硅酸铝纳米复合保温涂料及其制备方法

专利名称：硅酸铝纳米复合保温涂料及其制备方法
技术领域：
本发明属于保温材料制备技术领域，具体涉及一种硅酸铝纳米复合保温涂料及其 制备方法。
背景技术：
水性节能涂料是一种有机挥发物含量低、生产施工安全，不易燃、无毒性的绿色涂 料，符合涂料技术的现代发展方向，社会、环境及经济效益高。因此，水性节能涂料在设备及 建筑方面的推广应用具有重要的意义。设备、建筑节能材料中因隔热保温材料使用方便、隔 热效果好及经济可行等优点而越来越受到人们的青睐，发展前景广阔，将有望促进涂料市 场及隔热材料应用领域的扩展。将纳米技术及纳米原料应用于涂料中，可以利用荷叶双蔬原理以及“零对流”等 纳米效应，提高涂料的保温隔热性、耐水性和抗霉性能。硅酸铝是一种良好的耐高温、隔热 性能好的材料，而纳米硅酸铝由于粒径小、粒径分布窄、没有沉淀分层现象，所以悬浮稳定 性好，同时可提高涂料的分散性和细度指标，使得涂料外观、光泽度、硬度和分散性都有良 好的效果。在涂料中采用纳米硅酸铝，可使涂料产生“零对流”等纳米效应，极大地降低材 料的热传递能力，可作为一种良好的隔热保温材料，弥补传统的墙体保温涂料中存在的吸 水性大、易老化、体积收缩大、容易造成产品后期强度低和空鼓开裂降低保温涂料性能等现 象，同时又弥补了聚苯颗粒保温涂料易燃，防火性差高温产生有害气体和耐侯低，反弹性大 等缺陷。另外，成型稳固、粘结力强、施工方便快，可有效缩短工期，并且不受被保温体几何 形状的限制，特别适用于建筑物的内、外墙保温，各种设备，如中央空调下送风系统及异型 表面保温，可杜绝传统材料缝隙泄露而损失能量，构成整体密封。目前，大部分设备及建筑物保温涂料中起保温作用的主要是泡沫塑料、膨胀珍 珠岩和空心微珠等成分，利用颗粒内部的孔隙与颗粒之间的空隙，阻止热流的传递和辐 射传热，并取得了一定的保温效果。但是随着国家对设备及建筑物的节能要求，仅靠上 述几种材料明显不能满足需求。中国发明专利“一种粉状复合保温涂料”(专利申请号 200810230718. 4)主要是以微米级的氧化硅、氧化镁、氧化铝为原料，原料需要粉碎研磨， 生产过程较复杂。中国发明专利“复合硅酸盐隔热保温涂料及其生产方法”(专利号 87102864)采用的原料主要是含水的硅酸镁铝的纤维状材料。也有人加入纳米组分的方法 来提高涂料的质量，如专利号为03118030. 2的发明专利，就以纯丙乳液为基料，加入纳米 级的氧化锌、氧化硅及氧化钛等，虽然具有较好的耐洗刷性能、抗菌自洁功能，但是保温隔 热效果较差，生产过程也较复杂。

发明内容
本发明的目的是通过选取成膜性能良好的基料，科学的选择合理的助剂和填料， 并对原料组分进行优化设计，引入功能性纳米组分，提供一种生产工艺简单，纳米组分与乳 液、助剂和填料组分具有良好的相容性、分散性和稳定性，并具有良好的保温隔热性、耐洗
