一种气凝胶水性双组份透明隔音涂料及其制备与使用方法与流程

本发明涉及建筑装饰功能型水性涂料领域，尤其是涉及一种气凝胶水性双组份透明隔音涂料及其制备与使用方法。

背景技术：

城市噪声主要来源于交通噪声、工业噪声、建筑施工噪声、社会生活噪声等，对于居民的干扰和危害日益严重，已经成为城市环境的一大公害。

目前，对于人们所居住和生活的高楼大厦，因其建筑墙体的厚度及材质，应能够对城市噪声的污染起到良好的隔离效果。但是，在建筑的外立面通常会安装玻璃窗户以满足建筑物的通风换气和室内采光要求，而玻璃窗户所占建筑外立面的面积约20％，甚至更多，而玻璃窗户的隔音效果较差，由此，会使建筑物整体的隔音效果大打折扣，尤其是处于临近城市高架路沿线的住宅区。现有技术中，人们通常在窗户上安装双层玻璃以提高隔音效果，但此种方法的施工复杂、相对成本较高。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种既能保证采光又能有效降低室外噪音的建筑玻璃用气凝胶水性双组份透明隔音涂料及其制备与使用方法，同时，实现二氧化硅气凝胶颗粒在水性涂料中的分散性、稳定性与其他成分的相容性好，涂料形成的涂层在玻璃表面的附着力好，满足贮存及施工的需要，确保建筑玻璃的装饰性、采光性、隔音效果，改善人们的居住环境。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种气凝胶水性双组分透明隔音涂料，由如下按重量份数配比的各组份混合制成：

a组分：水性聚氨酯树脂69～73份、成膜助剂5.0～5.7份、有机硅消泡剂0.2～0.4份、有机硅基材润湿剂0.2～0.4份、有机硅流平剂0.3～0.5份、二氧化硅气凝胶水分散体20～25份、防腐剂0.1～0.2份；

b组分：带有环氧结构的硅烷偶联剂；

所述a组分和b组分的重量比为a组份：b组份＝100:1.5～2.5；

所述a组分中的所述气凝胶水分散体，按如下重量份额配比制成：去离子水62.5～66.6份、酚醛衍生物类非离子超分散剂2.8～3.2份、二氧化硅气凝胶颗粒28～32份、磷酸酯类阴离子分散剂1.4～1.6份、聚氨酯增稠剂0.6～1.0份、有机硅ph调节剂0.1～0.2份。

作为优选方式，所述a组分由如下按重量份数配比的各组份混合制成：

a组分：水性聚氨酯树脂71份、成膜助剂5.35份、有机硅消泡剂0.3份、有机硅基材润湿剂0.3份、有机硅流平剂0.4份、二氧化硅气凝胶水分散体22.5份、防腐剂0.15份；

所述气凝胶水分散体由如下重量份额配比制成：去离子水64.5份、酚醛衍生物类非离子超分散剂3.0份、二氧化硅气凝胶颗粒30份、磷酸酯类阴离子分散剂1.5份、聚氨酯增稠剂0.8份、有机硅ph调节剂0.2份。

作为优选方式，所述二氧化硅气凝胶颗粒外观透明、淡蓝色，粒径为1～5mm，密度70～120kg/m³，孔隙率>96.5％，比表面积6000～1000m²，总孔容积2.0～4.2cc/g，平均孔径20.9nm，导热系数(25℃)0.016w/m.k；所述酚醛衍生物类非离子超分散剂的外观为无色至浅黄色粘稠液体，密度为1.04～1.1g/cm³，质量分数为1％的水溶液的ph值为5.5～8.5；所述磷酸酯类阴离子分散剂的外观为浅黄或红棕色粘稠液体，密度1.09～1.17g/cm³，质量分数为1％的水溶液的ph值为1.0～5.0；所述聚氨酯增稠剂为非离子缔合型，是乳白色半透明微浊液体，固含量19～21％，ph为5.5～8.5，密度为1.0～1.08g/cm³；所述有机硅ph调节剂为有机硅钾盐，外观为无色清澈或微浊液体，固含量约55％，密度约1.4g/cm³，ph值为13～14。

