氣凝膠保溫塗料現狀及未來發展方向

2021-07-17

氣凝膠是一種內部網絡結構充滿氣體,外表呈現固體狀密度極低的多孔材料。它的網絡結構一般是由相互交聯的納米顆粒所組成,其中顆粒內部的孔隙主要是微孔,顆粒與顆粒之間則大多是2 nm 上的中孔或大孔。

  因其密度極低(3kg/m3),曾獲得吉尼斯紀錄“世界上最輕的固體”稱號。氣凝膠作為一種納米多孔結構材料的固體新材料,具有超輕、隔熱、透明、保溫、防火等優異特性。

  從成分構成分類是氣凝膠最普遍的區分方式,分為單一組分和複合組分兩大類。單一組分氣凝膠包括氧化物氣凝膠(二氧化矽和非二氧化矽),有機氣凝膠(樹脂基和纖維基),碳氣凝膠(碳化塑料、碳納米管和石墨烯),硫化物氣凝膠和其他種類的氣凝膠(單一元素、碳化物);複合組分氣凝膠包括多組分氣凝膠、梯度氣凝膠以及微/納氣凝膠複合物。其中矽氣凝膠、碳氣凝膠和二氧化矽氣凝膠最常見。

  二氧化矽氣凝膠獨特的微觀納米結構使其具有低密度、高比表麵積和高孔隙率的特點。這些特點使其在熱學、光學、電學、聲學等方麵均有獨特的優良性質,可作為高效隔熱保溫材料、聲阻抗耦合材料、低介電絕緣材料、催化劑及催化劑載體等,其中高效隔熱保溫材料的應用較為廣泛。二氧化矽氣凝膠在保溫隔熱領域的主要應用產品形式有4種:氣凝膠粉體/顆粒;氣凝膠氈;氣凝膠板;氣凝膠玻璃,其中塗料行業主要在氣凝膠粉體的基礎上製備氣凝膠塗料。

  組成和性能

  氣凝膠保溫塗料以自交聯丙烯酸乳液為成膜物、以SiO2氣凝膠、空心玻璃微珠、六鈦酸鉀晶須等為填料,在多種助劑的配合下製備而成。塗料具有薄層噴塗施工、納米孔絕熱、安全防火、環保節能、性價比優,無脫落風險等優點。測試結果證明,1mm厚的氣凝膠保溫塗料比8cm厚的聚苯泡沫板保溫隔熱性能好。

  保溫原理

  熱量的傳導總是由高溫區向低溫方向傳遞,熱量的傳導有固體熱傳導、空氣對流熱傳導、輻射熱傳導3種方式。氣凝膠保溫塗料的特點是:能夠將上述3種熱傳導途徑進行有效阻隔或屏蔽。在塗料組分中,起關鍵隔熱作用的是納米SiO2氣凝膠,其次是六鈦酸鉀晶須和空心玻璃微珠。納米SiO2氣凝膠是一種保溫隔熱性能非常優秀的輕質納米多孔非晶固體材料,其孔隙率高達80%~99%,孔洞的典型尺寸為2~50nm,平均孔徑為20nm,比表麵積為600~1000m2/g,表觀密度為0.003~0.35g/cm3,室溫導熱係數可低達0.013W/(m k),即使在800℃高溫下,其導熱係數才為0.043W/(m k),且高溫下不分解,無有害氣體放出,是純綠色環保材料,其缺點是強度低、脆性大,單獨使用困難。將納米SiO2氣凝膠與矽酸鋁纖維和空心玻璃微珠混配,在彈性成膜物的交聯作用下,可大大改善塗層的物理機械性能。

  標簽:外簷保溫及塗料維修工程

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