CN106477967B - 一种高阻热节能保温建筑涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高阻热节能保温建筑涂料，其组分和含量按照重量百分比，分别如下：内闭孔外开孔结构的纳米氧化硅15～40％，纳米氧化钛4～10％，六钛酸钾1～10％，焦磷酸钛1～10％，硅酸镁3～15％，氢氧化铝1‑3％，偏硅酸钠钙1～3％，丙烯酸复合乳液2～18％，功能助剂1.5～3％，其余为水。本发明还公开了相应的制备方法。本发明的涂料采用微米/纳米宏结构的微观结构设计，以微米/纳米宏结构中的表/界面、壳层控制热传递途径，以内闭孔、外开孔结构的纳米氧化硅复合材料的内超微闭孔负空间实现隔热保温，外开孔结构表面活性很强，在颗粒之间可形成的多维网络作为控温相变材料的载体，实现调温功能。

Description

一种高阻热节能保温建筑涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑隔热保温材料技术领域，具体涉及一种高阻热节能保温建筑涂料及其制备方法。

背景技术

功能性隔热(阻热)涂料是20世纪70年代全球石油危机时期，欧洲国家为缓解能源问题而展开的一次大范围的政策性工作的产物。美国从1987年以来建筑用绝热材料占所有绝热材料的81％左右。我国能源消耗中，建筑能耗大约占全国能源消耗总量的1/4，而建筑用绝热材料仅占总量的11％左右。建筑能耗在人类整个能源消耗中所占比例甚高，建筑能耗在人类整个能源消耗中所占比例一般在30-40％，绝大部分是采暖和空调的能耗，故建筑节能意义重大，是解决我国能源问题的根本途径，而建筑节能最直接有效的方法是使用保温隔热材料。在建筑上合理采用保温隔热材料，可以减少建筑材料的用量，提高建筑施工的工业化程度，大幅度节能降耗。

传统的建筑隔热保温材料为例如EPS板、XPS板、PU硬泡等有机隔热保温材料，目前我国采用的有机保温材料占据了工业和建筑保温工程份额的80％以上。虽然这些有机保温材料具有导热系数优异、保温性能好的优势，但是它们的防火性能较差，容易造成重大火灾事故。由于传统保温材料易燃性与保温性能的矛盾没有根本性解决，从而导致采取的消防措施只能是设置隔离带等消极预防火灾方式，不能从根本上消除火灾隐患。其次，现有有的有机保温材料(如聚苯、聚氨酯、挤塑板等)毒害性污染严重，在生产和使用过程中挥发出大量的异味和毒害性气体，造成了对工业环境和社会环境的严重污染。另外，现有的保温材料没有从根本上解决控制环境中热源传导因素，属于一种以材料性质决定保温性能的被动式阻隔保温方法。

无机保温材料在建筑中也被广泛应用，例如岩棉、矿棉、玻璃棉、泡沫混凝土、玻化微珠等无机保温材料，虽然燃烧性能达到A级，具有很好的防火效果，抗老化性能稳定、与墙基层和抹面层结合较好、安全稳固性好、保温层强度及耐久性比有机保温材料高、使用寿命长、施工难度小、工程成本较低，生态环保性好，可以循环再利用。但是由于无机保温材料的导热系数较差，保温性能欠佳，很难达到理想的隔热保温节能效果，甚至遇水失效。对于节能要求大于65％的建筑，无机隔热保温层的设计厚度将超过50mm，无法使用，且成本极高。

现有技术中出现了水性纳米隔热保温材料，将无机纳米材料与无机隔热保温材料复合，配以成膜和功能助剂，可制备热工性能可调的隔热保温材料。这种主动隔热保温节能技术和材料，可以大大提高无机材料的隔热保温效果，并具有优异的环保和防火性能。例如专利文献103087605A公开了一种建筑用的水性纳米隔热保温材料及其制备方法，该材料由多孔水性纳米SiO2悬浮乳液、无机纳米TiO2、无机纳米氧氯化铋、玻璃空心微珠、无机超微材料、功能助剂、阻燃剂与去离子水组成，该隔热保温材料能阻滞热流传递的材料，具有隔绝热量传递保持温度稳定的效果，防火效果优良。但是，该水性纳米隔热保温材料涂层因为其组成成分的限制，特别是其中的多孔水性纳米SiO2悬浮乳液微观结构，尽管可以产生一定的阻热效果，但实际上这种涂料的隔热阻热效果依然不够好，隔热稳定性较差。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种高阻热节能保温建筑涂料及其制备方法，其通过组分及相应的配比的优化改进，从而使得涂料具有滞热流传递、隔绝热量传递，保持温度稳定的效果。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种高阻热节能保温建筑涂料，其按照重量百分比包括如下组分和含量：

