一种涂料组合物的制作方法

1.本发明涉及一种隔热材料及其制备方法，以及包含该隔热材料的制品。


背景技术：

2.随着建筑业的蓬勃发展和建筑的现代化，建筑工程中保温材料(也称隔热板、隔热材料)的使用量逐年增加。外墙保温能够有效的阻绝热能传导，保温效果非常明显，不仅能够节约冬季采暖费用，而且与其他采暖方法相比更为环保。
3.我国现阶段使用的保温材料主要为有机保温材料和无机保温材料。有机保温材料保温节能性能好，但易燃；无机保温材料安全可靠，但保温性能差。聚氨酯硬质泡沫保温材料是一种具有隔热保温与防水功能的新型合成材料，其导热系数低，仅0.022-0.033w/(m*k)，相当于挤塑板的一半，且远远低于a级阻燃性保温材料，是现有保温材料中导热系数最低的，可以应用在建筑物外墙隔热保温。但聚氨酯硬质泡沫保温材料是有机保温材料，其最高阻燃性能根据gb8624-2016《建筑材料燃烧性能分级方法》仅能等于或小于b1级，不能满足建筑行业的保温材料a级阻燃要求。cn108239254b公开了一种全水发泡b1级阻燃聚氨酯泡沫保温材料及其制备方法。具体是一种基于低聚磷酸酯二元醇醚化氨基树脂多元醇的组合聚醚和阻燃剂、阻火剂、乳化剂、发泡剂、催化剂和防沉淀剂的多元醇体系和聚合二苯基甲烷二异氰酸酯的b1级阻燃反应体系，燃烧氧指数为30左右，不能满足建筑行业的保温材料a级阻燃要求。
4.目前市场上常见的a级阻燃性保温材料有发泡水泥板、真空绝热板、泡沫玻璃、玻璃棉、无机保温砂浆、岩棉板及发泡陶瓷板等。发泡水泥板保温性能优良，但吸水率高，长久耐候性差，易出现坍塌问题。真空绝热板的真空度难以保持，一旦发生破损，板材的保温性能骤降；且现有施工工艺导致板缝和热桥太多，引发结露的风险很大。泡沫玻璃的导热系数0.062w/(m
·
k)，保温隔热效率低，且造价贵。玻璃棉保温性好，但酸度系数≤1.6，不能抹灰，达不到用于外墙外保温系统的要求。无机保温砂浆导热系数0.070w/(m
·
k)，保温隔热效率低，且施工难度大。岩棉板保温性能和防火性能优异，但其自身强度低、防水性能差、材料稳定性差。发泡陶瓷板不易燃，但其导热系数0.055w/(m
·
k)，保温隔热效率低。
5.使用水玻璃作为粘接剂制备的膨胀珍珠岩保温材料，由于其成本造价低，生产工艺简单，保温效果好，成为保温材料领域的热门产品。然而，水玻璃作为粘结剂制备的膨胀珍珠岩保温材料本身具有高浓度钠离子，会使起胶粘作用的si-o-si键出现可逆降解，从而使保温材料在使用一段时间后力学强度出现较大的损失，导致耐候性差。si-o-si键的降解还会使钠离子迁移到墙面外，导致墙面出现返碱现象，墙面出现斑驳甚至脱落。
6.cn105948642b公开了一种憎水的改性膨胀珍珠岩保温材料，包括：水泥、粉煤灰、丙基三甲氧基硅烷、聚丙烯酸酯乳液、改性膨胀珍珠岩份、十二烷基苯磺酸钠、添加剂、生石灰、pp纤维羟丙基甲基纤维素和膨润土等。该保温材料的加工方式繁复、时间长、生产效率低。保温材料的阻燃级别为a级，导热系数为0.050w/m
·
k，即保温隔热效率低。
7.cn106045459b公开了一种使用多金属磷酸胶粘剂制备的膨胀珍珠岩保温材料。多
金属磷酸盐胶粘剂基于氢氧化铝、iia族金属氧化物和过渡金属氧化物。胶粘剂采用高分子乳液如苯丙乳液、js乳液、乳化沥青或改性丙烯酸乳液。膨胀珍珠岩保温材料阻燃级别为a级，粘结强度低、导热系数为0.060w/m
·
k，保温隔热效率低。
8.cn105948637b公开了一种纤维增强型改性膨胀珍珠岩保温材料及其生产方法。该改性膨胀珍珠岩保温材料以水泥、粉煤灰、pp纤维和其它有机物或无机物及工矿废弃料作为原料，加热至1000-1300℃进行膨化处理及后续喷涂硅氧烷进行憎水处理。所产改性膨胀珍珠岩保温材料的阻燃级别为a级，粘结强度比较低、导热系数为0.051w/(m
·
k)，保温隔热效率低。
9.希望开发一种新的保温材料，其具有更好的阻燃性和隔热性。


技术实现要素：

10.本发明的目的是提供一种隔热材料及其制备方法，以及包含该隔热材料的制品。
11.根据本发明的隔热材料，由包含如下组分的原材料制成：