作为优选方式，所述水性聚氨酯树脂外观为白色乳液，固含量≥35％，ph值7～8，硬度≥h；所述成膜助剂为二丙二醇正丁醚，无色透明液体，20℃在水中溶解性5％，折射指数1.425；所述有机硅消泡剂为一种在聚乙二醇中的憎水固体与破泡聚硅氧烷混合物，不挥发分＞98％；所述有机硅基材润湿剂为特殊聚硅氧烷/聚醚共聚物，外观为透明液体，活性物含量100％；所述有机硅流平剂为聚醚改性聚二甲基硅氧烷，外观为琥珀色透明液体，固含量≥95％；所述防腐剂为耐高温高ph值罐内防腐剂，活性成分为苯并异噻唑啉酮，活性组分含量＞9.5％，ph值9～10；

作为优选方式，所述带有环氧结构的硅烷偶联剂是γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，外观淡黄色透明液体，沸点260～262℃，密度1.07g/ml，折光率1.426，含量≥97％。

作为优选方式，所述二氧化硅气凝胶颗粒为天津摩根坤德高新科技发展有限公司的产品；所述酚醛衍生物类非离子超分散剂为海润化工的型号为dp2883的产品；所述磷酸酯类阴离子分散剂为海润化工的型号为dp2195的产品；所述聚氨酯增稠剂为海润化工的型号为tu2881的产品；所述有机硅ph值调节剂为瓦克公司生产的型号为bs168的产品；所述水性聚氨酯树脂为盛方化工生产的型号为pud885的产品；所述成膜助剂为陶氏化学的型号为dpnb的产品；所述有机硅消泡剂为毕克化学公司生产的型号为byk028的产品；所述有机硅基材润湿剂为迪高化学公司的型号为tegowetkl245的产品；所述有机硅流平剂为斯洛柯化学公司生产的型号为silok350的产品；所述防腐剂为霍夫曼化学公司生产的型号为bt的产品；所述硅烷偶联剂为南京品宁偶联剂公司的型号为kh560的产品。

作为优选方式，所述a组分和b组分的重量比为a组份：b组份＝100:2。

本发明还提供一种气凝胶水性双组分透明隔音涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、制备二氧化硅气凝胶水分散体；

在预分散缸中加入去离子水，在搅拌下加入酚醛衍生物类非离子超分散剂，搅拌混合5～15min，然后在300～500转/分转速下加入二氧化硅气凝胶颗粒，并预分散10～20min，然后在搅拌下依次加入磷酸酯类阴离子分散剂、聚氨酯增稠剂、有机硅ph调节剂，在1400～1600转/分转速下搅拌25～35min至分散均匀，采用砂磨机研磨1.5～2.5h，制得二氧化硅气凝胶水分散体，供步骤二使用；

步骤二、制备a组分：

在生产缸中加入水性聚氨酯树脂，然后置于搅拌下依次加入成膜助剂、有机硅消泡剂、有机硅润湿剂、有机硅流平剂，加完后在400～600转/分转速下搅拌5～15min至均匀，然后依次加入所述步骤一制得的二氧化硅气凝胶水分散体、防腐剂，最后在400～600转/分转速下搅拌15～25min至均匀即为a组分成品；

步骤三、配制气凝胶水性双组分透明隔音涂料

将b组分硅烷偶联剂成品中加入相同质量的去离子水稀释，然后加入到所述步骤二制得的a组分，在100～300转/分转速下搅拌5～15min至均匀，制得气凝胶水性双组分透明隔音涂料。

作为优选方式，所述a组分包括水性聚氨酯树脂71份、成膜助剂5.35份、有机硅消泡剂0.3份、有机硅基材润湿剂0.3份、有机硅流平剂0.4份、二氧化硅气凝胶水分散体22.5份、防腐剂0.15份；所述气凝胶水分散体包括去离子水64.5份、酚醛衍生物类非离子超分散剂3.0份、二氧化硅气凝胶颗粒30份、磷酸酯类阴离子分散剂1.5份、聚氨酯增稠剂0.8份、有机硅ph调节剂0.2份；所述a组分和b组分的重量比为a组份：b组份＝100:2。

