SiO2气凝胶涂料的制备及应用研究进展

SiO2气凝胶自1931年由美国科学家Kistler制备问世以来,因其热导率低、比表面积大、孔隙率大等优异性能一直被研究者所青睐.随着研究的深入,SiO2气凝胶的制备加工工艺得到了优化,使用性能在一定程度上得到了较大提升,研究方向也从早期的制备、性能研究发展到现在的应用研究.现已研制开发出许多具有特殊功能的全新产品,并通过与其他材料的复合得到性能更优越的SiO2气凝胶复合材料,使其在航天航空、军事、建筑、医学等领域得到越来越广泛的应用.在SiO2气凝胶众多应用领域中,其在涂料中的运用是极为重要的一个分支.针对目前SiO2气凝胶涂料推广应用难等现实情况,先对SiO2气凝胶及其涂料制备过程中存在的主要问题做简要阐述,再将利用SiO2气凝胶在某些方面的突出性质而制成的功能涂料进行分类,并从SiO2气凝胶在各种功能涂料中的作用机理出发,对不同功能的SiO2气凝胶涂料的研究进展情况进行归纳总结,在此基础上,展望了未来SiO2气凝胶涂料的发展方向.     

碳纳米管掺杂SiO2气凝胶隔热材料的制备与性能表征

以正硅酸乙酯（TEOS）和碳纳米管（CNTs）为原料，采用溶胶-凝胶法和常压干燥法制备不同碳纳米管（CNTs）含量的SiO2气凝胶隔热材料。采用DET、SEM、XRD等测试方法考察了添加CNTs对SiO2气凝胶比表面积、孔结构特征和密度的影响。结果表明：添加CNTs不仅能够增强SiO2气凝胶的强度，而且能够在很大程度上提高气凝胶的比表面积，使孔结构分布更加均匀。     

SiO2气凝胶复合型隔热涂层的制备及性能研究

目的探究SiO_2气凝胶在复合隔热涂料中的应用,从隔热机理出发,通过降低复合隔热涂层的导热系数,提高反射率、辐射率等方式,使涂层达到隔热降温的目的。方法首先通过单掺实验确定各填料的含量,并采用紫外/可见光/近红外分光光度计、红外辐射率测量仪和自制的测试隔热装置等,分析涂层的发射率、辐射率和隔热性能,最后通过正交实验方法得到最优涂层配方。结果 SiO_2气凝胶能显著降低涂层的导热系数,在此基础上,添加钛白粉、空心玻璃微珠、红外陶瓷粉等颜填料,能有效提高涂层的反射率和辐射率,从而进一步增强了涂层的隔热效果。分别添加质量分数为5%的SiO_2气凝胶、5%的钛白粉、5%的空心玻璃微珠和10%的红外陶瓷粉时,复合隔热涂层具有最优的隔热性能。SiO_2气凝胶复合型隔热涂层的干膜厚度为60μm时,与未涂覆的空白样板对比,温度最高可降低14.8℃。结论 SiO_2气凝胶复合型隔热涂层具有优异的隔热性能,并且具有薄层、轻质、环保等优点,具有一定的实际应用价值。     

纤维掺杂疏水SiO2气凝胶的制备与表征

采用溶胶-凝胶方法成功制备了陶瓷纤维掺杂的疏水SiO2气凝胶.陶瓷纤维在SiO2气凝胶中起骨架支撑的作用来提高气凝胶的机械性能.SiO2气凝胶的机械强度从没有掺杂纤维的1.6×104Pa提高到掺杂10%纤维的9.6X 104Pa,且掺杂10%纤维的SiO2气凝胶常温常压的热导率仅为0.029 W/(m·K).掺杂SiO2气凝胶的疏水性通过表面修饰也得到了极大的提高.     

SiO2气凝胶隔热涂层织物的制备及性能研究

目的提高织物的隔热效果及抗紫外性能。方法以SiO2气凝胶和TiO2为功能粒子,采用聚丙烯酸酯、聚氨酯类粘合剂,在棉织物上制备涂层,研究功能粒子和粘合剂用量对涂层织物隔热效果的影响。结果当涂层剂中粘合剂和去离子水质量比为2∶8,气凝胶加入量为粘合剂和去离子水总质量的10%时,涂层织物的隔热性能最好,较原织物显著提高。此外,SiO2气凝胶-TiO2复合涂层的隔热性能也颇为优异。织物涂覆涂层后,与原织物相比,断裂强力基本不变,撕破强力略有下降,白度提高,抗紫外性能提高,摩擦牢度好。结论采用SiO2气凝胶、TiO2作为功能粒子对织物进行涂层涂覆,其隔热性能显著提高。     

