硅酸盐复合绝热涂料的配方研究

一、硅酸盐系保温涂料的优点

隔热涂料，又称为绝热涂料，是一种新型的功能性涂料。它能够有效地阻止热传导，降低表面涂层和内部环境的温度，从而达到改善工作环境，降低能耗的目的。因其优良的经济性、方便的适用性和可靠的绝热性等优势，正逐步成为新的建筑节能材料。

硅酸盐保温涂料是当前应用广泛的保温涂料。 这类保温涂料初以松解过的海泡石作为主要原料，以水玻璃为主要黏结剂。除海泡石外，还加入大量的膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、漂珠、粉煤灰、硅藻土、石棉、玻璃棉、矿棉、硅酸铝纤维等；所用黏结剂也由单一的水玻璃发展为石膏(常温)、水泥(常温)、高铝水泥(中温)、硅溶胶(高温)等复合使用。此外，还通过加入各种外加剂来改善涂料性能，如流动性、硬化性、憎水性、耐高温性、反射性等。经过机械打浆、发泡、搅拌等工艺制成膏状保温涂料。

硅酸盐保温涂料具有导热系数低，干容重轻，保温性能好等优点。导热系数为0.03w/m.k，干容重在每立方米150kg左右，承受温差大，绝冷又防火。高使用温度为800℃，低使用温度为-40℃。可塑性强，粘结力好，使用寿命长。粘结力可达2000N 以上，产品呈封闭微孔和网状纤维结构，与设备及管道的热胀同步，具备不开裂，不起皱，不变形的特点，不存在老化和粉化现象，其使用寿命比传统保温材料长3倍，涂敷层薄，用量小，施工方便，综合造价低，其产品用量只有传统保温材料用量的1/5，且施工不需要停产，不用包裹，不需加固辅助材料。憎水性好。该材料可在表面形成一种不吸水的保护层，憎水度大于98%，是一种很好的憎水保温材。

二、硅酸盐无机保温涂料的组成及工艺。

涂料主要由基料、粉料和纤维料、添加剂三部分组成，单纯的使用某一种基料和粉料都不能完全达到理想的粘接和保温效果，改性是一种必要的手段，下面将分别针对隔热涂料的配方进行对方研究，得出理想的保温涂料配方。

1、基料

隔热涂料需要一定的成膜物质将其他粉料结合起来，采用的成膜物质主要是无机和有机两类，在高温下粘结剂的使用主要以水玻璃（硅酸盐）、硅溶胶、复合磷酸盐等无机胶粘剂为主，而在常温或者较低的温度下常使用粘结性能更好的有机类基料，如聚乙烯-丙烯酸酯乳液、聚丙烯酸酯乳液以及各种合成树脂。有时候，为了追求某些复合的性能，例如保证涂料具有较好的粘结性能的同时还具有较高的耐热性能，常常需要将无机基料和有机基料复合使用的形式作为涂料的粘结剂。本文主要介绍以水玻璃，即硅酸盐为粘结剂的无机粘结剂。

2.粉料和纤维料

用于隔热涂料中的粉料，一般是些轻质、多孔的物料，像膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、硅藻土以及粉煤灰空心微珠等。一般粉料的加入量为填料总量7~25%，此外，在厚涂的隔热涂料中往往需要加入适量的纤维料，可以保证终涂层的强度。主要的纤维料有石棉、海泡石、坡缕石以及硅酸铝纤维。纤维料的用量不宜太多，一般在填料总量的 3~10%。

3.添加剂

在实际涂料配制中需要根据原材料的情况选择添加能起到特殊效果的物料作为添加剂，例如使用膨润土、羟甲基纤维素作为增稠剂；分散作用好的表面活性剂（根据原材料情况决定选用阴离子或阳离子型）以使纤维料和粉质料在水中充分分散；使用低表面张力的表面活性剂，能够在涂料中引入适量的气泡，降低涂料密度，提高绝热性能。有时还要根据需要选择固化剂（例如使用磷酸盐类基料时），以提高涂层的粘结性能。

4、隔热涂料的制备工艺

无机涂料的制备工艺与有机涂料类似，配制涂料常用的颜填料有钛白粉、氧化锌、碳酸钙、滑石粉、高岭土、云母粉、石英等，以及一些特殊的隔热填料。制备过程一般是先将颜、填料等固体物料分散或研磨制成色浆，然后把基料、色浆及其他辅助成分按配方规定混合，再经过球磨、过滤、包装等工序即可成品。

