CN101050065B

CN101050065B - 玻璃用隔热涂料组合物及其制备方法

Info

Publication number: CN101050065B
Application number: CN 200710040631
Authority: CN
Inventors: 朱建强
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-05-15
Filing date: 2007-05-15
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2027-05-15
Also published as: CN101050065A

Abstract

本发明涉及一种玻璃用隔热涂料组合物及其制备方法，主要解决现有技术中所公开的涂料隔热性和透明性不能同时兼顾，涂层硬度低的问题。本发明通过采用以重量百分比计包括以下组份：a)20～60％的微乳化树脂；b)15～40％的20～150纳米的纳米粉体；c)余量的涂料助剂的涂料组合物，其中微乳化树脂以重量百分比计包括以下组份：1)50～80％选自有机硅树脂、无机硅树脂、醇酸树脂、环氧树脂、丙烯酸酯或聚氨酯中的至少一种树脂；2)0.001～5％的无机盐；3)0.001～8％选自阴离子、阳离子或非离子表面活性剂中的至少一种表面活性剂；4)1～20％选自C₁～C₅的低级脂肪醇；5)余量的水的技术方案较好地解决了该问题，可用于汽车玻璃和建筑物玻璃上。

Description

玻璃用隔热涂料组合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种玻璃用隔热涂料组合物及其制备方法。

背景技术

地球生物圈的主要热源是太阳。能量的传递又以阳光为主，并通过辐射，对流和传导，让地球环境吸收供热，也需要将热散释，以达到适宜的生活和工作温度。在此同时，绝大多数建筑物都要以玻璃作为采光和观景的窗口；然而透过玻璃会强化接受阳光能量并受环境影响。据分析，建筑的能耗占全社会能耗的27％，其中建筑物中门窗又占建筑能耗的40％；在我国，这一方面的能耗还以每年大于5％的速度在增加。为了维持室内适宜的温度，就得耗能。大都市室内的能耗大于40％消耗在空调或取暖上。在较高纬度地区以保温为主，尤其在冬季；而较低纬度地区以隔热为主，尤其在夏季。以到目前为止，世界上人们对能源还是主要依赖趋于枯竭而不可再生的化石原料(煤和石油)。由此，建筑物玻璃的节能环保成为十分关注的课题。

理论和实测表明，太阳光辐射能量的大部分(96％)集中在2.5μm以下的波段，其分布大致是：紫外光波长λ＜0.3μm，所占热量比例为5％；可见光λ＝0.3-0.76μm，所占热量比例为45％；近红外λ＝0.76-1.35μm，所占热量比例为45％；其它波段热量占5％。太阳对地球的热量传播形式中主要是辐射。为此，建筑物室内对太阳传热的控温或保温，就常以反射、低辐射和吸收再辐射(逆向辐射)为手段以达到节能的目的。然而，地区不同，传热的机制(以保温或以隔热为主)不同，节能的措施和评价相应不同。保温性能常以传热系数或传热阻来评价，而隔热直接用热惰性指标(D值)来衡量，透明玻璃可用遮阳系数SC来评价。遮阳系数SC指有遮阳措施的玻璃系统与未采取任何遮阳的3毫米白玻璃的遮阳性，即两者受阳光的热取得率作对比。

从技术发展看，节能玻璃发展首先是使用玻璃贴膜或着色，从着色的吸收膜或着色玻璃，进而使用反射膜，将太阳能反射回大气中，达到阻挡太阳能进入室内的目的。太阳能进入室内的量越少，空调负荷也就越少。文献CN94106487.5公开了一种镀膜热反射玻璃，它是通过将基片玻璃浸渍于钛酸丁酯乙醇溶液中，然后稳定匀速地提升出液面，经热处理后可得到的。热反射玻璃的反射率越高说明其对太阳能的控制越强，但是玻璃的可见光透过率会随着反射率的升高而降低从而使透光性能降低，影响采光效果。此外，太高的玻璃反射率也可能出现光污染问题。热反射镀膜玻璃可见光透过率较低，一般为20～30％。由于热反射镀膜玻璃可见光透过率低，极大地影响室内采光，致使照明费用增加。

发展到目前，出现了具有低辐射和吸收又逆向辐射的玻璃贴膜。所谓逆向辐射即是将波长较长，特别是λ＝0.8-1.35μm波段和这波长以上的光波直接辐射或转变成远红外光λ＝8-13.5μm辐射回大气中，使室内吸收到的辐射能量进一步降低，达到节能的目的。文献CN200410036018.3公开了一种透明导电低辐射玻璃涂层，在浮法玻璃生产线上，将具有低辐射、吸收和逆向辐射性质的物料采用喷涂或溅射等工艺在膜上制成，称Low-E玻璃。然而，Low-E玻璃在线喷涂或溅射，只有少数大型玻璃生产厂可以做到，制备方法复杂，价格昂贵，性价比较低，难以大面积普遍使用。

文献CN1232599C公开了一种纳米透明隔热复合涂料，由聚氨树脂、聚硅氧烷树脂、聚丙烯酸树脂、纳米氧化铟锡粉体、纳米氧化锡锑粉体、涂料助剂和稀释剂组成。它对可见光的透过率为80％，对红外线的屏蔽率为75％，但其涂层硬度仅能达到1H。