3刷性及抗菌自洁功能的硅酸铝纳米复合保温涂料及其制备方法。在建筑材料的表面涂抹 一层厚度低于Imm的涂料，相对于未涂抹涂料的建筑材料，在100°C时，其导热系数可降低 0. 07ff/m · K。本发明所提供的硅酸铝纳米复合保温涂料的组成及其质量百分比如下纳米硅酸铝10-40%、醋丙乳液或苯丙乳液15-30%、水30_50%、纳米二氧化硅 2-6 %、纳米氧化铝2-6 %、纳米氧化锌2-5 %、纳米钛白粉2-5 %、成膜助剂0. 1_2 %、消泡剂 0. 1_2%、润湿分散剂0. 1-2%、防冻剂0. 5-2%、流平剂0. 1_2%。本发明的硅酸铝纳米复合保温涂料的制备方法如下在低速搅拌下先将水、纳米硅酸铝、润湿分散剂、一半消泡剂高速搅拌1-3小时， 使之充分分散，在搅拌下加入无机纳米粉体纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化锌、纳米 钛白粉，在多功能分散机上高速搅拌1-3小时，通过高速剪切将其分散均勻。然后在低搅拌 速度下缓慢滴加乳液，随后加入剩余的消泡剂、成膜助剂、防冻剂、流平剂低速搅拌3-10小 时，最后装罐即得涂料成品。本发明所述无机纳米粉体纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化锌、纳米钛白粉 的尺寸低于100纳米。本发明所述醋丙乳液或苯丙乳液的固含量大于40%、小于60%，最低成膜温度 1-10°C。本发明所述润湿分散剂为10%的六偏磷酸钠水溶液。本发明所述成膜助剂为2，2，4_三甲基-1.3戊二醇单丁酸酯。本发明所述防冻剂为乙二醇。本发明所述消泡剂为磷酸三丁酯。本发明所述流平剂为聚氨酯。本发明所述制备过程采用多功能分散机搅拌。本发明通过选择合理的功能纳米组分及填料，以纳米硅酸铝为基础纳米原料，对 纳米组分进行成分优化设计，采用多功能分散机对纳米组分进行长时间的分散处理，可以 保证纳米组分的充分分散，可使涂料中的纳米组分与乳液、助剂及填料具有很好的相容性 和稳定性。除了加入具有较好隔热保温性能的纳米硅酸铝外，还设计加入多种功能性的纳 米组分，可以发挥出各纳米组分的协同作用和性能互补，减弱或避免了单一组分引起的不 足，提高了涂料的保温隔热特性、耐洗刷性及抗菌自洁性等综合性能。本发明的制备过程简 单、所用原料都是常用、已批量生产的纳米氧化物，原料来源丰富，原料及制备过程均对环 境无污染，符合环保要求的现代工业的发展方向，可实现硅酸铝纳米复合保温涂料的低成 本批量化制备，是一种高性能和多功能的绿色保温环保型涂料。


图1为本发明制备的硅酸铝纳米复合保温涂料的XRD衍射图谱。经检索，可知本发明制备的硅酸铝纳米复合保温涂料由多种物相构成，主要包 括三斜结构的硅酸铝(JCPDS卡，卡号25-0021)、菱形结构的氧化铝(JCPDS卡，卡号 46-1212)、斜方结构的二氧化硅(JCPDS卡，卡号42_1401)、四方结构的二氧化钛(JCPDS 卡，卡号65-1118)、六方结构的氧化锌(JCPDS卡，卡号36_1451)。
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图2为本发明制备的苯丙乳液硅酸铝纳米复合保温涂料的SEM图像。从图2 (a)可看出苯丙乳液硅酸铝纳米复合保温涂料的表面致密，更高倍数的SEM 图像(图2(b))显示颗粒尺寸为纳米级。图3为本发明制备的醋丙乳液硅酸铝纳米复合保温涂料的SEM图像。从图3(a)可看出类似于苯丙乳液硅酸铝纳米复合保温涂料，醋丙乳液硅酸铝纳 米保温涂料的表面致密，更高倍数的SEM图像(图3(b))显示颗粒的尺寸为纳米级。
