一种水性二氧化硅浆料的制备及应用的制作方法

1.本发明涉及保温材料领域，尤其涉及一种水性二氧化硅浆料的制备及应用。


背景技术：

2.二氧化硅气凝胶是一种高分散固态三维纳米材料，是目前已知导热系数最低的固体材料，其导热系数在0.013
‑
0.016w/m
·
k范围内，比相应的无机绝缘材料低2
‑
3个数量级。其微观结构呈现三维多孔结构，纳米孔径小于50nm，孔隙率高达99.8％，表面积在800
‑
1000m2/g范围内，这些特性使其能够有效地阻断热量的热对流，热传导和热辐射的传递。
3.亲水型二氧化硅在水中分散时，水会进入二氧化硅三维孔道结构。在其干燥过程中，水挥发会导致其内部的三维孔道坍塌和结构破坏，降低其保温效果，限制在水性保温涂料中的应用。疏水型二氧化硅高达99％憎水率，抑制对水的吸附，减少在水的表面张力作用下引起的孔道坍塌和结构破坏。而如何解决疏水型二氧化硅在水中均匀稳定分散成为制备水性保温涂料的关键。
4.目前采用表面物理改性方法，主要是表面活性剂和分散剂分散法。
5.其中，表面活性剂中包含亲水性官能团和亲油性官能团，在水介质中分散时，表面活性剂亲油官能团吸附在疏水气凝胶表面，而亲水官能团与水相容，形成水包油结构均匀分散。但是利用物理方法，制备气凝胶浆料的稳定存储周期不长。
6.分散剂分散是通过分散剂的表面活性改变气凝胶的表面电荷分布从而达到良好的分散。但对其加入量需要严格的控制，过多或者过少都会阻碍气凝胶的分散甚至会出现絮凝。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供水性二氧化硅浆料的制备及应用，利用改性剂和气凝胶进行化学反应，在疏水二氧化硅气凝胶表面引入部分亲水官能团，从而实现在水中均匀分散的目的。
8.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
9.一种水性二氧化硅浆料的制备方法，包括以下步骤：
10.1)将疏水二氧化硅气凝胶预处理：在80
‑
250℃下焙烧1
‑
3h，以在疏水二氧化硅气凝胶表面引入羟基官能团；
11.2)将表面活性剂加入水中，在60
‑
80℃下加热搅拌溶解；
12.3)将步骤1)焙烧后的疏水二氧化硅气凝胶加入步骤2)溶有表面活性剂的水中，在60
‑
80℃下加热反应制备水性二氧化硅气凝胶浆料。
13.所述焙烧的气氛为氧气、空气、氧气/氮气混合气氛。
14.所述焙烧的气氛，气体流量为50
‑
100ml/min。
15.所述水性二氧化硅浆料的应用，用于制备水性保温涂料。
16.所述水性保温涂料的原料还包括水性弹性丙烯酸乳液、膨胀珍珠岩和二氧化钛。
17.所述水性保温涂料的原料还包括成膜助剂、防腐剂、抗冻剂、矿物油消泡剂和聚氨酯类增稠剂。
18.所述水性保温涂料的制备方法如下：首先在容器中加入水性弹性丙烯酸乳液并搅拌，在持续搅拌中依次加入水性二氧化硅气凝胶浆料、水性有机硅抑泡剂，然后加入膨胀珍珠岩和二氧化钛，最后再加入成膜助剂、防腐剂、抗冻剂、矿物油消泡剂、聚氨酯类增稠剂。
19.相对于现有技术，本发明技术方案取得的有益效果是：
20.本发明采用气凝胶的表面化学改性，利用改性剂和气凝胶进行化学反应，在疏水二氧化硅气凝胶表面引入部分亲水官能团，从而实现在水中均匀分散。其制备过程简单易操作，成本低，有效延长制备水性二氧化硅浆料储存周期，同时制备浆料具有极低的导热系数。
21.本发明利用化学改性后水性气凝胶浆料，制备低导热系数的水性保温涂料，可广泛应用于建筑，石油管道和冶炼锅炉等领域隔热保温，有效降低过程中能耗，是实现碳中和目标的有效手段之一。
附图说明
22.图1为本发明制备的水性二氧化硅浆料图；
23.图2为水性二氧化硅浆料在水中分散图。
具体实施方式
24.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明做进一步详细说明。
25.本发明首先将疏水二氧化硅表面通过在氧气气氛下加热引入一定的羟基官能团；然后添加表面活性剂，其一端官能团和羟基发生化学反应，另一端或者支链含较多的亲水官能团，在加热下发生反应，以此制备水性二氧化硅浆料。
26.实施例1
27.本实施例一种水性二氧化硅浆料的制备方法如下：
28.1)取20g 300目疏水二氧化硅气凝胶预处理：在100℃，50ml/min，氧气/氮气混合气氛中，焙烧1h；
29.2)取0.2g非离子表面活性剂加入水中，在60℃，500r/min，加热搅拌溶解；
30.3)取步骤1)焙烧后的疏水二氧化硅气凝胶加入步骤2)中溶有非离子表面活性剂的水中，在60℃，500r/min，加热反应制备膏状的水性二氧化硅气凝胶浆料(见图1).
31.如图2所示，水性二氧化硅气凝胶浆料在水中分散效果很好。对本实施例制备的水性二氧化硅浆料进行性能测试，导热系数为0.025w/m
·
k。
32.见表1，为本实施例水性保温涂料的配方组成，其制备方法如下：
33.1)取50g水性弹性丙烯酸乳液，500r/min，搅拌10min；
34.2)取10g水性二氧化硅气凝胶浆料，500r/min，搅拌10min；
35.3)取0.5g水性有机硅抑泡剂，500r/min，搅拌5min；
36.4)取15g膨胀珍珠岩和10g二氧化钛，1000r/min，搅拌10min；
37.5)依次添加0.5g成膜助剂、0.3g防腐剂、0.7g抗冻剂、0.5g矿物油消泡剂、0.5g聚
氨酯类增稠剂，1000r/min，搅拌5min，即制得水性保温涂料。
38.对本实施例制备的水性保温涂料进行性能测试，导热系数为0.028w/m
·
k
39.表1水性保温涂料配方组成和含量
[0040][0041][0042]
本发明采用气凝胶的表面化学改性，利用改性剂和气凝胶进行化学反应，在疏水二氧化硅气凝胶表面引入部分亲水官能团，从而实现在水中均匀分散。其制备过程简单易操作，成本低，有效延长制备水性二氧化硅浆料储存周期，同时制备浆料具有极低的导热系数。
[0043]
本发明利用化学改性后水性气凝胶浆料，制备低导热系数的水性保温涂料，可广泛应用于建筑，石油管道和冶炼锅炉等领域隔热保温，有效降低过程中能耗，是实现碳中和目标的有效手段之一。


