本发明涉及一种气凝胶复合隔热涂料及其制备方法，该涂料具有良好的隔热性能、具有高反射、高辐射性能且含有气凝胶，属于建筑材料保温技术领域。
背景技术：
建筑隔热保温是节约能源、提高建筑物居住和使用功能的一个重要方面。据估计，我国建筑能耗占社会总能耗的28％左右，建筑隔热涂料具有施工简单、造价低廉、施工效率较高等特点，而在建筑节能领域中具有广阔的应用前景。
建筑隔热涂料根据隔热机理和隔热方式的不同分为阻隔型隔热涂料、反射型隔热涂料以及辐射型隔热涂料三种类型。阻隔性隔热涂料是通过对热传递的显著阻抗性实现隔热的涂料。热传递是通过对流、辐射及分子振动热传导三种途径来实现的。采用低导热系数的组合物或在涂膜中引入导热系数极低的空气可获得良好的隔热效果。应用最广泛的阻隔性隔热涂料是硅酸盐类复合涂料。但是，由于受附着力、耐候性、耐水性、装饰性等多方面的限制，这类隔热涂料较少用于外墙的涂装。通过辐射的形式把建筑物吸收的日照光线和热量以一定的波长发射到空气中，从而达到良好隔热降温效果的涂料称为辐射隔热涂料。辐射隔热涂料却能够以热发射的形式将吸收的热量辐射掉，从而促使室内以室外同样的速率降温。反射型隔热涂料是通过反射可见光和近红外区(即400～1800nm范围)的红外线，以达到隔热目的的涂料。在该波长范围内，反射率越高，涂层的隔热效果就越好。复合型隔热涂料是集以上三种隔热功能涂料为一体的。上述涂料各有其优缺点，而复合型隔热涂料可以综合其优点，以互补其缺点，使得隔热性能更好，具有更加广阔的应用前景。
二氧化硅气凝胶是一种具有无规则三维网络状骨架结构的多孔介质非晶态材料，它是目前世界上密度最低和热导率最小的固体材料，密度可低至0.0022g/cm3，室温真空热导率可达0.02W/(m·K)以下，同时又具有超疏水特性，是未来隔热涂料的理想填料。
航天特种材料及工艺技术研究所专利号CN201410727554.1公开了一种气凝胶隔热涂料及其制备方法，气凝胶隔热涂料原材料包括二氧化硅湿凝胶和涂料，两者的重量比为1∶0.1～1，所述的湿凝胶采用溶胶凝胶法制备得到。该发明取消了气凝胶粉体制备的步骤，直接由湿凝胶和商业可得的涂料混合，在涂料自然晾干的过程中，湿凝胶同步缓慢自然干燥，最终可获得具有优异隔热性能的气凝胶涂层。
中山科邦化工材料技术有限公司专利号CN201410137201.6公开了一种气凝胶隔热涂料，该发明采用气凝胶1-60份，成膜树脂10-60份，功能性材料10-65份，助剂1-10份；所述功能性材料为硅晶须、陶瓷晶须、滑石粉、云母粉中的一种或多种。该发明直接涂装所需的基体上，施工方便，保温效果好，可以应用于各种需要保温隔热领域。
当涂县科辉商贸有限公司专利号CN201510393607.5公开了一种纳米孔二氧化硅气凝胶绝热保温涂料，由下列重量份的原料制成：正硅酸乙酯37-42、乙醇适量、去离子水适量、三甲基氯硅烷4-5、丙烯酸乳液1.3-1.6、异氟尔酮二异氰酸酯0.8-1.2、乙酸乙酯0.7-1.1、纳米碳溶胶0.3-0.5、E-12环氧树脂70-75、乙二醇二缩水甘油醚9-12、二乙烯三胺7-7.5。通过改性，涂料强度、耐磨性和抗老化性等性能得到了极大的改善，防止气凝胶破碎并具有较高的强度。
但上述方法主要存在以下问题：
(1)涂层热导率≥0.05W/m·K，隔热能力较低；
(2)以阻隔性隔热功能为主，涂层反射能力和辐射能力不足；
(3)二氧化硅气凝胶分散效果不足，储存和使用过程中易发生分层，粉化等现象；
(4)采用有机成膜物质体系，涂层耐火性、耐候性不足。
技术实现要素：
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种气凝胶复合隔热涂料及其制备方法，该涂料为一种同时具备高隔热、高反射以及高辐射性质的隔热涂料，同时采用无机-有机杂化体系，提高了涂层的耐火性与耐候性，减少了环境污染。
本发明的技术解决方案是：