具体实施例方式实施例1 确定硅酸铝纳米复合保温涂料的质量百分比组成如下纳米硅酸铝 15%,醋丙乳液25%、水41 %、纳米二氧化硅6%、纳米氧化铝3%、纳米氧化锌3%、纳米氧 化钛3%、成膜助剂0.5%、消泡剂1%、润湿分散剂1%、防冻剂1%、流平剂0.5%。制备 过程如下在低速搅拌下先将水、纳米硅酸铝、润湿分散剂、一半消泡剂高速搅拌2小时，使 之充分分散，在搅拌下加入其他无机纳米粉体，在多功能分散机上高速搅拌3小时，通过高 速剪切将其分散均勻。然后在低搅拌速度下缓慢滴加乳液，随后加入剩余的消泡剂、成膜助 剂、防冻剂、流平剂低速搅拌3小时，最后装罐即得涂料成品。实施例2 确定硅酸铝纳米复合保温涂料的质量百分比组成如下纳米硅酸铝 20 %、苯丙乳液25 %、水38 %、纳米二氧化硅5 %、纳米氧化铝2 %、纳米氧化锌3 %、纳米氧 化钛3%、成膜助剂0.5%、消泡剂1%、润湿分散剂1%、防冻剂1%、流平剂0.5%。制备 过程如下在低速搅拌下先将水、纳米硅酸铝、润湿分散剂、一半消泡剂高速搅拌2小时，使 之充分分散，在搅拌下加入其他无机纳米粉体，在多功能分散机上高速搅拌2小时，通过高 速剪切将其分散均勻。然后在低搅拌速度下缓慢滴加乳液，随后加入剩余的消泡剂、成膜助 剂、防冻剂、流平剂低速搅拌4小时，最后装罐即得涂料成品。实施例3 纳米硅酸铝25%、醋丙乳液23%、水38%、纳米二氧化硅4%、纳米氧化 铝2 %、纳米氧化锌2 %、纳米氧化钛2%、成膜助剂0.5%、消泡剂1 %、润湿分散剂1 %、防 冻剂1%、流平剂0. 5%。制备过程如下在低速搅拌下先将水、纳米硅酸铝、润湿分散剂、一 半消泡剂高速搅拌2小时，使之充分分散，在搅拌下加入其他无机纳米粉体，在多功能分散 机上高速搅拌3小时，通过高速剪切将其分散均勻。然后在低搅拌速度下缓慢滴加乳液，随 后加入剩余的消泡剂、成膜助剂、防冻剂、流平剂低速搅拌6小时，最后装罐即得涂料成品。实施例4 纳米硅酸铝10 %、苯丙乳液25%、水42%、纳米二氧化硅5%、纳米氧化 铝4 %、纳米氧化锌5 %、纳米氧化钛5 %、成膜助剂0.5%、消泡剂1 %、润湿分散剂1 %、防 冻剂1%、流平剂0. 5%。制备过程如下在低速搅拌下先将水、纳米硅酸铝、润湿分散剂、一 半消泡剂高速搅拌2小时，使之充分分散，在搅拌下加入其他无机纳米粉体，在多功能分散 机上高速搅拌2小时，通过高速剪切将其分散均勻。然后在低搅拌速度下缓慢滴加乳液，随 后加入剩余的消泡剂、成膜助剂、防冻剂、流平剂低速搅拌8小时，最后装罐即得涂料成品。实施例5 纳米硅酸铝30%、苯丙乳液18%、水40%、纳米二氧化硅2%、纳米氧化 铝2 %、纳米氧化锌2 %、纳米氧化钛2%、成膜助剂0.5%、消泡剂1 %、润湿分散剂1 %、防 冻剂1%、流平剂0. 5%。制备过程如下在低速搅拌下先将水、纳米硅酸铝、润湿分散剂、 一半消泡剂高速搅拌1小时，使之充分分散，在搅拌下加入其他无机纳米粉体，在多功能分 散机上高速搅拌2小时，通过高速剪切将其分散均勻。然后在低搅拌速度下缓慢滴加乳液，随后加入剩余的消泡剂、成膜助剂、防冻剂、流平剂低速搅拌10小时，最后装罐即得涂料成