基于 SiO2及表征气凝胶的玻璃超疏水化改性

采用溶胶-凝胶技术结合酸碱两步法制得SiO2醇凝胶分散液,然后通过简单的旋涂法和常压干燥技术在玻璃表面上构筑SiO2气凝胶薄膜,从而一步法实现玻璃表面低表面能物质的修饰和粗糙结构的构建,赋予玻璃表面超疏水、自清洁的特性。考察制备条件是否老化对玻璃表面形成的SiO2气凝胶薄膜性能的影响。结果表明,经过60℃老化后的SiO2凝胶,在玻璃表面制备出的SiO2气凝胶薄膜具有更加优异的超疏水性能,静态水接触角可以达到165.6°,滚动角小于1°。     

SiO2气凝胶绝热涂层隔热与耐高温性能研究

目的探究SiO_2气凝胶在绝热涂层中的应用,利用SiO_2气凝胶的低导热系数、低密度、高孔隙率及低折射率等优异性质,提高涂层隔热性能和耐高温性能。方法通过筛选不同类型的水性树脂和功能填料,选择吸热较少的树脂和隔热性能优异的填料作为绝热涂层的原材料。采用自制隔热装置以及导热系数测量仪,对添加不同质量分数SiO_2气凝胶的绝热涂层的隔热性能进行研究,并采用XRD、FT-IR等多种分析手段,研究涂层加热到200、300、400℃时的物相结构和基团变化。结果水性丙烯酸树脂含吸热基团较少,在相同光照条件下,平衡温度分别比聚氨酯树脂和环氧树脂低0.8℃和1.8℃,适宜作SiO_2气凝胶绝热涂层的成膜物质。涂层隔热性能随SiO_2气凝胶质量分数的增加呈先增强后减弱的趋势,当SiO_2气凝胶质量分数为5%时,涂层的隔热性能最佳,同未添加SiO_2气凝胶的涂层相比,最大温差可达12℃。随SiO_2气凝胶质量分数的增加,涂层的耐高温性能提升,当SiO_2气凝胶的质量分数为7%时,涂层能在400℃高温下保持良好的性能。结论 SiO_2气凝胶对隔热涂层的隔热性能和耐高温性能有较大提升,对SiO_2气凝胶涂层的多领域应用奠定了一定基础。     

高分子纤维增韧SiO_2气凝胶复合材料的制备

以正硅酸乙酯为硅源,乙醇和水为溶剂,芳纶纤维为增强相,通过溶胶凝胶及常压干燥等步骤,实现了芳纶增韧SiO_2气凝胶复合材料的非超临界制备.采用扫描电镜、吸附-脱附等分析手段及热导率测试对所得气凝胶样品进行结构分析和性质表征.结果表明,调节反应体系的各反应参数可以获得具有不同外形、密度及热导率的复合材料;所得气凝胶平均孔径约为10～20 nm,比表面积可达1000 m~2/g,可望在隔热材料等领域得到应用.     

一种基于SiO2 气凝胶制备超疏水表面的工艺探讨

以商品化SiO2气凝胶为原料,选择不同的分散介质进行分散,然后在玻璃表面进行涂覆并干燥,制得超疏水表面。研究结果表明:当选择丙酮作为分散介质,SiO2气凝胶质量浓度为30g/L,以旋涂的方式涂覆2次,并于20℃进行干燥时,所制备的表面超疏水效果最好,其接触角为153.2°,滞后角为1.7°。     

复合硅酸盐隔热保温涂料及其生产技术

该涂料是一种带负静电型纤维网状结构的膏体涂料，它是用于静电技术和松解成糊及粘附原理，采用多种轻质非金属矿物材料和多种有机无机粘结材料经复合而成。由于首次采用了新型矿物材料“714”材料，使产品具有高效节能效果，其特点是：有利于热设备及管道的表面涂施，无接头接缝，整体密封性好，     

