水性气凝胶中涂保温涂料的研制及性能研究

以自制气凝胶浆料和HL20空心玻璃微珠为隔热填料、IC-1002丙烯酸乳液为成膜基料，添加功能性助剂制备出一种性能良好的水性气凝胶保温中涂。通过对导热系数和粘结强度的测定，探究了自制气凝胶浆料、HL20空心玻璃微珠和IC-1002丙烯酸乳液的配比对涂料性能的影响。

气凝胶是一种具有三维网状结构、骨架与孔洞均为纳米量级、孔洞被气体所填充的固态材料，密度约为0.002 g/cm3，比表面积约为400~1 000 m2/g，孔隙率约为90%。在世界上已知的物质中，气凝胶是导热系数最低的材料，因此具有绝佳的隔热性能，可广泛应用于建筑和工业保温等领域。

空心玻璃微珠是一种用硼硅酸盐玻璃制成的高强度聚合物填料，其耐水性能和耐化学性能较好。空心玻璃微珠的导热系数虽然不如气凝胶，但其价格低，在涂料中能起到隔热、减少热膨胀和增加涂料施工爽滑性作用，与气凝胶搭配使用可以做到成本、性能和施工性上的平衡，在保温涂料中有极大的应用价值。

去离子水、气凝胶浆料（固含量为10%）：实验室自制；HL20空心玻璃微珠：郑州圣莱特空心微珠新材料有限公司；SN-345消泡剂：圣诺普科株式会社；成膜助剂醇酯十二：广州星创智新材料有限公司；PE-100润湿剂、CA-2500分散剂，IC-1002丙烯酸乳液：陶氏化学（中国）有限公司。

1.2实验仪器

DRH-V型导热系数测定仪：湘潭湘仪仪器有限公司；UTM5504微机控制电子万能试验机：深圳三思纵横科技股份有限公司；BGD590腻子柔韧性测定仪：标格达精密仪器(广州)有限公司；LC-101-3B电热风干燥箱：力辰科技仪器有限公司；YH35B干缩养护箱：河北中南试验仪器制造有限公司；JFS1500-D高速分散机：力辰科技仪器有限公司；AvaSR-96便携式太阳光谱反射仪：标格达精密仪器（广州）有限公司；

1.3 实验底材

150 mm×70 mm×6 mm无石棉纤维水泥平板和70 mm×70 mm×20 mm水泥砂浆块：徐州诚亿精工科技；155 mm×80 mm×0.3 mm马口铁板和100 mm×80 mm×0.8 mm铝板：广东弘鸿实业有限公司。

1.4 水性气凝胶保温中涂的制备

将配方量的IC-1002丙烯酸乳液、醇酯十二、去离子水、PE-100润湿剂、SN-345消泡剂和CA-2500分散剂等加入高速分散机中，以800 r/min的速度分散3 min后，加入自制的气凝胶浆料以1 000 r/min的速度分散５min，然后在500 r/min的搅拌速度下逐步缓慢加入配方量的HL20空心玻璃微珠，搅拌均匀后补齐配方中剩余的去离子水，即可制备成水性气凝胶保温中涂，配方见表1。

1.5 测定与表征

水性气凝胶中涂保温涂料的试件与试板的制备和性能测定参照中国工程建设标准T/CECS 10126—2021《气凝胶绝热厚型涂料系统》中关于中涂漆的要求。样块和样件均采用单道制模。其中干燥时间、涂层耐温变形、耐水性和耐碱性采用刮涂制样，即在150 mm×70 mm×6 mm无石棉纤维水泥平板刮涂2 mm后涂层后在YH35B干缩养护箱养护7 d后测定性能。

固定水性气凝胶保温中涂中IC-1002丙烯酸乳液的用量为30%，HL20空心玻璃微珠的用量为25%，调整自制气凝胶浆料的用量，按1.3中的方法和表1的配方制备水性气凝胶保温中涂，并按1.5中方法制备涂层和测试性能，结果如表2所示。

由表2中记录的性能可以看出，随着自制气凝胶浆用量的增加，涂料的导热系数和粘接强度均明显存在降低的趋势，这是因为随着气凝胶浆的用量的增加，涂料中的气凝胶含量迅速升高，气凝胶是导热系数最低的材料，其含量的升高必定带来涂层导热系数的降低。

