一种功能化气凝胶隔热涂料及其制备方法与流程

本发明涉及隔热涂料领域，尤其涉及一种功能化气凝胶隔热涂料及其制备方法。

背景技术：

随着5g时代的来临，消费类电子产品的功耗越来越大，随之产热相应的也越来越多。从电子产品的稳定性，安全性以及使用寿命等角度出发，高功耗电子产品必须进行相应的导热散热处理。为了避免温度对产品中的某些重要元件产生干扰或者对使用者造成伤害，在热设计上，通常会用到定向导热散热设计，其中隔热材料扮演着重要的角色。

目前常用的隔热材料分为三类：多孔材料，热反射材料和真空材料。多孔材料由于内部具备众多空隙，空隙中含有惰性气体或空气，使得热导率很低，如泡沫材料，多孔材料。热反射材料具备很高的反射系数，可以把入射的热量反射出去，从而达到热辐射屏蔽的效果，如金、银、镍、铝箔或镀金属的聚酯、聚酰亚胺薄膜等。真空材料是利用内部的真空来隔绝对流从而隔热，如真空隔热板等。

但是，这些隔热材料功能单一，而为了应对电磁干扰的日益增强以及其他特殊使用环境，功能化的隔热材料具有广阔的前景。

因此本发明专利发明人，针对上述技术问题，旨在发明一种功能化气凝胶隔热涂料及其制备方法。

技术实现要素：

为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种功能化气凝胶隔热涂料及其制备方法。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种功能化气凝胶隔热涂料，包括：二氧化硅气凝胶、粘结剂和助剂，还包括填料和基材中的至少一种。

优选地，所述二氧化硅气凝胶为疏水性二氧化硅气凝胶。常规的二氧化硅气凝胶为亲水性的，疏水性的二氧化硅气凝胶为改性的产物。二氧化硅气凝胶需要选用疏水的，并视分散情况，考虑在使用前进行表面亲水活化便于在水性体系中分散。

优选地，所述粘结剂为水性聚氨酯、水性丙烯酸树脂、聚二甲基硅氧烷中的至少一种。水性聚氨酯等水性树脂选用成膜柔韧，水性分散的型号，聚二甲基硅氧烷使用导热系数低且成膜柔韧的型号。

优选地，所述填料为功能化填料，且所述功能化填料为电磁屏蔽填料、吸波填料、隔热补充填料中的至少一种。电磁屏蔽填料，如高导电粉体(石墨粉，铜粉，银粉等)，导电聚合物(pedot:pss等)；吸波填料，如磁性粉体(镍粉，高磁导率合金等)，高分子吸波材料，如手性分子等；隔热补充填料，如二氧化钛，氧化锡锑等。

优选地，所述基材为功能化基材。功能化基材包括但限于导电pi，吸波贴片。

优选地，所述助剂为流平剂、消泡剂、分散剂、润滑剂中的至少一种。

优选地，功能化气凝胶隔热涂时，使用刷涂或者涂布的方法，涂敷在产品表面，厚度在0.5-1mm。

一种功能化气凝胶隔热涂料的制备方法，包括如下步骤：

第一，将二氧化硅气凝胶亲水活化，增加其在水性体系里的分散性；

第二，将水性粘结剂，助剂搅拌混合，超声分散；

第三，将第一步中的二氧化硅气凝胶和功能性填料混合均匀；

第四，将第三步和第四步的物料搅拌混合均匀；

第五，将第四步所得浆料加入适当消泡剂继续搅拌，然后使用涂布机在基材上涂布0.5mm的涂层。

第六，在涂层表面附上保护胶，并进行固化干燥，进行保存。通过固化干燥，涂布后室温干燥即可，也可以40-60℃鼓风干燥，能增加表面强度，防止开裂，掉粉现象，并进行收卷保存。

利用油性分散体系的功能化气凝胶隔热涂料的制备方法，包括如下步骤：

第一，将聚二甲基硅氧烷与固化剂混合均匀；

第二，使用乙酸乙酯对第一步的物料进行稀释，并进行超声分散；

第三，将二氧化硅气凝胶和填料混合均匀；

第四，将第三步和第二步的物料进行搅拌并混合均匀；

第五，将第四步所得浆料使用涂布机在基材上涂布0.8mm厚的涂层。

第六，在涂层表面附上保护胶，并进行固化干燥，进行保存。通过固化后获得表面强度，防止开裂，掉粉现象，并进行收卷保存。

本发明一种功能化气凝胶隔热涂料的有益效果是，此产品属于多孔隔热材料，是以二氧化硅气凝胶为隔热主体材料，结合功能化填料或功能化基材，粘结剂，助剂，形成的具备电磁屏蔽效果，防静电等功能，防腐耐湿，绿色环保的新型隔热材料，可以在隔热的基础上提供一些额外的功能支持，因此本功能化气凝胶隔热涂料有较大前景，此功能化气凝胶隔热涂料兼顾了电磁兼容，防静电等特性，使用局限性小，并可满足多种需求；同时吸波改性的气凝胶隔热涂料可以做到电磁及红外隐身，有望应用于帐篷布等军工设备。

