一种气凝胶芯材胶囊和其制成的涂料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种气凝胶芯材胶囊和其制成的涂料及其制备方法，特别涉及以采用悬浮包衣法将气凝胶颗粒胶囊化，再以气凝胶颗粒为芯材的胶囊作为主要隔热组分，通过添加成膜剂、增强粉料、功能粉料、外加剂，制备出一种具备有纳米多孔结构的涂料。本发明采用悬浮包衣法将气凝胶颗粒胶囊化，避免了水或其它试剂渗入到气凝胶纳米孔颗粒产生毛细管力而导致孔洞结构破坏，从而制备出具有完好纳米孔结构的涂料。本发明采用的悬浮包衣法将气凝胶颗粒胶囊化有效利用了气凝胶颗粒轻质易悬浮，高表面积吸附力强表面易包覆的特点，设备简易，易于连续化自动化的大批量生产。本发明以气凝胶颗粒为芯材的胶囊作为主要隔热组分制成的涂料具有操作简易、生产成本低、绿色环保、安全，具有优异的隔热性能，还可集成防腐、防红外线紫外线和电磁屏蔽等功能，可应用于航天军工、冶金锻造、石油炼化、电力、船舶、等领域的炉膛、管线、阀门、储罐等装备的隔热防腐，也可用于建筑领域的保温隔热。
【背景技术】
[0002]气凝胶材料是一种纳米多孔材料，因内部具有纳米尺寸孔洞结构，表现出的“无穷长路径”、“零对流”、“无穷多遮热板”效应分别显著消弱了热量传递的传导、对流和辐射三种方式，因而显示出了低于空气的超低导热系数，成为目前性能最好的绝热材料。随着气凝胶技术成熟和气凝胶产业化的推进，出现了将气凝胶粉体加入到涂料中的新申请专利。
[0003]专利CN201210023962.X公开了一种Si02气凝胶隔热保温乳胶涂料及其制备方法，由Si02气凝胶颗粒、乳胶漆和水按一定的比例混合搅拌而成。专利CN201310277651.0公开了一种二氧化硅气凝胶微球复合隔热涂料，其主要制备过程为:通过自制的二氧化硅气凝胶微球与聚合物乳液混合，得到具有优异隔热性的二氧化硅气凝胶复合隔热涂料。专利CN201010601347.3公开了一种纳米气凝胶保温涂料的制备方法，气凝胶与水性涂料、溶剂性涂料、粉末涂料或高固体粉涂料以重量份数比1:10-50混合均匀后即可使用。CN201310228556.1公开了一种二氧化硅气凝胶涂料及其应用，其是由以下质量份的成分组成:二氧化硅气凝胶粉10-30份，成膜剂100-120份，固化剂1-2份，成膜助剂1_2份。专利CN201410137201.6公开了一种气凝胶保温隔热涂料制备方法，包括以下重量份成分:气凝胶1-60份，成膜树脂10-60份，功能性材料10-65份，助剂1_10份；所述功能性材料为硅晶须、陶瓷晶须、滑石粉、云母粉中的一种或多种；所述助剂包括消泡剂、润湿剂、流平剂、分散剂。
[0004]上述专利的公开和实施，将有利于气凝胶在高性能涂料开发和应用的推进，但是仍然存在致命的缺点:气凝胶作为开孔结构的纳米多孔材料，疏水性的气凝胶粉末很难在水性环境中与其他物料混合，在油性中所得产品不仅环保，有机试剂进入气凝胶孔洞结构同样会导致气凝胶结构显著的破坏；如果选用亲水性气凝胶粉末在水性环境中会转化成水凝胶，凝胶孔洞的纳米结构将因水相巨大的表面张力产生的毛细管力导致孔洞结构塌落，无法发挥技术人员所期望的纳米孔隔热效益。
[0005]为解决气凝胶开孔结构容易在试剂浸入后遭到破坏，专利CN200710144320.4公开了一种含有气凝胶颗粒的粉末涂料及其制备方法，1)按体积百分比气凝胶颗粒为5?80%和粉末树脂为20?95%混合；2)混合后的物料送入熔融挤出机熔融挤出；3)通过冷却压片机压成薄片；4)薄片经轧辊机粉碎成小片状；5)将小片状物料输送入空气分级磨设备中进行粉碎，制得粉末涂料。