1.本发明涉及耐高温涂料技术领域，尤其是涂料及其制备方法和应用。
背景技术：2.汽车尾管排出的尾气温度一般应该是320-400度之间，最高温度为600度左右。汽车尾管长期受高热，导致使用寿命降低，需要涂层降低尾气对尾管材质的损坏。现有的常规涂料高温易变色，而陶瓷涂层具有易脆、抗振性差和易碎的缺陷。
3.有鉴于此，特提出本发明。
技术实现要素：4.本发明的目的之一在于提供一种涂料，以缓解现有技术中涂层遇高温变色、易脱落、隔热效果差的技术问题。
5.为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
6.本发明第一方面提供了一种涂料，包括二氧化硅水凝胶前驱体、闭孔气凝胶微球、耐高温颜填料和烷氧基硅烷。
7.可选地，所述二氧化硅水凝胶前驱体包括硅溶胶、活化稳定剂和酸化介质。
8.优选地，所述二氧化硅水凝胶前驱体包括按质量份数计的硅溶胶90-110份、活化稳定剂25-35份和酸化介质0.1-40份。
9.优选地，还包括去离子水90-110份。
10.优选地，所述硅溶胶的质量含量为10％-50％。
11.优选地，所述二氧化硅水凝胶前驱体的ph为3.5-5.5。
12.可选地，所述活化稳定剂包括丙二醇。
13.优选地，所述酸化介质包括醋酸。
14.可选地，按质量份数计包括二氧化硅水凝胶前驱体210-280份、闭孔气凝胶微球5-10份、耐高温颜填料10-40份和烷氧基硅烷300-500份。
15.优选地，烷氧基硅烷包括甲基三甲氧基硅烷。
16.优选地，所述耐高温颜填料包括按质量份数计的氧化锆5-10份、氧化铝1-10份、铝粉5-10份、钛白粉0.5-1.5份。
17.可选地，还包括流平剂5-10份。
18.优选地，所述流平剂包括hy-5030。
19.本发明第二方面提供了第一方面所述的涂料的制备方法，先在二氧化硅水凝胶前驱体中分别加入闭孔气凝胶微球和耐高温颜填料后得到涂料半成品；之后在涂料半成品中加入烷氧基硅烷和任选的流平剂得到所述涂料。
20.可选地，所述二氧化硅水凝胶前驱体的制备方法包括在硅溶胶中加入任选的去离子水，之后加入活化稳定剂和醋酸，得到所述的二氧化硅水凝胶前驱体。
21.可选地，所述涂料半成品的温度为40℃-60℃。
22.优选地，加入所述烷氧基硅烷反应35-45min。
23.可选地，还包括在加入烷氧基硅烷后、加入流平剂前的冷却过程。
24.本发明的第三方面提供了涂料在汽车尾管涂层中的应用。
25.与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：
26.本发明提供的涂料，将烷氧基硅烷与二氧化硅水凝胶前驱体混合均匀。烷氧基硅烷水解产生硅醇，二氧化硅水凝胶前驱体中含有硅溶胶粒子，硅醇与硅溶胶粒子上的羟基交联，从而对si-o-si进行包覆；同时部分硅醇对闭孔气凝胶微球表面进行修饰，涂膜整体形成三维网络结构。闭孔气凝胶微球降低热的传递，还可以起到骨料骨架作用，提高涂层抗开裂特性。该涂料形成的涂层具有耐高温热屏障作用，具有隔热，不变色、不脱落、耐磨的特点，提高了基材高温使用范围，延长了设备的使用寿命，改善了设备的装饰性。
27.本发明提供的涂料的制备方法，操作简便，容易控制，适合大规模工业化生产。
28.本发明提供的涂料的应用，为汽车尾管提供了耐热性能更好、更美观的涂料，对汽车尾管的材质起到了良好的热屏障作用，500℃下长期使用不变色、不脱落。
具体实施方式
29.下面将结合实施方式和实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施方式和实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.根据本发明第一方面提供的一种涂料，包括二氧化硅水凝胶前驱体、闭孔气凝胶微球、耐高温颜填料和烷氧基硅烷。
