添加二氧化硅空心微球膩?zhàn)拥闹苽浼捌湫阅?/h1>
2020-07-22 01:52:24李靜宇
衡水學(xué)院學(xué)報(bào) 2020年4期
李靜宇
添加二氧化硅空心微球膩?zhàn)拥闹苽浼捌湫阅?/p>
李靜宇
（衡水學(xué)院 化工學(xué)院，河北 衡水 053000）
以107膠為膠結(jié)劑，加入自制的二氧化硅空心微球作為功能性組分，制備了建筑內(nèi)墻保溫隔熱膩?zhàn)?，并?duì)其保溫隔熱性、施工性、打磨性等進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：該膩?zhàn)泳哂辛己玫谋馗魺嵝?、施工性、打磨性等綜合性能；當(dāng)107膠用量為20 g時(shí)，二氧化硅空心微球的用量不宜超過35 g，當(dāng)二氧化硅空心微球用量選取最大值時(shí)，膩?zhàn)雍湍佔(zhàn)油繉拥母黜?xiàng)常規(guī)性能均符合國標(biāo)要求。
二氧化硅空心微球；107膠；保溫隔熱；膩?zhàn)?/p>
近年來，隨著國家的富強(qiáng)和人民生活水平的提高，廣大人民群眾對(duì)住房條件的改善需求日漸突出，全國各地相繼涌現(xiàn)了大量的建筑群，在改善人民群眾居住條件的同時(shí)，也帶來了一系列的問題，其中最突出的問題之一就是建筑能耗問題[1]。現(xiàn)代建筑的保溫材料主要為膨脹聚苯乙烯泡沫板、擠塑聚苯乙烯泡沫板、聚氨酯和酚醛樹脂發(fā)泡材料等，這些保溫材料雖然具有較好的保溫隔熱和防水等優(yōu)良性能，但也存在著強(qiáng)度小、阻燃性差和施工及維修困難等缺點(diǎn)[2]。因此，迫切需要研究新型的保溫材料來解決這些問題，建筑保溫材料也成為我國建筑節(jié)能領(lǐng)域的熱點(diǎn)[3]。
二氧化硅空心微珠具有眾多特殊的性質(zhì)，如低密度、比表面積大、高穩(wěn)定性、高熔點(diǎn)和無毒等[4]。由于二氧化硅空心微珠具有中空的特性，與普通的超細(xì)二氧化硅顆粒相比，具有密度小、質(zhì)量輕、保溫隔熱性能好等特點(diǎn)，是非常理想的保溫隔熱材料。由于其體積較小，與普通涂料填料的細(xì)度相當(dāng)，因此，可以將其代替填料引入到涂料體系中，使涂料固化后的涂膜具有保溫隔熱材料的共性[5]。膩?zhàn)幼鳛楦吖腆w粉涂料被大量用于建筑內(nèi)墻裝修，其涂刷厚度一般為3 mm左右，將二氧化硅空心微球用在膩?zhàn)又凶鳛樘盍?，?huì)大大提高膩?zhàn)訉拥谋匦Ч?，從而達(dá)到建筑物保溫隔熱的效果。
1 二氧化硅空心微珠的制備
1.1 實(shí)驗(yàn)試劑
正硅酸四乙酯，分析純，上?；瘜W(xué)試劑采購供應(yīng)五聯(lián)化工廠；無水乙醇，分析純，無錫市展望化工試劑有限公司；去離子水，自制；氨水，分析純，濟(jì)寧匯德化工有限公司；苯乙烯（St），99%，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；聚乙烯吡咯烷酮（PVP），K29-32，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；過硫酸銨98%，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；KH550，98%，常州潤翔化工有限公司。
1.2 制備過程
采用硬模板法合成空心二氧化硅微球，制備過程參照文獻(xiàn)[6]進(jìn)行。
1）用自制去離子水作為反應(yīng)介質(zhì)，以聚乙烯吡咯烷酮作為活化劑和分散劑，制備聚苯乙烯微球。聚苯乙烯微球的粒徑控制通過改變藥品添加量和調(diào)節(jié)溫度來實(shí)現(xiàn)。首先，往三口燒瓶中加入150 mL自制去離子水，繼續(xù)加入聚乙烯吡咯烷酮2.25 g，攪拌充分后，緩慢滴加苯乙烯，超聲分散10 min，最后，加入過硫酸銨溶液。苯乙烯體積分?jǐn)?shù)為9%，實(shí)驗(yàn)溫度為70 ℃，反應(yīng)9 h，獲得聚苯乙烯微球。
