本发明涉及保温材料技术领域，具体而言，涉及一种含气凝胶的绝热保温材料及其制备方法。
背景技术：
气凝胶涂料是最新型的绝热保温材料，绝热材料是指能阻滞热传递的材料，又称热绝缘材料，保温材料是指能降低保温体系内外热交换速度，降低温度梯度的材料，绝热保温材料一方面满足建筑空间或热工设备对热环境的要求，另一方面节约能源，许多国家将其可看做继煤炭，石油，天然气，核能之后的“第五大能源”。
以气凝胶为主材料，配以其他功能性纳米材料而制成的保温绝热涂料，以其低导热系数，宽广的耐热范围，绿色低碳友善环境，良好的阻燃性，简便的施工工艺，很快将替代传统的保温材料，成为行业的主流，它广泛应用于建筑，工农业，国防设备，装备制造，汽车工业，环境工程等国民经济各个领域，是我国目前大力推进节能减排，建筑节能和噪声污染防治，实现绿色低碳发展的优异涂料。
现有的含有气凝胶的保温材料的导热系数在常温下通常均大于0.02w/(m·k)。含有气凝胶保温材料的保温性能仍然有空间进一步提高，如何进一步提高含有气凝胶保温材料的保温性能成为新的技术问题。
鉴于此，特提出本申请。
技术实现要素：
本发明提供了一种含有气凝胶的绝热保温材料，旨在进一步提高含有气凝胶保温材料的保温性能。
本发明还提供了一种含有气凝胶的绝热保温材料的制备方法，其能制得导热系数极低，保温性能好的含有气凝胶的绝热保温材料。
本发明是这样实现的：
一种含气凝胶的绝热保温材料，其制备原料按重量份数计包括：主料65-70份、二氧化硅气凝胶粉体10-15份以及高温纤维9-12份，主料包括质量比为330-370:4-6:48-52:140-160:18-22:32-38:400的有机硅丙烯酸乳液、防水胶粉、增稠剂、碳酸钙、六钛酸钾晶须、陶瓷微珠以及水。
一种含气凝胶的绝热保温材料的制备方法，包括：将如权利要求1、5-7中任一项主料、二氧化硅气凝胶粉体以及高温纤维分别按重量份数为：65-70份、10-15份和9-12份搅拌混合。
本发明的有益效果是：本发明通过上述设计得到的含气凝胶的绝热保温材料，由于其制备原料中含有合理组成及配比的主料、高温纤维以及二氧化硅气凝胶，上述三者以合理配比相互辅助作用，能使得经上述三种原料制得的含气凝胶的绝热保温材料的导热系数极低，使得其保温性能好。
本发明通过上述设计得到的含有气凝胶的绝热保温材料的制备方法，其操作简单，能够制得导热系数低，保温性能好的含有气凝胶的绝热保温材料。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例提供一种含气凝胶的绝热保温材料及其制备方法进行具体说明。
一种含有气凝胶的绝热保温材料，其制备原料按重量份数计包括：主料65-70份、二氧化硅气凝胶粉体10-15份以及高温纤维9-12份，主料包括质量比为330-370:4-6:48-52:140-160:18-22:32-38:400的有机硅丙烯酸乳液、防水胶粉、增稠剂、碳酸钙、六钛酸钾晶须、陶瓷微珠以及水。
二氧化硅气凝胶粉体与高温纤维以及含有合适成分配比的主料以合适范围的配比混合后得到的保温材料的保温性能好，二氧化硅气凝胶粉体配以高温纤维和主料中的保温材料能使得三者的保温性能得到最大发挥从而使得由上述材料制得的绝热保温材料的保温性能好。
优选的，高温纤维选用玄武岩高温纤维，当高温纤维为玄武岩高温纤维时，能进一步增大绝热保温材料的保温性能。