本发明还提供一种气凝胶水性双组份透明隔音涂料的使用方法，先将b组分与去离子水按质量比1:1的比例混合，添加到a组分中搅拌均匀，采取喷涂工艺施涂到玻璃表面，表干25～35min后，130～150℃烘烤15～25min，即可表干形成具有隔音性能的气凝胶水性双组分透明隔音涂料的涂层。

本发明涉及一种气凝胶水性双组份透明隔音涂料及其制备与使用方法，与现有设计相比，其优点在于：(1)本发明将二氧化硅气凝胶颗粒应用于玻璃隔音涂料，充分利用二氧化硅气凝胶低声阻抗的特性，实现涂料的隔音效果，涂敷于玻璃上后可提高玻璃窗户的隔音性能，有效解决城市噪音污染问题。(2)因二氧化硅气凝胶颗粒易团聚、具有强疏水性的特点会影响其在水性涂料中的分散性、稳定性与其他成分的相容性，因此，在水性涂料添加具有颜料亲和基团和极强的锚固基团的酚醛衍生物类非离子超分散剂对二氧化硅气凝胶进行表面改性，同时搭配磷酸酯类阴离子分散剂改善二氧化硅气凝胶颗粒在水介质中的分散性及易聚集特性，利用超分散剂对气凝胶微粒进行吸附及亲水改性，然后在外层包覆一层带负电的阴离子分散剂，利用电荷斥力确保气凝胶在涂料中不会聚集结团，从而提升二氧化硅气凝胶颗粒在水性涂料中的稳定性，使其在水性涂料中的分散性、稳定性与其他成分的相容性好。(3)因二氧化硅气凝胶颗粒的加入会影响涂料在玻璃上的附着力，因此，使用分子链中具有环氧基团的硅氧烷偶联剂对二氧化硅气凝胶进行包覆，在干燥成膜过程中与水性聚氨酯树脂充分交联反应、并与玻璃表面的硅醇基团化学键合形成共价键，其独特的环氧官能团结构有利于形成有机基体-硅烷偶联剂-无机基体的牢固互穿网络立体交联结构，确保气凝胶隔音涂层牢固附着于玻璃表面，解决二氧化硅气凝胶的加入影响涂层在玻璃上的附着问题，确保持久使用效果。(4)选用水性聚氨酯树脂为成膜物，与其他助剂混合制得水性透明隔音涂料，应用于建筑物的玻璃表面，在不改变玻璃透光性的前提下，有效屏蔽室外噪音。(5)本发明简单易行，环保节能，是推动建筑节能新技术的研究开发和新产品推广应用的有效途径。

具体实施方式

下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步的说明，各实施例仅作为优选实施方式以说明本发明的技术方案，不构成对本发明的限定。

本发明气凝胶水性双组份透明隔音涂料，由a组份、b组份组成，其中：

a组分由如下重量份数的各组份混合调制得到：

水性聚氨酯树脂69～73份、成膜助剂5.0～5.7份、有机硅消泡剂0.2～0.4份、有机硅基材润湿剂0.2～0.4份、有机硅流平剂0.3～0.5份、二氧化硅气凝胶水分散体20～25份、防腐剂0.1～0.2份；

其中，所述气凝胶水分散体，按如下重量份额配比制成：去离子水62.5～66.6份、酚醛衍生物类非离子超分散剂2.8～3.2份、二氧化硅气凝胶颗粒28～32份、磷酸酯类阴离子分散剂1.4～1.6份、聚氨酯增稠剂0.6～1.0份、有机硅ph调节剂0.1～0.2份。