31.本发明提供的涂料，将烷氧基硅烷与二氧化硅水凝胶前驱体混合均匀。烷氧基硅烷水解产生硅醇，二氧化硅水凝胶前驱体中含有硅溶胶粒子，硅醇与硅溶胶粒子上的羟基交联，从而对si-o-si进行包覆；同时部分硅醇对闭孔气凝胶微球表面进行修饰，涂膜整体形成三维网络结构。闭孔气凝胶微球降低热的传递，还可以起到骨料骨架作用，提高涂层抗开裂特性。该涂料形成的涂层具有耐高温热屏障作用，具有隔热，不变色、不脱落、耐磨的特点。
32.闭孔气凝胶微球是以高分子聚合物为骨架，具有丰富的、独立封闭孔结构，避免了气体的进入，防止了空气的对流，因此赋予了涂层隔热的性能。
33.需要说明的是，本发明中使用的闭孔气凝胶微球为自制，申请专利号为202111431510.0。利用二氧化硅气凝胶制备的闭孔气凝胶微球，粒径在10～80um之间，具有优异的绝热性能和低的吸油度，提高了流体流动性。
34.可选地，所述二氧化硅水凝胶前驱体包括硅溶胶、活化稳定剂和酸化介质。
35.优选地，所述二氧化硅水凝胶前驱体包括按质量份数计的硅溶胶90-110份、活化稳定剂25-35份和酸化介质0.1-40份。
36.在本发明的一些实施方式中，二氧化硅水凝胶前驱体中硅溶胶的质量份数典型但不限于90份、92份、94份、96份、98份、100份、102份、104份、106份、108份或110份；活化稳定剂的质量份数典型但不限于25份、27份、29份、31份、33份或35份；酸化介质的质量份数典型但不限于0.1份、1份、5份、10份、15份、20份、25份、30份、35份或40份。
37.优选地，还包括去离子水90-110份。
38.在本发明的一些实施方式中，二氧化硅水凝胶前驱体中去离子水的质量份数典型但不限于90份、92份、94份、96份、98份、100份、102份、104份、106份、108份或110份。
39.优选地，所述硅溶胶的质量含量为10％-50％。
40.当硅溶胶的质量含量小于10％时，成膜性差，易开裂；当硅溶胶的质量含量大于50％时，高温热障性差，大于300℃时，开始熔融。
41.在本发明的一些实施方式中，硅溶胶的质量含量典型但不限于10％、20％、30％、40％或50％。
42.优选地，所述二氧化硅水凝胶前驱体的ph为3.5-5.5。
43.二氧化硅水凝胶前驱体的ph小于3.5时，硅溶胶不稳定会有部分硅酸析出，溶液浑浊；而且烷氧基硅烷包覆不充分，导致后期高温时，形成最先熔融的熔洞，形成热桥，导致热障效果差；二氧化硅水凝胶前驱体的ph大于5.5时，二氧化硅水凝胶前驱体与烷氧基硅烷快速形成白色凝胶，不能作为涂料的基料应用。
44.可选地，所述活化稳定剂包括丙二醇。
45.优选地，所述酸化介质包括醋酸。
46.可选地，按质量份数计包括二氧化硅水凝胶前驱体210-280份、闭孔气凝胶微球5-10份、耐高温颜填料10-40份和烷氧基硅烷300-500份。
47.优选地，烷氧基硅烷包括甲基三甲氧基硅烷。
48.优选地，所述耐高温颜填料包括按质量份数计的氧化锆5-10份、氧化铝1-10份、铝粉5-10份、钛白粉0.5-1.5份。
49.可选地，还包括流平剂5-10份。
50.在本发明的一些实施方式中，该涂料中二氧化硅水凝胶前驱体的质量份数典型但不限于210份、220份、230份、240份、250份、260份、270份或280份；闭孔气凝胶微球的质量份数典型但不限于5份、6份、7份、8份、9份或10份；耐高温颜填料的质量份数典型但不限于10份、20份、30份或40份；烷氧基硅烷的质量份数典型但不限于300份、350份、400份、450份或500份。
51.需要说明的是，氧化锆的耐高温超过800℃，氧化铝的耐高温超过700℃，铝粉的耐高温超过600℃，钛白粉在常温下具有疏水特性。
52.在本发明的一些实施方式中，耐高温颜填料中氧化锆的质量份数典型但不限于5份、6份、7份、8份、9份或10份；氧化铝的质量份数典型但不限于2份、4份、6份、8份、9份或10份；铝粉的质量份数典型但不限于5份、6份、7份、8份、9份或10份；钛白粉的质量份数典型但不限于0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份、1份、1.1份、1.2份、1.3份、1.4份或1.5份。