12.a.30重量％-70重量％的膨胀珍珠岩；
13.b.10重量％-50重量％的水性聚氨酯分散体；
14.c.3重量％-25重量％的膨胀石墨；
15.d.0-15重量％的无卤阻燃剂；和
16.e.0.2重量％-3重量％的聚硅氧烷憎水剂；
17.所述组分c和组分d的总重量为5重量％-40重量％，上述量都相对于所述原材料的总重量计；所述水性聚氨酯分散体包含聚氨酯聚合物和水，所述聚氨酯聚合物的熔融焓大于3j/g，熔融焓根据din65467通过dsc测量第一次升温曲线在20℃-100℃测得。
18.根据本发明的一个方面，提供了制备根据本发明所提供的隔热材料的方法，以任意方式混合所述组分a)膨胀珍珠岩、组分b)水性聚氨酯分散体、组分c)膨胀石墨、组分d)无卤阻燃剂和组分e)聚硅氧烷憎水剂，干燥得到所述隔热材料。
19.根据本发明的又一方面，提供了一种制品，包含根据本发明所提供的隔热材料。
20.本发明的隔热材料的密度低、导热系数低、憎水率高和氧指数高，并且隔热材料经火焚烧后不碎裂。本发明的隔热材料具有良好的机械强度、阻燃性和隔热性能。
具体实施方式
21.本发明提供一种隔热材料，由包含如下组分的原材料制成：a.30重量％-70重量％的膨胀珍珠岩；b.10重量％-50重量％的水性聚氨酯分散体；c.3重量％-25重量％的膨胀石墨；d.0-15重量％的无卤阻燃剂；和e.0.2重量％-3重量％的聚硅氧烷憎水剂；所述组分c和组分d的总重量为5重量％-40重量％，上述量都相对于所述原材料的总重量计；所述水性聚氨酯分散体包含聚氨酯聚合物和水，所述聚氨酯聚合物的熔融焓大于3j/g，熔融焓根据din65467通过dsc测量第一次升温曲线在20℃-100℃测得。本发明还提供了该隔热材料的制备方法以及包含该隔热材料的制品。
22.本发明的分散体的固体分是指分散体的固体组分或分散体的有效组分。
23.隔热材料
24.所述隔热材料优选至少符合以下之一特征：
25.a.密度为110kg/m
3-200kg/m3，根据gb/t 5486-2008测试；
26.b.导热系数30-46mw/mk，根据gb/t 10294-2008测试；和
27.c.氧指数不小于43，根据gb/t2406.2-2009测试。
28.所述隔热材料的氧指数最优选43-100，根据gb/t2406.2-2009测试。
29.所述隔热材料的憎水率优选95％-100％，根据gb/t 10299-2011测试。
30.组分a)膨胀珍珠岩
31.本发明的膨胀珍珠岩是一种天然酸性玻璃质火山熔岩，非金属矿产。
32.优选所述膨胀珍珠岩来源于下列的一种或多种：珍珠岩、松脂岩和黑曜岩。
33.所述膨胀珍珠岩优选珠光砂。
34.所述膨胀珍珠岩优选至少符合以下之一特征：
35.i.体积膨胀系数为4-50，根据《jc/t 209-2012标准》测得；
36.ii密度为30kg/m
3-120kg/m3，根据jc/t209-2012测得；
37.iii.导热系数为20mw/mk-70mw/mk，进一步优选20mw/mk-60mw/mk，最优选20mw/mk-50mw/mk，根据gb/t 10294或gb/t 10295测得；
38.iv.产品憎水率不小于95％，根据gb/t 10299测得；和
39.v.闭孔率小于10％，根据jc/t 1042-2007附录d测得。
40.所述膨胀珍珠岩的体积膨胀系数最优选20-50，根据《jc/t 209-2012标准》测得。
41.所述膨胀珍珠岩的体积膨胀系数的测试方法如下：量取5ml膨胀珍珠岩于30ml瓷坩埚中，放置于已经预热至250℃-450℃的高温炉中，预热8-20分钟，取出膨胀珍珠岩并冷却，记录膨胀珍珠岩的体积为v1，随后迅速倒入1000℃的瓷蒸发皿中，立即放回高温炉焙烧10-20秒，膨胀后冷却，将膨胀珍珠岩移入10ml量筒，上下震动使其不再变化，记录膨胀珍珠岩的体积为v2，体积膨胀系数＝v2/v1。
42.所述膨胀珍珠岩的量优选40重量％-66重量％，相对于所述原材料的总重量计。
43.组分b)水性聚氨酯分散体
