基于气凝胶的防火保温隔热涂料的制作方法

本发明属于涂料，具体地，涉及一种基于气凝胶的防火保温隔热涂料。

背景技术：

1、近年来由于外墙隔热保温技术的发展，建筑墙体隔热保温涂料也逐步由内墙向外墙转变。建筑墙体隔热保温涂料，是一种绝热涂料，属于功能性涂料。

2、热量传递主要有3种方式，即热传导、对流传热、辐射传热。热传导是由于物体分子的热振动具有相互影响的特性而产生的，其趋势是使固体不存在温差；对流传热是气体或液体进行热量交换而产生的；辐射传热是任何温度高于绝对零度的物体以电磁波的形式向外传热的方式。气凝胶具有极高的孔隙率，固含量极低，因此固体热传导很小，可以忽略不计；气凝胶内部平均孔径为20-50nm，而空气分子的平均自由程约为70nm，空气在气凝胶孔洞内无法流动，从而抑制空气的对流辐射；气凝胶内部具有无数的孔洞，每个孔壁均可作为辐射的反射面和折射面，可以很大程度地阻隔辐射传热。因此气凝胶具有非常优异的隔热保温性能。因此，现有技术中多采用气凝胶作为隔热涂料的有效介质。

3、例如公开号为cn115197619a的中国发明专利公开了一种新型环保气凝胶隔热涂料的制备，这种新型环保气凝胶隔热涂料的制备包括气凝胶、水性丙烯酸树脂、隔热填料、成膜物质、分散剂、消泡剂、流平剂、增稠剂、固化剂备用材料。但是该涂料没有对产品的阻燃防火性能进行优化，且气凝胶与涂料内其余成分之间的相互作用弱，难以更好的发挥效果。而建筑物表面进行防火处理，可抑制发烟量并延迟火灾发展，为人员的逃生和火灾扑救赢得时间，因此，改善隔热涂料的阻燃防火性能具有重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种基于气凝胶的防火保温隔热涂料。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、基于气凝胶的防火保温隔热涂料，包括如下重量份的原料：水性丙烯酸酯乳液100份、云母粉18-22份、改性气凝胶8-10份、空心玻璃微珠8-10份、阻燃剂12-15份、甲基硅酸钠5-6份、羟乙基纤维素9-10份、聚丙烯酸钠1-1.2份、消泡剂1-1.2份；

4、所述涂料通过如下步骤制备：

5、将云母粉、改性气凝胶、空心玻璃微珠、阻燃剂、甲基硅酸钠和羟乙基纤维素放入高速混合机，1300-1400r/min混合30min，再转移到搅拌器内，500r/min搅拌下加入水性丙烯酸酯乳液，再加入聚丙烯酸钠和消泡剂，持续搅拌20min以上，制得所述涂料。

6、进一步地，所述消泡剂为聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚。

7、云母粉作为功能填料的加入，其具有非常优异的耐热性能，最高耐温等级可达1000℃，导热系数低，具有非常好的隔热性能，是一种性能优越的防火隔热材料，能够赋予涂料良好的防火隔热性能。

8、进一步地，所述改性气凝胶通过如下步骤制备：

9、a1、将正硅酸乙酯、无水乙醇和去离子水混合均匀，加入酸调整ph值至3-4，水解3h，再加入碱调整ph值至7-8，形成湿凝胶，将湿凝胶进行老化、无水乙醇置换2次，得到干凝胶；正硅酸乙酯、无水乙醇和去离子水的摩尔比为1:15:5；

10、a2、将干凝胶置于硅烷偶联剂kh560的分散液中，搅拌条件下，升高温度至80℃，回流处理2h，离心分离，并用乙醇水溶液洗涤3-4次，干燥、研磨，得到改性气凝胶；干凝胶和硅烷偶联剂kh560的用量比为10g:23.6g。

11、二氧化硅气凝胶结构内存在大量孔隙，具有阻隔热传导、反射隔热和辐射隔热保温的作用；通过硅烷偶联剂kh560的表面改性处理，以获得改性气凝胶，促进气凝胶在涂料中的均匀分布。

12、进一步地，所述阻燃剂通过如下步骤制备：

13、s1、将氯仿和烯丙基胺加入三口烧瓶，置于冰浴中，保持搅拌，待温度稳定在0℃时，滴加氯乙醇与乙醚的混合液，滴加结束后，于常温下搅拌反应3h，反应结束后，降温至20℃，加入三乙胺调节ph值为中性，继续搅拌10min，加入蒸馏水进行萃取，取有机层，用无水硫酸钠干燥后，过滤，滤液减压旋蒸除去溶剂(氯仿和乙醚)，得到中间体1；烯丙基胺和氯乙醇的用量摩尔比为1:1；