一种功能化气凝胶隔热涂料的制备方法的有益效果是，利用此方法，使得功能化气凝胶隔热涂料的制备过程简单环保，无毒无害；而且功能化气凝胶隔热涂料表面柔韧，有一点弹性，且不掉粉。

第二种针对油性分散体系的功能化气凝胶隔热涂料的制备方法的有益效果是，制备方法简单环保，全过程无毒无害，而且得到的涂层的表面柔韧，且不掉粉，也能附加更多的性能。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图。

图2为实施例2的结构示意图。

图3为实施例3的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参见附图1-3所示，本实施例中的一种功能化气凝胶隔热涂料，包括：二氧化硅气凝胶、粘结剂和助剂，还包括填料和基材中的至少一种。

二氧化硅气凝胶为疏水性二氧化硅气凝胶。常规的二氧化硅气凝胶为亲水性的，疏水性的二氧化硅气凝胶为改性的产物。二氧化硅气凝胶需要选用疏水的，并视分散情况，考虑在使用前进行表面亲水活化便于在水性体系中分散。

粘结剂为水性聚氨酯、水性丙烯酸树脂、聚二甲基硅氧烷中的至少一种。水性聚氨酯等水性树脂选用成膜柔韧，水性分散的型号，聚二甲基硅氧烷使用导热系数低且成膜柔韧的型号。

填料为功能化填料，且功能化填料为电磁屏蔽填料、吸波填料、隔热补充填料中的至少一种。电磁屏蔽填料，如高导电粉体(石墨粉，铜粉，银粉等)，导电聚合物(pedot:pss等)；吸波填料，如磁性粉体(镍粉，高磁导率合金等)，高分子吸波材料，如手性分子等；隔热补充填料，如二氧化钛，氧化锡锑等。

基材为功能化基材。功能化基材包括但限于导电pi，吸波贴片。

助剂为流平剂、消泡剂、分散剂、润滑剂中的至少一种。

功能化气凝胶隔热涂时，使用刷涂或者涂布的方法，涂敷在产品表面，厚度在0.5-1mm。

一种功能化气凝胶隔热涂料的制备方法，包括如下步骤：

第一，将二氧化硅气凝胶亲水活化，增加其在水性体系里的分散性；

第二，将水性粘结剂，助剂搅拌混合，超声分散；

第三，将第一步中的二氧化硅气凝胶和功能性填料混合均匀；

第四，将第三步和第四步的物料搅拌混合均匀；

第五，将第四步所得浆料加入适当消泡剂继续搅拌，然后使用涂布机在基材上涂布0.5mm的涂层。

第六，在涂层表面附上保护胶，并进行固化干燥，进行保存。通过固化干燥，涂布后室温干燥即可，也可以40-60℃鼓风干燥，能增加表面强度，防止开裂，掉粉现象，并进行收卷保存。

利用油性分散体系的功能化气凝胶隔热涂料的制备方法，包括如下步骤：

第一，将聚二甲基硅氧烷与固化剂混合均匀；

第二，使用乙酸乙酯对第一步的物料进行稀释，并进行超声分散；

第三，将二氧化硅气凝胶和填料混合均匀；

第四，将第三步和第二步的物料进行搅拌并混合均匀；

第五，将第四步所得浆料使用涂布机在基材上涂布0.8mm厚的涂层。

第六，在涂层表面附上保护胶，并进行固化干燥，进行保存。通过固化后获得表面强度，防止开裂，掉粉现象，并进行收卷保存。

本发明一种功能化气凝胶隔热涂料的有益效果是，此产品属于多孔隔热材料，是以二氧化硅气凝胶为隔热主体材料，结合功能化填料或功能化基材，粘结剂，助剂，形成的具备电磁屏蔽效果，防静电等功能，防腐耐湿，绿色环保的新型隔热材料，可以在隔热的基础上提供一些额外的功能支持，因此本功能化气凝胶隔热涂料有较大前景，此功能化气凝胶隔热涂料兼顾了电磁兼容，防静电等特性，使用局限性小，并可满足多种需求；同时吸波改性的气凝胶隔热涂料可以做到电磁及红外隐身，有望应用于帐篷布等军工设备。

一种功能化气凝胶隔热涂料的制备方法的有益效果是，利用此方法，使得功能化气凝胶隔热涂料的制备过程简单环保，无毒无害；而且功能化气凝胶隔热涂料表面柔韧，有一点弹性，且不掉粉。