2）以制備好的聚苯乙烯微球?yàn)槟０逯苽涠趸杩招奈⑶颍詿o水乙醇作為反應(yīng)介質(zhì)，加入聚苯乙烯乳液適量，后加入1mL表面活性劑KH550，通過KH550在制備好的聚苯乙烯微球表面形成親水基團(tuán)，使反應(yīng)生成的二氧化硅在其表面積累形核，充分?jǐn)嚢杌旌弦海咕郾揭蚁┪⑶蚓鶆蚍稚?，同時(shí)活化模板表面，從而有利于反應(yīng)在微球表面進(jìn)行，用氨水調(diào)節(jié)pH值，隨后提高反應(yīng)溫度并保持恒定，逐滴加入硅酸四乙酯，反應(yīng)3 h，得到二氧化硅-聚苯乙烯微球復(fù)合乳液，分別用純水和乙醇洗滌數(shù)次，放入35 ℃的干燥箱中進(jìn)行烘干6 h，得到二氧化硅-聚苯乙烯微球復(fù)合粉末，高溫煅燒，制得二氧化硅空心微球。實(shí)驗(yàn)溫度為50 ℃，硅酸四乙酯體積分?jǐn)?shù)為5%，反應(yīng)pH值為10，煅燒溫度為450 ℃，制得二氧化硅空心微球。
2 保溫隔熱膩?zhàn)拥闹苽?/h2>2.1 保溫隔熱膩?zhàn)优浞?/h3>
保溫隔熱膩?zhàn)拥脑霞芭浞揭姳?。
表1 保溫隔熱膩?zhàn)拥脑霞坝昧?/p>
2.2 制備過程
按表1配比，首先取107膠，加入去離子水，慢速充分?jǐn)嚢杈鶆蚝?，逐步加入空心玻珠繼續(xù)攪拌一小時(shí)，得到所需樣品。
3 測(cè)試
3.1 導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)實(shí)驗(yàn)
將樣品制成200mm×200mm×30 mm的測(cè)試件，用PDR-300型導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀(沈陽鑫合經(jīng)緯機(jī)械電子設(shè)備有限公司)測(cè)定其導(dǎo)熱系數(shù)。
3.2 膩?zhàn)雍湍佔(zhàn)油繉拥某Ｒ?guī)性能測(cè)試
膩?zhàn)雍湍佔(zhàn)油繉拥某Ｒ?guī)性能測(cè)試參照J(rèn)G/T298—2010方法和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。
4 結(jié)果與討論
4.1 導(dǎo)熱系數(shù)結(jié)果
按照表1中的原料及用量共制備了5組樣品，現(xiàn)將各組樣品的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試結(jié)果整理成表2。
表2 保溫隔熱系數(shù)測(cè)試結(jié)果
由表2可以看出，以二氧化硅空心微球?yàn)楣δ苄蕴盍现苽涞谋馗魺崮佔(zhàn)泳哂休^低的導(dǎo)熱系數(shù)，說明二氧化硅空心微球可以作為保溫隔熱填料用于膩?zhàn)又?，且隨著二氧化硅空心微球用量的增加，膩?zhàn)拥膶?dǎo)熱系數(shù)逐漸降低，考慮到107膠作為膩?zhàn)拥哪z結(jié)劑，用量不能過少，否則難以膠結(jié)成膜，通過試驗(yàn)，當(dāng)107膠用量為20 g時(shí)，二氧化硅空心微球的最大用量不宜超過35 g，同時(shí)，還應(yīng)考慮膩?zhàn)雍湍佔(zhàn)油繉拥某Ｒ?guī)性能。
4.2 膩?zhàn)雍湍佔(zhàn)油繉拥某Ｒ?guī)性能測(cè)試結(jié)果
按照表1中的原料，其中二氧化硅空心微球選用最大量35 g，測(cè)得相關(guān)性能如表3。
表3 膩?zhàn)雍湍佔(zhàn)油繉拥某Ｒ?guī)性能測(cè)試結(jié)果
由表3可以看出，當(dāng)二氧化硅空心微球選用量為35 g時(shí)，膩?zhàn)雍湍佔(zhàn)油繉拥母黜?xiàng)常規(guī)性能均符合國標(biāo)要求。與此同時(shí)，膩?zhàn)油繉泳哂凶罴训谋馗魺嵝Ч?/p>
