一种柔性陶瓷涂料及其制备方法和应用

本发明涉及陶瓷涂料，具体涉及一种柔性陶瓷涂料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、涂料是涂覆在被保护或被装饰的物体表面，并能与被涂物体形成牢固附着的连续薄膜，现有的涂料多种多样，基本分为有机和无机涂料两大类。现有的无机涂料均具有阻燃性能，其利用无机材料耐高温的特性，但是没有抑制燃烧的能力，而且现有技术中地涂料一般隔热性能较差。

2、气凝胶是一种固体物质形态，具有三维多孔网络结构的材料。一般常见的气凝胶为硅气凝胶由于氧化硅气凝胶本身属于难燃性物质，将氧化硅气凝胶应用于涂料技术中，以氧化硅气凝胶为涂料的功能填料，均匀分散于涂料的稳定体系中，当涂料涂敷在易燃性基材表面，能有效阻止热量的传递，降低基材易燃性以及延滞甚至阻止火灾的蔓延。但是，提高气凝胶阻燃等性能的技术效果的同时，会导致涂料的强度和韧性都比较差。因此，解决现有技术气凝胶涂料的易碎和力学性能差的问题成为了一个难点。

技术实现思路

1、基于上述技术问题，本发明提供了一种柔性陶瓷涂料及其制备方法和应用，旨在解决现有技术制备气凝胶涂料的易碎和力学性能差的问题。

2、为了达到上述目的，本发明提供了一种柔性陶瓷材料，主要包括陶瓷纤维、多孔颗粒和聚合物基质，可任意角度折叠、卷曲，在干燥成膜后，暴露于高温火焰下可降低火焰温度，具有阻燃、防火、隔热的作用。

3、本发明中，所添加的陶瓷纤维由于其自身可弯折且具有一定的柔性的性能使得赋予了制备得到的陶瓷材料也可以进行弯折与卷曲的性能，同时，本发明无需经过化学反应，也无需添加其他化学试剂，通过简单的物理共混即可得到具有可任意角度折叠、卷曲的柔性陶瓷材料，工艺简单，条件温和。

4、优选地，所述柔性陶瓷材料干燥成膜后能够将火焰温度从1400℃降低至1180℃。

5、优选地，所述柔性陶瓷涂料可制作成任意形状。

6、优选地，所述柔性陶瓷涂料的密度为0.01～0.11g/cm3，热导率为0.0291～0.0354w/m·k，900℃的高温下质量损失不高于16％。

7、优选地，所述聚合物基质包括水溶性环氧树脂、水性聚氨酯、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素的任意一种或两种以上的组合。

8、优选地，所述多孔颗粒包括超疏水氧化硅气凝胶、亲水氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、高分子基气凝胶、纤维素气凝胶中的任意一种或两种以上的组合。

9、优选地，所述多孔颗粒具有三维网络多孔结构，粒径为1～1000μm，孔隙率为80～98.45％。

10、优选地，所述陶瓷纤维包括氧化铝陶瓷纤维、氧化锆陶瓷纤维、碳化硅陶瓷纤维、硅酸铝陶瓷纤维、莫来石陶瓷纤维中的任意一种或两种以上的组合。

11、优选地，所述陶瓷纤维长度为5mm～50mm。

12、为实现另一个目的，本发明还提供了上述柔性陶瓷材料的制备方法，包括：

13、s1.将聚合物基质在水中完全溶解，形成聚合物基质溶液；

14、s2.使多孔颗粒均匀分散于聚合物基质溶液中，形成分散体；

15、s3.使所述分散体与陶瓷纤维均匀混合，即可获得柔性陶瓷涂料。

16、优选地，s1中，所述聚合物基质溶液的制备包括完全溶解-搅拌均匀两个步骤。

17、所述完全溶解包括将所述聚合物基质在70～80℃溶解于水中。

18、优选地，所述搅拌均匀包括不断搅拌，直至形成稳定均匀的聚合物基质溶液。

19、优选地，聚合物基质溶液的浓度为1～5wt％。

20、优选地，s2中，所述多孔颗粒在所述分散体中浓度为2～5wt％。

21、优选地，s3中，所述分散体与陶瓷纤维的均匀混合的方法包括机械搅拌、超声分散中的任一种方法。

22、针对上述技术方案提供的柔性陶瓷材料，本发明还提供了其使用方法，包括在单独成型或者涂抹于基材上后需进行干燥处理；所述干燥处理包括常压干燥法、减压真空干燥法、冷冻干燥法和超临界干燥法中的任意一种或两种以上的组合。