一种气凝胶复合隔热涂料，该隔热涂料包括隔热填料、高反射/高辐射填料、成膜物质、助剂和水，以其中的高反射/高辐射填料的质量为1份计算，其他组分的质量份数为
所述的隔热填料包括主填料和辅助填料，主填料为二氧化硅气凝胶，辅助填料为玻璃微珠、陶瓷微珠、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石中的一种或两种以上的混合物，其中主填料与辅助填料的质量比为2-3:1；
所述的高反射/高辐射填料为高白硅酸铝、二氧化钛、氧化锌的一种或两种以上的混合物；
所述的成膜物质包括硅酸钾水玻璃，还包括硅丙乳液或纯丙乳液种的一种，硅酸钾水玻璃与硅丙乳液或纯丙乳液的质量比例关系为1:1；
所述的助剂包括硅烷偶联剂、润湿剂、分散剂、消泡剂和增稠剂，其质量比为10:1:1:1:0.5。
所述的润湿剂为X-405等水性涂料润湿剂；
所述的分散剂为特好散731A等阴离子型分散剂；
所述的消泡剂为BYK8821等乳液体系消泡剂；
所述的增稠剂为ASE-60等碱溶胀增稠剂。
一种气凝胶复合隔热涂料的制备方法，该方法的步骤包括：
(1)将助剂中的硅烷偶联剂与助剂中的润湿剂加入到部分水中，并搅拌，搅拌速率为300～500转/分钟；
(2)少量多次将隔热填料中的主填料加入到步骤(1)得到的溶液中，采用高速振荡机进行振荡，振荡时间为5～30min，得到水性气凝胶浆料；
(3)在步骤(2)得到的水性气凝胶浆料中加入剩余的水、助剂中的分散剂与助剂中的消泡剂；
(4)将步骤(3)得到的产物中加入高反射/高辐射填料，并搅拌，搅拌速率为500～700转/分钟；
(5)在步骤(4)得到的产物中加入隔热填料中的辅助填料和成膜物质，并搅拌，搅拌速率为200～300转/分钟；
(6)在步骤(5)得到的产物中加入助剂中的增稠剂，并搅拌，得到气凝胶复合隔热涂料。
有益效果
(1)本发明首先制备了水性气凝胶浆料，并制备了气凝胶复合隔热涂料，储存性能稳定，在涂料存放和使用过程中不发生分层现象；
(2)本发明采用气凝胶作为隔热功能填料，并加入了玻璃微珠、陶瓷微珠、膨胀珍珠岩等辅助隔热填料，涂料具有良好隔热性能，涂层热导率≤0.04W/m·K，具有良好的耐水性，并兼顾了经济性；
(3)本发明在涂料中加入了高白硅酸铝、氧化锌、二氧化钛等具有高反射、高辐射性质的功能填料，涂料太阳吸收比αs≤0.15，半球发射率εH≥0.85；
(4)本发明采用水性体系，无人为添加有机溶剂、重金属，具有良好的环保等级；
(5)本发明采用无机(硅酸钾水玻璃)与有机(纯丙乳液或硅丙乳液)两种主要成膜物质，涂料具有良好的耐火性。
(6)本发明主要包括水性气凝胶浆料的制备，高反射/高辐射功能填料的选择，其他辅助隔热功能填料的选择。所述反射/高辐射功能填料为高白硅酸铝、二氧化钛、氧化锌的一种或几种，所述辅助隔热功能填料为玻璃微珠、陶瓷微珠、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石的一种或几种。采用水玻璃与硅丙乳液(或纯丙乳液)共同作为成膜物质。在所述水性气凝胶浆料制备步骤中，采用硅烷偶联剂作为分散剂。
附图说明
图1是本发明气凝胶复合隔热涂料的制备方法工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
本发明的气凝胶复合隔热涂料的制备方法，主要包括水性气凝胶浆料的制备，反射功能填料的加入与分散，隔热功能填料的加入与分散，加入主要成膜物质，调节粘度等步骤。本发明的水性气凝胶浆料采用二氧化硅气凝胶以及硅烷偶联剂，通过振荡的方式获得。反射/辐射功能填料包括氧化锌、二氧化钛、高白硅酸铝、氧化铝、氧化锆等粉体的一种或几种。其他隔热功能填料包括陶瓷微珠、玻璃微珠、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石的一种或几种，进一步提高涂料的隔热能力。采用硅酸钾水玻璃与硅丙乳液(或纯丙乳液)共同作为成膜物质。本发明的重点在于水性气凝胶浆料的制备以及反射、隔热功能填料的选择。
