气凝胶绝热涂料,效果如何?

气凝胶被认为是世界上最轻的固体, 具有绝佳的保温效果,甚至能帮助宇航员在太空中抵御严寒,因而成为受到NASA美国国家宇航局青睐的航天材料,被称为是一种“改变世界的神奇材料”,目前已被国家发改委列为国家战略新兴产业。

气凝胶中,SiO2气凝胶是最易制备也是被应用得最广的一类,它以空气为主要成分,无定形态的SiO2为基本骨架,具有超高的孔隙率(高达80~99.8%),在力学、热学、电学、光学、声学等方面均表现出独特的性能,如它在室温下导热系数可低达0.013w/(m·k)。同时还囊括了低热导率、低密度、高孔隙率、高光透过性、高比表面积、低折射率以及低声速性等性质,从而在很多领域都有着广阔的应用前景。

关于SiO2气凝胶的应用,先前已粗略提过多次,它在保温隔热领域的主要应用产品形式有4种:气凝胶粉体/颗粒;气凝胶毡;气凝胶板;气凝胶玻璃。而随着涂料使用量的增加及对涂料性能要求的提高,SiO2气凝胶作为涂料的一种功能填料也得到了许多研究者的关注,今天就来重点来讲讲这一部分。

气凝胶保温涂料的主要成分包括有交联丙烯酸乳液成膜物SiO2气凝胶等填料以及多种助剂其中,SiO2气凝胶用作涂料的重要组成部分,会使涂料具备隔热、耐高温、防火、吸附、光催化和隔音吸声等特殊功能,因此它的品质会在很大程度上影响涂料的性能。

目前SiO2气凝胶的制备方法很多,其主要过程包括由溶胶-凝胶法制备出SiO2湿凝胶以及干燥得到SiO2气凝胶。SiO2湿凝胶的制备过程相似,主要区别在于干燥方法,采用不同干燥技术制备出的SiO2气凝胶在性质和质量上都会有所差异。随后在SiO2气凝胶制备的基础上,添加稳定剂、分散剂等助剂,通过多种分散方法将其先制成SiO2气凝胶浆料,再和成膜树脂、助剂、溶剂以及其他颜填料相混合,最后通过高速分散就能制得SiO2气凝胶涂料。

整个制备过程中,SiO2气凝胶浆料的制备过程是最关键的一步,也是SiO2气凝胶涂料性能优越与否的直接影响因素。该过程需要解决纳米粒子在介质中的团聚问题,使SiO2气凝胶纳米颗粒均匀稳定地分散于溶剂中。

虽然各种SiO2气凝胶涂料的制备过程大致相同,但如果作为填料使用的SiO2气凝胶特性出现差异,加入的颜填料、助剂等配方也不同就会导致制成的SiO2气凝胶涂料主要功能上也产生差异,目前比较常见的发展方向有隔热、防火、吸附、光催化、隔音等。

SiO2气凝胶隔热涂料因SiO2气凝胶本身的结构特性,能有效降低热量的传输,起到改善环境、降低能耗的作用。SiO2气凝胶的纳米孔以及三维网状结构破坏了基质的热量传导路径,这是它具有极低导热系数的一个重要原因。独特的纳米孔结构限制了空气分子的自由流动,抑制了空气的对流传导,无限多的孔壁形成了热辐射的反射面和折射面,具有“无穷隔热板效应”,最大限度地抑制了辐射导热。因此将具有优异隔热性能的SiO2气凝胶用于隔热涂料中会使涂膜的隔热效果得到很大提升。

测试结果证明,1mm厚的气凝胶保温涂料比8cm厚的聚苯泡沫板保温隔热性能好因此目前已被用于建筑外饰、建筑幕墙、墙体屋面等保温隔热,同时适用于工业中低温管道、储罐、通信基站、船舶、汽车运输行业等多个领域的应用。

气凝胶保温涂料的喷涂过程

SiO2气凝胶耐高温涂料是指能长期在200℃以上高温环境中使用,能够对基材进行保护,且涂层自身的物理化学性能仍能保持相对稳定的一种功能涂料。SiO2气凝胶可在900℃以下保持良好的多孔网络结构特性,但当温度达到900℃以上时会发生烧结现象,Si-O-Si网络结构会收缩并团聚,孔结构遭到破坏,因此为实现SiO2气凝胶在超高温度下维持原有的纳米孔网络结构,保持其低热导率及高孔隙率,一般通过掺杂其他耐高温材料的方法来制备耐高温复合材料。