44.所述水性聚氨酯分散体优选下列的一种或多种：阴离子型水性聚氨酯分散体和非离子型水性聚氨酯分散体，最优选阴离子型水性聚氨酯分散体。
45.所述阴离子型水性聚氨酯分散体包含亲水阴离子基团。所述亲水阴离子基团的量优选0.1毫克当量/100g聚氨酯固体分-15毫克当量/100g聚氨酯固体分，最优选1.6毫克当量/100g聚氨酯固体分-14毫克当量/100g聚氨酯固体分。
46.所述水性聚氨酯分散体中的有机溶剂的残留含量优选小于1.0重量％，相对于所述水性聚氨酯分散体的总重量计。
47.所述水性聚氨酯分散体包含聚氨酯聚合物和水，所述聚氨酯聚合物的熔融焓优选20j/g-100j/g，最优选30j/g-50j/g，熔融焓根据din65467通过dsc测量第一次升温曲线在20℃-100℃测得。
48.所述水性聚氨酯分散体的量优选14重量％-50重量％，最优选18重量％-40重量％，相对于所述原材料的总重量计。
49.所述水性聚氨酯分散体的固含量优选10重量％-70重量％，进一步优选40重量％-65重量％，最优选40重量％-55重量％，相对于所述水性聚氨酯分散体的总重量计。
50.所述水性聚氨酯分散体的最低胶层热活化温度优选40℃-120℃，最优选50℃-100
℃。
51.所述水性聚氨酯分散体可以以分散体形式加入所述原材料中，也可以以固体聚氨酯聚合物和水形式加入并混合得到，最优选直接以分散体形式加入。
52.组分c)膨胀石墨
53.所述膨胀石墨优选至少符合以下之一特征：
54.i.粒径为50目-350目，进一步优选50目-200目，最优选50目-100目，根据gb t 3520-2008石墨细度试验方法测试；和
55.ii.膨胀倍率为50-500，膨胀倍率根据gb 10698-1989测得。
56.所述膨胀石墨的量优选5重量％-25重量％，相对于所述原材料的总重量计。
57.组分d)无卤阻燃剂
58.所述无卤阻燃剂优选含磷阻燃剂，进一步优选粉末状膨胀型含磷阻燃剂，最优选聚磷酸铵。
59.所述无卤阻燃剂的量优选0-12.5重量％，相对于所述原材料的总重量计。
60.所述组分c和组分d的总重量优选5.5重量％-37重量％，相对于所述原材料的总重量计。
61.组分e)聚硅氧烷憎水剂
62.所述聚硅氧烷憎水剂最优选粉末状聚硅氧烷憎水剂。
63.所述聚硅氧烷憎水剂的量优选0.5重量％-2.5重量％，相对于所述原材料的总重量计。
64.制备方法
65.所述干燥温度最优选60℃-120℃。
66.所述制备隔热材料的方法优选以任意方式混合所述组分a)膨胀珍珠岩、组分b)水性聚氨酯分散体、组分c)膨胀石墨、组分d)无卤阻燃剂和组分e)聚硅氧烷憎水剂，搅拌均匀得到混合物，将混合物放入可加压升温的模腔中，将混合物逐步振动加压压实，排出混合物中气体，随后将模腔逐步升温至60℃-120℃，得到含水量低于3％的隔热材料，从模腔将隔热材料取出。
67.制品
68.所述制品以目前工业产品结构制品为主，最优选预成型建筑结构构件。
69.实施例
70.除非另外限定，本文所使用的所有技术和科学术语具有本发明所属领域技术人员通常理解的相同意义。当本说明书中术语的定义与本发明所属领域技术人员通常理解的意义有矛盾时，以本文中所述的定义为准。
71.除非另有说明，否则在说明书和权利要求书中使用的表达成分的量、反应条件等的所有数值被理解为在被术语“约”修饰。因此，除非有相反指示，否则在这里阐述的数值参数是能够根据需要获得的所需性能来变化的近似值。
72.本文中所用的“和/或”是指所提及的要素之一或全部。
73.本文中所用“包括”和“包含”涵盖只有所提及要素的情形以及除了所提及要素还存在其它未提及要素的情形。
74.本发明中所有百分比均为重量百分比，另有说明的除外。
75.本发明的分析测量都在23
±
2℃下进行，另有说明的除外。
76.隔热材料的氧指数：根据gb/t2406.2-2009测试得到，合格值为不小于43。氧指数越高，阻燃性能越好。
77.隔热材料的密度根据gb/t 5486-2008测试得到，合格值为不高于200kg/m3。密度越低，材料越轻。
