一种疏水改性气凝胶复合环氧树脂隔热水性涂料及其制备方法

本发明属于涂料制备，尤其涉及一种疏水改性气凝胶复合环氧树脂隔热水性涂料及其制备方法。

背景技术：

1、目前，市面上大部分涂料主要以人工合成树脂为基础，所得涂料都含有有机溶剂和一定毒性的颜料以及助剂等，容易造成对环境的污染，危害人身体健康。随着人们对自身健康以及环境问题的关注，对于涂料的污染和毒性问题也越来越重视。世界各国相继出台了相关的法律法规，对涂料的环保性提出了严格的要求。因此，水性特种涂料以其使用安全、环保、方便、等优势成为环保型隔热涂料的研发重点。

2、水性环氧树脂涂料是以环氧树脂为基料并以水为溶剂或分散介质的一类涂料，不仅具有节省资源、无火灾危险、无毒无臭味、污染性小、防腐蚀性能强、容易清理被涂饰表面、涂刷施工容易等优点，其还具有良好耐磨性，但由于其防火隔热性能弱、力学性能弱、疏水型能较差等不足之处，限制了水性环氧树脂涂料的应用范围及进一步发展。现有技术中，常常通过利用其他物质与水性环氧树脂复合对其进行改性，进而增强水性环氧树脂涂料的综合性能。例如，气凝胶本身就已经具有一定的耐热性能、耐溶剂、疏水性优良等性能，再将气凝胶进一步疏水改性，使其达到疏水性。通过疏水改性的气凝胶复合环氧树脂兼具环氧树脂和气凝胶的优异性能，具有广泛的应用前景。

3、因此如何提供一种具有良好抗流挂性、隔热性能和疏水性，符合社会发展需求的疏水改性气凝胶复合环氧树脂涂料是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种具有良好抗流挂性、隔热性能和疏水性，符合社会发展需求的疏水改性气凝胶复合环氧树脂涂料。

2、为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、一种疏水改性气凝胶复合环氧树脂隔热水性涂料，包括以下重量份数的原料：

4、水10份、成膜助剂1份、纤维素混合醚0.5份、分散剂0.2-0.4份、疏水改性气凝胶颗粒5-10份、水性乳液1.2份、环氧树脂聚合物1份、灰钙粉15-20份和木质纤维0.5-0.7份。

5、有益效果：本发明首先得到一个复合的环氧树脂聚合物骨架，这个骨架可以起支撑作用，接着使用硅烷偶联剂将气凝胶与有机硅氧烷进行接枝，得到疏水改性气凝胶。最后，在偶联剂的作用下将改性气凝胶接枝到环氧树脂聚合物骨架上，从而得到疏水改性气凝胶复合环氧树脂。环氧树脂聚合物骨架形成网状结构，可以在基材表面形成一层较为致密的膜，当改性的气凝胶加入后，填充在环氧树脂聚合物网状结构中，微纳米凸起在液滴与表面之间保持了大量的空气，大大减小了接触面积，从而增加了疏水性。

6、优选的，所述环氧树脂聚合物的制备包括以下步骤：

7、将硅烷偶联剂、水与无水乙醇混合后，调节ph，再加入脂醇经超声分散后搅拌反应，然后加入环氧树脂，再次搅拌反应后，得到所述环氧树脂聚合物。

8、有益效果：本发明将醇酯和环氧树脂通过硅烷偶联剂混合制成具有互穿聚合物网络的复合聚合物，这种聚合物几乎所有性能都继承了原材料的优点。从环氧树脂获得的高机械强度和从醇酯获得的低表面。

9、优选的，所述硅烷偶联剂、水、无水乙醇脂醇和环氧树脂的质量比为0.3∶1∶5∶1∶(1.5-2.0)；

10、所述调节ph为利用浓度为1mol/l的naoh调节至ph为10，且所述调节ph之后在70℃，200r/min的条件下搅拌1小时；

11、所述超声温度为室温，超声时间为10min；

12、所述搅拌反应时间为1h；

13、所述加入环氧树脂为在40℃、200r/min条件下加入环氧树脂；

14、所述再次搅拌反应时间为8h。

15、有益效果：搅拌可以保证气凝胶充分均匀的分散在无水乙醇中，70℃，200r/min是确保硅烷偶联剂与脂醇能够充分接触与反应，有利于后续环氧树脂成功地接枝。

16、优选的，所述硅烷偶联剂包括γ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷和甲基丙烯酰氧基丙基三甲基硅烷中的一种；

17、所述醇酯包括二甲基苯基硅烷、聚二甲基硅氧烷、聚甲基三乙氧基硅烷和聚甲基二乙氧基硅烷中的一种。

18、有益效果：本发明中的醇酯表面能低，固化条件简单，对各种基材有较好的附着力，是超疏水涂料理想的高分子材料。硅烷偶联剂可以接枝醇酯上的链，使得接枝后含有环氧基团侧链，与环氧树脂分子链结构相似。