SiO2气凝胶耐高温涂料具有厚度薄、耐高温、绝热等特性,且在高温环境下,可根据使用环境温度和要达到的降温幅度,选择施工的涂膜厚度,可应用于高温蒸汽管道、高温炉、石油裂解设备、发动机部位和冶金行业的金属高温防护等领域。

SiO2气凝胶防火涂料是涂敷在可燃性基材表面,能有效阻止热量的传递,降低基材可燃性以及延滞甚至阻止火灾的蔓延,可提高被涂基材耐火极限的一种特种功能涂料。SiO2气凝胶防火涂料的防火机理主要在于SiO2气凝胶本身属于难燃性物质,从而使涂料具有难燃特性。SiO2气凝胶的孔隙尺寸在2~50 nm之间,空气中主要成分氮气和氧气的平均自由程均在70 nm左右,如果涂料够密实,就能有效阻止被保护基材与空气的直接接触。

SiO2气凝胶极低的导热系数,可以较大地降低火焰温度,使被保护基材达不到自身着火点。以SiO2气凝胶为功能填料,均匀分散于涂料的稳定体系中,当涂料被涂刷形成涂层时,能有效地起到良好的绝热保护作用,从而提高其耐火性,起到防火的作用,可被用来保护建筑物、器材设备、人员安全等。

SiO2气凝胶具有纳米多孔网络结构,加上其巨大的内表面积,使其具备了吸附材料应有的结构特性,对有机溶剂和有机物质有超强的吸附能力,且吸附性能比现在常见的吸附剂(活性炭、硅胶、氧化铝、分子筛等)还要好。同时由于其表面原子数众多,缺少相邻的原子与之结合,导致SiO2气凝胶表面原子具有很高的化学活性,极容易吸附其他原子,从而具有较强的吸附作用。由于SiO2气凝胶吸附涂层可循环利用、绿色经济,具备优越的发展潜力,可被广泛应用于空气净化、污水处理、水蒸气吸附、医药过滤、海水淡化等领域,具有广阔的应用前景。

通过溶胶-凝胶法制备的SiO2气凝胶孔隙率最高可达99.8%,比表面积最高将近1000 m2/g,这些固有的性质使它在催化剂的应用中获得了极高的关注。SiO2气凝胶光催化涂料能在一定波长光的照射下具有催化反应功能,这种涂料具有分解有毒物质、杀菌消毒、降解有机物和净化空气等作用。SiO2气凝胶特殊的性质使建立高效的催化降解体系、实现气凝胶的高层次利用成为可能,也为研究SiO2气凝胶材料对污染物的光催化机理和新的应用前景提供了理论依据。

SiO2气凝胶具有低声速特性,可用作吸声隔音材料,其作用机理在于它具有大量微小的连通孔隙,声波可沿着这些孔隙深入内部,与SiO2气凝胶发生摩擦作用进而将声能转化为热能,从而达到隔音效果。不过,目前少有单独使用SiO2气凝胶作吸音材料,一般都是与其他材料复合形成吸声材料,或者将SiO2气凝胶涂层涂覆在其他吸音材料表面上制成吸声效果更强的隔音材料。

SiO2气凝胶涂料的制备及应用研究进展,丁逸栋,刘朝辉,王飞,叶圣天,贾艺凡,班国东,林锐。

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气凝胶反射隔热涂料施工方案说明

二氧化硅气凝胶是一种分散介质为气体的多孔性固体材料,是目前工程应用的最轻的固体材料。由其制成的气凝胶产品导热系数为0.030-0.050W·(m·K)左右,且具有超疏水、A级阻燃、使用温度范围广、寿命长、抗压、无毒等优点。 与传统保温隔热材料相比,同等隔热效果下,气凝胶材料厚度只有传统保温隔热材料的1/2-1/5,可以为工业场所节省更多空间。

气凝胶因其纤细的纳米多孔结构和高分表面积,在绝热保温、防火阻燃、隔音降噪、光学、力学等领域均有突出特性,是改变世界的十大新材料之一。材料和生产工艺流程安全环保、无毒性。