b组分是市售的带有环氧结构的硅烷偶联剂。

所述a组分和b组分的重量比为a组份：b组份＝100:1.5～2.5。

为了保证玻璃窗户上隔音涂层的隔音效果，在涂料内添加二氧化硅气凝胶颗粒，充分利用二氧化硅气凝胶低声阻抗的特性，提高玻璃窗户的隔音性能，有效解决城市噪音污染问题；优选地，所述二氧化硅气凝胶颗粒外观透明、淡蓝色，粒径为1～5mm，密度70～120kg/m³，孔隙率>96.5％，比表面积6000～1000m²，总孔容积2.0～4.2cc/g，平均孔径20.9nm，导热系数(25℃)0.016w/m·k。但是，因为二氧化硅气凝胶颗粒易团聚，且具有强疏水特性，为了确保气凝胶在水性涂料中的稳定性，解决气凝胶易聚集团聚的问题，通过使用酚醛衍生物类非离子超分散剂对二氧化硅气凝胶颗粒进行表面改性，同时搭配磷酸酯类阴离子分散剂改善二氧化硅气凝胶粉体在水介质中的分散性及易聚集特性；优选地，所述酚醛衍生物类非离子超分散剂的外观为无色至浅黄色粘稠液体，密度为1.04～1.1g/cm³，质量分数为1％的水溶液的ph值为5.5～8.5；所述磷酸酯类阴离子分散剂的外观为浅黄或红棕色粘稠液体，密度1.09～1.17g/cm³，质量分数为1％的水溶液的ph值为1.0～5.0；所述聚氨酯增稠剂为非离子缔合型，是乳白色半透明微浊液体，固含量19～21％，ph为5.5～8.5，密度为1.0～1.08g/cm³；所述有机硅ph调节剂为有机硅钾盐，外观为无色清澈或微浊液体，固含量约55％，密度约1.4g/cm³，ph值为13～14。

为了确保玻璃的透光性不改变，选用水性聚氨酯树脂为成膜物，优选地，所述水性聚氨酯树脂外观为白色乳液，固含量≥35％，ph值7～8，硬度≥h；所述成膜助剂为二丙二醇正丁醚，无色透明液体，20℃在水中溶解性5％，折射指数1.425；所述有机硅消泡剂为一种在聚乙二醇中的憎水固体与破泡聚硅氧烷混合物，不挥发分＞98％；所述有机硅基材润湿剂为特殊聚硅氧烷/聚醚共聚物，外观为透明液体，活性物含量100％；所述有机硅流平剂为聚醚改性聚二甲基硅氧烷，外观为琥珀色透明液体，固含量≥95％；所述防腐剂为耐高温高ph值罐内防腐剂，活性成分为苯并异噻唑啉酮，活性组分含量＞9.5％，ph值9～10。

同时，为了确保气凝胶隔音涂层牢固附着于玻璃表面，解决二氧化硅气凝胶的加入影响涂层在玻璃上的附着问题，采用分子链中具有环氧基团的γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷作为硅烷偶联剂，其外观淡黄色透明液体，沸点260～262℃，密度1.07g/ml，折光率1.426，含量≥97％。

特别地，所述二氧化硅气凝胶颗粒为天津摩根坤德高新科技发展有限公司的产品；所述酚醛衍生物类非离子超分散剂为海润化工的型号为dp2883的产品；所述磷酸酯类阴离子分散剂为海润化工的型号为dp2195的产品；所述聚氨酯增稠剂为海润化工的型号为tu2881的产品；所述有机硅ph值调节剂为瓦克公司生产的型号为bs168的产品；所述水性聚氨酯树脂为盛方化工生产的型号为pud885的产品；所述成膜助剂为陶氏化学的型号为dpnb的产品；所述有机硅消泡剂为毕克化学公司生产的型号为byk028的产品；所述有机硅基材润湿剂为迪高化学公司的型号为tegowetkl245的产品；所述有机硅流平剂为斯洛柯化学公司生产的型号为silok350的产品；所述防腐剂为霍夫曼化学公司生产的型号为bt的产品；所述硅烷偶联剂为南京品宁偶联剂公司的型号为kh560的产品。

实施例1～3以及对比例1～2的各组分、重量如表一所示；对比例1的a组分中二氧化硅气凝胶水分散体的分散剂不使用酚醛衍生物类非离子超分散剂与磷酸酯类阴离子分散剂搭配，只使用常规聚丙烯酸铵盐分散剂；对比例2的b组分中不使用γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷作为偶联剂，采用氨丙基三乙氧基硅烷作为偶联剂；实施例1～3与对比例1～2的测试结果如表二所示。