78.隔热材料的导热系数根据gb/t 10294-2008测试得到，合格值为不高于46(mw/mk)@25℃。导热系数越低、材料的隔热性能越好。
79.隔热材料的火焚烧测试根据gb 8624-2012 a级测试得到，隔热材料经火焚烧后不碎裂则为合格，否则为不合格。
80.隔热材料的憎水率根据gb/t 10299-2011测试得到，合格值为不小于95％。憎水率越高，材料的隔热性能越好。
81.原料和试剂
82.desmodur 44v20：聚合二苯基甲烷二异氰酸酯pmdi，nco含量30.5％-31.5％，粘度140-260mpa
·
s。
83.baymer 48ba003：聚氨酯液体组合料。
84.baymer bj3-5603：聚氨酯液体组合料。
85.dispercoll u42：水性聚氨酯分散体，熔融焓小于3j/g，固含量48-52重量％，最低胶层热活化温度80℃-100℃，可购自科思创。
86.dispercoll u58：水性聚氨酯分散体，熔融焓为40.06j/g，固含量50
±
1重量％，最低胶层热活化温度50℃-70℃，可购自科思创。
87.dispercoll u54：水性聚氨酯分散体，熔融焓为37.60j/g，固含量50
±
1重量％，最低胶层热活化温度60℃-70℃，可购自科思创。
88.dispercoll u56：水性聚氨酯分散体，熔融焓为44.00j/g，固含量49-51重量％，最低胶层热活化温度55℃-65℃，可购自科思创。
89.dispercoll u8755：水性聚氨酯分散体，熔融焓为39.68j/g，固含量45重量％，最低胶层热活化温度80℃-100℃，可购自科思创。
90.dispercoll u62：水性聚氨酯分散体，熔融焓为37.25j/g，固含量50
±
1重量％，最低胶层热活化温度50℃-70℃，可购自科思创。
91.dispercoll u 53：水性聚氨酯分散体，熔融焓为41.55j/g，固含量40重量％，最低胶层热活化温度60℃-70℃，可购自科思创。
92.100号膨胀珍珠岩：体积膨胀系数25，密度90-120kg/m3，导热系数25-27mw/mk，闭孔率＜10％，购自信阳市中凯保温材料有限公司。
93.sp-60：珠光砂，体积膨胀系数40，密度60kg/m3，导热系数23-26mw/mk，闭孔率＜10％，购自信阳市中凯保温材料有限公司。
94.eg-e300：膨胀石墨，纯度95％-99％，粒径50目-80目，膨胀倍率＞300ml/g，购自青岛岩海碳材料有限公司。
95.eg-x200：膨胀石墨，纯度95％-99％，粒径50目-80目，膨胀倍率＞230ml/g，购自青岛岩海碳材料有限公司。
96.exolit ap 428：聚磷酸铵，购自科莱恩。
97.exolit ap 422：聚磷酸铵，购自科莱恩。
98.sph60+：聚硅氧烷憎水剂，购自道康宁。
99.sph50：聚硅氧烷憎水剂，购自道康宁。
100.z6683：聚硅氧烷憎水剂，购自道康宁，本发明实施例中使用的z6683是z6683与去离子水以质量比1∶7混合得到的乳液。
101.表1、表2和表3是本发明实施例和对比实施例的隔热材料的原材料的组成及隔热材料的性能测试结果，包括产品密度、导热系数、氧指数、火焚烧产品结构碎裂和憎水率。
102.实施例1-18和对比实施例5-12的隔热材料的制备
103.按照表1、表2或表3所示的量，称取膨胀珍珠岩、膨胀石墨、阻燃剂和憎水剂倒入塑料杯中，用搅拌棒轻轻搅拌约5分钟至混合均匀，得到粉体；
104.加入适量去离子水以湿润粉体表面，用搅拌棒搅拌约5分钟至粉体轻微湿润不再搅拌起尘即可；
105.按照表1、表2或表3所示的量，加入水性聚氨酯分散体，充分搅拌使水性聚氨酯分散体均匀分散在粉体表面得到混合物；
106.将混合物倒入方形模具中，用批刀刮平，压实模具，放入预热至90℃-120℃的真空烘箱烘至混合物的含水量低于3％。
107.对比实施例1-2的隔热材料的制备
108.按照表1所示的量，混合液体组合料和desmodur 44v20得到混合物；