实施例1
如图1所示，一种气凝胶复合隔热涂料的制备方法，该方法的步骤包括：
(1)将15gKH570硅烷偶联剂与1gX-405润湿剂加入到100g水中，并搅拌30s，搅拌速率为400转/分钟；
(2)少量多次将30g二氧化硅气凝胶作为主填料加入到步骤(1)得到的溶液中，采用高速振荡机进行振荡，振荡时间为30min，得到水性气凝胶浆料；
(3)在步骤(2)得到的水性气凝胶浆料中加入20g的水、1g特好散731A分散剂与1gBYK8821消泡剂；
(4)将步骤(3)得到的产物中加入5g高白硅酸铝与10g钛白粉，并搅拌5min，搅拌速率为500～700转/分钟；
(5)在步骤(4)得到的产物中加入15g陶瓷微珠、60g水玻璃与60g硅丙乳液，并搅拌10min，搅拌速率为200～300转/分钟；
(6)在步骤(5)得到的产物中加入0.5gASE60增稠剂，并搅拌10min，得到气凝胶复合隔热涂料。
对得到的气凝胶复合隔热涂料进行热导率测试，测试标准为GB/T5990-2006，结果为0.038W/m·K；对得到的气凝胶复合隔热涂料进行半球发射率测试，测试标准为Q/W26A-97，结果为0.087；对得到的气凝胶复合隔热涂料进行太阳吸收比测试，测试标准为Q/W27A-97，结果为0.013。
实施例2
一种气凝胶复合隔热涂料的制备方法，该方法的步骤包括：
(1)将20gKH570硅烷偶联剂与1gX-405润湿剂加入到120g水中，并搅拌30s，搅拌速率为400转/分钟；
(2)少量多次将40g二氧化硅气凝胶作为主填料加入到步骤(1)得到的溶液中，采用高速振荡机进行振荡，振荡时间为30min，得到水性气凝胶浆料；
(3)在步骤(2)得到的水性气凝胶浆料中加入1g特好散731A分散剂与1gBYK8821消泡剂；
(4)将步骤(3)得到的产物中加入15g氧化锌，并搅拌15min，搅拌速率为500～700转/分钟；
(5)在步骤(4)得到的产物中加入5g闭孔珍珠岩微珠、90g水玻璃与30g硅丙乳液，并搅拌10min，搅拌速率为200～300转/分钟；
(6)在步骤(5)得到的产物中加入0.5g2020增稠剂，并搅拌10min，得到气凝胶复合隔热涂料。
对得到的气凝胶复合隔热涂料进行热导率测试，测试标准为GB/T5990-2006，结果为0.035W/m·K；对得到的气凝胶复合隔热涂料进行半球发射率测试，测试标准为Q/W26A-97，结果为0.085；对得到的气凝胶复合隔热涂料进行太阳吸收比测试，测试标准为Q/W27A-97，结果为0.015。
实施例3
一种气凝胶复合隔热涂料的制备方法，该方法的步骤包括：
(1)将15gKH570硅烷偶联剂与1gX-405润湿剂加入到100g水中，并搅拌30s，搅拌速率为400转/分钟；
(2)少量多次将30g二氧化硅气凝胶作为主填料加入到步骤(1)得到的溶液中，采用高速振荡机进行振荡，振荡时间为30min，得到水性气凝胶浆料；
(3)在步骤(2)得到的水性气凝胶浆料中加入20g的水、1g特好散731A分散剂与1gBYK8821消泡剂；
(4)将步骤(3)得到的产物中加入15g高白硅酸铝，并搅拌10min，搅拌速率为500～700转/分钟；
(5)在步骤(4)得到的产物中加入15g陶瓷微珠、30g水玻璃与90g硅丙乳液，并搅拌20min，搅拌速率为200～300转/分钟；
(6)在步骤(5)得到的产物中加入0.5gASE60增稠剂，并搅拌10min，得到气凝胶复合隔热涂料。
对得到的气凝胶复合隔热涂料进行热导率测试，测试标准为GB/T5990-2006，结果为0.040W/m·K；对得到的气凝胶复合隔热涂料进行半球发射率测试，测试标准为Q/W26A-97，结果为0.086；对得到的气凝胶复合隔热涂料进行太阳吸收比测试，测试标准为Q/W27A-97，结果为0.013。