5 結(jié)語
1）二氧化硅空心微球的加入會(huì)明顯提高膩?zhàn)拥谋馗魺嵝阅?，且隨著二氧化硅空心微球用量的增加，膩?zhàn)拥膶?dǎo)熱系數(shù)逐漸降低。
2）考慮到膩?zhàn)拥恼辰Y(jié)性，二氧化硅空心微球的添加量不宜過高，當(dāng)107膠用量為20 g時(shí)，二氧化硅空心微球的用量不宜超過35 g。
3）當(dāng)二氧化硅空心微球用量選取最大值時(shí)，膩?zhàn)雍湍佔(zhàn)油繉拥母黜?xiàng)常規(guī)性能均符合國標(biāo)要求。
4）二氧化硅空心微珠作為保溫隔熱填料制得的膩?zhàn)泳哂袃?yōu)良的保溫隔熱性能，用于建筑內(nèi)墻可以起到明顯的節(jié)能降耗作用，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的新型保溫隔熱涂料，符合我國提出的節(jié)能減排的要求。
[1] 周會(huì),賴榕永,馬小翠,等.雙組分建筑外墻保溫膩?zhàn)拥闹苽鋄J].試驗(yàn)研究與應(yīng)用,2018,4:10-12.
[2] 李少香,劉凱,孫艷麗,等.外墻保溫系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].建筑節(jié)能,2015,12:36-40.
[3] 馮長(zhǎng)偉,朱惠芳,史琴,等.建筑反射隔熱涂料——保溫膩?zhàn)油鈮Ρ叵到y(tǒng)性能研究[J].工程質(zhì)量,2015(1):70-73.
[4] 劉麗琴.二氧化硅空心微球的制備及性能研究[D].上海:上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院,2015.
[5] 楊曉鴻.空心玻珠保溫涂料的研制[J].武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2003,22(2):75-76.
[6] 武國棟.二氧化硅隔熱涂料的制備及性能表征[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2017.
Properties of Putty with Silica Hollow Microspheres and Its Preparation
LI Jingyu
(Collegeof Applied Chemistry, Hengshui University, Hengshui, Hebei 053000, China)
With 107 glue as binder and silica hollow microspheres as functional component, the thermal insulation putty for building interior wall was prepared, and its thermal insulation, constructability and grinability were studied. The test shows the putty has good comprehensive properties of thermal insulation, construction, grinding, etc. When the dosage of107 glue is 20g, the dosage of silica hollow microspheres should not exceed 35g. When the maximum dosage of silica hollow microspheres is selected, the general properties of putty and putty coating meet the requirements of international standard.