气凝胶反射隔热涂料以二氧化硅气凝胶为主料,添加多种反射功能辅料材料、纤维,经过独创特殊工艺处理制备而成。

1 、反射性能好,更好的阻挡、隔绝太阳光的照射。避免阳光曝晒。

2 、密闭性好,粘结强度高,可以对任何形状工件进行密闭保温。

3 、防腐,防水,防火、A级阻燃,抗震,隔音,耐磨,耐腐蚀,耐酸碱。

4 、环保无毒,成分不含苯等对人体有害物质,对人体无害、无毒、无味、不腐蚀空气、土壤、水源。

5 、抗老化能力强。不易变形,保温结构良好,使用寿命长。

6 、施工简单,可涂抹、辊涂、喷涂、刷涂。

7 、材料拆除后加工可重复利用。

反辐射、隔热、防腐(建筑外墙、钢结构厂房、集装箱、板房等)。

1. 气凝胶反射隔热涂料施工工艺

(1)钢结构表面处理应符合《涂装前钢材表面处理规范》(SY/T)的规定。

(2)采用手工除锈和化学除锈相结合的方式,彻底清除钢材表面的铁锈、油污、氧化皮等,除锈等级达到St2级。

(3)防锈底漆涂刷2遍,一般防锈底漆漆膜厚度在80~100μm。建议采用厚浆环氧富锌底漆。

1.2气凝胶反射隔热涂料在喷涂前应进行充分搅拌3min以上,搅拌时加入5%左右的纯净水,使其混合均匀。

1.3气凝胶反射隔热涂料采用喷涂施工,具体可根据施工环境、涂刷面积、质量要求及生产商的建议来确定,采用喷涂、涂抹、刷涂等方式。

1.4气凝胶反射隔热涂料涂装前金属表面应先喷涂环氧富锌底漆2道,干膜厚度≥80μm。

1.5气凝胶反射隔热涂料一次喷涂约0.1mm厚,待第一层干燥后,方可进行第二遍施工。喷涂次数不少于2遍。

1.6气凝胶反射隔热涂料干燥时间视当地工况环境、温度、湿度等的影响。一般喷涂一次2小时左右即可喷涂第二遍,2遍全部5小时左右可完全干燥。

1.7涂装完后表面外观应达到:表面无可见的油、脂和污物,并且没有附着不牢的涂层、杂质,以及影响附着力的异物。虽然表面可以潮湿,但不能有水滴或连续的水膜。

2.工程进度及计划安排

2.1施工流向及进度计划安排:

按照施工的具体要求,施工程序分为:施工准备、表面处理、涂料涂装、表面找平、特殊部位处理。在施工期间,严格按照厂家要求,安全质量第一,保证在规定时间内完成项目的保温施工

2.2.1严格按审批的施工进度计划施工,并在过程中,利用时间差及优化调整,加强检查,督促施工。

2.2.2根据工程用料计划和施工机具计划,开工前3天内全部落实供货单位,确保材料按质按期进场,工程中决不允许停工待料的现象。

2.2.3加强施工组织管理工作,强化生产指挥系统和劳动纪律,建立日碰头会制度,强化平衡调度。

2.2.4进行全面质量管理,确保工程质量,决不因工程质量问题返工而延误工期。

2.2.5主动搞好与建设、监理等单位监督的协调配合,创建的一个良好的外部施工环境。

3.项目过程风险控制及检测合格率

3.1涂料质量风险控制

涂料应满足工况环境相应项的性能要求,供方应提供所供产品的检测报告。保温层施工必须进行过程质量检验及最终质量检验,检验结果必须有记录。质量检验所用仪器必须经计量部门鉴定合格,应在鉴定有效期内。

3.2气凝胶反射隔热涂料施工过程质量控制

3.2.1气凝胶隔热涂料施工前,先对防腐底漆进行检验,合格后方可进行下一步施工。

3.2.2涂料应喷涂均匀,无漏刷、流挂等现象。

3.2.3每层涂料实干后,应仔细检查裂纹、气泡及凹陷等现象。

3.2.4隔热涂料层应无断层、裂纹、气泡等缺陷。

3.3气凝胶反射隔热涂料的最终质量检验

3.3.1气凝胶反射隔热涂料固化后应进行外观、厚度与粘结力等检验,检验结果应做好记录。

3.3.2外观检验应符合下列规定:

色泽均匀,平整光滑,无其他杂物,无起鼓、裂纹和脱层等现象。

3.3.3厚度检查应符合下列规定

3.3.3.1气凝胶隔热涂料的厚度用磁性测厚仪检查,干膜厚度应大于等于0.2mm。

3.3.3.2检查气凝胶反射隔热涂料厚度时,应把设备划分成至少3个有代表性的部分(立式设备可分为上、中、下3个部分),按20%的比例进行检验。以1㎡为一个检测区域,每个检测区域至少抽测3个点,布点应均匀,每个工程不得少于20个区域。焊缝处的抽测点不得少于总点数的30%

