本发明属于复合材料技术领域，尤其涉及无机绝热膏及其制备方法。
背景技术：
多孔材料是一种由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料，具有体密度小、比表面积大、比力学性能高、阻尼性能好等特点，已成为一种优秀的新型功能结构材料。近年来，纳米技术不断进步，所获材料的应用领域也在不断拓新。纳米多孔材料的孔隙为纳米尺度，因此表现出优异的热绝缘性能，是高性能隔热材料领域的研究热点。将纳米多孔材料引入到隔热材料领域中制备一种超级隔热材料是继纳米多孔材料在催化、吸附与分离、离子交换、新型材料组装和电化学等领域应用的基础上逐渐发现和发展起来的，现阶段受到科学界的重点关注。
超级隔热材料这一概念是在1992年由美国学者huntaj等在国际材料工程大会上首次提出的。它是指在预定使用条件下，导热系数小于“无对流空气”的导热系数的隔热材料。目前研究的超级隔热材料有两种：一种是纳米孔隔热材料；另一种是真空隔热材料。这两种隔热材料都是通过对基体结构的控制来达到隔热保温效果的，发展速度最快的是纳米孔隔热材料。与一般隔热材料相比，纳米孔隔热材料的体积更小、质量更轻。
无机多孔材料属于超级隔热材料中的纳米孔隔热材料。例如二氧化硅气凝胶，它是通过干燥方法将湿凝胶中的液体被气体所取代，同时凝胶的网络结构基本保留不变所得的材料。多孔材料的制备技术日趋成熟，而且无机多孔材料的运用一直是从事多孔材料研究的工作者的重点研究方向。
申请号为cn104629581a的中国专利申请报道了一种高韧性二氧化硅气凝胶保温涂料的制备方法，该专利是在制备二氧化硅气凝胶的过程中加入制备涂料的原料，使获得的气凝胶能够自交联为涂料，此种方法不仅大幅降低了二氧化硅气凝胶的保温隔热效果，而且涂料的成膜性等性能也大幅降低。
技术实现要素：
本发明的目的是提出一种新型无机绝热膏及其制备方法，用简便的方法制备高性能的以无机多孔材料为基础的膏状绝热涂料。
根据本发明一方面实施例的无机绝热膏，包含以下成分：粘结剂10重量份，水30到100重量份，气凝胶材料9到40重量份，以及表面活性剂，所述气凝胶材料：表面活性剂的重量比为1:0.01-0.1。
根据本发明上述实施例的绝热膏，极大程度上保留了作为无机多孔材料的气凝胶材料的保温绝热效果。
根据本发明的一些实施例，所述粘结剂包括有机硅、聚氨酯树脂、聚酯树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂、有机硅改性聚酯树脂、有机硅改性环氧树脂、有机硅改性丙烯酸树脂、有机硅改性醇酸树脂、苯丙树脂、纯丙树脂、硅丙树脂中的1种或多种。优选地，为可以与水形成乳液的苯丙树脂、纯丙树脂、硅丙树脂中的1种或多种。
根据本发明的一些实施例，所述表面活性剂包括十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十八酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚中的1种或多种。通过添加所述表面活性剂，可以使得气凝胶材料能够更好地分散在粘结剂中，从而有助于提高气凝胶材料成分的体积分数，进而提高无机绝热膏的隔热效果。
根据本发明的一些实施例，所述气凝胶材料包括二氧化硅气凝胶、碳气凝胶、三氧化二铝气凝胶及其混合物。其中，所述气凝胶材料即可以是市售的，也可以是根据常规方法制备的；上述气凝胶材料既可以一种单独使用，也可以多种混合使用。
根据本发明的一些实施例，所述气凝胶材料的密度为30-1000kg/m3，常温下导热系数为0.010-0.034w/(m·k)，孔隙率60％-99％，孔径为500nm以下，比表面积为300-1000m2/g。由此，可以极大地发挥气凝胶材料的多孔结构特征，获得更好的隔热效果。
