出现冷凝水的现象。在供排水管道、高层住宅地下室、住宅外飘窗、仓库、电力、通讯设备、机房、仪表室、空调、机箱等表面，当空气达到一定的湿度，与湿空气接触的部位冷却到低于湿空气的饱和温度时，在其界面附近空气中所含的水蒸气会凝结成水而变成水滴，出现结露现象，这种结露现象长时间会带来设备损坏、产品霉变或生锈等不良影响，严重的会引起恶性安全事故。
[0003]目前，防止结露产生的手段，主要是通过设备或房屋的结构设计，例如专利CN2881424和专利201801991U，公开了使用特殊的结构设计，防止结露的产生；或者对系统进行调温调湿控制，例如专利CN203734174U、专利CN201844138U和专利CN101975762A，公开了使用加热控温或除湿设计的方式，防止结露的产生。
[0004]除了以上两种方法，通过使用防结露涂料，也能延缓或者防止结露的产生。一般而言，防结露涂料主要有三种，一种是通过涂层，改善表面的亲水性，降低表面结露现象，如专利EP1845141通过添加纳米材料来降低涂料表层的接触角；第二种是利用涂层的吸水性，也就是说，当涂层表面温度在露点以下时，能快速吸收大量潮气或结露水；当涂层表面温度在露点以上时，又能释放出部分的吸附水，从而达到防结露的目的，如专利EP0908500公开了使用强吸水性的高分子涂层来降低光学镜头等表面的结露现象；又如专利CN101962505A公开了使用疏松多孔吸水性强的粉末材料、高吸水性的高分子材料和亲水性高分子乳液的防结露涂料；第三种是集吸水、防霉和隔热为一体的内墙涂料，例如，专利CN101348630A，公开了使用吸湿材料、隔热材料、防霉材料、无机填料的内墙涂料，降低建筑物表面的结露和发霉现象。
[0005]采用特殊结构设计或者调温调湿控制的防结露方式，不仅成本造价高，而且难以在已经成型的设备或房屋中使用，因此，采用防结露涂料的方式，施工简单，造价较低。然而，上述三种类型的防结露涂料主要基于吸湿或润湿原理，存在结露隐患，譬如吸水饱和，降低防结露效果，并且由于涂层吸水膨胀，会使得涂层和基底之间的粘结力降低，无法长久有效。
【发明内容】
[0006]本发明的主要目的在于提供一种气凝胶防结露涂料及其制备方法，以克服现有技术中的不足。
[0007]本发明的另一目的在于提供所述气凝胶防结露涂料的应用。
[0008]为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括:
[0009]一种气凝胶防结露涂料，其包含:作为主要组分的气凝胶粉体材料和水性粘结剂，以及可选择性添加或不添加的添加剂。
[0010]在较为优选的实施方案中，所述气凝胶防结露涂料包含10?50wt%气凝胶粉体材料。
[0011]其中，当气凝胶粉体材料的含量低于10#%时，防结露涂料的隔热性能略差，防结露效果欠佳，可以与吸湿性防结露涂料配合使用，而在气凝胶粉体材料的含量高于50wt%时，虽然隔热性能优异，防结露效果优异，但是涂膜的机械性能较差，并且外观欠佳，可以作为防结露夹层材料使用。
[0012]其中，所述气凝胶粉体材料为隔热性能优异的纳米孔材，其密度在0.05g/ml到0.3g/ml之间，粒径大小在0.1微米到2mm之间，比表面在500m2/g到1200m2/g之间，热导率在0.01ff/m.k到0.04ff/m *k之间，并至少可选自二氧化娃气凝胶、二氧化钛气凝胶、石墨烯气凝胶中的任一种，但不限于此。
[0013]在较为优选的实施方案中，所述气凝胶防结露涂料包含10?50wt%水性粘结剂。其中水性粘结剂系作为防结露涂料的主要成膜物质。
[0014]所述水性粘结剂至少可选自水性纯丙乳液、水性醋丙乳液、水性苯丙乳液、水性丙烯酸酯乳液、水性聚氨酯乳液、水性环氧树脂乳液、水性有机硅乳液中的任一种，但不限于此。
[0015]进一步的，所述添加剂包括无机填料和/或助剂。其中，无机填料主要系用以增强涂料的强度，使其具有良好的施工性能和抗污性能。助剂主要为了将疏水性的气凝胶材料稳定分散至水性基材中，并且通过添加助剂，可以进一步提升涂膜的施工性能和成膜性能。
[0016]在较为优选的实施方案中，所述气凝胶防结露涂料包含O?10wt%无机填料。
[0017]在较为优选的实施方案中，所述气凝胶防结露涂料包含O?1wt%助剂。
[0018]当无机填料和/或助剂的含量大于10被％时，会严重影响气凝胶防结露涂料的隔热性能，使其防结露效果变差。
[0019]进一步的，所述无机填料至少可选自白炭黑、钛白粉、重钙粉、轻钙、煅烧高岭土、重晶石、滑石粉、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、硅藻土、海泡石粉、粉状硅酸盐类纤维中的任一种，但不限于此。