技术特征：
1.一种水性二氧化硅浆料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)将疏水二氧化硅气凝胶预处理：在80
‑
250℃下焙烧1
‑
3h，以在疏水二氧化硅气凝胶表面引入羟基官能团；2)将表面活性剂加入水中，在60
‑
80℃下加热搅拌溶解；3)将步骤1)焙烧后的疏水二氧化硅气凝胶加入步骤2)溶有表面活性剂的水中，在60
‑
80℃下加热反应制备水性二氧化硅气凝胶浆料。2.如权利要求1所述的一种水性二氧化硅浆料的制备方法，其特征在于：所述焙烧的气氛为氧气、空气、氧气/氮气混合气氛。3.如权利要求2所述的一种水性二氧化硅浆料的制备方法，其特征在于：所述焙烧的气氛，气体流量为50
‑
100ml/min。4.权利要求1～3任一项所述的一种水性二氧化硅浆料的应用，其特征在于：用于制备水性保温涂料。5.如权利要求4所述的应用，其特征在于：所述水性保温涂料的原料还包括水性弹性丙烯酸乳液、膨胀珍珠岩和二氧化钛。6.如权利要求5所述的应用，其特征在于：所述水性保温涂料的原料还包括成膜助剂、防腐剂、抗冻剂、矿物油消泡剂和聚氨酯类增稠剂。7.如权利要求6所述的应用，其特征在于所述水性保温涂料的制备方法如下：首先在容器中加入水性弹性丙烯酸乳液并搅拌，在持续搅拌中依次加入水性二氧化硅气凝胶浆料、水性有机硅抑泡剂，然后加入膨胀珍珠岩和二氧化钛，最后再加入成膜助剂、防腐剂、抗冻剂、矿物油消泡剂、聚氨酯类增稠剂。

技术总结
一种水性二氧化硅浆料的制备及应用，涉及保温材料领域，包括以下步骤：1)将疏水二氧化硅气凝胶预处理：在80


技术研发人员：臧丽 唐振辰 张润泽 许凯凯
受保护的技术使用者：福建蓝烟新材料有限公司
技术研发日：2021.07.09
技术公布日：2021/9/9