汇富纳米通过气相纳米材料结合气凝胶实现保温涂料性能改善

日前，湖北汇富纳米材料股份有限公司技术中心团队在气相二氧化硅对保温涂料性能影响研究中取得新突破和新进展。通过疏水型气相二氧化硅对保温涂料重要成分气凝胶进行一定比例替代和结合，从而对保温涂料涂层产生性能影响，并进一步对保温涂层的导热系数、附着力、拉伸强度、隔热温差的因素进行研究和分析，发现一定量的疏水型气相二氧化硅替代部分比例气凝胶后能够增强保温涂料性能，弥补原有性质上的不足和缺失。

气相二氧化硅被称为“工业盐”，是极其重要的高科技超微细无机新材料之一，是无毒、无味、无污染的白色蓬松粉末，是一种新型无机纳米材料，无定型结构，原生粒径7-14 nm，其比表面积约 80-400㎡/g，充分分散后粒径较小，可达到纳米状态，具有较高的表面活性、高绝缘性、高热稳定性、化学惰性、高纯度，可提供增稠触变性能，明显改善保温涂料等制品的应用性能。

首先，汇富纳米研究人员对气凝胶添加量对保温涂料涂层影响进行了探究和摸索，如图1所示，随着气凝胶添加量的增加，保温涂料涂层的导热系数逐渐降低，呈现下降趋势，而附着力则呈现先上升后下降的趋势，并在添加量10%左右时达到最高点。

附着力升高，主要是由于气凝胶表面的活性基团增加了涂层与基材界面间的粘接强度。但随着气凝胶添加量增加，成膜物质相对减少，涂层应力增加，与界面的作用强度下降，从而附着力开始减弱并下降。

那么如果对气凝胶进行相应的比例替换和结合，是否会对保温涂料涂层的性能产生影响呢？

为此，汇富纳米技术人员分别对保温涂料涂层的导热系数、附着力、拉伸强度、隔热温差进行实验探究。

如图2所示，汇富纳米研究人员对保温涂料中的气凝胶成分从0%到100%进行了阶梯式比例替换和结合，发现随着气相二氧化硅的加入，涂层的导热系数逐步上升。这主要是由于两者结构的差异所导致的，相较于气相二氧化硅，气凝胶的孔体积（2.7655cc/g）对比气相二氧化硅（0.6893cc/g）有更大的孔容体积，能形成的密闭单元更多，空间结构更发达。

同时，汇富纳米研究人员发现涂层附着力在气相二氧化硅比例在0%-80%替换范围内时有着明显的上升趋势，当完全替代气凝胶后，附着力明显下降，涂层的附着力呈负增长。这是由于气相二氧化硅的纳米结构小、表面活性高，提高了与基材间的粘接强度，但过量替换气相二氧化硅，会由于气相二氧化硅本身的团聚、分散不佳造成涂料涂层的附着力下降。

随着研究的深入，汇富纳米研究人员还发现气相二氧化硅的替换还会对保温材料的强度产生影响，当添加比例为在60%以下时，可以增加保温涂料的拉伸强度，替换量为40%时达到最大为1.17Mpa，提升幅度约34%。

在隔热性能上，随着气相二氧化硅替换比例的增加，保温涂料涂层的隔热温差缓慢降低，在替换比例接近100%时下降幅度最大。隔热效果的下降与气相二氧化硅对导热系数的影响原因一致，形成的密闭结构减少导致了热对流的增加。

由表1、2可知，保温涂料中成分多样、比例固定。其中气凝胶颗粒粒径小，能较好的均匀包覆于空心玻璃微珠（D50：55μm ，D90：90μm）表面，固化后形成空隙小、结构致密的涂层结构。气相二氧化硅粒径远大于气凝胶颗粒，替换气凝胶后在涂层中无法完全填充、包覆于空心玻璃微珠之间，导致涂层空隙变大，空气热对流增加，造成导热系数上升，隔热温差减小的情况。

气凝胶颗粒与疏水型气相二氧化硅HB-630颗粒之间由于粒径差，会存在“嵌入”行为；由于这种“嵌入”行为，在一定范围内气相二氧化硅与气凝胶颗粒间相互穿插、填充，颗粒间结合更紧密，增强了涂层附着力和本体强度，从而对保温涂料的性质产生影响，增强其作用和功能。