根据本发明的一些实施例，无机绝热膏还可以包含：1到10重量份的无机填料，所述无机填料包括白炭黑、钛白粉、重钙粉、硅藻土、海泡石粉中的1种或多种；以及1到10重量份的助剂，所述助剂包括消泡剂、分散剂、颜料、流平剂、阻燃剂中的1种或多种。
根据本发明第二方面实施例的无机绝热膏的制备方法，包括以下步骤：
(1)将表面活性剂完全溶于水中，然后将所得溶液与气凝胶材料依次加入球磨罐中，球磨3-108小时，制得气凝胶材料浆料；
(2)提供水性粘结剂乳液，所述水性粘结剂乳液中含有有机粘结剂和水；
(3)将所述水性粘结剂乳液加入步骤(1)所得的气凝胶材料浆料中，并再次进行球磨1-48小时，得到所述无机绝热膏，
其中，在所述无机绝热膏中，含有：所述有机粘结剂10重量份，水30到100重量份，所述气凝胶材料9到40重量份，且所述气凝胶材料：表面活性剂的重量比为1:0.01～0.1。
根据本发明实施例的制备方法，首先将表面活性剂溶于水，然后通过球磨方法使气凝胶材料与溶解有表面活性剂的水溶液进行充分混合，能够制备具有高固相含量、分散良好的气凝胶浆料，此后，通过与水性粘结剂乳液进行充分混合得到的无机绝热膏，能够充分发挥气凝胶的多孔结构带来的隔热效果。
根据本发明，至少具有如下有益效果：
采用本发明的绝热膏极大程度上保留了无机多孔材料的保温绝热效果，并且过程相对简单，浆料与涂料有很好的相容性，水性涂料基本只处于无机多孔材料的周围，起到粘结作用。该涂料可以用于室内外墙体涂料，金属，木材等上面，市场空间广阔。
附图说明
图1是根据本发明实施例的无机绝热膏的制备方法的流程示意图；
图2是根据本发明实施例的无机绝热膏涂覆在玻璃板上的照片，其中：
1是水珠，2是无机绝热膏，3是玻璃板
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如无特殊说明，本说明书中的科技术语的含义与本领域技术人员一般理解的含义相同，但如有冲突，则以本说明书中的定义为准。
在说明书和权利要求书中使用的涉及组分量、工艺条件如反应温度和时间等的所有数值在所有情形中均应理解被“约”修饰。涉及相同组分或性质的所有范围均包括端点，该端点可独立地组合。由于这些范围是连续的，因此它们包括在最小值与最大值之间的每一数值。还应理解的是，本申请引用的任何数值范围预期包括该范围内的所有子范围。
首先，结合图1详细说明根据本发明实施例的无机绝热膏的制备方法。
如图1所示，根据本发明实施例的无机绝热膏的制备方法包括如下步骤：
(1)将表面活性剂完全溶于水中，然后将所得溶液与气凝胶材料依次加入球磨罐中，球磨3-108小时，制得气凝胶材料浆料
要想获得具有良好隔热性能的无机绝热膏，要求气凝胶材料的固相含量需要足够高，而为了提高气凝胶材料的固相含量，气凝胶材料的分散性是关键。至今为止的技术中，对于气凝胶材料的分散性鲜有报道。本发明人经过反复研究发现，通过将表面活性剂溶解于水，此后，再将气凝胶材料与表面活性剂水溶液充分混合，可以得到分散性能良好、固相含量高的气凝胶材料浆料。
其中，所述表面活性剂可以使用十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十八酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚中的1种或多种。
此外，气凝胶材料包括二氧化硅气凝胶、碳气凝胶、三氧化二铝气凝胶及其混合物。
(2)提供水性粘结剂乳液，所述水性粘结剂乳液中含有有机粘结剂和水
此处，水性粘结剂乳液可以是市场销售的产品，也可以是将市场销售的有机粘结剂与水进行充分混合后得到的。
其中，作为有机粘结剂，可以使用有机硅、聚氨酯树脂、聚酯树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂、有机硅改性聚酯树脂、有机硅改性环氧树脂、有机硅改性丙烯酸树脂、有机硅改性醇酸树脂、苯丙树脂、纯丙树脂、硅丙树脂中的1种或多种。优选地，使用可以与水形成乳液的苯丙树脂、纯丙树脂、硅丙树脂中的1种或多种。