109.将混合物倒入方形模具中，用批刀刮平，压实模具，放入预热至90℃-120℃的真空烘箱烘至混合物的含水量低于3％即得到对比实施例的隔热材料。
110.对比实施例3-4的隔热材料的制备
111.按照表1所示的量，称取膨胀珍珠岩倒入塑料杯中，用搅拌棒轻轻搅拌约5分钟至混合均匀，得到粉体；
112.加入适量去离子水以湿润粉体表面，用搅拌棒搅拌约5分钟至粉体轻微湿润不再搅拌起尘即可；
113.按照表1所示的量，加入液体组合料和desmodur 44v20，混合得到混合物；
114.将混合物倒入方形模具中，用批刀刮平，压实模具，放入预热至90℃-120℃的真空烘箱烘至混合物的含水量低于3％即得到对比实施例的隔热材料。
[0115][0116]
对比实施例1使用的baymer48ba003和desmodur44v20的组合为聚氨酯硬泡隔热体系，其得到的隔热材料的氧指数低、火焚烧后材料结构碎裂。
[0117]
对比实施例2使用的baymerbj3-5603和desmodur44v20的组合为聚氨酯硬泡隔热体系，其得到的隔热材料的氧指数低、火焚烧后材料结构碎裂。
[0118]
对比实施例3是在baymer48ba003和desmodur44v20的聚氨酯硬泡隔热体系中加入膨胀珍珠岩，其得到的隔热材料的氧指数低、火焚烧后材料结构碎裂。
[0119]
对比实施例4是在baymerbj3-5603和desmodur44v20的聚氨酯硬泡隔热体系中加入珠光砂，其得到的隔热材料的氧指数低、火焚烧后材料结构碎裂。
[0120]
对比实施例5的原材料体系包含珠光砂、dispercoll u58和聚硅氧烷憎水剂，其得到的隔热材料的氧指数低、火焚烧后材料结构碎裂。
[0121]
对比实施例6的原材料体系包含75.5重量％的珠光砂和8重量％的dispercoll u58，其无法得到成型的隔热材料，无法进行性能测试。
[0122]
对比实施例7的原材料体系包含的dispercoll u42的熔融焓小于3j/g，其能形成的隔热材料，但材料太软无法进行性能测试。
[0123]
本发明实施例1-8的隔热材料的密度、导热系数、氧指数均能达到要求，并且材料被火焚烧后不发生碎裂塌落现象离火即息。因此，本发明实施例的隔热材料具有良好的机械强度、隔热性和阻燃性能。
[0124]
表2实施例9-14和对比实施例8-9的隔热材料的原材料的细成及性能测试结果
[0125][0126][0127]
对比实施例8的原材料包含57.5重量％的水性聚氨酯分散体，其形成的隔热材料的氧指数低、火焚烧后材料结构碎裂。
[0128]
对比实施例9的原材料不包含膨胀石墨，并且珠光砂的含量为79.5重量％，其无法得到成型的隔热材料，无法进行性能测试。
[0129]
实施例9-14的原材料包含不同的水性聚氨酯分散体，其形成的隔热材料的密度、
导热系数、氧指数均能达到要求，并且材料被火焚烧后不发生碎裂塌落现象离火即息。因此，本发明实施例的隔热材料具有良好的机械强度、隔热性能和阻燃性能。
[0130]
表3实施例15-18和对比实施例10-12的隔热材料的原材料的组成及性能测试结果
[0131][0132]
对比实施例10-11的原材料都不包含聚硅氧烷憎水剂，其形成的隔热材料不能兼顾氧指数、导热系数和火焰焚烧性能，并且隔热材料的憎水率低。
[0133]
对比实施例12的原材料不包含聚硅氧烷憎水剂和膨胀石墨，其无法得到成型的隔热材料，无法进行性能测试。
[0134]
实施例15-18的原材料包含不同的聚硅氧烷憎水剂，其形成的隔热材料的密度、导热系数、氧指数均能达到要求，并且材料被火焚烧后不发生碎裂塌落现象离火即息。因此，本发明实施例的隔热材料具有良好的机械强度、隔热性能和阻燃性能。并且，实施例15-18的隔热材料的憎水率高，隔热材料的隔热性能好。
[0135]
所属领域的技术人员易知，本发明不仅限于前述的具体细节，且在不脱离本发明的精神或主要特性的前提下，本发明可实施为其他特定形式。因此从任何角度来说都应将所述实施例视作例示性而非限制性的，从而由权利要求书而非前述说明来指出本发明的范围；且因此任何改变，只要其属于权利要求等效物的含义和范围中，都应视作属于本发明。