silica hollow microspheres; 107 glue; thermal insulation; putty
10.3969/j.issn.1673-2065.2020.04.004
李靜宇（1981－），男，河北武邑人，講師；
衡水市科技計(jì)劃項(xiàng)目（2018011003Z）
TQ637
A
1673-2065(2020)04-0015-03
2020-01-12
（責(zé)任編校：李建明 英文校對(duì)：李玉玲）
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李靜宇
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李靜宇
（衡水學(xué)院 化工學(xué)院，河北 衡水 053000）
以107膠為膠結(jié)劑，加入自制的二氧化硅空心微球作為功能性組分，制備了建筑內(nèi)墻保溫隔熱膩?zhàn)?，并?duì)其保溫隔熱性、施工性、打磨性等進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：該膩?zhàn)泳哂辛己玫谋馗魺嵝?、施工性、打磨性等綜合性能；當(dāng)107膠用量為20 g時(shí)，二氧化硅空心微球的用量不宜超過35 g，當(dāng)二氧化硅空心微球用量選取最大值時(shí)，膩?zhàn)雍湍佔(zhàn)油繉拥母黜?xiàng)常規(guī)性能均符合國標(biāo)要求。
二氧化硅空心微球；107膠；保溫隔熱；膩?zhàn)?/p>
近年來，隨著國家的富強(qiáng)和人民生活水平的提高，廣大人民群眾對(duì)住房條件的改善需求日漸突出，全國各地相繼涌現(xiàn)了大量的建筑群，在改善人民群眾居住條件的同時(shí)，也帶來了一系列的問題，其中最突出的問題之一就是建筑能耗問題[1]。現(xiàn)代建筑的保溫材料主要為膨脹聚苯乙烯泡沫板、擠塑聚苯乙烯泡沫板、聚氨酯和酚醛樹脂發(fā)泡材料等，這些保溫材料雖然具有較好的保溫隔熱和防水等優(yōu)良性能，但也存在著強(qiáng)度小、阻燃性差和施工及維修困難等缺點(diǎn)[2]。因此，迫切需要研究新型的保溫材料來解決這些問題，建筑保溫材料也成為我國建筑節(jié)能領(lǐng)域的熱點(diǎn)[3]。
二氧化硅空心微珠具有眾多特殊的性質(zhì)，如低密度、比表面積大、高穩(wěn)定性、高熔點(diǎn)和無毒等[4]。由于二氧化硅空心微珠具有中空的特性，與普通的超細(xì)二氧化硅顆粒相比，具有密度小、質(zhì)量輕、保溫隔熱性能好等特點(diǎn)，是非常理想的保溫隔熱材料。由于其體積較小，與普通涂料填料的細(xì)度相當(dāng)，因此，可以將其代替填料引入到涂料體系中，使涂料固化后的涂膜具有保溫隔熱材料的共性[5]。膩?zhàn)幼鳛楦吖腆w粉涂料被大量用于建筑內(nèi)墻裝修，其涂刷厚度一般為3 mm左右，將二氧化硅空心微球用在膩?zhàn)又凶鳛樘盍?，?huì)大大提高膩?zhàn)訉拥谋匦Ч?，從而達(dá)到建筑物保溫隔熱的效果。
1 二氧化硅空心微珠的制備
1.1 實(shí)驗(yàn)試劑
正硅酸四乙酯，分析純，上?；瘜W(xué)試劑采購供應(yīng)五聯(lián)化工廠；無水乙醇，分析純，無錫市展望化工試劑有限公司；去離子水，自制；氨水，分析純，濟(jì)寧匯德化工有限公司；苯乙烯（St），99%，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；聚乙烯吡咯烷酮（PVP），K29-32，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；過硫酸銨98%，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；KH550，98%，常州潤翔化工有限公司。
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采用硬模板法合成空心二氧化硅微球，制備過程參照文獻(xiàn)[6]進(jìn)行。