19、优选的，所述疏水改性气凝胶颗粒的制备包括以下步骤：向气凝胶乙醇分散液中加入有机硅化合物和硅烷偶联剂，经搅拌反应后离心干燥，得到所述疏水改性气凝胶颗粒。

20、有益效果：气凝胶是无机物，硅烷偶联剂提供低表面能官能团，可以作为无机物的桥梁，将有机硅化合物接枝到气凝胶上，得到具有疏水性能的气凝胶颗粒。

21、优选的，所述气凝胶乙醇分散液中，气凝胶颗粒与无水乙醇的质量比为1∶5；

22、所述气凝胶颗粒、有机硅化合物和硅烷偶联剂的质量比为1∶0.5∶0.3；

23、所述气凝胶颗粒分散在无水乙醇中时，需要在室温下超声30min，然后转移到磁力搅拌器中搅拌30min；

24、所述搅拌反应温度为45℃，反应30min后离心去除溶剂，让后在45℃下干燥，时间为6h；

25、所述干燥温度为120℃，时间为5h。

26、优选的，所述气凝胶颗粒平均粒径为100μm，且包括二氧化硅气凝胶颗粒、二氧化钛气凝胶颗粒、氧化铜气凝胶颗粒、二氧化锆气凝胶颗粒和三氧化二铝气凝胶颗粒中的一种或任意几种；

27、所述的有机硅化合物包括1h,1h,2h,2h-全氟癸基三乙氧基硅烷、1h,1h,2h,2h-全氟辛基三甲基硅氧烷和1h,1h,2h,2h-全氟辛基三乙氧基硅烷中的一种。

28、有益效果：本发明要求气凝胶颗粒粒径尽量小，便于后续在无水乙醇中分散，且选用无机气凝胶便于增强涂料的疏水和隔热性能。含氟有机硅化合物通过偶联剂接枝上气凝胶可以增强气凝胶的疏水性能，同时降低表面能，增强与聚合物基体的相容性。

29、优选的，所述纤维素混合醚包括羟乙基羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素中的一种；

30、所述醇包括丙二醇、醇酯十二和十六碳醇酯中的一种；

31、所述分散剂包括聚羧酸铵、聚丙烯酸铵、聚丙烯酸钠和聚丙烯酸钾中的一种；

32、所述水性乳液包括苯丙乳液、丙烯酸乳液和丙酸乙烯乳液中的一种；

33、所述灰钙粉包括碳酸钙、氢氧化钙、钛白粉、滑石粉和高岭土中的一种或任意几种；

34、所述增稠剂包括硅藻土、气相二氧化硅和钠基膨胀土中的一种。

35、有益效果：上述纤维素混合醚可以在涂料中可以起到一定的乳化和稳定作用，保持涂料中颗粒的分散状态，防止发生分层现象。醇作为涂料中的添加剂，可以改善涂料的性能，提高涂料的性能和使用寿命。低相对分子质量的分散剂可以提高涂料分散体系的稳定性。加入水性乳液可以获得很好的抗流挂效果，减少出现凝结或絮凝。灰钙粉中的碳酸钙与涂料中成膜物质形成网络结构，提高涂料耐水和耐冲刷性能。

36、一种疏水改性气凝胶复合环氧树脂隔热水性涂料的制备方法，包括以下步骤：

37、(1)将水、乙醇和纤维素混合醚混合搅拌，调节ph后，依次加入分散剂、疏水改性气凝胶颗粒及水性乳液，得到混合分散液；

38、(2)向所述混合分散液中依次加入环氧树脂聚合物、灰钙粉和木质纤维，得到所述疏水改性气凝胶复合环氧树脂隔热水性涂料。

39、有益效果：混合搅拌后调节ph能够使得涂料在偏碱性的条件下保持长期稳定，涂料的ph值对其储存稳定性、抗腐败、黏度及涂料性能有一定影响。

40、优选的，步骤(1)中所述混合搅拌时间为2h；

41、所述调节ph为利用缓冲溶液调节ph至9到10之间。

42、一种疏水改性气凝胶复合环氧树脂隔热水性涂料的涂覆方法，包括以下步骤：

43、将所述疏水改性气凝胶复合环氧树脂隔热水性涂料与固化剂混合后进行涂覆。

44、更为优选的，所述疏水改性气凝胶复合环氧树脂隔热水性涂料和固化剂的质量比为10：4。

45、所述固化剂包括4.4'-二氨基二苯基砜、4.4'-二氨基二苯甲烷和4.4'-亚甲基双苯胺中的一种。

46、本发明公开了一种疏水改性气凝胶复合环氧树脂隔热水性涂料及其制备方法，所得水性涂料成膜后涂层稳定性能较好，使得涂层基体难以受到酸和碱的侵蚀，且本发明提供的水性涂料具有良好的抗流挂性，同时其隔热性能、耐磨性好，具有一定的防腐功能以及较强的疏水能力。

47、本发明提供的改性气凝胶复合环氧树脂隔热水性涂料可以直接涂布或喷涂于基材上制备气凝胶环氧树脂复合涂层，具有制备方法较为简易、易于实施、操作简便以及对环境污染小等优点；本发明可以用于在不同形状规格房屋建筑外墙及内墙上制备气凝胶复合环氧树脂隔热涂层，该涂层耐高温性能好，使用温度可调整，可在300～600℃以下长期使用；其中改性气凝胶复合环氧树脂涂层具有较低的导热性能，导热系数在0.02～0.08w/m·k之间，且使用过程中易于施工涂刷且表面平整光洁，在要求耐高温、高效隔热的建筑环境中具有较好的应用前景。