但气凝胶本身是一种比较疏松的材料，在包裹其的乳液含量固定的情况下，其含量的升高势必造成漆膜的疏松，表现出来即为粘接强度的降低。当气凝胶浆料用量为涂料总质量的20%时，涂料的导热系数、粘接强度满足工程建设标准。因此，本研究选择自制气凝胶浆的用量为20%进行后续实验。

2.2 空心玻璃微珠用量对涂料性能的影响

固定水性气凝胶保温中涂中IC-1002丙烯酸乳液的用量为30%，自制气凝胶浆料的用量为20%，调整HL20空心玻璃微珠的用量，按1.3中的方法和表1的配方制备水性气凝胶保温中涂，并按1.5中方法制备涂层和测试性能，结果如表3所示。

由表3中记录的性能可以看出，随着空心玻璃微珠含量的增加，涂料的导热系数和粘接强度也均明显存在降低的趋势。空心玻璃微珠同气凝胶一样，本身也是一种比较疏松的材料，空心玻璃微珠的导热系数虽不如气凝胶那么低，但其导热系数比一般的材料低得多，其含量的增大务必会降低漆膜的导热系数和粘接强度。

当空心玻璃微珠的用量为涂料总质量的25%时，涂料的导热系数和粘接强度满足工程建设标准。因此，本研究选择HL20空心玻璃微珠的用量为25%进行后续实验。

2.3 乳液用量对涂料性能的影响

固定水性气凝胶保温中涂中HL20空心玻璃微珠的用量为25%，自制气凝胶浆料的用量为20%，调整IC-1002丙烯酸乳液的用量，按1.3中的方法和表1的配方制备水性气凝胶保温中涂，并按1.5中方法制备涂层和测试性能，结果如表4所示。

由表4中记录的数据可以看出，随着IC-1002丙烯酸乳液用量的增加，涂料的粘接强度明显存在升高的趋势，但与其相反，导热系数却存在升高的趋势。

在气凝胶和空心玻璃微珠的含量不变时，乳液用量的增加会导致涂料的颜基比的降低，且涂层中成膜物质变多势必使涂料更容易渗透进基材，从而使粘接强度变高。

在配方总量不变的情况下，IC-1002丙烯酸乳液用量的增多势必造成去离子水用量的减少，这时不会挥发掉的导热系数高的成膜有机物代替了本来可以挥发掉的去离子水，表现出来的便是涂层导热系数的增大。当IC-1002丙烯酸乳液为涂料总质量的30%时，涂料的导热系数和粘接强度满足工程建设标准。

2.4 与竞品性能的对比

通过优化后的配方与竞品1和竞品2做导热系数和粘结强度的对比，结果如表5所示。

竞品2的导热系数明显比标准低得多，但其粘结强度却低于标准。按优化的配方自制的涂料虽然导热系数和粘结强度都不是最优，但都优于标准，达到了两种性能的平衡。

2.5 水性气凝胶保温中涂性能测定

按优化后的配方制备水性气凝胶保温中涂，其涂膜综合性能测试结果如表6所示。由表6可以看出，按优化后的配方制备水性气凝胶保温中涂，各项性能均通过了中国工程建设标准TCECS 10126—2021《气凝胶绝热厚型涂料系统》中关于中涂漆的要求，具有市场应用价值。

（2）通过对导热系数和粘结强度的测定，探究了自制气凝胶浆料、HL20空心玻璃微珠和IC-1002丙烯酸乳液的配比对涂料性能的影响。结果表明，在相同配方体系中，多加入自制气凝胶浆和HL20空心玻璃微珠有利于降低涂料涂层的导热系数，但会降低粘结强度。

当IC-1002丙烯酸乳液用量为30%，自制气凝胶浆料和HL20空心玻璃微珠的用量分别为20%和25%时，导热系数和粘结强度达到性能上的平衡，导热系数为0.041 W/(K∙m)，粘结强度0.82 MPa，其余各项性能均通过了中国工程建设标准TCECS 10126—2021《气凝胶绝热厚型涂料系统》中关于中涂漆的要求，具有市场应用价值。

来源：赵万赛,王学克,李顺霞,白月点,.水性气凝胶中涂保温涂料的研制及性能研究【J】.涂层与防护,2025,(01):11-15.