三、配方比例

1、基料的配方比例。

基料主要是由粘合剂组成，无机涂料的粘合剂目前主要由水玻璃（硅酸盐）、硅溶胶、复合磷酸盐等无机胶粘剂为主。而水玻璃即水溶性硅酸盐，为无色、青绿色或棕色的固体或粘稠类液体，其组成中包含无定形的二氧化硅、水合物、氢氧化物、正硅酸以及多种聚硅酸盐阴离子。水玻璃的粘结性能良好，硬化时析出的硅酸凝胶可堵塞毛细孔隙而防止水渗透，耐热、耐燃性好，耐酸性极好。但大的弱点就是耐水性能不好，制成的涂料容易发干，保质期短。因此，必须采取改性措施来提高其耐水及其他性能。大量实验表明：将钠水玻璃进行酸改性后，再复合以苯丙乳液和甲基硅酸钠作为基料，制成有机-无机复合涂料用做成膜粘结剂。这种方式使改性后的钠水玻璃具有具有极强的耐久的憎水性，但又有良好的透水性能，在水玻璃中引入甲基硅酸钠，使硅原子上引入甲基取代基，由于甲基的疏水性，使其水溶性降低，形成的涂膜的耐水性提高。同时，甲基硅酸钠和钠水玻璃结构上的相似性，二者可以随意互溶，而且甲基硅酸钠特殊的结构可以在涂料中将水分锁住，能大大改善硅酸盐涂料由于水分的丢失导致储存时间减少的问题。在实验中发现较好的改性配比为水玻璃：苯丙乳液：无机酸：甲基硅酸钠：稳定剂=100:20:5:5:1。在长期使用中发现，按这个比例改性后的粘结剂具有成本较低，具有长期贮存稳定性，涂膜具有较好的耐水、耐洗刷性等优点，因而，也是降低涂料成本，提高无机涂料性能的有效方法。

2、粉料（填料）的配方比例

对于隔热涂料来说，填料在涂料中除了起到支撑和骨架的作用外，还是关系到涂料隔热效果重要的因素。因此，选择良好的隔热填料是保证涂料较好的隔热效果的关键。较常用的隔热填料有珠光云母、海泡石、玻璃微珠、膨胀珍珠岩、硅藻土等。通过大量的实验表明：珠光云母、海泡石的隔热效果好，玻璃微珠、膨胀珍珠岩居中，硅藻土次之，从实际的涂刷应用上来说，硅藻土、膨胀珍珠岩由于其特殊的结构吸水性能太强，在同样的比例下，配置的涂料样品粘度过大，涂刷性能较差；而海泡石和白云母与前两者相比则粘度居中，涂刷效果一般；微珠样品制作的涂料具有较好的流动性，涂刷施工性能好。而对于复合组分的样品来说，其隔热效果与单组分相比较更好。实验中对云母与微珠的组合，海泡石与微珠的组合，以及海泡石和云母的组合进行了测试比较，发现云母与微珠的组合，隔热效果好；海泡石与微珠的组合次之，海泡石和云母组合隔热效果提高不大。分析原因主要是由于微珠单组分使用时往往由于微珠颗粒间存在间隙，形成的涂膜致密性不高，热辐射较强，导致微珠的反射隔热作用得不到较好的发挥，而当复合其他隔热填料使用时，涂膜表面更加致密，从而反射隔热性能相应的更好。同时，当填料复合使用时，配置的涂料样品与单组分填料相比粘度适中，流动性好，涂刷效果较佳。

3、硅酸盐系隔热涂料的终配方。

通过大量的试验表明，硅酸盐系隔热涂料的终配方为：成膜物质改性水玻璃 47%，空心玻璃微珠 12%，海泡石 19%，钛白粉 10%，滑石粉 5%，高岭土 5%，其他助剂 2%。当涂料配方中颜基比为 1:0.9，涂层厚为 0.25～0.35mm 时的涂料隔热性能较好；涂层在经过一定的热处理工艺：1h 由室温到 100℃，保温 2h，100-200℃升温 1h，保温 1h，200-400℃升温 1h，保温 2h，可达到较好的使用性能；涂层可以在高温下稳定存在，经过合适的热处理后可以在 500℃下长期工作而不破坏。

四、结论

本文对硅酸盐隔热涂料的组成结构、主要配方结构进行了解释说明，综合分析所得出了终配方的数据与结果，对硅酸盐系隔热涂料的生产和使用有一定的指导意义。

参考文献：

[1]李红玲，蔡怀智，庞金.新型隔热降温涂料的研制.矿产综合利用，2006，

[2]徐峰，邹候招，储健.环保型无机涂料.：化学出版社，2004

[3]徐峰.对我建筑保温隔热涂料应用与发展的几点认识.上海涂料.2005

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