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权利要求
硅酸铝纳米复合保温涂料，其特征在于该硅酸铝纳米复合保温涂料的组分及质量百分比如下纳米硅酸铝10 40％、醋丙乳液或苯丙乳液15 30％、水30 50％、纳米二氧化硅2 6％、纳米氧化铝2 6％、纳米氧化锌2 5％、纳米氧化钛或钛白粉2 5％、成膜助剂0.1 2％、消泡剂0.1 2％、润湿分散剂0.1 2％、防冻剂0.5 2％、流平剂0.1 2％。
2.如权利要求1所述硅酸铝纳米复合保温涂料的制备方法，其特征在于该制备方法具 体如下在低速搅拌下先将水、纳米硅酸铝、润湿分散剂、一半消泡剂高速搅拌1-3小时，使之 充分分散，在搅拌下加入无机纳米粉体纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化锌、纳米钛白 粉，在多功能分散机上高速搅拌1-3小时，通过高速剪切将其分散均勻，然后在低搅拌速度 下缓慢滴加乳液，随后加入剩余的消泡剂、成膜助剂、防冻剂、流平剂，低速搅拌3-10小时， 最后装罐即得涂料成品。
3.根据权利要求1所述硅酸铝纳米复合保温涂料，其特征在于所述醋丙乳液或苯丙乳 液的固含量大于40%、小于60%，最低成膜温度1-10°C。
4.根据权利要求1所述硅酸铝纳米复合保温涂料，其特征在于所述纳米二氧化硅、纳 米氧化铝、纳米氧化锌、纳米钛白粉的尺寸低于100纳米。
5.根据权利要求1所述硅酸铝纳米复合保温涂料，其特征在于所述润湿分散剂为10% 的六偏磷酸钠水溶液。
6.根据权利要求1所述硅酸铝纳米复合保温涂料，其特征在于所述成膜助剂为2，2， 4-三甲基-1. 3戊二醇单丁酸酯。
7.根据权利要求1所述硅酸铝纳米复合保温涂料及其制备方法，其特征在于所述防 冻剂为乙二醇。
8.根据权利要求1所述硅酸铝纳米复合保温涂料，其特征在于所述消泡剂为磷酸三丁
9.根据权利要求1所述硅酸铝纳米复合保温涂料，其特征在于所述流平剂为聚氨酯。
全文摘要
本发明公开了一种硅酸铝纳米复合保温涂料及其制备方法。其组成如下纳米硅酸铝10-40％、醋丙乳液或苯丙乳液15-30％、水30-50％、纳米二氧化硅2-6％、纳米氧化铝2-6％、纳米氧化锌2-5％、纳米氧化钛或钛白粉2-5％、成膜助剂0.1-2％、消泡剂0.1-2％、润湿分散剂0.1-2％、防冻剂0.5-2％、流平剂0.1-2％。其制备方法在低速搅拌下先将水、纳米硅酸铝、润湿分散剂、一半消泡剂高速搅拌，使之充分分散，在搅拌下加入其他无机纳米粉体，在多功能分散机上高速搅拌，然后在低搅拌速度下缓慢滴加乳液，随后加入剩余的消泡剂、成膜助剂、防冻剂、流平剂低速搅拌最后装罐即得涂料成品。在建筑材料的表面涂抹一层厚度低于1mm的涂料，相对于未涂抹涂料的建筑材料，在100℃时，其导热系数可降低0.07W/m·K。
文档编号C09D125/14GK101948651SQ20101028826
公开日2011年1月19日 申请日期2010年9月17日 优先权日2010年9月17日
发明者乔军, 尹万云, 张千峰, 裴立宅, 金仁才, 陈均, 陶新秀 申请人:中国十七冶集团有限公司