CN101012350A - 节能环保型铝合金型材(门窗)专用纳米涂料及其制备方法 - Google Patents
节能环保型铝合金型材(门窗)专用纳米涂料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
节能环保型铝合金型材(门窗)专用纳米涂料，涂料的组分(重量份)包括：成膜剂90－100；固化剂0.1－10；流平剂0.5－8；纳米材料0.5－10；填料20－50；空心微珠10；所述的成膜剂是环氧树脂、聚酯树脂、丙烯酸树脂、氨基树脂、酚醛树脂或醇酸树脂中的一种或几种；所述的固化剂是双氰胺类、咪唑类、二酰肼类、多元羧酸类、β－羟烷基酰胺类或三缩水甘油基异氰尿酸酯固化剂中的一种或几种；所述的流平剂是聚丙烯酸脂、含硅丙烯酸脂、聚乙烯醇缩丁醛、安息香、氢化蓖麻油、醋酸丁酸纤维素或环氧大豆油中的一种或几种；所述的纳米材料是纳米氧化锌等；所述的空心微珠包括空心陶瓷微珠等。
Description
一、技术领域
本产品属建筑材料领域，涉及专用纳米涂料及其制备方法。专用纳米涂料使用在铝合金型材表面，其制作的门窗具有隔热保温作用，能替代断热铝合金门窗。
二、背景技术
我国是个能源消耗的大国。建筑能耗占全国总能耗的28-30％，而门窗能耗又占建筑能耗的50％。所以抓好节约能源是门窗行业发展的重中之重。我国建筑门窗市场是由铝合金门窗、塑料门窗、钢门窗、木门窗和其它类门窗构成的，由于铝合金门窗具有性能好、重量轻、美观、采光好、经久耐用、型材易回收和再利用率高、无环境污染等特点受到人们的喜爱。目前市场上，铝合金门窗用量占门窗总量的55％，可以看出我国门窗市场的主流产品为铝合金门窗。铝合金门窗与塑料门窗相比，强度高、表面色彩多样、无二次污染，但存在一个致命的弱点就差在隔热上。由于铝合金有良好的导热性，因此节能效果较差。所以铝合金门窗技术发展的重点和方向就是提高隔热与节能性能。目前提高铝合金门窗的保温性能主要是采用断热铝合金型材。断热铝合金型材就是在两根铝材中插入传热系数为0.3w/m2k的非金属材料，使铝合金型材的传热系数大大降低。但是使用断热铝合金型材的门窗也存在三大问题：一是铝合金门窗型材截面积加大，增加了铝合金的消耗(一般铝合金的重量要增加60％以上)，也加大了门窗的生产成本；二是中间使用的非金属材料，大多数是塑料，时间长了要老化，影响门窗强度和安全性；三是年久回收，塑料会产生二次污染。我们研制的节能环保型门窗，是在铝合金型材表面涂上一层含纳米颗粒的隔热涂层，使之达到与断热铝合金门窗同样的保温性能，却不存在后者出现的问题。
三、发明内容
本发明目的是，提出一种节能环保型铝合金型材(门窗)专用纳米涂料及其制备方法。节能环保型铝合金型材(门窗)专用纳米涂料，是采用先进纳米技术开发生产的隔热涂层材料。通过添加隔热性能好的纳米粒子对传统涂料进行改性，并应用在铝合金型材(门窗)上，尤其是具有多种树脂品种的节能环保型铝合金型材(门窗)专用纳米涂料及其制备方法。
本发明的目的是这样实现的：
(一)节能环保型铝合金型材(门窗)专用纳米涂料的配方，其组分(重量份)包括：
成膜剂 90-100；
固化剂 0.1-10；
流平剂 0.5-8；
纳米材料 0.5-10；
填料 20-50；
空心微珠 10；
颜料或染料 1-15；
其它助剂 0.5-4；
所述的成膜剂是环氧树脂、聚酯树脂、丙烯酸树脂、氨基树脂、酚醛树脂或醇酸树脂中的一种或几种；
所述的固化剂是双氰胺类、咪唑类、二酰肼类、多元羧酸类、β-羟烷基酰胺类和三缩水甘油基异氰尿酸酯固化剂中的一种或几种；
所述的流平剂是聚丙烯酸脂、含硅丙烯酸脂、聚乙烯醇缩丁醛、安息香、氢化蓖麻油、醋酸丁酸纤维素、环氧大豆油中的一种或几种。可采用市售产品，如德国BASF公司的GT2874，美国monsanto Co公司的Modafolw powder产品；