优选的，制备原料按重量份数计还包括防沉剂2-6份。防沉剂是一类涂料的流变控制剂，它使涂料具有触变性，黏度大大提高。防沉剂主要包括有机膨润土、蓖麻油衍生物、聚烯烃蜡等。在本发明提供的含气凝胶的绝热保温材料的原料中加入适量的防沉剂，能够提高保温材料的黏附利于附着于基体上。
优选的，制备原料按重量份数计还包钛白粉5-10份。钛白粉的添加能够增加保温材料的白度。在本发明提供的含气凝胶的绝热保温材料的原料中加入5-10份钛白粉能保证即不影响材料的保温性能又能提高材料白度。
进一步的，主料还包括分散剂，分散剂与主要中所含水的质量之比为1.8-2.2：400。分散剂是一种在分子内同时具有亲油性和亲水性两种相反性质的界面活性剂。可均一分散那些难于溶解于液体的无机，有机颜料的固体及液体颗粒，同时也能防止颗粒的沉降和凝聚，形成安定悬浮液所需的两亲性试剂。因此加入分散剂能提高材料的分散性，有利于原料中的各种成分混合均匀。分散剂可以随意选用市售的常用分散剂，例如：脂肪酸类分散剂、脂肪族酰胺类分散剂、酯类分散剂、石蜡类分散剂以及金属皂类分散剂等等。
进一步的，主料还包括消泡剂，消泡剂与主料中所含水的质量之比为1.1-1.3：400。此消泡剂为涂料专用消泡剂。期能够降低表面张力，在保温材料生产过程个中消除已产生的泡沫或防止泡沫产生。本发明所使用的消泡剂为市售的常用消泡剂。例如：天然油脂(豆油、玉米油等)、高碳醇、聚醚类消泡剂、硅类消泡剂(常用如：二甲基硅氧烷)等等。在本发明中，采用上述量的消泡剂能达到有效防止绝热保温材料生产过程的搅拌过程中泡沫的效果。
进一步的，主料还包括防腐性，防腐剂与主料中所含水的质量之比为2.4-2.6：400。防腐剂涂料专用防腐剂。其是能抑制涂料致腐微生物，防止涂料破乳变质的一类制剂。本发明采用的防腐剂为市售的常用具有环保性能的防腐剂，例如：异噻唑啉酮衍生物(如：nordesc15杀菌防腐剂)、苯并米唑酯类(nordesepw)、道维希尔-75、1，2-苯并异噻唑啉-3-酮(bit)及其他多种防腐剂的复配混合剂。
一种含有含气凝胶的绝热保温材料的制备方法，包括：将上述主料、二氧化硅气凝胶粉体以及高温纤维分别按重量份数为：65-70份、10-15份和9-12份搅拌混合。
具体的，首先检查搅拌机是否干净并同时检查搅拌机是否能够正常运行，并按各原料配比进行备料。备料具体操作为，先准备主料，按330-370:4-6:48-52:140-160:18-22:32-38:1.8-2.2：1.1-1.3：2.4-2.6：400的有机硅丙烯酸乳液、防水胶粉、增稠剂、碳酸钙、六钛酸钾晶须、陶瓷微珠、分散剂、消泡剂、防腐剂以及水。然后按主料65-70份、二氧化硅气凝胶粉体10-15份、高温纤维9-12份、防沉剂2-6份以及钛白粉5-10份进行备料。
向搅拌机中加入主料和防沉剂。混合搅拌10min左右得到第一混合料。需要说明的是向搅拌机中加入的主料可以是混合均匀后的主料，也可以直接加入构成主料的各种原料。
然后将二氧化硅气凝胶粉体和高温纤维加入搅拌机中同第一混合料一起搅拌20min左右就对原料进行预乳化，得到第二混合料。若绝热保温材料对白度没有要求，则此时得到的第二混合料则为本发明提供的含气凝胶的绝热保温材料。
进一步的，若需要白度较高的绝热保温材料，则在得到第二混合料后，向搅拌机中加入钛白粉，搅拌10min左右既得白度较高的含气凝胶的绝热保温材料。
制备完成后出料，停机，清洗设备以备下次使用。
以下结合具体实施例对本发明提供的一种含气凝胶的绝热保温材料及其制备方法进行具体说明。
实施例1
本实施例提供了一种含气凝胶的绝热保温材料及其制备方法。
一种含气凝胶的绝热保温材料的制备方法，包括如下步骤：