专利CN201210121966.1公开了一种可发性聚苯乙烯/Si02气凝胶核壳复合颗粒的制备工艺，先进行水相溶液配制；再进行油相溶液配制；待反应釜中温度到60°C，将油相溶液经核壳液滴发生器引入到水相溶液中，反应釜温度设置90°C，通过控制苯乙烯单体在核壳液滴发生器的流速，实现对复合颗粒核壳比的控制，待反应釜温度到90°C后，开始计时，2.5小时后加入戊烷，待温度到100°C后，保温3小时，降温至40°C出料。本发明设计Si02气凝胶/聚苯乙烯复合绝热材料同时具有密度小、力学性能好、阻燃性好、导热系数低等特点，制备出聚苯乙烯/Si02气凝胶复合绝热板的绝热性能比目前建筑保温用EPS板提高65.4%。专利CN 201210230531.0公开了一种二氧化硅气凝胶水性隔热涂料的制备方法，其特征在于所制备的Si02微球是内部疏水而外部亲水，这种气凝胶微球可加入水性涂料载体中，成为良好的隔热材料。主要的制备方法是将制备好湿凝胶微球，在干燥之前，用有机硅烷或有机氯硅烷进行表面修饰剂，使其表面嫁接大量的烷氧基或烷基而疏水，或者直接制备疏水性湿凝胶微球。然后用亲水性硅烷偶联剂，对微球表面修饰，干燥得到的Si02微球是内部疏水而外部亲水。
[0006]上述专利部分解决了试剂浸入气凝胶孔洞带来的结构破坏，但是由于复合过程树脂所占的体积比较大，得到气凝胶粉末或颗粒的导热系数依然较高，未能充分发挥气凝胶的超级绝热性能。
[0007]为解决以上问题，本发明提出了一种气凝胶芯材胶囊和其制成的涂料及其制备方法。
【发明内容】
[0008]为解决气凝胶颗粒在涂料领域应用的难题，本发明提出了气凝胶芯材胶囊和其制成的涂料及其制备方法，气凝胶芯材胶囊包括以下步骤。
[0009](1)使气凝胶颗粒在气态介质中处于悬浮状态。
[0010]所述气凝胶包括氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、氧化钛气凝胶、氧化锆气凝胶、氧化铁气凝胶、氧化铈气凝胶、氧化钒气凝胶和碳气凝胶中的一种或多种。
[0011]所述气凝胶颗粒的粒径为100nnT5mm。
[0012]所述气凝颗粒包含疏水气凝胶颗粒和亲水气凝胶颗粒。
[0013]所述气态介质包括空气、氮气或二氧化碳。
[0014]所述气态介质温度为零下50°C ~350°C。
[0015](2)向悬浮气凝胶颗粒喷洒聚合物浆料。
[0016]所述聚合物包括树脂类、蛋白质类、纤维素类、植物胶类和蜡类中的一种或几种，优选树脂类。
[0017]所述树脂类包括热塑性树脂和热固性树脂。
[0018]所述热固性性树脂，包括不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、环氧树脂、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂、三聚氰胺甲醛树脂、呋喃树脂、聚丁二烯树脂、聚苯并咪唑树脂、氰酸脂树脂、聚氨酯、有机硅树脂的一种或几种。
[0019]所述热塑性树脂，包括聚丙烯、聚碳酸酯、尼龙、聚醚醚酮、聚醚砜、聚乙烯、聚丁二烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚异丁烯、天然橡胶、聚氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚缩醛树脂中的一种或几种。
[0020]所述蛋白质类包括骨胶、酪蛋白、纤维蛋白、血红蛋白及聚氨基酸类中的一种或几种。
[0021]所述纤维素类包括乙基纤维素、硝酸纤维素、羧甲基纤维素、乙酸纤维素、纤维素乙酸酞酸酯和纤维素乙酸丁酸酞酸酯中的一种或几种。
[0022]所述植物胶类包括阿拉伯胶、琼脂、褐藻酸钠、鹿角胶、葡萄糖硫酸酯中的一种或几种。
[0023]所述蜡类包括石蜡、松香、紫胶、硬脂酸、甘油酸酯、蜂蜡、浊腊中的一种或几种。
[0024]所述聚合物浆料包括聚合物溶液、分散液或聚合物熔融液。
[0025]所述聚合物溶液含有溶剂或