[0020]进一步的，所述助剂至少可选自消泡剂、分散剂、流平剂、增稠剂、润湿剂、成膜助剂、颜料中的任一种，但不限于此。
[0021]其中，所述消泡剂可选自但不限于壬(辛)基酚聚氧乙烯醚、皂盐、硅油、聚醚类、高级醇、矿物油、植物油中的一种或几种。
[0022]其中，所述分散剂可以是阳离子表面活性剂，如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等，也可以是阴离子表面活性剂，如仲烷基磺酸钠、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、仲烷基硫酸钠等，也可以是非离子表面活性剂，如蔗糖单月桂酸酯、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、脂肪醇聚氧乙稀醚等之中的一种或几种。
[0023]其中，所述流平剂可以是但不限于佛尔酮、二丙酮醇、纯丙烯酸流平剂、氟改性丙烯酸流平剂、磷酸酯改性丙烯酸流平剂、氟碳化合物类流平剂、有机硅流平剂中的一种或几种。
[0024]其中，所述增稠剂可以是但不限于二氧化硅、陶土、粘土、高岭土、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、水溶性高分子合成增稠剂、缔结性增稠剂中的一种或几种。
[0025]其中，所述润湿剂可以是但不限于碳氢化合物润湿剂、有机硅聚醚润湿剂、氟碳化合物润湿剂中的一种或几种。
[0026]其中，所述成膜助剂可以是但不限于醇类如苯甲醇，醇酯类如十二碳醇酯，醇醚类如乙二醇丁醚、丙二醇苯醚，醇醚酯类如己二醇丁醚醋酸酯中的一种或几种。
[0027]其中，所述颜料可以是但不限于金属的氧化物、硫化物、硫酸盐、铬酸盐、钼酸盐、偶氮颜料、酞青颜料、杂环颜料、色淀颜料、染料、荧光增白剂和荧光颜料中的一种或几种。
[0028]进一步的，所述气凝胶防结露涂料的粘度为3500mPa/s?4500mPa/s。
[0029]一种制备所述气凝胶防结露涂料的方法，其包括:至少将气凝胶粉体材料与水性粘结剂均匀混合，获得所述气凝胶防结露涂料。
[0030]进一步的，该制备方法具体还可包括:将水性粘结剂、助剂和无机填料混合预拌，再加入气凝胶粉末继续混合，直至混合均匀。
[0031 ] 本发明的制备工艺中，物料混合方法可以是球磨、机械搅拌、砂磨、三辊研磨等混合方法中的任一种或多种，且不限于此。
[0032]由所述气凝胶防结露涂料形成的防结露涂层。
[0033]进一步的，所述防结露涂层厚度为0.01?10mm，在温度为27°C，相对湿度为85%的条件下，导热系数为0.02?0.055ff/m.K，密度为0.15?0.7g/cm3。
[0034]一种装置，包含所述的气凝胶防结露涂料或所述的防结露涂层。
[0035]本发明气凝胶防结露涂料主要是利用涂料中气凝胶材料极为优异的隔热性能实现防结露，而非是基于吸湿原理，换言之，也就是通过涂层的优异隔热性能提高物体表面的温度，使之不低于湿空气的饱和温度，从而防止结露的产生。
[0036]与现有技术相比，本发明的优点包括:
[0037]I)该防结露涂料不会发生吸湿膨胀、粘附力降低的现象，提升防结露涂料的长期使用效果，降低由于吸湿膨胀所带来的安全隐患。
[0038]2)由该防结露涂料形成的防结露涂层内部基本上不含水分，可以有效的抑制霉菌等微生物的生长，使涂层不发生霉变，提高涂层的美观效果和生物安全性。
[0039]3)由该防结露涂料形成的防结露涂层不仅具有优良的防结露性能，同时也具有很好的隔热性能。在某些场合的应用，如建筑领域，除了具有防结露之外，还能够有效的起到隔热保温的作用。
【专利附图】
【附图说明】
[0040]图1为本发明实施例1中一种涂层防结露测试装置的结构示意图；
[0041]图2为本发明实施例1所制备的气凝胶防结露涂层的防结露效果的照片。
【具体实施方式】
[0042]以下结合若干较佳实施例及附图对本发明的技术方案作进一步的解释说明。
[0043]实施例1:将20g水性苯丙乳液(固含量为50% )、2g十二烷基磺酸钠、2g白炭黑使用机械搅拌器混合，搅拌速度10rpm，搅拌时间5分钟，得到均匀混合液，在此混合液中加入3.5g 二氧化硅气凝胶粉体，该粉体密度为0.07g/cc,平均粒径为50微米，比表面积在500m2/g到1200m2/g之间，搅拌速度为500rpm，搅拌时间为30分钟，可得到乳白色稳定的楽料，浆料粘度为4000mPa/s。将此气凝胶防结露涂料刷涂到所需基底表面，在室温下干燥24小时后，便可得到防结露涂层，涂层的热导率为0.045ff/m.k，密度为0.65g/cc。该涂层平整美观，与基板结合牢固，即使长时间在低温、高湿度环境中，涂层表面结露很少，且经长期使用后无膨胀、霉变现象，并保持良好隔热、保温、防结露效果。通过图1所示装置，测试温度为15°C，相对湿度为85%，七个小时后，无气凝胶涂层结露滴到量筒中的体积为14mL，相同条件下有气凝胶涂层的结露体积为4mL。