53.在本发明的一些实施方式中，当涂料有颜色要求时，耐高温颜料的质量份数典型但不限于1份、2份、3份、4份或5份。
54.在本发明的一些优选实施方式中，该涂料中流平剂的质量份数典型但不限于5份、6份、7份、8份、9份或10份。
55.优选地，所述流平剂包括hy-5030。
56.本发明第二方面提供了第一方面所述的涂料的制备方法，先在二氧化硅水凝胶前驱体中分别加入闭孔气凝胶微球和耐高温颜填料后得到涂料半成品；之后在涂料半成品中
加入烷氧基硅烷和任选的流平剂得到所述涂料。
57.本发明提供的涂料的制备方法，操作简便，容易控制，适合大规模工业化生产。
58.可选地，所述二氧化硅水凝胶前驱体的制备方法包括在硅溶胶中加入任选的去离子水，之后加入活化稳定剂和醋酸，得到所述的二氧化硅水凝胶前驱体。
59.可选地，所述涂料半成品的温度为40℃-60℃。
60.将涂料半成品的温度控制在40℃-60℃，有利于烷氧基硅烷的水解。当温度低于40℃，烷氧基硅烷水解不彻底，生成的甲醇阻碍水解的进行；当温度高于60℃，甲醇挥发速度加快，水解速度过快，导致部分水解凝胶，混合体出现浑浊现象，漆膜成膜性变差。
61.优选地，加入所述烷氧基硅烷反应35-45min。
62.在本发明的一些实施方式中，加入所述烷氧基硅烷水解反应的时间典型但不限于35min、36min、37min、38min、39min、40min、41min、42min、43min、44min或45min。
63.可选地，还包括在加入烷氧基硅烷后、加入流平剂前的冷却过程。
64.加入流平剂前需要将体系的温度降低至室温，保证流平剂性能的正常发挥。
65.本发明的第三方面提供了涂料在汽车尾管涂层中的应用。
66.本发明提供的涂料的应用，为汽车尾管提供了耐热性能更好、更美观的涂料，对汽车尾管的材质起到了良好的热屏障作用，500℃下长期使用不变色、不脱落。
67.下面通过具体的实施例和对比例进一步说明本发明，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。本发明中实施例和对比例中所用原料，未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
68.表1原料规格表
69.名称规格/型号厂家硅溶胶ha3010山东百思特闭孔气凝胶微球hb40自制甲基三甲氧基硅烷kh-131杭州杰西卡
70.实施例1
71.本实施例提供一种涂料，具体包括如下步骤：
72.1、取100份质量含量为30％的硅溶胶，添加去离子水100份，在搅拌下缓慢加入30份丙二醇，之后滴加醋酸体系的ph值到4，得到二氧化硅水凝胶前驱体。
73.2、在步骤1得到的二氧化硅水凝胶前驱体235份中加入7.5份闭孔气凝胶微球，耐高温氧化锆7.5份，耐高温氧化铝5.5份，耐高温铝粉7.5份，疏水型钛白粉1份，上述粉料在搅拌下加入并混合均匀得到涂料半成品。
74.3、保持步骤2得到的涂料半成品温度为50℃中加入400份甲基三甲氧基硅烷(英文简称mtms)，反应40min，搅拌冷却至室温后添加hy-50307.5份，混合均匀得到涂料。
75.实施例2
76.本实施例提供一种涂料，与实施例1不同的是，硅溶胶的质量含量为10％，其余原料和步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
77.实施例3
78.本实施例提供一种涂料，与实施例1不同的是，硅溶胶的质量含量为50％，其余原
料和步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
79.实施例4
80.本实施例提供一种涂料，与实施例1不同的是，步骤1中体系的ph值为3.5，其余原料和步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
81.实施例5
82.本实施例提供一种涂料，与实施例1不同的是，步骤1中体系的ph值为5.5，其余原料和步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