作为本发明的进一步优选，还包括功能助剂1.5～3％。

按照本发明的另一个方面，提供一种高阻热节能保温建筑涂料，其组分和含量按照重量百分比，分别如下：

作为本发明的进一步优选，所述纳米氧化硅为内闭孔外开孔结构的纳米氧化硅。

作为本发明的进一步优选，其中所述内闭孔外开孔结构的纳米氧化硅复合材料的比表面积≥800m2/g，孔隙率≥70％，微孔孔径<2nm，微孔比体积≥1000cm3/g。

作为本发明的进一步优选，所述纳米氧化硅复合材料为无定型的粉末。

该技术方案中的内闭孔、外开孔结构的多孔纳米氧化硅复合材料，其内部大量的超微闭孔空间，阻滞热能的对流扩散，从而降低材料的导热系数，具有隔热保温功能；另外，其外开孔结构表面残健较多，活性很强，在颗粒之间可形成的多维网络作为控温相变材料及红外反射材料的载体，实现调温阻热功能。同时，其纳米无定型结构使隔热保温材料形成短程无序的界面结构特征，具有热的自消耗功能，使隔热保温涂料能阻滞热流传递、隔绝热量传递，保持温度稳定的效果。

作为本发明的进一步优选，所述无机纳米氧化钛为金红石型，粒径为20-30nm。金红石型纳米氧化钛折射率高，是极好的红外反射材料。

作为本发明的进一步优选，所述六钛酸钾和焦磷酸钛为温控材料，其粒度为2-150μm。

六钛酸钾、焦磷酸钛是极好的相变材料，红外折射率为氧化钛的2.5倍以上，且自身导热系数仅为0.036W/(m·K)，将相变储热材料与多孔纳米材料进行复合，在隔热保温材料中集成相变材料的调温功能，可以实现隔热保温材料的高阻热和长效智能温度调控。

作为本发明的进一步优选，所述偏硅酸钠钙为大于400目的粉末。偏硅酸钠钙具有较高的耐高温性能，能提升高阻热节能环保建筑涂料的耐高温防火性能

作为本发明的进一步优选，所述硅酸镁纤维绒比表面积≥900m2/g，绒长0.5-1mm。其纤维绒在材料中起到一定拉力，防止开裂的作用；其高比表面积的多孔结构能有效降低涂料的导热系数；材料无毒性，耐高温1500℃—1700℃，造型好，收缩率低，不易裂开，以及抗盐度高，抗腐蚀性好，同时遇到水时会吸收很多水从而变得柔软起来，而一旦干燥就又***了，能有效提升涂料的耐高温、保温性能以及施工性好、结构稳定，并增加涂料强度。

作为本发明的进一步优选，所述氢氧化铝粒径为1-2.5μm。氢氧化铝是很好的无机阻燃剂，其的加入能提供有机物的熔点，受热分解产生水分蒸发带走热量，降低涂料表面温度，保证涂料的阻燃效果。

作为本发明的进一步优选，所述丙烯酸复合乳液为苯丙、纯丙、硅丙中的至少两种组成。丙烯酸复合乳液是高阻热节能环保建筑涂料的主要成膜剂，可保证涂料的弹性、强度及耐候性能，从而提高高阻热节能环保建筑涂料涂层的抗裂变性，耐粘污性、耐水性和耐候性，延长涂层的使用寿命。

作为本发明的进一步优选，所述功能助剂为分散剂、润湿剂、消泡剂、杀菌剂、流平剂、pH调节剂和增稠剂中的至少一种。

作为本发明的进一步优选，所述功能助剂的具体类型及含量按重量百分比可以为：分散剂0.3～1％、润湿剂0.3～1％、成膜助剂0.3-1％、杀菌剂0.1-0.2％、pH调节剂0.1-0.5％、流平剂0.05％-0.1％、消泡剂0.05-0.1％、增稠剂0.2～0.5％。

按照本发明的另一方面，提供一种高阻热节能保温建筑涂料的制备方法，其包括如下步骤：

先将水按重量加入打浆桶中，然后加入分散剂0.3～1％、润湿剂0.3～1％，依次投入六钛酸钾1～10％、焦磷酸钛1～10％、偏硅酸钠钙1～3％、纳米氧化钛为4～10％、氢氧化铝1-3％，打浆；

