中国科大：“泡沫型气凝胶”-面向绿色节能建筑的新型气凝胶保温隔热涂料

What is it about?

为实现我国的“双碳”（碳达峰与碳中和）战略目标，推动建筑领域节能减排与可持续发展，发展兼具高效节能与优异防火性能的建筑材料已成为关键环节。在建筑节能标准不断提高的背景下（例如，多地推行超低能耗建筑标准），使用高性能保温隔热材料是实现建筑长期节能的核心。传统的矿物棉、玻璃棉、聚苯乙烯（EPS/XPS）等材料，虽广泛应用，但普遍存在易受湿度、化学物质、温度等影响的问题，难以在长期使用中稳定维持低导热系数与高防火等级，其安全性与耐久性面临挑战。 针对传统材料在保温与防火性能上难以兼顾的痛点，以及有机保温材料在施工、使用过程中存在的火灾风险，热固性聚合物泡沫（如改性环氧泡沫）与气凝胶等新型材料，凭借其出色的隔热能力和固有的高防火等级（部分可达A级不燃），展现出显著优势。住建部也已明确指出，气凝胶等新型材料能有效解决传统保温材料保温与防火性能难以兼容的问题-5。这些材料契合了国家对于建筑节能与防火安全协同发展的政策导向。 然而，这类新型泡沫材料（如部分热固性泡沫）在实际推广中，仍面临 “大而不强” 的产业挑战，其中一个突出问题是材料常具有一定的脆性，导致在运输、安装环节存在困难，对施工工艺提出了更高要求。这在一定程度上制约了其大规模应用。因此，未来的技术发展需在政策引导下，着力突破这些应用瓶颈，以实现建筑节能、防火安全与工程便利性的统一。

Featured Image

Photo by Theme Photos on Unsplash

Photo by Theme Photos on Unsplash

Why is it important?

气凝胶涂层是一种新兴的替代性隔热材料，与其他预制成的隔热解决方案相比，其优势在于能够通过喷涂方式进行更为便捷、灵活的施工。 通常，通过增加二氧化硅（SiO₂）气凝胶等无机添加剂的比例，可以有效提升涂层的耐火性能与隔热效果。常规的气凝胶涂层一般通过将聚合物与二氧化硅气凝胶颗粒均匀混合而制成。 研究已证实，使用粒径较大（0.1–4 毫米）的气凝胶颗粒能够制备出隔热性能显著更优的涂层。然而，大颗粒气凝胶的制备通常依赖如超临界干燥这类高成本、高要求的工艺，这严重影响其经济性与大规模应用的可行性。 另一种可行的技术路径是采用非极性聚合物作为粘结剂，以减少聚合物对气凝胶多孔结构的渗透。但这类粘结剂往往粘附效能较低，可能导致涂层与基体之间结合力不足，产生脱层问题。 市面上许多商用气凝胶薄层产品在成分构成上类似，我们的气凝胶涂层基于低成本的水溶性MF（三聚氰胺甲醛）聚合物和细颗粒二氧化硅（SiO₂）气凝胶。由于气凝胶的成本与其颗粒尺寸呈正相关，使用更细的颗粒能有效控制原料成本。因此，该涂层在原材料成本、制备工艺复杂度和最终性能之间取得了良好平衡，凭借其原料易得、制造简便以及性能优异等特点，在多种应用场景中展现出显著的经济潜力。

Perspectives