83.实施例6
84.本实施例提供一种涂料，与实施例1不同的是，步骤2中二氧化硅水凝胶前驱体为210份，其余原料和步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
85.实施例7
86.本实施例提供一种涂料，与实施例1不同的是，步骤2中二氧化硅水凝胶前驱体为280份，其余原料和步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
87.实施例8
88.本实施例提供一种涂料，与实施例1不同的是，闭孔气凝胶微球为5份，其余原料和步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
89.实施例9
90.本实施例提供一种涂料，与实施例1不同的是，闭孔气凝胶微球为10份，其余原料和步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
91.实施例10
92.本实施例提供一种涂料，与实施例1不同的是，步骤3中甲基三甲氧基硅烷为300份，其余原料和步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
93.实施例11
94.本实施例提供一种涂料，与实施例1不同的是，步骤3中甲基三甲氧基硅烷为500份，其余原料和步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
95.对比例1
96.本对比例提供一种涂料，与实施例1不同的是，不含闭孔气凝胶微球，其余原料和步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
97.对比例2
98.本对比例提供一种涂料，与实施例1不同的是，没有步骤1，步骤2中不含二氧化硅水凝胶前驱体，其余原料和步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
99.对比例3
100.本对比例提供一种涂料，与实施例1不同的是，步骤3中不含甲基三甲氧基硅烷，其余原料和步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
101.对比例4
102.本对比例提供一种涂料，与实施例1不同的是，步骤2中使用的氧化锆、氧化铝和铝粉均为普通型，粒径不大于50μm，其余原料和步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
103.对比例5
104.本对比例提供一种涂料，与实施例1不同的是，步骤2中使用的钛白粉为普通型，其
余原料和步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
105.试验例
106.对实施例1-11和对比例1-5得到的涂料喷涂到基材表面，并在80℃闪干20分钟后在190℃干燥固化1h，对得到的涂层进行性能测定。
107.测试内容包括：
108.附着力测试：采用划格法，根据gb1720-1989。
109.硬度测试：采用铅笔硬度，根据gb/t6739-1996。
110.耐冲击测试：采用重锤法，根据gb/t1732-1993。
111.耐水测试：24hr@25℃水，根据gb/t1733-1993。
112.耐酸测试：24hr@5％h2so4，根据gb/t1763-1979。
113.耐碱测试：24hr@5％na2co3，根据gb/t1763-1979。
114.耐高温测试：底材为铝板，2hr@400℃,急速冷却，根据gb/t1735-2009；2hr@800℃,急速冷却(含氧化锆)，根据gb/t1735-2009；2hr@700℃,急速冷却(含氧化铝)。根据gb/t1735-2009；2hr@600℃,急速冷却(含铝粉)，根据为gb/t1735-2009。