表一

实施例1

步骤一、制备二氧化硅气凝胶水分散体；

在预分散缸中加入去离子水62.5kg，开启搅拌，然后在搅拌下加入海润化工的型号为dp2881的酚醛衍生物类非离子超分散剂3.2kg，加完后搅拌混合10min，然后在300～500转/分转速下加入天津摩根坤德高新科技发展有限公司的二氧化硅气凝胶颗粒32kg并预分散10～20min，然后搅拌下依次加入海润化工的型号为dp2195的磷酸酯类阴离子分散剂1.6kg、海润化工的型号为tu2881的聚氨酯增稠剂0.6kg、瓦克公司的型号为bs168的有机硅ph调节剂0.1kg，加完后搅拌提升搅拌速度至1400～1600转/分高速分散30min，然后采用棒销式砂磨机研磨1.5～2.5h后供步骤二使用。

步骤二、制备气凝胶水性双组分透明隔音涂料的a组分

在生产缸中称量加入盛方化工型号为pud885的水性聚氨酯树脂69kg，然后置于搅拌下依次加入陶氏化学型号为dpnb的成膜助剂5.0kg、毕克化学的型号byk028的有机硅消泡剂0.2kg、迪高公司的型号为tegowetkl245的有机硅润湿剂0.4kg、斯洛柯公司的型号为silok350的有机硅流平剂0.3kg，加完后在400～600转/分转速下搅拌5～15min至均匀，然后依次加入本实施例中步骤一制得的二氧化硅气凝胶水分散体25kg、霍夫曼化学的型号为bt的防腐剂0.1kg，最后在400～600转/分转速下搅拌20min至均匀即为气凝胶水性双组分透明隔音涂料的a组分成品。

步骤三、配制气凝胶水性双组分透明隔音涂料

使用南京品宁公司型号为kh560的硅烷偶联剂作为b组分，称取b组分1.5kg，并用1.5kg清水进行稀释，然后加入到100kg上述步骤二制得的气凝胶水性双组分透明隔音涂料a组分中，加完后在100～300转/分转速下搅拌5～15min至均匀，采取喷涂工艺施涂到玻璃表面，表干25～35min后，130～150℃烘烤15～25min，即可表干形成具有隔音性能的气凝胶水性双组分透明隔音涂料的涂层。性能检测结果如表二中实施例1对应数据所示。

实施例2

按照表一中实施例2所示重量取各组分，重复实施例1所述的方法，所不同的是步骤四中使用b组分2kg，并用2kg清水进行稀释，加入到a组分中。性能检测结果如表二中实施例2对应数据所示。

实施例3

按照表一中实施例3所示重量取各组分，重复实施例1所述的方法，所不同的是步骤四中使用b组分2kg，并用2kg清水进行稀释，加入到a组分中。性能检测结果如表二中实施例3对应数据所示。

对比例1

步骤一、制备二氧化硅气凝胶水分散体；

在预分散缸中加入去离子水64.5kg，开启搅拌，然后在搅拌下加入市售聚丙烯酸铵盐分散剂4.5kg，加完后搅拌混合10min，然后在400转/分转速下加入天津摩根坤德高新科技发展有限公司的二氧化硅气凝胶颗粒30kg并预分散15min，然后搅拌下依次加入海润化工的型号为tu2881的聚氨酯增稠剂0.8kg、瓦克公司的型号为bs168的有机硅ph调节剂0.2kg，加完后搅拌提升搅拌速度至1500转/分高速分散30min，然后采用棒销式砂磨机研磨2h后供步骤二使用。

步骤二、制备气凝胶水性双组分透明隔音涂料的a组分

在生产缸中称量加入盛方化工型号为pud885的水性聚氨酯树脂71kg，然后置于搅拌下依次加入陶氏化学型号为dpnb的成膜助剂5.35kg、毕克化学的型号byk028的有机硅消泡剂0.3kg、迪高公司的型号为tegowetkl245的有机硅润湿剂0.3kg、斯洛柯公司的型号为silok350的有机硅流平剂0.4kg，加完后在500转/分转速下搅拌10min至均匀，然后依次加入本实施例中步骤一制得的二氧化硅气凝胶水分散体22.5kg、霍夫曼化学的型号为bt的防腐剂0.15kg，最后在500转/分转速下搅拌20min至均匀即为气凝胶水性双组分透明隔音涂料的a组分成品。