所述的颜料包括氧化铁红、氧化铁蓝、氧化铁黄、酞菁蓝、酞菁绿、柠檬铬黄、深铬黄、铬黄、钼铬红、炭黑中的一种或几种。
所述的纳米材料是纳米氧化锌、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米硫酸钡中的一种或几种；
所述的填料是硫酸钡、氧化锆、云母粉、轻质碳酸钙、滑石粉中的一种或几种；
所述的空心微珠包括空心陶瓷微珠、电厂漂珠和空心玻璃微珠中的一种或几种；
所述的其它助剂是光稳定剂、消光剂、偶联剂、增塑剂、边缘覆盖剂、消泡剂、防结块剂中的一种或几种；
(二)本发明节能环保型铝合金型材(门窗)专用纳米涂料的制备方法包括如下步骤：
先将成膜剂破碎至20-60目，然后将成膜剂、固化剂、流平剂、纳米材料、填料、空心微珠、颜料、其它助剂加入高速混合机内。混合5-15min后，再进入双螺杆挤出机混炼。挤出机送料段温度为60-80℃，出料段温度为110-125℃。出料、冷却至室温、压片。再进入粉碎筛选机组，破碎、分级过筛，粉碎粒度180目以上100％通过，即得到本发明的纳米涂料。
(三)节能环保型铝合金型材的涂覆工艺：
本工艺采用静电粉未涂装工艺。喷粉前进行预处理，包括脱脂、碱洗、出光、阳极氧化等工序。然后将型材放入喷粉柜中，用喷枪进行喷涂，再放入有鼓风的恒温干燥箱内进行固化。固化温度控制在160-200℃，时间10-25min，涂膜厚度为50-100μm。最后置于恒温室内放置24小时。
(四)节能环保型铝合金型材(门窗)的性能测试：
1，参照GB5237.4-2004，检查型材涂层的表面性能和外观质量。
2，节能环保型铝合金型材制作成的门窗(配用普通中空玻璃)，其传热系数应小于3.2w/m2k。
附几种常用的建筑门窗的保温性能，详见下表1：
表1
| 窗类型 | 传热系数W/M2·K | 备注 |
| 铝合金窗 | 6.0-6.7 | 单层玻璃 |
| 塑料窗 | 4.3-5.7 | 单层玻璃 |
| 铝合金窗 | 3.8-4.5 | 普通中空玻璃 |
| 塑料窗 | 2.5-3.2 | 普通中空玻璃 |
| 断热铝合金窗 | 3.0-3.4 | 普通中空玻璃、隔热型材 |
| 新型铝合金窗 | 3.2以下 | 普通中空玻璃、纳米涂料 |
本涂料对太阳热和红外辐射都有高的反射率，抗紫外线能力强，隔热效率高，夏天可使温度下降，冬季可减少热量散失，“冬暖夏凉”节省能源。同时本涂料具有超耐候性、强附着力，生产成本低等优点，应用前景十分广阔。
中国目前已是全世界最大的铝合金门窗、建筑幕墙生产国，2005年生产铝合金门窗24093万平方米、建筑幕墙4046万平方米。使用本发明纳米涂料的铝合金门窗与与普通铝合金门窗在同等条件下，夏天或冬天分别低5度或高5度，安装空调节能30％左右。如果安装1亿平方米本纳米涂料铝合金门窗的话，其一年的节能效益可达40万吨标准煤。另外，节能环保型纳米涂料铝合金门窗与断热铝合金门窗相比，其铝型材用量要减少60％，如果按年耗10万吨型材计算的话，一年可节约铝材6万吨，每生产一吨铝材要用电4880KWH，则一年能节约用电2.92亿KWH。以上数据足以证明本专利的节能效果和社会效益是十分明显的。
四、具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步具体描述，但并不局限于此。
实施例1
1.纳米涂料的制备：
按下列组分和重量份配制涂料：
环氧树脂 100；
固化剂 4.70；
流平剂 1.52；
纳米氧化锌 3.12；
纳米二氧化钛 0.64；
氧化锆 5.12；
云母粉 12；
空心陶瓷微珠 10；
铬黄 5.22；
氧化铁红 3.48；
炭黑 0.70；