备料：准备主料65kg、二氧化硅气凝胶粉体10kg以及玄武岩高温纤维9kg。主料中包括质量比为330:6:48:160:18:38:400的有机硅丙烯酸乳液、防水胶粉、增稠剂、碳酸钙、六钛酸钾晶须、陶瓷微珠以及水。
备料完成后，检查搅拌设备是否干净以及机器能否正常运行。待机器一切正常后。向搅拌机中加入上述重量的主料将主料混合搅拌10min。然后向搅拌机中加入二氧化硅气凝胶粉体和玄武岩高温纤维，混合搅拌20min。得到白度较低的含气凝胶的绝热保温材料。
实施例2
本实施例提供了一种含气凝胶的绝热保温材料及其制备方法。
一种含气凝胶的绝热保温材料的制备方法，包括如下步骤：
备料：准备主料70kg、二氧化硅气凝胶粉体15kg、玄武岩高温纤维12kg以及防沉剂5kg。主料中包括质量比为370:4:52:140:22:32:1.8：1.3：2.6：400的有机硅丙烯酸乳液、防水胶粉、增稠剂、碳酸钙、六钛酸钾晶须、陶瓷微珠、分散剂、消泡剂、防腐剂以及水。本实施例中防沉剂选用有机膨润土，分散剂选用油酸钠，消泡剂选用二甲基硅氧烷，防腐剂选用道维希尔-75、1，2-苯并异噻唑啉-3-酮。
备料完成后，检查搅拌设备是否干净以及机器能否正常运行。待机器一切正常后。向搅拌机中加入上述重量的主料和防沉剂，将主料和防沉剂混合搅拌10min。然后向搅拌机中加入二氧化硅气凝胶粉体和玄武岩高温纤维，混合搅拌20min。最后向搅拌机中加入钛白粉，混合搅拌10min，得到本实施例提供的含气凝胶的绝热保温材料。
实施例3
本实施例提供了一种含气凝胶的绝热保温材料及其制备方法。
一种含气凝胶的绝热保温材料的制备方法，包括如下步骤：
备料：准备主料68kg、二氧化硅气凝胶粉体12kg、玄武岩高温纤维10kg以及防沉剂6kg。主料中包括质量比为350:5:50:150:20:35:2：1.2：2.5：400的有机硅丙烯酸乳液、防水胶粉、增稠剂、碳酸钙、六钛酸钾晶须、陶瓷微珠、分散剂、消泡剂、防腐剂以及水。本实施例中防沉剂选用聚乙烯蜡，分散剂选用磺酸钠，消泡剂选用豆油，防腐剂选用2-乙氧基苯并咪唑-4-羧酸甲酯。
备料完成后，检查搅拌设备是否干净以及机器能否正常运行。待机器一切正常后。向搅拌机中加入上述重量的主料和防沉剂，将主料和防沉剂混合搅拌10min。然后向搅拌机中加入二氧化硅气凝胶粉体和玄武岩高温纤维，混合搅拌20min。最后向搅拌机中加入钛白粉，混合搅拌10min，得到本实施例提供的含气凝胶的绝热保温材料。
实施例4
本实施例提供了一种含气凝胶的绝热保温材料及其制备方法。
一种含气凝胶的绝热保温材料的制备方法，包括如下步骤：
备料：准备主料66kg、二氧化硅气凝胶粉体14kg、玄武岩高温纤维11kg以及防沉剂3kg。主料中包括质量比为340:3:51:145:21:34:1.9：1.2：2.5：400的有机硅丙烯酸乳液、防水胶粉、增稠剂、碳酸钙、六钛酸钾晶须、陶瓷微珠、分散剂、消泡剂、防腐剂以及水。本实施例中防沉剂选用聚丙烯蜡，分散剂选用磺酸钠，消泡剂选用玉米油，防腐剂选用nordesc15杀菌防腐剂。
备料完成后，检查搅拌设备是否干净以及机器能否正常运行。待机器一切正常后。向搅拌机中加入上述重量的主料和防沉剂，将主料和防沉剂混合搅拌10min。然后向搅拌机中加入二氧化硅气凝胶粉体和玄武岩高温纤维，混合搅拌20min。最后向搅拌机中加入钛白粉，混合搅拌10min，得到本实施例提供的含气凝胶的绝热保温材料。
实施例5
本实施例提供了一种含气凝胶的绝热保温材料及其制备方法。