步骤三、配制气凝胶水性双组分透明隔音涂料

使用南京品宁公司型号为kh560的硅烷偶联剂作为偶联剂(b组分)，称取b组分2kg，并用2kg清水进行稀释，然后加入到100kg上述步骤二制得的气凝胶水性双组分透明隔音涂料的a组分中，加完后在200转/分转速下搅拌10min至均匀，采取喷涂工艺施涂到玻璃表面，表干30min后130～150℃烘烤20min。

对比例2

步骤一、制备二氧化硅气凝胶水分散体；

在预分散缸中加入去离子水64.5kg，开启搅拌，然后在搅拌下加入海润化工的型号为dp2881的酚醛衍生物类非离子超分散剂3.0kg，加完后搅拌混合5～15min，然后在300～500转/分转速下加入天津摩根坤德高新科技发展有限公司的二氧化硅气凝胶颗粒30kg并预分散10～20min，然后搅拌下依次加入海润化工的型号为dp2195的磷酸酯类阴离子分散剂1.5kg、海润化工的型号为tu2881的聚氨酯增稠剂0.8kg、瓦克公司的型号为bs168的有机硅ph调节剂0.2kg，加完后搅拌提升搅拌速度至1400～1600转/分高速分散25～35min，然后采用棒销式砂磨机研磨2h后供步骤二使用。

步骤二、制备气凝胶水性双组分透明隔音涂料的a组分

在生产缸中称量加入盛方化工型号为pud885的水性聚氨酯树脂71kg，然后置于搅拌下依次加入陶氏化学型号为dpnb的成膜助剂5.35kg、毕克化学的型号byk028的有机硅消泡剂0.3kg、迪高公司的型号为tegowetkl245的有机硅润湿剂0.3kg、斯洛柯公司的型号为silok350的有机硅流平剂0.4kg，加完后在500转/分转速下搅拌10min至均匀，然后依次加入本实施例中步骤一制得的二氧化硅气凝胶水分散体22.5kg、霍夫曼化学的型号为bt的防腐剂0.15kg，最后在500转/分转速下搅拌20min至均匀即为气凝胶水性双组分透明隔音涂料的a组分成品。

步骤三、配制气凝胶水性双组分透明隔音涂料

使用道康宁公司型号为z-6011的硅烷偶联剂作为交联剂(b组分)，称取b组分2kg，并用2kg清水进行稀释，然后加入到100kg上述步骤二制得的气凝胶水性双组分透明隔音涂料(a组分)中，加完后在200转/分转速下搅拌10min至均匀，采取喷涂工艺施涂到玻璃表面，表干30min后130～150℃烘烤20min。

表二

从表二的结果可以看出，采用本发明实施例1～3制得的气凝胶水性双组分透明隔音涂料，由于相比对比例1采用了具有颜料亲和基团和极强的锚固基团的酚醛衍生物类非离子超分散剂对二氧化硅气凝胶颗粒进行表面改性，同时，搭配磷酸酯类阴离子分散剂改善二氧化硅气凝胶粉体在水介质中的分散性及易聚集特性，从而提升气凝胶在水性涂料中的分散性、稳定性，解决了气凝胶易聚集团聚的问题。相比对比例2，由于采用分子链中具有环氧基团的γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷作为偶联剂对二氧化硅气凝胶颗粒进行包覆，在干燥成膜过程中与水性聚氨酯树脂充分交联反应、并与玻璃表面的硅醇基团化学键合形成共价键，形成有机基体-硅烷偶联剂-无机基体的牢固互穿网络立体交联结构，确保气凝胶隔音涂层牢固附着于玻璃表面，解决了二氧化硅气凝胶的加入影响涂层在玻璃上的附着问题，确保持久使用效果。而对比例2采用的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，分子链中不具备环氧基团，所以对二氧化硅气凝胶不能进行有效包覆、对玻璃的附着力相对较差，漆膜附着力及其他性能都受影响。