14、烯丙基胺分子上的-nh2与氯乙醇分子上的-cl发生亲核取代反应，且通过控制二者的摩尔比为1:1，发生如下所示的反应过程，得到中间体1：

15、

16、s2、将四甲基二硅氧烷和四氯化碳置于三口烧瓶中，加入铂催化剂并搅拌20min，加热，待温度升至70℃后，将中间体1的乙腈溶液缓慢滴入体系，继续在该温度条件下反应2h，反应结束后，过滤除去催化剂，将反应液旋蒸除去溶剂，得到中间体2；四甲基二硅氧烷、铂催化剂和中间体1的用量之比为13.4g:336μg:20.2g；

17、在铂催化剂作用下，四甲基二硅氧烷和中间体1分子上的不饱和碳碳双键发生硅氢加成反应，通过控制二者的摩尔比为1:2，发生如下所示的反应过程，得到中间体2：

18、

19、s3、将亚磷酸二甲酯、四氯化碳和四氢呋喃依次加入带有搅拌装置的三口烧瓶中，将烧瓶转移至冰浴中并进行搅拌，向烧瓶内同时逐滴滴加三乙胺、中间体2和四氢呋喃的混合液，滴加结束后将三口烧瓶转移至室温下持续搅拌反应10h，反应结束后，抽滤，取滤液，减压蒸馏，得到中间体3；亚磷酸二甲酯、四氯化碳、三乙胺和中间体2的用量之比为11g:15.4g:10.1g:16.8g；

20、中间体2上的-nh-与亚磷酸二甲酯发生atherton-todd反应，反应过程如下所示，得到中间体3：

21、

22、s4、在装有温度计、搅拌器、回流冷凝管的三口烧瓶中加入对氨基苯甲酰氯、氯化亚铜(阻聚剂)和dmf(n,n-二甲基甲酰胺)，升温至50℃，在此温度下向三口烧瓶中慢慢滴加含有中间体3和dmap(4-二甲氨基吡啶，催化剂)的dmf混合液，加毕，缓慢升温至58℃，保温反应4h，冷至室温，用质量分数为5％的naoh溶液中和至中性，分出有机层，用饱和食盐水洗，并用无水硫酸镁干燥，过滤，滤液经旋转蒸发器旋干后进行柱层析提纯(洗脱剂为乙酸乙酯/石油醚，体积比为13/7)，蒸干洗脱剂，得到阻燃剂；对氨基苯甲酰氯、氯化亚铜、中间体3和dmap的用量之比为15.6g:0.1g:27.6g:0.1g；

23、中间体3与对氨基苯甲酰氯发生酯化反应，得到阻燃剂，反应过程如下所示：

24、

25、获得的阻燃剂中含有磷酸酯基团、p-n键团以及si-o-si链段，磷酸酯基团能促进高分子材料脱水炭化，从而使高分子材料不能产生可燃性气体，并且由于不挥发性磷化合物起凝结剂的作用，使炭化物形成保护性炭膜，以隔绝外界的空气和热，含n基团燃烧过程中受热分解生成的n2，no，no2等不可燃气体，稀释可燃气体的浓度、降低材料表面的温度，抑制连锁反应的进行，si-o-si链段属于成炭抑烟剂，在凝聚相阻燃；因此，阻燃剂中包含多种阻燃机制，属于p-n-si协效阻燃成分，具备高效安全的阻燃性能；

26、此外，阻燃剂分子的两端含有-nh2、酯基和苯环，酯基与聚合物基体(聚丙烯酸酯链具备极高的相似相容性)，进而有助于阻燃剂在涂料中的均匀分散，-nh2与聚丙烯酸酯分子侧链上含有的-cooh具备较高的反应活性，使阻燃剂能够与聚合物基体产生化学键合作用，从而提高阻燃剂与涂料的相互作用力，改善普通阻燃剂存在的易于在涂层中迁移和渗出的缺陷，提高阻燃效果的持久稳定性；并且，阻燃剂分子两端均含有-nh2，能起到交联剂的效果，促进涂层中交联网络结构的形成，从而提升涂层的力学强度、耐磨和防腐性能；需要进一步补充说明的是，苯环属于位阻大的刚性基团，将其引入涂层中，能够提高涂层的硬度；

27、另外，阻燃剂还能与改性气凝胶表面接枝的环氧基团产生化学作用，能起到桥接改性气凝胶与聚丙烯酸酯的作用，形成质地均匀的涂料，使各有效成分充分发挥效果。

28、本发明的有益效果：

29、本发明以水性丙烯酸酯乳液作为涂料的成膜基质，以改性气凝胶与空心玻璃微珠作为主要隔热介质，以云母粉作为填料，使涂料兼具防火以及隔热保温的性能；另外，通过阻燃剂的加入，不仅能有效提升涂料的阻燃性能，也能一定程度提升涂层的力学强度、耐磨和防腐性能；且阻燃剂会与改性气凝胶产生化学作用，起到桥接改性气凝胶与聚丙烯酸酯的作用，形成质地均匀的涂料，使各有效成分充分发挥效果；最终形成综合性能强的涂料，具有重要的应用意义。