SiO2涂层提高PEI绝缘材料耐原子氧剥蚀能力的验证

目的 验证SiO2涂层对PEI绝缘材料耐原子氧剥蚀能力的提升效果。方法 以某航天器舱外用电连接器PEI绝缘材料为研究对象,将全氢聚硅氮烷(PHPS)作为涂层材料,利用底涂浸涂、面涂喷涂的KH-AORX湿化学法镀膜工艺,把PHPS直接转化为二氧化硅(SiO2)无机防护涂层。基于型号在轨15年的工作寿命要求,开展5年原子氧总通量为2.61×10²⁶ atoms/m²、原子氧通量率为6.5×10¹⁵ atoms/(cm².s)的试验验证,分析试验前后的材料质量损失率、原子氧剥蚀率和外观形貌的变化。结果 采用的KH-AORX湿化学法镀膜工艺可实现将PHPS涂层材料作用于PEI绝缘材料并直接转换为SiO2保护涂层。涂层边缘厚度及中心厚度具有较好的一致性,涂层硬度及附着力满足设计指标要求。已涂覆SiO2的PEI绝缘体经历5年通量的原子氧剥蚀后,质量损失率为0.05%,拟合计算后,经历15年通量的原子氧剥蚀后的质量损失率为0.29%。经电子显微镜检查,PEI绝缘体表面SiO2涂层未见起层、脱落和基体暴露现象。结论 利用KH-AORX湿法镀膜工艺在PEI绝缘材料上将PHPS转化为SiO2涂层,能够获得较大的膜层,且膜层厚度分布均匀。SiO2涂层能有效提高PEI绝缘材料的耐原子氧性能,满足舱外应用在轨服役寿命要求。     

填料对建筑节能涂层隔热性能的影响和机理

目的探究反射型、阻隔型和辐射型填料对建筑节能涂层反射隔热性能的影响,为填料在建筑节能涂料中的筛选应用提供一定的理论支撑。方法分别将金红石型二氧化钛、空心玻璃微珠和远红外陶瓷粉与苯丙乳液共混,制备了反射型、阻隔型和辐射型建筑节能涂料。采用扫描电子显微镜、紫外/可见/近红外反光光度计、导热系数测量仪和红外发射率测量仪对涂层性能进行表征,探究了三种填料添加量和平均粒径对涂层反射隔热性能的影响。结果金红石型二氧化钛、空心玻璃微珠和远红外陶瓷粉的最佳添加量(占成膜物质总质量的百分比,全文同)和平均粒径分别为25%和0.25μm、9%和325目、9%和1μm。此时对应涂层的太阳光平均反射率、导热系数、8~14μm波段的红外发射率分别为85.88%、0.05 W/(m·K)和0.91,隔热性能优异。结论填料添加量和平均粒径对建筑节能涂层的隔热性能均具有一定的影响,实际应用时可根据需要选择填料添加量和平均粒径。     

涂层结构对建筑节能涂层性能的影响

目的通过探究建筑节能涂层的最佳涂层结构,进而提升涂层的隔热和耐久性能。方法将含空心微珠和二氧化钛的涂层作底漆,硅溶胶-苯丙复合涂层作面漆,探究不同种类底漆和面漆对铬绿建筑节能涂层性能的影响。采用正交试验寻求最佳底漆和面漆组合方案,对最佳组合方案涂层进行了综合性能测试,并探讨了相关机理。结果在不改变涂层颜色外观的情况下,底漆可增加涂层的太阳光反射比,面漆可增大涂层的静态接触角,增强涂层的耐水性、耐沾污性和耐老化性,降低涂层污染后和人工气候老化后太阳光反射比变化率及色差。最佳涂层结构组合方案为:底漆中空心微珠和二氧化钛掺量均为5%,面漆中苯丙乳液和硅溶胶质量比为14∶1。此时涂层的太阳光反射比和隔热温差分别为0.6455和6.9℃,且综合性能均较好,具有一定的应用价值。结论涂层结构对建筑节能涂层的隔热和耐久性能具有一定的影响,实际应用时可根据需要改变涂层结构来获得满意的性能。     

铝合金隔热系列保温节能门窗的技术特点

铝合金隔系列门窗由于节能、环保等优点,正在被广泛应用。研究了铝合金隔热门的窗的技术参数,总结了铝合金隔热门窗的技术特点。     

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介绍了导热系数的传统测量方法—热线法,在此基础上设计了导热系数在线测量系统。通过与传统的导热系数测量方法比较,该测量系统简化了操作,可在短时间内获得精确的测量结果,设计具有可操作性。     

SiC/SiO2抗氧化涂层的热稳定性分析

改善高温气冷用石墨抗氧化性能对高温气冷堆安全性具有重要意义.本文利用HSC-CHEMISTRY 4.1计算软件分析了SiC涂层、SiO2涂层和SiC/SiO2复合涂层在高温气冷堆正常服役条件和事故条件下的热稳定性,并用氧化试验对热稳定性和抗氧化性能进行了研究.结果表明,SiC/SiO2复合涂层在高温气冷堆正常服役条件和事故条件均能保持长期稳定.在纯氦气及氦气-空气混合气体氧化条件下,SiC/SiO2复合涂层均具有很好的热稳定性,并且能显著改善高温气冷堆用石墨的抗氧化性能.