再投入纳米氧化硅复合材料15～40％，打浆；

再投入硅酸镁3～15％，打浆；

将丙烯酸复合乳液2～18％吸入反应釜中，将调浆桶中备用浆液吸入反应釜中，搅拌40-60分钟，然后加入功能助剂并搅拌均匀即可制备成高阻热节能保温建筑涂料。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1)本发明中的高阻热节能保温建筑涂料，级配微米、纳米、闭孔、开孔材料和相变储热材料，可以构筑一种以组分颗粒尺寸呈离散型分布的微米/纳米宏结构为微观结构特征的新保温材料体系。由于采用微米/纳米宏结构的微观结构设计，以微米/纳米宏结构中的表/界面、壳层控制热传递途径，以内闭孔外开孔结构的纳米氧化硅复合材料为主材，利用纳米氧化硅复合材料内超微闭孔负空间实现隔热保温，外开孔结构作为控温相变材料的载体，实现调温功能。

同时其纳米无定型结构使隔热保温材料形成短程无序、长程有序的结构特征，具有热的自消耗功能，使隔热保温涂料能阻滞热流传递、隔绝热量传递，保持温度稳定的效果。涂料产品导热系数低，能有效抑制并屏蔽红外线的辐射热和热量的传导，3mm涂层隔热温差达1/2以上，可有效抑制高层建筑物的热辐射和热量的散失，质轻、层薄，节能保温效果显著，能满足建筑节能大于65％的要求；

2)本发明中的高阻热节能保温建筑涂料，组分材料大部分为无机不可燃材料，防火性能达到A级水平，在300～1400℃不燃烧，高温保持2小时，不产生烟雾、气化和***危险，材料不粉化，并且具有无毒害物质排放和不可燃烧的绝对优势；

3)本发明中的高阻热节能保温建筑涂料，可采用人工涂抹、喷涂的方式进行，涂料与墙基层和抹面层结合较好、安全稳固性好、保温层强度及耐久性高、施工难度小，操作简便。其施工成本为市场同类产品的50％，工程造价成本为市场同类产品的80％，真正达到了优质、安全、高效、节能、环保的目的。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1

本实施例中的一种用于墙体的高阻热节能保温建筑涂料及其制备方法，其组分和含量按照重量百分比，分别如下：

其中，功能助剂可以包括分散剂0.5％、润湿剂0.5％成膜助剂0.3％份、杀菌剂0.1％、pH调节剂0.1％、流平剂0.05％、消泡剂0.05％，增稠剂0.4％。

具体制备时，首先先将水按重量加入打浆桶中，然后加入分散剂0.5％、润湿剂0.5％，依次投入六钛酸钾3％、焦磷酸钛1％、偏硅酸钠钙1％、纳米氧化钛为4％、氢氧化铝1.5％，1200-3000转/分钟高速均质机(或砂磨机)打浆25-60分钟；再投入纳米氧化硅复合材料40％，1200-3000转/分钟打浆20-30分钟；再投入硅酸镁3％，800-1200转/分钟打浆20-30分钟，浆液备用。用真空泵将丙烯酸复合乳液2％吸入反应釜中，开启反应釜，调节搅拌至400～600转/分钟的转速；将调浆桶中备用浆液吸入反应釜中，搅拌40-60分钟，然后按顺序依次加入成膜助剂0.3％份、杀菌剂0.1％、pH调节剂0.1％、流平剂0.05％、消泡剂0.05％、充分搅拌均匀后，将增稠剂0.4％缓慢加入，达到涂4杯80～90秒的粘度为止。最后灌装制备成用于墙体的高阻热节能保温建筑涂料。

经测定，本实施例制备的产品导热系数不大于0.0291W/(m·K)，防火性能达到A级水平。

实施例2

本实施例中的一种用于墙体的高阻热节能保温建筑涂料及其制备方法，其组分和含量按照重量百分比，分别如下：

其中，功能助剂可以包括分散剂1％、润湿剂1％、成膜助剂0.2％份、杀菌剂0.1％、pH调节剂0.12％、流平剂0.1％、消泡剂0.08％，增稠剂0.4％

具体制备时，首先先将水按重量加入打浆桶中，然后加入分散剂1％、润湿剂1％，依次投入六钛酸钾10％、偏硅酸钠钙3％、纳米氧化钛为5％、氢氧化铝1％，1200-3000转/分钟高速均质机(或砂磨机)打浆25-60分钟；再投入纳米氧化硅复合材料18％，1200-3000转/分钟打浆20-30分钟；再投入硅酸镁7％，800-1200转/分钟打浆20-30分钟，浆液备用。用真空泵将丙烯酸复合乳液15％吸入反应釜中，开启反应釜，调节搅拌至400～600转/分钟的转速；将调浆桶中备用浆液吸入反应釜中，搅拌40-60分钟，然后按顺序依次加入成膜助剂0.2％、杀菌剂0.1％、pH调节剂0.12％、流平剂0.1％、消泡剂0.08％、充分搅拌均匀后，将增稠剂0.4％缓慢加入，达到涂4杯70-80秒的粘度为止。最后过滤、灌装制备成用于墙体的高阻热节能保温建筑涂料。