其它助剂 0.50；
将成膜剂环氧树脂破碎至40目，然后将其与固化剂、流平剂、纳米材料、填料、空心陶瓷微珠、颜料、其它助剂加入高速混合机内。混合10min后，再进入双螺杆挤出机混炼。挤出机送料段温度为70℃，出料段温度为115℃，出料、冷却至室温、压片。再进入粉碎筛选机组，破碎，分级过筛，粉碎粒度180目以上100％通过，即得到本发明的纳米涂料。
2.试验样板的制备：
(1)试验样板的选材及表面处理
按GB/T1727，将铝板经除油、化学氧化后，进行铬化工艺处理。
(2)漆膜制备
将处理好的样板放在喷粉柜中，用喷枪进行喷涂，并将喷涂好的样板保持垂直，放入有鼓风的恒温干燥箱中进行固化。固化温度控制在180℃，时间10min，涂膜厚度为90μm。然后于恒温室内放置24小时。
3.性能测试：
按GB3186规定进行取样，测定试样的漆膜外观、硬度、附着力、弯曲试验、耐冲击性、耐盐雾性试验和传热系数等性能。
实施例2
1.纳米涂料的制备：
按下列组分和重量份配制涂料：
环氧树脂 3.10；
丙烯酸酯树脂 96；
固化剂 4.50；
流平剂 3.96；
安息香 0.52；
纳米硫酸钡 3.68；
云母粉 13；
空心玻璃微珠 10；
其它助剂 3.40；
上述配方中还可以添加丙烯酸树脂或氨基树脂1至2重量份；固化剂用双氰胺类、或三缩水甘油基异氰尿酸酯固化剂中的一种或两种；流平剂采用聚丙烯酸脂、含硅丙烯酸脂、聚乙烯醇缩丁醛、安息香、氢化蓖麻油、醋酸丁酸纤维素或环氧大豆油中的一种或几种无区别。
将成膜剂环氧树脂、丙烯酸酯树脂破碎至60目，然后将其与固化剂、流平剂、纳米材料、填料、空心玻璃微珠、其它助剂加入高速混合机内。混合15min后，再进入双螺杆挤出机混炼。挤出机送料段温度为80℃，出料段温度为125℃，出料、冷却至室温、压片。再进入粉碎筛选机组，破碎，分级过筛，粉碎粒度180目以上100％通过，即得到本发明的纳米涂料。
2.试验样板的制备：
(1)试验样板的选材及表面处理
按GB/T1727，将铝板经除油、化学氧化后，进行铬化工艺处理。
(2)漆膜制备
将处理好的样板放在喷粉柜中，用喷枪进行喷涂，并将喷涂好的样板保持垂直，放入有鼓风的恒温干燥箱中进行固化，温度控制在180℃，时间20min，涂膜厚度为50μm。然后于恒温室内放置24小时。
3.性能测试：
按GB3186规定进行取样，测定试样的漆膜外观、硬度、附着力、弯曲试验、耐冲击性、耐盐雾性试验和传热系数等性能。
实施例3
1.纳米涂料的制备：
按下列组分和重量份配制涂料：
环氧树脂 100；
固化剂 7.57；
流平剂 1.14；
纳米二氧化硅 2.79；
氧化锆 3.65；
云母粉 23；
电厂漂珠 10；
其它助剂 1.20；
上述配方中还可以添加酚醛树脂或醇酸树脂10至20重量份；
将成膜剂环氧树脂破碎至30目，然后将其与固化剂、流平剂、纳米材料、填料、电厂漂珠、其它助剂加入高速混合机内。混合7min后，再进入双螺杆挤出机混炼。挤出机送料段温度为65℃，出料段温度为120℃，出料、冷却至室温、压片。再进入粉碎筛选机组，破碎，分级过筛，粉碎粒度180目以上100％通过，即得到本发明的纳米涂料。
2.试验样板的制备：
(1)试验样板的选材及表面处理
按GB/T1727，将铝板经除油、化学氧化后，进行铬化工艺处理。
(2)漆膜制备
将处理好的样板放在喷粉柜中，用喷枪进行喷涂，并将喷涂好的样板保持垂直，放入有鼓风的恒温干燥箱中进行固化，温度控制在180℃，时间15min，涂膜厚度为80μm。然后于恒温室内放置24小时。
3.性能测试：
按GB3186规定进行取样，测定试样的漆膜外观、硬度、附着力、弯曲试验、耐冲击性、耐盐雾性试验和传热系数等性能。
实施例4
1.纳米涂料的制备：
按下列组分和重量份配制涂料：