23、基于上述技术方案提供的柔性陶瓷材料，应用广泛，其具有优异的粘合性能，能够在建筑物、交通工具、工业管道、木材器具中进行广泛的应用，尤其地，具有防火、隔热、阻燃等优异的效果。具体地，应用方法包括将所述柔性陶瓷材料涂敷在需要基体材料上，干燥处理后，实现高温热防护的作用。

24、本发明所获得的有益技术效果：

25、1.通过本发明技术方案提供的柔性陶瓷涂料同时具有良好的力学、粘附性、隔热、阻燃等综合性能；尤其是，柔性陶瓷涂料具有可裁剪、可折叠、可卷曲、可扭曲的功能，在承受6600多倍于自身重量的压力的情况下依旧具有良好的弹性，可以回弹，解决了现有技术中气凝胶涂料的易碎和力学性能差的问题。

26、2.采用本发明技术方案制备得到柔性陶瓷涂料具有良好的隔热性能，在1400℃高温火焰下，涂覆有涂料的内面与接触火焰的正面的温度差能够达到约1200℃，实现良好的高温防护作用，使其具有良好的应用前景，可用于建筑物、交通工具、工业管道、木材器具的涂覆，实现高温热防护的作用。

27、3.本发明提供的柔性陶瓷涂料制备方法简单，仅需要物理共混即可实现，原料来源广泛，价格低廉，易于进行连续化、规模化生产。

28、4.采用本发明技术方案，柔性陶瓷涂料反应条件温和，能耗低，绿色环保，成本较低，整个过程不涉及对生态环境和人类健康具有巨大危害的有机溶剂。此外，溶解过程相对较快且纤维素来源广泛、价格低廉，大幅缩短了制备周期并降低了生产成本，可适用于工业化生产以及大批量生产和推广。

技术特征：

1.一种柔性陶瓷材料，主要包括陶瓷纤维、多孔颗粒和聚合物基质，可任意角度折叠、卷曲，在干燥成膜后，暴露于高温火焰下可降低火焰温度，具有阻燃、防火、隔热的作用。

2.根据权利要求1所述的柔性陶瓷材料，其特征在于，所述柔性陶瓷材料干燥成膜后能够将火焰温度从1400℃降低至1180℃；

3.根据权利要求1或2所述的柔性陶瓷材料，其特征在于，所述聚合物基质包括水溶性环氧树脂、水性聚氨酯、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素的任意一种或两种以上的组合。

4.根据权利要求1或2所述的柔性陶瓷材料，其特征在于：所述多孔颗粒包括超疏水氧化硅气凝胶、亲水氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、高分子基气凝胶、纤维素气凝胶中的任意一种或两种以上的组合；

5.根据权利要求1或2所述的柔性陶瓷材料，其特征在于：所述陶瓷纤维包括氧化铝陶瓷纤维、氧化锆陶瓷纤维、碳化硅陶瓷纤维、硅酸铝陶瓷纤维、莫来石陶瓷纤维中的任意一种或两种以上的组合；

6.一种如权利要求1-5任一项所述的柔性陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的柔性陶瓷材料的制备方法，其特征在于，

8.根据权利要求6所述的柔性陶瓷材料的制备方法，其特征在于，

9.一种如权利要求1-5任一项所述的柔性陶瓷材料的使用方法，其特征在于，所述柔性陶瓷涂料在单独成型或者涂抹于基材上后需进行干燥处理；

10.一种如权利要求1-5任一项所述的柔性陶瓷材料在建筑物、交通工具、工业管道、木材器具的应用；具体包括将所述柔性陶瓷材料涂敷在需要基体材料上，干燥处理后，实现涂层对基体材料的高温热防护的作用。

技术总结
本发明提供了一种柔性陶瓷材料及其制备方法和应用，所述柔性陶瓷材料主要包括陶瓷纤维、多孔颗粒和聚合物基质，可任意角度折叠、卷曲，在干燥成膜后，暴露于高温火焰下可降低火焰温度，具有阻燃、防火、隔热的作用。本发明中，所添加的陶瓷纤维由于其自身可弯折且具有一定的柔性的性能使得赋予了制备得到的陶瓷材料也可以进行弯折与卷曲的性能，同时，本发明无需经过化学反应，也无需添加其他化学试剂，通过简单的物理共混即可得到具有可任意角度折叠、卷曲的柔性陶瓷材料，工艺简单，条件温和，适宜于大规模的产业化生产，可应用于建筑物、交通工具、工业管道、木材器具的涂覆，实现高温热防护的作用。

技术研发人员：王锦,程滢颖
受保护的技术使用者：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16