经测定，本实施例制备的产品导热系数低：≤0.028W/(m·K)，防火性能达到A1级水平。

实施例3

本实施例中的一种用于墙体的高阻热节能保温建筑涂料及其制备方法，其组分和含量按照重量百分比，分别如下：

其中，功能助剂可以为分散剂0.3％、润湿剂0.3％成膜助剂0.3％份、杀菌剂0.2％、pH调节剂0.3％、流平剂0.1％、消泡剂0.1％，增稠剂0.5％。

具体制备时，首先先将水按重量加入打浆桶中，然后加入分散剂0.3％、润湿剂0.3％，依次投入六钛酸钾1％、焦磷酸钛1％、偏硅酸钠钙2％、纳米氧化钛为10％、氢氧化铝3％，1200-3000转/分钟高速均质机(或砂磨机)打浆25-60分钟；再投入纳米氧化硅复合材料26％，1200-3000转/分钟打浆20-30分钟；再投入硅酸镁4％，800-1200转/分钟打浆20-30分钟，浆液备用。用真空泵将丙烯酸复合乳液18％吸入反应釜中，开启反应釜，调节搅拌至400～600转/分钟的转速；将调浆桶中备用浆液吸入反应釜中，搅拌40-60分钟，然后按顺序依次加入成膜助剂0.3％份、杀菌剂0.2％、pH调节剂0.3％、流平剂0.1％、消泡剂0.1％、充分搅拌均匀后，将增稠剂0.5％缓慢加入，达到涂4杯60～90秒的粘度为止。最后过滤、灌装制备成用于墙体的高阻热节能保温建筑涂料。

经测定，本实施例制备的产品导热系数低：≤0.031W/(m·K)，防火性能达到A级水平。

实施例4

本实施例中的一种用于墙体的高阻热节能保温建筑涂料及其制备方法，其组分和含量按照重量百分比，分别如下：

其中，功能助剂可以为分散剂1％、润湿剂1％、成膜助剂0.2％、杀菌剂0.1％、pH调节剂0.12％、流平剂0.1％、消泡剂0.08％，增稠剂0.4％)

具体制备时，首先先将水按重量加入打浆桶中，然后加入分散剂1％、润湿剂1％，依次投入焦磷酸钛10％、偏硅酸钠钙1.5％、纳米氧化钛为4％、氢氧化铝1.5％，1200-3000转/分钟高速均质机(或砂磨机)打浆25-60分钟；再投入纳米氧化硅复合材料15％，1200-3000转/分钟打浆20-30分钟；再投入硅酸镁15％，800-1200转/分钟打浆20-30分钟，浆液备用。用真空泵将丙烯酸复合乳液8％吸入反应釜中，开启反应釜，调节搅拌至400～600转/分钟的转速；将调浆桶中备用浆液吸入反应釜中，搅拌40-60分钟，然后按顺序依次加入成膜助剂0.2％、杀菌剂0.1％、pH调节剂0.12％、流平剂0.1％、消泡剂0.08％、充分搅拌均匀后，将增稠剂0.4％缓慢加入，达到涂4杯60-90秒的粘度为止。最后过滤、灌装制备成用于墙体的高阻热节能保温建筑涂料。

经测定，本实施例制备的产品导热系数不大于0.03W/(m·K)，防火性能达到A级水平。

以上各实施例中各组分其具体含量以及相关参数的数值范围仅是示例性的，并不用于限定本发明，具体来说，内闭孔外开孔结构的纳米氧化硅的含量可以为15～40％，纳米氧化钛的含量可以为4～10％，温控材料可以为六钛酸钾、焦磷酸钛中的一种或两种，其含量可以为1～20％，可以优选地六钛酸钾用量为1～10％、焦磷酸钛用量为1～10％。

另外，辅助试剂包括偏硅酸钠钙、硅酸镁和氢氧化铝，其含量可以分别为1～3％、3～15％和1-3％，其中优选地，偏硅酸钠钙为大于400目的粉末，硅酸镁为硅酸镁纤维绒，其比表面积≥900m2/g，绒长0.5-1mm。氢氧化铝粒径优选为1-2.5μm。