第二种针对油性分散体系的功能化气凝胶隔热涂料的制备方法的有益效果是，制备方法简单环保，全过程无毒无害，而且得到的涂层的表面柔韧，且不掉粉，也能附加更多的性能。

该功能化气凝胶隔热涂料合成流程绿色环保，无毒无害。与传统隔热涂料相比，本发明的功能化气凝胶隔热涂料兼顾了电磁屏蔽等特性，根据需求不同可选用绝缘，防静电，导电类型。功能化隔热涂料可使用于墙体隔热及电磁屏蔽，外壳隔热及电磁屏蔽，帐篷隔热及电磁屏蔽等，有较大前景。

实施例一

称取改性的疏水性二氧化硅气凝胶粉末10g，水性聚氨酯50g，分散剂、流平剂各0.5g。将上述材料加入0.5g消泡剂均匀混合，并进行超声分散，完成之后再添加0.5g消泡剂搅拌均匀。将膏状涂料使用刮涂机在镀锡导电pi的pi面涂布一层0.5mm厚的气凝胶膏体，使用30摄氏度微风风干10min后，在表面喷涂一层保护胶0.01mm厚，之后常温固化成膜。结果参见附图1，11为保护胶，12为二氧化硅气凝胶-聚氨酯隔热层，13为镀锡导电pi，14为镀锡面；并进行测试，得到：导热系数0.04w/(m*k)，表面电阻(镀锡面)小于0.03ω/sq，屏蔽效能大于75db(10mhz-3ghz)。

实施例二

称取疏水性二氧化硅气凝胶粉末10g，聚二甲基硅氧烷10g，硅烷固化剂1g，乙酸乙酯30g。将聚二甲基硅氧烷，硅烷固化剂混合均匀，除气泡3min，与乙酸乙酯稀释(乙酸乙酯为稀释剂)，超声分散5min，除气泡3min。将疏水性二氧化硅气凝胶粉末加入均匀混合，超声分散。使用刮涂机在氟素离型膜的氟素面刮涂一层0.01mm的保护胶，再将镀锡导电pi的pi面涂布一层0.8mm厚的气凝胶膏体。将两者贴合紧密，60摄氏度固化2h后，撕去氟素离型膜，继续在40摄氏度固化成膜。结果参见附图2，21为保护胶，22为二氧化硅气凝胶-聚二甲基硅氧烷隔热层，23为镀锡导电pi，24为镀锡面；并对其进行测试，得到：导热系数0.034w/(m*k)，表面电阻(镀锡面)小于0.03ω/sq，屏蔽效能大于75db(10mhz-3ghz)。

实施例三

称取疏水性二氧化硅气凝胶粉末10g，聚二甲基硅氧烷10g，硅烷固化剂1g，乙酸乙酯30g，磁性纳米颗粒7g。将聚二甲基硅氧烷，硅烷固化剂混合均匀，除气泡3min，与乙酸乙酯稀释，超声分散5min，除气泡3min。将疏水二氧化硅气凝胶粉末，磁性纳米颗粒(作为功能化填料)加入均匀混合，超声分散。使用刮涂机在氟素离型膜的氟素面刮涂一层0.01mm的保护胶，再将镀锡导电pi的pi面涂布一层0.8mm厚的气凝胶膏体。将两者贴合紧密，60摄氏度固化2h后，撕去氟素离型膜，继续在40摄氏度固化成膜。结果参见附图3，31为保护胶，32为二氧化硅气凝胶-磁性吸波隔热层，33为镀锡导电pi，34为镀锡面；并对其进行测试，得到：导热系数0.042w/(m*k)，表面电阻(镀锡面)小于0.03ω/sq，屏蔽效能大于80db(10mhz-3ghz)，反射损耗峰值大于20db。

通过三个实施例，可知，产品可通过增加功能化填料，具备抗静电或者绝缘，电磁屏蔽，吸波等功能特性，例如实施例三种通过增加磁性纳米颗粒，额外增加了反射损耗这一磁性吸波特征；而且整体的导热系数低于0.04wm^-1k^-1；虽然实施例三的导热系数略高，但是仅为0.002，在误差范围之内，而且产品工作温度-50℃-200℃；具备防潮，耐腐蚀，耐磨，环保等优良特性。可应用于电子设备外壳及墙体的隔热，电磁防护，红外及电磁隐身处理。

即疏水性二氧化硅气凝胶具备多孔结构，使得材料具有极低的导热系数，而额外添加的二氧化钛(功能性填料)作为红外遮光剂明显地阻碍了红外辐射的传导，使得材料不易受到红外辐射的加热，从而进一步提升了材料整体的隔热效果。高磁导率的纳米磁性填料可以提供一定的吸波效果，而导电聚合物作为添加剂除了电磁屏蔽效果外，通过调整体积电阻，可使材料具备抗静电特性。功能化气凝胶隔热涂料在满足低导热率隔热的前提下，还具备以上特性，应用多样，前景广阔。

以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。