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气凝胶保温涂料二氧化硅气凝胶隔热材料的性能评价

浏览:0 发布日期:2018-08-28

目前,建筑耗能在人类整个能耗中占 11% ~25% ,节约意义重大,因此,采用一种高效、节能的隔热材料便成为了解决能源危机的重要途径。然而,当前市场上的建筑保温材料主要是以有机材料

聚氨酯、挤塑聚苯乙烯保温板和膨胀型聚苯乙烯保温板为主,它们虽然隔热性能较好,但是防火性能较差,不能做到节能与防火兼备。SiO2气凝胶具有独特的纳米孔结构,孔隙率高达 90%以上、比表面积为 800 ~ 1 000 m2/ g,这种结构可以降低其内部气体和固体的导热效率,提升隔热性能,所以气凝胶是固体材料中隔热性能最好的一种。此外,气凝胶防水阻热、绿色环保、防酸耐腐蚀、不易老化、使用寿命长,是其它传统材料无法比拟的。鉴于 SiO2气凝胶的以上优良性能,人们开始尝试以它为主要原料,以某些填料助剂进行适当的配比,制成 SiO2气凝胶隔热涂料,使其

达到既隔热、又防火的要求。但是,此类研究目前正处于探索阶段,不免存在诸多问题。郭迪选用水性丙烯酸为成膜物质、SiO2气凝胶水分散浆料为填料,制得了具有很好透明性和隔热效果的水性透明隔热涂料。但在对涂膜耐水性测试时,忽略了“实际环境中的水可能是循环的、高温的水”的因素。汪慧首先用硅烷偶联剂 KH570对 SiO2气凝胶表面进行改性,最后以 SiO2气凝胶/苯丙乳液作为基料制备了隔热涂料。在评价其隔热性能时,只运用了测箱体内外温差和测定涂层对各个光谱区域的透过率的方法。虞莹莹对各种涂层和漆膜的检测方法做出了较为全面的总结,但是对隔热涂料的检测并无单独列出。由此可见,由于该类涂料的配方不同、测定方法各异产生的问题,严重阻碍了 SiO2气凝胶隔热材料研究的发展。基于上述问题,本文通过控制合适的条件,将 SiO2气凝胶微球加入到纯丙乳液中,混合其它助剂,制成 SiO2气凝胶隔热涂料。并运用相关国家标准提供的方法对其进行检测,最终在实验探索中建立一套针对于 SiO2气凝胶保温材料的性能评价体系。

 

1 实验部分

1. 1 主要原料和试剂

主要实验试剂一览表

1. 2 主要仪器和设备

实验所需的主要仪器和设备如下: 铅笔划痕试验仪,QHQ - A,深圳市丰顺科技有限企业; 立方抗压试模,70. 7 mm ×70. 7 mm × 70. 7 mm( 铸铁) ,河北海奥试验仪器企业; Hot Disk 热物性分析仪,TPS2500s,瑞典凯戈纳斯有限企业。

1. 3 涂膜的制备

SiO2 气凝胶隔热涂料制备过程

首先,将水、润湿剂、分散剂、( 2/3 量) 消泡剂、流平剂等助剂分别称量后加入 50 mL 的烧杯,振荡摇匀; 然后加入填料 SiO2气凝胶和一定量的滑石粉,得到均匀料浆; 最后将乳液,剩余消泡剂( 1/3量) 加入混合料浆中,充分搅拌,即得涂料浆体。选取尺寸规格为 50 mm ×120 mm 的马口铁片,洗净烘干。将制得的隔热涂料,用均匀涂覆于铁片表面,干燥固化制得 SiO2气凝胶隔热涂膜试样。

1. 4 检测方法

SiO2气凝胶隔热材料要想得到很好的应用,除了有比较好的隔热性能外,还应该在外观、附着力、耐水、耐热性等性能上有着良好的表现。实验室标准测试条件: 温度是( 28 ±3) ℃; 相对湿度是( 50 ±5) % 。

①涂料在容器中的状态。将调制好的料浆置于一容器中,用调刀或玻璃棒搅拌容器中的试样,观察涂料在容器中的状态,具体测定方法按 GB/T 9278- 2008《涂料试样状态调节和实验的温湿度》中的相关标准进行。②干燥时间。采用实际干燥测定方法中的“压滤纸法”,具体操作参照 GB/T 1728 -1979 ( 1989) 《涂膜、腻子干燥时间测定法》的相关规定。③颜色和外观。选择用肉眼观察涂料的颜色、外观,也可按照 GB/T 1722 -92《清漆、清油及稀释剂颜色测定法》来测定 SiO2气凝胶隔热材料的颜色和外观。④硬度。采用便携式铅笔硬度测定仪,然后按照 GB/T 6739 -1996《膜硬度铅笔测定法》的规定测定了 SiO2气凝胶隔热涂料的涂膜硬度。⑤附着力。运用“划格法”,并按照 GB/T 9286 - 1998《色漆和清漆、漆膜的划格试验》的相关规定测定了SiO2气凝胶隔热材料的附着力。⑥耐水性。采用40 ℃ 的恒温循环水、运用“浸水法”进行测定,具体操作步骤参照 GB/T 5209《色漆和清漆 耐水性测定浸水法》的相关规定。⑦耐热性。选用电烘箱为实验仪器,按照 GB/T 1735《漆膜耐热性测定》的相关规定测定了 SiO2气凝胶隔热涂料的耐热性。然而,考虑到施工环境,大家并未按照“在( 125 ± 2) ℃ 条件下试验 24 h”的建议,而是改成“在( 90 ± 2) ℃条件下试验 24 h”。⑧ 隔热性能。采用 Hot DiskTPS2500s 热物性分析仪,利用瞬变平面热源技术( Transient Plane Sources,TPS) 测试 SiO2气凝胶隔热材料的导热系数,从而表征它的隔热性能。

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