聚酯树脂 91.60；
固化剂 7.86；
流平剂 5.36；
纳米硫酸钡 5.06；
钛白粉/金红石型 20.18；
云母粉 19；
空心陶瓷微珠 10；
铬黄 4.28；
炭黑 0.57；
其它助剂 0.50；
固化剂是咪唑、二酰肼、多元羧酸、β-羟烷基酰胺类或三缩水甘油基异氰尿酸酯固化剂中的一种或几种，上述配方中可以添加丙烯酸树脂或醇酸树脂8至16重量份；或两种同时添加；对测试结果无区别。
将成膜剂聚酯树脂破碎至50目，然后将其与固化剂、流平剂、纳米材料、填料、空心陶瓷微珠、颜料、其它助剂加入高速混合机内。混合12min后，再进入双螺杆挤出机混炼。挤出机送料段温度为75℃，出料段温度为120℃，出料、冷却至室温、压片。再进入粉碎筛选机组，破碎，分级过筛，粉碎粒度180目以上100％通过，即得到本发明的纳米粉末涂料。
2.试验样板的制备：
(1)试验样板的选材及表面处理
按GB/T1727，将铝板经除油、化学氧化后，进行铬化工艺处理。
(2)漆膜制备
将处理好的样板放在喷粉柜中，用喷枪进行喷涂，并将喷涂好的样板保持垂直，放入有鼓风的恒温干燥箱中进行固化。固化温度控制在200℃，时间12min，涂膜厚度为75μm。然后于恒温室内放置24小时。
3.性能测试：
按GB3186规定进行取样，测定试样的漆膜外观、硬度、附着力、弯曲试验、耐冲击性、耐盐雾性试验和传热系数等性能。
实施例5
1.纳米涂料的制备：
按下列组分和重量份配制涂料：
环氧树脂 50；
聚酯树脂 50；
固化剂 0.15；
流平剂 1.06；
安息香 0.79；
纳米氧化锌 4.03；
氧化锆 4.86；
钛白粉/金红石型 3.57；
云母粉 16；
空心玻璃微珠 10；
氧化铁蓝 11.87；
其它助剂 0.80；
在上述配方中还可以添加聚酯树脂、氨基树脂8至15重量份；
将成膜剂环氧树脂、聚酯树脂破碎至20目，然后将其与固化剂、流平剂、纳米材料、填料、空心玻璃微珠、颜料、其它助剂加入高速混合机内。混合5min后，再进入双螺杆挤出机混炼。挤出机送料段温度为60℃，出料段温度为110℃，出料、冷却至室温、压片。再进入粉碎筛选机组，破碎，分级过筛，粉碎粒度180目以上100％通过，即得到本发明的纳米涂料。
2.试验样板的制备：
(1)试验样板的选材及表面处理
按GB/T1727，将铝板经除油、化学氧化后，进行铬化工艺处理。
(2)漆膜制备
将处理好的样板放在喷粉柜中，用喷枪进行喷涂，并将喷涂好的样板保持垂直，放入有鼓风的恒温干燥箱中进行固化。固化温度控制在160℃，时间25min，涂膜厚度为60。然后于恒温室内放置24小时。
3.性能测试：
按GB3186规定进行取样，测定试样的漆膜外观、硬度、附着力、弯曲试验、耐冲击性、耐盐雾性试验和传热系数等性能。
实施例6
1.纳米涂料的制备：
按下列组分和重量份配制涂料：
聚酯树脂 92.45；
固化剂 8.12；
流平剂 6.12；
纳米氧化锌 2.62；
纳米二氧化钛 4.87；
云母粉 16；
空心陶瓷微珠 10；
氧化铁蓝 12.06；
其它助剂 0.90；
上述配方中还可以添加丙烯酸树脂、酚醛树脂和醇酸树脂各3至5重量份；所述的空心微珠还可采用电厂漂珠或空心玻璃微珠或多种混用，测试结果无区别。
将成膜剂聚酯树脂破碎至20目，然后将其与固化剂、流平剂、纳米材料、填料、空心微珠、颜料、其它助剂加入高速混合机内。混合5min后，再进入双螺杆挤出机混炼。挤出机送料段温度为60℃，出料段温度为110℃，出料、冷却至室温、压片。再进入粉碎筛选机组，破碎，分级过筛，粉碎粒度180目以上100％通过，即得到本发明的纳米涂料。
2.试验样板的制备：
(1)试验样板的选材及表面处理
按GB/T1727，将铝板经除油、化学氧化后，进行铬化工艺处理。