115.热障效果测试：10um膜厚冷热面温差℃@500℃，根据t cie 082-2020；100um膜厚冷热面温差℃@500℃，根据t cie 082-2020；200um膜厚冷热面温差℃@500℃，根据t cie 082-2020。
116.测试得到的数据如表2所示。
117.表2涂层性能数据表
118.119.[0120][0121]
由表1可以看出，从实施例1、实施例6和实施例7可以看出，当前驱体sio2含量增加时，附着力变差，同时耐冲击性变差，隔热温差并没有随着二氧化硅含量的增加而扩大。从实施例1、实施例10和实施例11可以看出，mtms增加，可有效提高成膜性，并提高附着力。对比例3中无mtms，因此涂层附着力差，膜开裂，无法测取相关数据。从实施例1、实施例8和实施例9可以看出，气凝胶微球增加，可有效提高热障效果，但附着力有所下降。从实施例1和对比例4可以看出，添加不同的氧化物或和金属，可有效提高热障效果。
[0122]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
技术特征：1.一种涂料，其特征在于，包括二氧化硅水凝胶前驱体、闭孔气凝胶微球、耐高温颜填料和烷氧基硅烷。2.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述二氧化硅水凝胶前驱体包括硅溶胶、活化稳定剂和酸化介质；优选地，所述二氧化硅水凝胶前驱体包括按质量份数计的硅溶胶90-110份、活化稳定剂25-35份和酸化介质0.1-40份；优选地，还包括去离子水90-110份；优选地，所述硅溶胶的质量含量为10％-50％；优选地，所述二氧化硅水凝胶前驱体的ph为3.5-5.5。3.根据权利要求2所述的涂料，其特征在于，所述活化稳定剂包括丙二醇；优选地，所述酸化介质包括醋酸。4.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，按质量份数计包括二氧化硅水凝胶前驱体210-280份、闭孔气凝胶微球5-10份、耐高温颜填料10-40份和烷氧基硅烷300-500份；优选地，烷氧基硅烷包括甲基三甲氧基硅烷；优选地，所述耐高温颜填料包括按质量份数计的氧化锆5-10份、氧化铝1-10份、铝粉5-10份、钛白粉0.5-1.5份。5.根据权利要求4所述的涂料，其特征在于，还包括流平剂5-10份；优选地，所述流平剂包括hy-5030。6.根据权利要求1-5任一项所述的涂料的制备方法，其特征在于，先在二氧化硅水凝胶前驱体中分别加入闭孔气凝胶微球和耐高温颜填料后得到涂料半成品；之后在涂料半成品中加入烷氧基硅烷和任选的流平剂得到所述涂料。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅水凝胶前驱体的制备方法包括在硅溶胶中加入任选的去离子水，之后加入活化稳定剂和醋酸，得到所述的二氧化硅水凝胶前驱体。8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述涂料半成品的温度为40℃-60℃；优选地，加入所述烷氧基硅烷反应35-45min。9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，还包括在加入烷氧基硅烷后、加入流平剂前的冷却过程。10.一种权利要求1-5任一项所述的涂料、或者权利要求6-9所述制备方法制备得到的涂料在汽车尾管涂层中的应用。
技术总结本发明提供了一种涂料及其制备方法和应用，涉及耐高温涂料技术领域。该涂料，包括按质量份数计包括二氧化硅水凝胶前驱体210-280份、闭孔气凝胶微球5-10份、耐高温颜填料10-40份和烷氧基硅烷300-500份。该涂料形成的涂层具有耐高温热屏障作用，具有隔热，不变色、不脱落、耐磨的特点，提高了基材高温使用范围，延长了设备的使用寿命，改善了设备的装饰性。改善了设备的装饰性。
技术研发人员：孙晔 吴娜 陈建伟 刘鹏 王泽军 韩连山 王建龙 张鼎昊 张鼎新 曹艳军 张晓奇
受保护的技术使用者：山西华豹新材料有限公司
技术研发日：2022.05.05
技术公布日：2022/7/5