(3)将所述水性粘结剂乳液加入步骤(1)所得的气凝胶材料浆料中，并再次进行球磨1-48小时，得到所述无机绝热膏，
此后，将水性粘结剂乳液与气凝胶材料浆料通过球磨进行充分混合，即可得到无机绝热膏。其中，在所述无机绝热膏中，含有：所述有机粘结剂10重量份，水30到100重量份，所述气凝胶材料9到40重量份，且所述气凝胶材料：表面活性剂的重量比为1:0.01～0.1。
以下，通过具体实施例对本发明进行进一步详细的描述。
实施例1
(1)将水：二氧化硅气凝胶粉体(市售，来源上海益源)：十二烷基硫酸钠(基本原料，市售，纯度99％以上)按重量比20：6：0.7的比例，先将十二烷基硫酸钠完全溶于水中，然后将所得溶液和二氧化硅气凝胶粉体依次加入球磨罐中，球磨3小时，制得无机二氧化硅气凝胶浆料。
此后，按照以下重量配比：苯丙乳液(市售，来源北京东联bs-104)10重量份，水10重量份，无机二氧化硅气凝胶浆料9重量份，进行如下操作：
(2)按上述配比将苯丙乳液和水混合均匀，得到水性苯丙乳液；
(3)将水性苯丙乳液以及(1)中制备的无机二氧化硅气凝胶浆料按上述配比再次放入球磨罐中，球磨1小时，即得到无机绝热膏。
实施例2
(1)将水：二氧化硅气凝胶颗粒(市售，来源上海益源)：十八酸钠(基本原料，市售，纯度99％以上)按重量比20：14：0.5比例，先将十八酸钠完全溶于水中，然后将所得溶液和二氧化硅气凝胶颗粒依次加入球磨罐中，球磨48小时，制得无机二氧化硅气凝胶浆料。
此后，按照以下重量配比：水性环氧树脂10重量份，水100重量份，无机二氧化硅气凝胶浆料40重量份，进行如下操作：
(2)按配比将水性环氧树脂(市售，来源广州泓钰)和水混合均匀，得到水性环氧树脂乳液；
(3)将水性环氧树脂乳液与(1)中制备的无机二氧化硅气凝胶浆料按上述配比再次
放入球磨罐中，球磨4小时，即得到无机绝热膏。
实施例3
(1)将水：二氧化硅气凝胶颗粒(市售，来源上海益源)：十二烷基苯磺酸钠(基本原料，市售，纯度99％以上)：十二烷基三甲基氯化铵(基本原料，市售，纯度99％以上)按重量比20：20:0.1:0.4比例，先将十二烷基苯磺酸钠和十二烷基三甲基氯化铵完全溶于水中，然后将所得溶液和二氧化硅气凝胶依次加入球磨罐中，球磨108小时，制得无机二氧化硅气凝胶浆料。
此后，按照以下重量配比：纯丙乳液10重量份，硅丙乳液2重量份，水80重量份，无机二氧化硅气凝胶浆料32重量份，进行如下操作：
(2)按配比将纯丙乳液(市售，来源北京东联bs-104)和水混合均匀，得到稀释的纯丙乳液；
(3)将稀释的纯丙乳液与(1)中制备的无机二氧化硅气凝胶浆料按上述配比再次放
入球磨罐中，球磨48小时，即得到无机绝热膏。
对实施例3得到的无机绝热膏进行如下性能评价：将上述实施例3制得的无机绝热膏涂刷在玻璃板上，厚度3mm，测其接触角为125°，导热系数(25℃环境)为0.034w/(m·k)，拉伸粘结强度为1mpa；水中浸泡72小时后，测其接触角为122°，导热系数(25℃环境)为0.036w/(m·k),拉伸粘接强度为0.8mpa。从实验数据可以看出，该绝热膏涂层疏水效果突出，保温效果优异，经过浸泡之后，其疏水效果和保温效果变化不大，说明其耐水性也很好。拉伸粘接强度无论是干燥状态还是浸水状态都高于jg298-2010《建筑室内用腻子》中对内墙腻子的要求。
尽管通过一些实施方式描述了本发明，但本领域技术人员能够理解，可以对它们进行各种改变，可以用等价物代替本发明的要素，也可以进行需要的改进以使特定的情形或材料适用于本发明的教导，只要不偏离本发明的本质和基本范围。因此，本发明将包括落入所附权利要求书范围内的所有实施方式。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。