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氣凝膠保溫材料二氧化矽的性能解析

瀏覽:0 發布日期:2018-10-25

  目前,建築耗能在人類整個能耗中占 11% ~25% ,節約意義重大,因此,采用一種高效、節能的隔熱材料便成為了解決能源危機的重要途徑。然而,當前市場上的建築保溫材料主要是以有機材料聚氨酯、擠塑聚苯乙烯保溫板和膨脹型聚苯乙烯保溫板為主,它們雖然隔熱性能較好,但是防火性能較差,不能做到節能與防火兼備。直到氣凝膠保溫材料二氧化矽的出現。

  SiO2氣凝膠具有獨特的納米孔結構,孔隙率高達 90%以上、比表麵積為 800 ~ 1 000 m2/ g,這種結構可以降低其內部氣體和固體的導熱效率,提升隔熱性能,所以氣凝膠是固體材料中隔熱性能最好的一種。此外,氣凝膠防水阻熱、綠色環保、防酸耐腐蝕、不易老化、使用壽命長,是其它傳統材料無法比擬的。鑒於 SiO2氣凝膠的以上優良性能,人們開始嚐試以它為主要原料,以某些填料助劑進行適當的配比,製成 SiO2氣凝膠隔熱塗料,使其達到既隔熱、又防火的要求。

  但是,此類研究目前正處於探索階段,不免存在諸多問題。郭迪選用水性丙烯酸為成膜物質、SiO2氣凝膠水分散漿料為填料,製得了具有很好透明性和隔熱效果的水性透明隔熱塗料。但在對塗膜耐水性測試時,忽略了“實際環境中的水可能是循環的、高溫的水”的因素。汪慧首先用矽烷偶聯劑 KH570對 SiO2氣凝膠表麵進行改性,最後以 SiO2氣凝膠/苯丙乳液作為基料製備了隔熱塗料。在評價其隔熱性能時,隻運用了測箱體內外溫差和測定塗層對各個光譜區域的透過率的方法。虞瑩瑩對各種塗層和漆膜的檢測方法做出了較為全麵的總結,但是對隔熱塗料的檢測並無單獨列出。由此可見,由於該類塗料的配方不同、測定方法各異產生的問題,嚴重阻礙了 SiO2氣凝膠隔熱材料研究的發展。

  基於上述問題,本文通過控製合適的條件,將 SiO2氣凝膠微球加入到純丙乳液中,混合其它助劑,製成 SiO2氣凝膠隔熱塗料。並運用相關國家標準提供的方法對其進行檢測,最終在實驗探索中建立一套針對於 SiO2氣凝膠隔熱塗料的性能評價體係。

  實驗部分:

  1 主要原料和試劑

  實驗所需的主要原料和試劑如表 1 所示。

  主要實驗試劑一覽表

  2 主要儀器和設備

  實驗所需的主要儀器和設備如下: 鉛筆劃痕試驗儀,QHQ - A,深圳市豐順科技有限公司; 立方抗壓試模,70. 7 mm ×70. 7 mm × 70. 7 mm( 鑄鐵) ,河北海奧試驗儀器公司; Hot Disk 熱物性分析儀,TPS2500s,瑞典凱戈納斯有限公司。

  3 塗膜的製備

  實驗流程圖如圖 1 所示。

  SiO2 氣凝膠隔熱塗料製備過程

  首先,將水、潤濕劑、分散劑、( 2/3 量) 消泡劑、流平劑等助劑分別稱量後加入 50 mL 的燒杯,振蕩搖勻; 然後加入填料 SiO2氣凝膠和一定量的滑石粉,得到均勻料漿; 最後將乳液,剩餘消泡劑( 1/3量) 加入混合料漿中,充分攪拌,即得塗料漿體。選取尺寸規格為 50 mm ×120 mm 的馬口鐵片,洗淨烘幹。將製得的隔熱塗料,用均勻塗覆於鐵片表麵,幹燥固化製得 SiO2氣凝膠隔熱塗膜試樣。

  4 檢測方法

  SiO2氣凝膠隔熱材料要想得到很好的應用,除了有比較好的隔熱性能外,還應該在外觀、附著力、耐水、耐熱性等性能上有著良好的表現。實驗室標準測試條件: 溫度是( 28 ±3) ℃; 相對濕度是( 50 ±5) % 。

  ①塗料在容器中的狀態。將調製好的料漿置於一容器中,用調刀或玻璃棒攪拌容器中的試樣,觀察塗料在容器中的狀態,具體測定方法按 GB/T 9278- 2008《塗料試樣狀態調節和實驗的溫濕度》中的相關標準進行。②幹燥時間。采用實際幹燥測定方法中的“壓濾紙法”,具體操作參照 GB/T 1728 -1979 ( 1989) 《塗膜、膩子幹燥時間測定法》的相關規定。③顏色和外觀。選擇用肉眼觀察塗料的顏色、外觀,也可按照 GB/T 1722 -92《清漆、清油及稀釋劑顏色測定法》來測定 SiO2氣凝膠隔熱材料的顏色和外觀。④硬度。采用便攜式鉛筆硬度測定儀,然後按照 GB/T 6739 -1996《膜硬度鉛筆測定法》的規定測定了 SiO2氣凝膠隔熱塗料的塗膜硬度。⑤附著力。運用“劃格法”,並按照 GB/T 9286 - 1998《色漆和清漆、漆膜的劃格試驗》的相關規定測定了SiO2氣凝膠隔熱材料的附著力。⑥耐水性。采用40 ℃ 的恒溫循環水、運用“浸水法”進行測定,具體操作步驟參照 GB/T 5209《色漆和清漆 耐水性測定浸水法》的相關規定。⑦耐熱性。選用電烘箱為實驗儀器,按照 GB/T 1735《漆膜耐熱性測定》的相關規定測定了 SiO2氣凝膠隔熱塗料的耐熱性。然而,考慮到施工環境,AG亚游集团並未按照“在( 125 ± 2) ℃ 條件下試驗 24 h”的建議,而是改成“在( 90 ± 2) ℃條件下試驗 24 h”。⑧ 隔熱性能。采用 Hot DiskTPS2500s 熱物性分析儀,利用瞬變平麵熱源技術( Transient Plane Sources,TPS) 測試 SiO2氣凝膠隔熱材料的導熱係數,從而表征它的隔熱性能。