(2)漆膜制备
将处理好的样板放在喷粉柜中，用喷枪进行喷涂，并将喷涂好的样板保持垂直，放入有鼓风的恒温干燥箱中进行固化。固化温度控制在190℃，时间15min，涂膜厚度为60μm。然后于恒温室内放置24小时。
3.性能测试：
按GB3186规定进行取样，测定试样的漆膜外观、硬度、附着力、弯曲试验、耐冲击性、耐盐雾性试验和传热系数等性能。
实施例测试的性能见表2
表2
| 项目 | 外观 | 硬度 | 附着力(间距1mm)(6×6，级) | 弯曲试验(mm) | 耐冲击性/cm | 耐盐雾性(400h，级) | 传热系数(w/m2·k) |
| 标准 | 漆膜平整 | 不小于2H | 不大于0 | 不大于2 | 不小于40 | 不大于1 | 不大于3.2 |
| 实施例1 | 漆膜平整 | 2H | 100％通过 | 1 | 45 | 100％通过 | 2.9 |
| 实施例2 | 漆膜平整 | 4H | 100％通过 | 1.5 | 50 | 100％通过 | 3.0 |
| 实施例3 | 漆膜平整 | 2H | 100％通过 | 1 | 50 | 100％通过 | 2.9 |
| 实施例4 | 漆膜平整 | 3H | 100％通过 | 1.5 | 45 | 100％通过 | 3.0 |
| 实施例5 | 漆膜平整 | 4H | 100％通过 | 2 | 40 | 100％通过 | 2.8 |
| 实施例6 | 漆膜平整 | 4H | 100％通过 | 2 | 50 | 100％通过 | 2.8 |
Claims (5)
1、节能环保型铝合金型材(门窗)专用纳米涂料，其特征是涂料的组分(重量份)包括：成膜剂90-100；固化剂0.1-10；流平剂0.5-8；纳米材料0.5-10；填料20-50；空心微珠10；所述的成膜剂是环氧树脂、聚酯树脂、丙烯酸树脂、氨基树脂、酚醛树脂或醇酸树脂中的一种或几种；所述的固化剂是双氰胺类、咪唑类、二酰肼类、多元羧酸类、β-羟烷基酰胺类或三缩水甘油基异氰尿酸酯固化剂中的一种或几种；所述的流平剂是聚丙烯酸脂、含硅丙烯酸脂、聚乙烯醇缩丁醛、安息香、氢化蓖麻油、醋酸丁酸纤维素或环氧大豆油中的一种或几种；所述的纳米材料是纳米氧化锌、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米硫酸钡中的一种或几种；所述的空心微珠包括空心陶瓷微珠、电厂漂珠和空心玻璃微珠中的一种或几种。
2、根据权利要求1所述的节能环保型铝合金型材(门窗)专用纳米涂料，其特征是：填料20-50份；所述的填料是硫酸钡、氧化锆、云母粉、轻质碳酸钙、滑石粉中的一种或几种混合。
3、根据权利要求1所述的节能环保型铝合金型材(门窗)专用纳米涂料，其特征是所述添加颜料1-15重量份；颜料包括氧化铁红、氧化铁蓝、氧化铁黄、酞菁蓝、酞菁绿、柠檬铬黄、深铬黄、铬黄、钼铬红或炭黑中的一种或几种。
4、根据权利要求1所述的节能环保型铝合金型材(门窗)专用纳米涂料，其特征是：还添加其它助剂1.5-4.0，所述的助剂包括光稳定剂、消光剂、偶联剂、增塑剂、边缘覆盖剂、消泡剂、防结块剂中的一种或几种。
5、节能环保型铝合金型材(门窗)专用纳米涂料的制备方法，其特征是先将成膜剂破碎至20-60目，然后将成膜剂、固化剂、流平剂、纳米材料、填料、空心微珠、颜料、其它助剂加入高速混合机内；混合5-15min后，再进入双螺杆挤出机混炼；挤出机送料段温度为60-80℃，出料段温度为110-125℃；出料、冷却至室温、压片；再进入粉碎筛选机组，破碎、分级过筛，粉碎粒度180目以上，即得到纳米涂料。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20070808 |