1）用自制去離子水作為反應(yīng)介質(zhì)，以聚乙烯吡咯烷酮作為活化劑和分散劑，制備聚苯乙烯微球。聚苯乙烯微球的粒徑控制通過改變藥品添加量和調(diào)節(jié)溫度來實(shí)現(xiàn)。首先，往三口燒瓶中加入150 mL自制去離子水，繼續(xù)加入聚乙烯吡咯烷酮2.25 g，攪拌充分后，緩慢滴加苯乙烯，超聲分散10 min，最后，加入過硫酸銨溶液。苯乙烯體積分?jǐn)?shù)為9%，實(shí)驗(yàn)溫度為70 ℃，反應(yīng)9 h，獲得聚苯乙烯微球。
2）以制備好的聚苯乙烯微球?yàn)槟０逯苽涠趸杩招奈⑶颍詿o水乙醇作為反應(yīng)介質(zhì)，加入聚苯乙烯乳液適量，后加入1mL表面活性劑KH550，通過KH550在制備好的聚苯乙烯微球表面形成親水基團(tuán)，使反應(yīng)生成的二氧化硅在其表面積累形核，充分?jǐn)嚢杌旌弦海咕郾揭蚁┪⑶蚓鶆蚍稚?，同時(shí)活化模板表面，從而有利于反應(yīng)在微球表面進(jìn)行，用氨水調(diào)節(jié)pH值，隨后提高反應(yīng)溫度并保持恒定，逐滴加入硅酸四乙酯，反應(yīng)3 h，得到二氧化硅-聚苯乙烯微球復(fù)合乳液，分別用純水和乙醇洗滌數(shù)次，放入35 ℃的干燥箱中進(jìn)行烘干6 h，得到二氧化硅-聚苯乙烯微球復(fù)合粉末，高溫煅燒，制得二氧化硅空心微球。實(shí)驗(yàn)溫度為50 ℃，硅酸四乙酯體積分?jǐn)?shù)為5%，反應(yīng)pH值為10，煅燒溫度為450 ℃，制得二氧化硅空心微球。
2 保溫隔熱膩?zhàn)拥闹苽?/h2>2.1 保溫隔熱膩?zhàn)优浞?/h3>
保溫隔熱膩?zhàn)拥脑霞芭浞揭姳?。
表1 保溫隔熱膩?zhàn)拥脑霞坝昧?/p>
2.2 制備過程
按表1配比，首先取107膠，加入去離子水，慢速充分?jǐn)嚢杈鶆蚝?，逐步加入空心玻珠繼續(xù)攪拌一小時(shí)，得到所需樣品。
3 測(cè)試
3.1 導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)實(shí)驗(yàn)
將樣品制成200mm×200mm×30 mm的測(cè)試件，用PDR-300型導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀(沈陽鑫合經(jīng)緯機(jī)械電子設(shè)備有限公司)測(cè)定其導(dǎo)熱系數(shù)。
3.2 膩?zhàn)雍湍佔(zhàn)油繉拥某Ｒ?guī)性能測(cè)試
膩?zhàn)雍湍佔(zhàn)油繉拥某Ｒ?guī)性能測(cè)試參照J(rèn)G/T298—2010方法和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。
4 結(jié)果與討論
4.1 導(dǎo)熱系數(shù)結(jié)果
按照表1中的原料及用量共制備了5組樣品，現(xiàn)將各組樣品的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試結(jié)果整理成表2。
表2 保溫隔熱系數(shù)測(cè)試結(jié)果
由表2可以看出，以二氧化硅空心微球?yàn)楣δ苄蕴盍现苽涞谋馗魺崮佔(zhàn)泳哂休^低的導(dǎo)熱系數(shù)，說明二氧化硅空心微球可以作為保溫隔熱填料用于膩?zhàn)又?，且隨著二氧化硅空心微球用量的增加，膩?zhàn)拥膶?dǎo)熱系數(shù)逐漸降低，考慮到107膠作為膩?zhàn)拥哪z結(jié)劑，用量不能過少，否則難以膠結(jié)成膜，通過試驗(yàn)，當(dāng)107膠用量為20 g時(shí)，二氧化硅空心微球的最大用量不宜超過35 g，同時(shí)，還應(yīng)考慮膩?zhàn)雍湍佔(zhàn)油繉拥某Ｒ?guī)性能。
4.2 膩?zhàn)雍湍佔(zhàn)油繉拥某Ｒ?guī)性能測(cè)試結(jié)果
按照表1中的原料，其中二氧化硅空心微球選用最大量35 g，測(cè)得相關(guān)性能如表3。
表3 膩?zhàn)雍湍佔(zhàn)油繉拥某Ｒ?guī)性能測(cè)試結(jié)果
由表3可以看出，當(dāng)二氧化硅空心微球選用量為35 g時(shí)，膩?zhàn)雍湍佔(zhàn)油繉拥母黜?xiàng)常規(guī)性能均符合國標(biāo)要求。與此同時(shí)，膩?zhàn)油繉泳哂凶罴训谋馗魺嵝Ч?/p>
5 結(jié)語
1）二氧化硅空心微球的加入會(huì)明顯提高膩?zhàn)拥谋馗魺嵝阅?，且隨著二氧化硅空心微球用量的增加，膩?zhàn)拥膶?dǎo)熱系數(shù)逐漸降低。