3.3.3.3每个检测区域有1个以上的点不合格,则应加倍检查;若加倍检查仍不合格,则该部分隔热涂料厚度不合格,应按规定选型复涂至合格。

3.3.4粘结力检查可采用《硅酸盐复合绝热涂料》(GB/T)中的粘结强度的试验方法。

3.3.4.1粘结力检查时,随机抽查1处,若检测不合格,应加倍抽查,若仍有1处不合格,即为不合格,必须整体返工。

3.3.4.2经粘结力检验损伤的隔热涂料层应按规定进行修补,粘结力不合格的保温层不允许修补,必须按规定进行返工。

3.4保温层修补、复涂及返工

3.4.1.1所有的现场连接处、暴露的钢表面、焊接区域、涂层损伤处均应进行涂装修补,以提供连续完整的涂层。

3.4.1.2一般使用常规喷涂和刷涂,喷涂达不到之处,可用刷涂。

3.4.1.3涂层修补时,严格按照原涂层结构和质量要求进行补涂。

3.4.2钢质气凝胶反射隔热涂料的修补应符合下列规定

3.4.2.1修补用的材料和结构等级应与原主体隔热涂料层相同

3.4.2.2修补时将损坏的涂料层清理干净,如已漏基体,应除锈至St3级,并重新涂敷防腐底漆。

3.4.2.3破损处周边的隔热涂料层用锋利刀刃切成斜坡面后,向外50mm宽用砂轮将隔热涂料层打毛,然后再用隔热涂料进行修补,修补层与原涂料层搭接宽度应不小于50mm。

3.4.2.4修补层固化后,应对修补层进行厚度检查。

4.HSE管理目标及措施

为保证施工全过程安全生产无事故的HSE目标、指标的实现,施工前制订并执行《HSE策划及管理方案管理程序》。

对工程项目的HSE管理进行总体策划,分析施工过程中的风险和环境影响,制定事故预防措施,配置适合的资源,形成项目HSE管理方案并认真实施,以确保工程项目HSE目标的实现。

4.2.1施工现场严禁烟火,现场材料应分区堆放,涂料应放在仓库,每次施工用多少拖到现场多少,仓库材料使用仓库必须通风,涂料应放在温度较低,干燥处,避免阳光直接照射;

4.2.2进入施工现场,施工人员必须穿戴防护用品;

4.2.3离坠落基准面2 米以上(含2米)施工,必须佩挂双钩五点式安全带,做到高挂底用。

4.2.4二次电源接线必须由有持证的电工按规范要求进行,所有电器应装有漏电保护设施。

我公司郑重声明,将严格按照合同专用条款与投标书中有关质量规定,按照该项工程的施工工艺,保证该工程达到施工图纸及专项工程的技术标准和要求,确保安全无事故,质量达到合格。

保证在标书规定时限前完成工程。保证工程达到优良,对施工后的保温层免费保修6个月。

严格执行监理报审制,做好每道工序的报验签字,隐蔽记录,资料归档等。施工资料依据中石化、国家电网等相关标准进行收编整理。

SY/T 《涂装前钢材表面预处理规范》;

GB/T8 《涂覆涂料前钢材表面处理 表面清洁度的目视评定 第 2部分:已涂覆过的钢材表面局部清除原有涂层后处理等级》

GB 《涂装作业安全规程涂漆前处理工艺安全及其通风净化》

GB 《涂装作业安全规程 安全管理通则》

Q/SH18《油气田地面生产设施设备外观形象标准化规范》

GB8174—2008《设备和管道保温效果的测试与评价》

GB《工业设备及管道绝热工程施工规范》

GB/T《工业设备及管道绝热工程施工质量验收标准》

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气凝胶是目前世界上最轻的固体,具有低导热系数、低密度、低折射率、吸附、低声速等优良性能,最早被应用在航天航空以及军事领域。随着气凝胶在建筑领域应用研究的深入,气凝胶新型建材逐渐成为“建筑领域最有发展前景”的高性能材料。 气凝胶绝热涂层是采用特殊工艺将气凝胶粉体分散在专用高性能树脂乳液中制成的具有隔热降噪、阻燃、防水等功能的气凝胶保温中涂层,搭配底漆和面漆使用组成的气凝胶绝热涂层系统,具有轻量化、安全防火、环保和使用寿命长等优势。

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