一种含气凝胶的绝热保温材料的制备方法，包括如下步骤：
备料：准备主料69kg、二氧化硅气凝胶粉体11kg、玄武岩高温纤维10kg以及防沉剂4kg。主料中包括质量比为360:5:49:155:19:37:2.1：1.3：2.6：400的有机硅丙烯酸乳液、防水胶粉、增稠剂、碳酸钙、六钛酸钾晶须、陶瓷微珠、分散剂、消泡剂、防腐剂以及水。本实施例中防沉剂选用聚丙烯蜡，分散剂选用油酸钠，消泡剂选用二甲基硅氧烷，防腐剂选用nordesc15杀菌防腐剂。
备料完成后，检查搅拌设备是否干净以及机器能否正常运行。待机器一切正常后。向搅拌机中加入上述重量的主料和防沉剂，将主料和防沉剂混合搅拌10min。然后向搅拌机中加入二氧化硅气凝胶粉体和玄武岩高温纤维，混合搅拌20min。最后向搅拌机中加入钛白粉，混合搅拌10min，得到本实施例提供的含气凝胶的绝热保温材料。
对比例1
本对比例与实施例1基本相同，不同之处在于，原料中不含玄武岩高温纤维。
对比例2
本对比例与实施例1基本相同，不同之处在于，原料中玄武岩高温纤维使用量为5kg。
对比例3
本对比例与实施例1基本相同，不同之处在于，主料中有机硅丙烯酸乳液与水的质量比为250：400。
对比例4
本对比例与实施例1基本相同，不同之处在于，主料中六钛酸钾晶须与水的质量比为10：400。
试验例
根据gb/t10294-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定》测定实施例1-5以及对比例1-4得到的绝热保温材料在常温、100℃、200℃、300℃以及400℃时的导热系数，并同时测定硅酸铝、高温玻璃棉以及岩棉在上述温度值时的导热系数，记录至表1。
表1各保温材料在不同温度下的导热系数w/(m·k)
根据上表能够看出，本发明各实施例提供的含气凝胶的绝热保温材料的导热系数大大低于常规的保温性能较好的硅酸铝、高温玻璃棉以及岩棉。并且将各对比例与实施例1进行对比能够看出，实施例1提供的含气凝胶的绝热保温材料的导热系数明显低于各对比例。由此能够看出，绝热保温材料的制备原料中含有高温纤维时能显著降低，绝热保温材料的导热系数，而当高温纤维的用量在合适范围内时能进一步降低绝热保温材料的导热系数。当主料中有机硅丙烯酸乳液和六钛酸钾晶须的用量在本发明要求的范围内时能够明显降低含气凝胶的绝热保温材料的导热系数。
综上所述，本发明提供的含气凝胶的绝热保温材料，由于其制备原料中含有合理组成及配比的主料、高温纤维以及二氧化硅气凝胶，上述三者以合理配比相互辅助作用，能使得经上述三种原料制得的含气凝胶的绝热保温材料的导热系数极低，使得其保温性能好。除此之外，上述各成分制得的保温材料无色无味，涂覆后无有机毒害物，且不含重金属及其氧化物，对气凝胶和配套粉体有良好粘结强度(0.5mpa)。
本发明提供的含有气凝胶的绝热保温材料的制备方法，其操作简单，能够制得导热系数低，保温性能好的含有气凝胶的绝热保温材料。除此之外，通过本方法制得的含有气凝胶的绝热保温材料具有纳米结构，典型孔径小于50nm，骨架颗粒为1-20nm)，大比表面积(最高可达800-1000m2/g)，高孔洞率(可高达80％-90％)，是一种水性膏状单组份材料其施工方便，可批刮，可喷涂，辊涂，刷涂，可带温施工(＜80℃)以加快干燥速度，在高空作业及狭小空间作业，无需挂网及加强固定等手段就能有很好的附着力。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。