本发明属于环保型防火涂料技术领域，具体涉及一种基于气凝胶陶瓷化改性的水性复合涂料及其在高温阻燃隔热领域的应用。
背景技术：
现有防火涂料存在显著缺陷：膨胀型涂料形成的炭层力学强度低（<0.1 MPa），在火焰冲击下易脱落；非膨胀型涂料因无机胶粘剂脆性大，存在开裂脱落风险。虽然CN108997911A提出纳米陶瓷化方案，但其涂层在800℃/5min燃烧后抗气流冲击能力不足（0.8 MPa破碎率>80%）。此外，传统气凝胶隔热片采用多层复合结构（覆膜+硅胶框），工艺复杂且成本高昂。
发明内容：
技术方案：
涂料组成（质量百分比）：
- 水性气凝胶分散体：34-47%
- 水性树脂（丙烯酸/聚氨酯/有机硅）：28-42%
- 轻质填料（闭孔玻化微珠/空心陶瓷微球）：10-18%
- 阻火剂（环三磷腈衍生物）：3-5%
- 助瓷剂（石灰石+碳酸钠，1:0.8-1.2）：0.5-3%
- 功能助剂（分散/润湿/消泡等）：1.7-2.7%
- 余量为水
技术特征：
- 气凝胶体系：采用疏水型SiO₂气凝胶（接触角>90°，比表面积>600 m²/g），粒径10-150 μm（粉体）或0.5-2.5 mm（颗粒），通过真空分散技术确保孔隙结构完整。
- 陶瓷化机理：助瓷剂中CaCO₃与Na₂CO₃在高温下与SiO₂反应生成低熔点硅酸盐（Na₂O·CaO·4SiO₂，熔点≈785℃），促使气凝胶熔融形成连续陶瓷相，同时轻质填料（熔点>1000℃）作为骨架维持多孔结构。
- 功能协同：
- 常温下：碳酸钠提高体系pH至10-11，抑制微生物生长；石灰石（白度>95%）增强遮盖力。
- 高温下：形成的莫来石-石英复相陶瓷抗压强度>15 MPa（800℃烧结后）。
制备方法：
- 气凝胶分散体：
- 粉体：10-20%气凝胶+1-5%聚醚改性硅氧烷+水，2000 rpm真空搅拌1 h
- 颗粒：45-53%气凝胶+1-5%功能助剂+水，700 rpm搅拌30 min
- 涂料制备：分步混合粉料分散体（阻火剂/助瓷剂）、树脂基体及功能助剂，500 rpm低速均质化。
应用实施例：
将涂料双面涂覆于SiO₂气凝胶毡（厚度3 mm），形成0.5 mm涂层，所得电池隔热片性能：
- 1000℃/10 min火焰冲击无穿透
- 常温导热系数0.025 W/m·K，500℃时0.086 W/m·K
- 通过UL94 V0阻燃认证，绝缘电阻>3.7 GΩ
附图说明：
图1：实施例1涂层800℃烧结5 min前后的宏观形貌对比，显示7.7%均匀收缩且无裂纹；
图2：烧结前SEM显示气凝胶（介孔结构）与玻化微珠的松散堆积；
图3：烧结后SEM显示气凝胶熔融形成颈部连接，构成微米级多孔陶瓷网络。
具体实施方式：
实施例1（基础配方）：
- SiO₂气凝胶粉体（15 μm）20%
- 水性丙烯酸树脂28%
- 空心玻珠（D90=60 μm）10%
- 六苯氧基环三磷腈3%
- 助瓷剂（CaCO₃:Na ₂CO₃=1:1.2）0.5%
性能数据：
| 指标 | 测试值 | 测试标准 |
|---|---|---|
| 常温导热系数 | 0.038 W/m·K | GB/T 10297 |
| 800℃烧结后强度 | 8.2 MPa | GB/T 17671 |
| 粘结强度 | 0.68 MPa | GB/T 5210 |
对比例：
- 对比例1（无助瓷剂）：800℃烧结后抗压强度仅1.3 MPa，气流冲击破碎率100%
- 对比例2（5%助瓷剂）：常温导热系数升至0.054 W/m·K，超出设计要求
创新优势：
- 突破传统涂料功能单一局限，实现”常温隔热-高温陶瓷化阻火”双重功能；
- 水性体系VOC含量<50 g/L，符合GB 38507-2020环保要求；
- 电池隔热片生产成本降低至传统产品的60%，且可通过喷涂/刮涂适应复杂结构。