另外，丙烯酸复合乳液可以为苯丙、纯丙、硅丙中的至少两种组合而成。丙烯酸复合乳液是高阻热节能环保建筑涂料的主要成膜剂，可保证涂料的弹性、强度及耐候性能，从而提高高阻热节能环保建筑涂料涂层的抗裂变性，耐粘污性、耐水性和耐候性，延长涂层的使用寿命。

功能助剂可以为分散剂、润湿剂、消泡剂、杀菌剂、流平剂、pH调节剂和增稠剂中的至少一种。功能助剂的具体类型及含量按重量百分比可以为：分散剂0.3～1％、润湿剂0.3～1％、成膜助剂0.3-1％、杀菌剂0.1-0.2％、pH调节剂0.1-0.5％、流平剂0.05％-0.1％、消泡剂0.05-0.1％、增稠剂0.2～0.5％。

本发明实施例中的内闭孔、外开孔结构的多孔纳米氧化硅复合材料优选采用沉淀法制备，特别优选是采用申请人在先申请的专利201510232645.2中的制备方法制备得到。按照沉淀法生产的纳米氧化硅具有气相熔融燃烧法、有机体系的溶胶-凝胶法生产的纳米氧化硅不具备的独特特性，其具有大于800m2/g的高比表面积时，纳米氧化硅羟基丰富，表面残健很大，因此化学活性极强，纳米氧化硅颗粒与颗粒间，氧化硅与涂料中体系材料间可形成牢固的键合，在高阻热节能建筑涂料中，提高了涂料的强度。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高阻热节能保温建筑涂料，其特征在于，该涂料按重量百分比包括如下组分：

内闭孔外开孔结构的纳米氧化硅 15～40％

纳米氧化钛 4～10％

六钛酸钾 1～10％

焦磷酸钛 1～10％

硅酸镁 3～15％

氢氧化铝 1-3%

硅酸钠钙 1～3％

丙烯酸复合乳液 2～18％；

其中，所述内闭孔外开孔结构的纳米氧化硅为无定型的粉末，其比表面积≥800m²/g，孔隙率≥70%，微孔孔径<2nm，微孔比体积≥1000cm³/g。

2.根据权利要求1所述的高阻热节能保温建筑涂料，其中，还包括功能助剂，其重量百分比含量为1.5～3％。

3.一种高阻热节能保温建筑涂料，其组分和含量按照重量百分比分别如下：

内闭孔外开孔结构的纳米氧化硅 15～40％

纳米氧化钛 4～10％

六钛酸钾 1～10％

焦磷酸钛 1～10％

硅酸镁 3～15％

氢氧化铝 1-3%

硅酸钠钙 1～3％

丙烯酸复合乳液 2～18％

功能助剂 1.5～3％

其余为水；

其中，所述内闭孔外开孔结构的纳米氧化硅为无定型的粉末，其比表面积≥800m²/g，孔隙率≥70%，微孔孔径<2nm，微孔比体积≥1000cm³/g。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种高阻热节能保温建筑涂料，其中，所述纳米氧化钛为金红石型，粒径为20-30 nm。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的一种高阻热节能保温建筑涂料，其中，所述六钛酸钾和焦磷酸钛为温控材料，其粒度为2-150μm。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的一种高阻热节能保温建筑涂料，其中，所述丙烯酸复合乳液为苯丙、纯丙、硅丙中的至少两种组成。

7.根据权利要求2或3所述的一种高阻热节能保温建筑涂料，其中，所述功能助剂为分散剂、润湿剂、消泡剂、杀菌剂、流平剂、pH调节剂和增稠剂中的至少一种。

8.一种高阻热节能保温建筑涂料的制备方法，其包括如下步骤：

先将水按重量加入打浆桶中，然后加入分散剂0.3～1%、润湿剂0.3～1%，依次投入六钛酸钾1～10％、焦磷酸钛1～10％、硅酸钠钙1～3％、纳米氧化钛为4～10％、氢氧化铝1-3%，打浆；

再投入内闭孔外开孔结构的纳米氧化硅复合材料15～40％，打浆；

再投入硅酸镁3～15％，打浆；

将丙烯酸复合乳液2～18％吸入反应釜中，将调浆桶中备用浆液吸入反应釜中，搅拌40-60分钟，然后加入成膜助剂、消泡剂、杀菌剂、流平剂、pH调节剂和增稠剂并搅拌均匀即可制备成高阻热节能保温建筑涂料；

其中，所述内闭孔外开孔结构的纳米氧化硅为无定型的粉末，其比表面积≥800m²/g，孔隙率≥70%，微孔孔径<2nm，微孔比体积≥1000cm³/g。