2）考慮到膩?zhàn)拥恼辰Y(jié)性，二氧化硅空心微球的添加量不宜過高，當(dāng)107膠用量為20 g時(shí)，二氧化硅空心微球的用量不宜超過35 g。
3）當(dāng)二氧化硅空心微球用量選取最大值時(shí)，膩?zhàn)雍湍佔(zhàn)油繉拥母黜?xiàng)常規(guī)性能均符合國標(biāo)要求。
4）二氧化硅空心微珠作為保溫隔熱填料制得的膩?zhàn)泳哂袃?yōu)良的保溫隔熱性能，用于建筑內(nèi)墻可以起到明顯的節(jié)能降耗作用，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的新型保溫隔熱涂料，符合我國提出的節(jié)能減排的要求。
[1] 周會(huì),賴榕永,馬小翠,等.雙組分建筑外墻保溫膩?zhàn)拥闹苽鋄J].試驗(yàn)研究與應(yīng)用,2018,4:10-12.
[2] 李少香,劉凱,孫艷麗,等.外墻保溫系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].建筑節(jié)能,2015,12:36-40.
[3] 馮長(zhǎng)偉,朱惠芳,史琴,等.建筑反射隔熱涂料——保溫膩?zhàn)油鈮Ρ叵到y(tǒng)性能研究[J].工程質(zhì)量,2015(1):70-73.
[4] 劉麗琴.二氧化硅空心微球的制備及性能研究[D].上海:上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院,2015.
[5] 楊曉鴻.空心玻珠保溫涂料的研制[J].武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2003,22(2):75-76.
[6] 武國棟.二氧化硅隔熱涂料的制備及性能表征[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2017.
Properties of Putty with Silica Hollow Microspheres and Its Preparation
LI Jingyu
(Collegeof Applied Chemistry, Hengshui University, Hengshui, Hebei 053000, China)
With 107 glue as binder and silica hollow microspheres as functional component, the thermal insulation putty for building interior wall was prepared, and its thermal insulation, constructability and grinability were studied. The test shows the putty has good comprehensive properties of thermal insulation, construction, grinding, etc. When the dosage of107 glue is 20g, the dosage of silica hollow microspheres should not exceed 35g. When the maximum dosage of silica hollow microspheres is selected, the general properties of putty and putty coating meet the requirements of international standard.
silica hollow microspheres; 107 glue; thermal insulation; putty
10.3969/j.issn.1673-2065.2020.04.004
李靜宇（1981－），男，河北武邑人，講師；
衡水市科技計(jì)劃項(xiàng)目（2018011003Z）
TQ637
A
1673-2065(2020)04-0015-03
2020-01-12
（責(zé)任編校：李建明 英文校對(duì)：李玉玲）
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