[0044]实施例2将20g水性聚氨酯乳液(固含量为35% )、3g壬基酚聚氧乙烯醚、Ig轻质碳酸钙使用机械搅拌器混合，搅拌速度10rpm，搅拌时间5分钟，得到均匀混合液，在此混合液中加入2.5g 二氧化钛气凝胶粉体，该粉体密度为0.07g/cc,平均粒径为50微米，搅拌速度为500rpm，搅拌时间为30分钟，可得到乳白色稳定的浆料，浆料粘度为3500mPa/s。将此气凝胶防结露涂料刷涂到所需基底表面，在室温下干燥24小时后，便可得到防结露涂层，涂层的热导率为0.055ff/m.k，密度为0.6g/cco该涂层平整美观，与基板结合牢固，即使长时间在低温、高湿度环境中，涂层表面结露很少，且具有抗菌防霉效果，经长期使用后无膨胀、霉变现象，并保持良好隔热、保温、防结露效果。
[0045]实施例3将20g水性纯丙乳液(固含量为50% )、3.5g十六烷基氯化吡啶、3g醇酯十二使用机械搅拌器混合，搅拌速度10rpm，搅拌时间5分钟，得到均匀混合液，在此混合液中加入5g石墨稀气凝胶粉体，该粉体密度为0.07g/cc，平均粒径为50微米，搅拌速度为500rpm，搅拌时间为30分钟，可得到乳白色稳定的浆料，浆料粘度为4500mPa/s。将此气凝胶防结露涂料喷涂到所需基底表面，在室温下干燥8小时后，便可得到防结露涂层，涂层的热导率为0.035ff/m.k，密度为0.62g/cc。该涂层平整美观，与基板结合牢固，即使长时间在低温、高湿度环境中，涂层表面结露很少，且经长期使用后无膨胀、霉变现象，并保持良好隔热、保温、防结露效果。例如，请参阅图2所示，在温度为27°C，相对湿度为85%的条件下，基底表面未被该涂层防护的区域大量结露，而有该涂层防护的区域表面完全未出现结Mo
[0046]应当理解，本发明所揭示的乃较佳实施例的一种或多种，凡是局部的变更或修饰而源于本发明的技术思想而为熟习该项技术的人所易于推知的，俱不脱离本发明的专利权范围。
【权利要求】
1.一种气凝胶防结露涂料，其特征在于包含:作为主要组分的气凝胶粉体材料和水性粘结剂，以及可选择性添加或不添加的添加剂。
2.根据权利要求1所述的气凝胶防结露涂料，其特征在于包含10?50#%气凝胶粉体材料，所述气凝胶粉体材料的密度为0.05g/ml?0.3g/ml，粒径为0.1微米?2mm，比表面为500m2/g?1200m2/g，热导率为0.01ff/m.k?0.04ff/m.k，并至少选自二氧化娃气凝胶、二氧化钛气凝胶、石墨烯气凝胶中的任一种。
3.根据权利要求1所述的气凝胶防结露涂料，其特征在于包含10?50#%水性粘结剂，所述水性粘结剂至少选自水性纯丙乳液、水性醋丙乳液、水性苯丙乳液、水性丙烯酸酯乳液、水性聚氨酯乳液、水性环氧树脂乳液、水性有机硅乳液中的任一种。
4.根据权利要求1所述的气凝胶防结露涂料，其特征在于所述添加剂包括无机填料和/或助剂。
5.根据权利要求4所述的气凝胶防结露涂料，其特征在于包含O?10wt%无机填料，所述无机填料至少选自白炭黑、钛白粉、重钙粉、轻钙、煅烧高岭土、重晶石、滑石粉、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、硅藻土、海泡石粉、粉状硅酸盐类纤维中的任一种。
6.根据权利要求4所述的气凝胶防结露涂料，其特征在于包含O?1wt%助剂，所述助剂至少选自消泡剂、分散剂、流平剂、增稠剂、润湿剂、成膜助剂、颜料中的任一种。
7.权利要求1-6中任一项所述气凝胶防结露涂料的制备方法，其特征在于包括:至少将气凝胶粉体材料与水性粘结剂均匀混合，获得所述气凝胶防结露涂料。
8.由权利要求1-6中任一项所述气凝胶防结露涂料形成的防结露涂层。
9.根据权利要求8所述的防结露涂层，其特征在于所述涂层的厚度为0.01?10mm，在温度为27°C，相对湿度为85%的条件下，导热系数为0.02?0.055ff/m.K，密度为0.15?0.7g/cm3。
10.一种装置，其特征在于包含权利要求1-6中任一项所述的气凝胶防结露涂料或权利要求8-9中任一项所述的防结露涂层。
【文档编号】C09D5/16GK104497729SQ201410771503
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月15日 优先权日:2014年12月15日
【发明者】王璇, 张格丰, 王双 申请人:苏州同玄新材料有限公司