此外，在玻璃基材上形成具有防止热辐射能力的涂膜并非易事。为施加涂膜到房间窗玻璃、车辆窗玻璃上，通常预先形成薄膜状或片状的涂膜，或在其上形成了涂膜的薄膜或片在玻璃上通过热粘结或粘合粘附涂膜的方法形成涂膜，或者将塑料溶于适当溶剂，涂敷在玻璃上，然后干燥和固化或固定等。然而，这些方法具有各种缺陷，或是需要大规模设备，或是使用有机溶剂溶解塑料时，需要对溶解塑料的溶剂回收处理，或是在玻璃上涂膜时，需要长时间干燥，发生涂料不均匀的问题。

综上所述，上述文献中的涂料组合物存在可见光透过率低，紫外线屏蔽率低，隔热性和透明性不能同时兼顾，涂层硬度低的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是现有技术中所公开的涂料隔热性和透明性不能同时兼顾，涂层硬度低的问题，提供一种新的玻璃用隔热涂料组合物。该涂料组合物具有优良的隔热性能的同时，具有良好的透明性能，并且具有耐候性和稳定性好，涂层硬度高的特点。本发明所要解决的技术问题之二是提供一种与解决技术问题之一相对应的玻璃用隔热涂料组合物的制备方法。该方法具有操作简单易行的特点。

为了解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案如下：一种玻璃用隔热涂料组合物，以重量百分比计包括以下组份：

a)20～60％的微乳化树脂；

b)15～40％的20～150纳米的纳米粉体；

c)余量的涂料助剂；

其中微乳化树脂以重量百分比计包括以下组份：

1)50～80％选自有机硅树脂、无机硅树脂、醇酸树脂、环氧树脂、丙烯酸酯或聚氨酯中的至少一种树脂；

2)0.001～5％的无机盐；

3)0.001～8％选自阴离子、阳离子或非离子表面活性剂中的至少一种表面活性剂；

4)1～20％选自C₁～C₅的低级脂肪醇；

5)余量的水。

上述技术方案中，所述纳米粉体的优选方案为选自氧化锡、有机锡、氧化锡锑、氧化锌、氧化锌铝、氧化铟锡、四氧化三铁、氧化硅或氧化钛中的至少一种，更优选方案为选自氧化锡锑、氧化锌铝或氧化铟锡中的至少一种。所述涂料助剂的优选方案为选自分散剂、紫外吸收剂、流平剂、消泡剂、固化剂、增稠剂或成膜助剂中的至少一种；其中所述分散剂的优选方案为选自聚合物型阴离子分散剂；所述紫外吸收剂的优选方案为选自2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2’-羟基-3’，5’-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三氮唑、2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)苯并三氮唑、2-苯基苯并咪唑-5-磺酸、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-(2’-羟基-3’，5’双(a，a-二甲基苄基)苯基)苯骈三唑、亚甲基双(6-苯并三氮唑-4-特辛基苯酚)、2-(2H-苯并三唑-2-基)-6-十二烷基-4-甲基苯酚、2-(2’-羟基-3’，5’-二特戊基苯基)苯骈三唑、2-(4，6-二(2，4-二甲基苯基)-1，3，5-三嗪-2)-5-正辛烷氧基苯酚或2-(4，6-二苯基-1，3，5-三嗪-2)-5-正己烷氧基苯酚中的至少一种；所述流平剂的优选方案为选自丙烯酸共聚物或非反应型聚醚改性聚硅氧烷中的至少一种；所述消泡剂的优选方案为选自非硅酮含疏水粒子矿物油混合物或改性聚硅氧烷；所述固化剂的优选方案为选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷、己胺、丁胺、N，N-二甲乙基氨基丙氨、4，4-二氨基二苯甲烷或脂肪族异氰酸酯中的至少一种；所述增稠剂的优选方案为选自羟基丙烯酸水溶性分散液；所述成膜助剂的优选方案为选自乙二醇单丁醚或二丙二醇丁醚中的至少一种。所述无机盐的优选方案为选自碱金属或碱土金属的卤化盐中的至少一种，更优选方案为选自NaCl或KCl中的至少一种。所述表面活性剂的优选方案为选自十六烷基苯磺酸钠；所述低级脂肪醇的优选方案为选自乙醇或异丙醇中的至少一种。所述涂料组合物中，以重量百分比计微乳化树脂的用量优选范围为30～50％，20～150纳米的纳米粉体的用量优选范围为25～35％。所述微乳化树脂中以重量百分比计，树脂的用量优选范围为60～70％；无机盐的用量优选范围为0.05～3％；表面活性剂的用量优选范围为0.01～5％；低级脂肪醇的用量优选范围为2～10％。

为解决上述技术问题之二，本发明采用的技术方案如下：一种玻璃用隔热涂料组合物的制备方法，包括以下步骤：

a)在0～90℃条件下，将所需量的(1)选自有机硅树脂、无机硅树脂、醇酸树脂、环氧树脂、丙烯酸酯或聚氨酯中的至少一种树脂；(2)无机盐；(3)选自阴离子、阳离子或非离子表面活性剂中的至少一种表面活性剂；(4)选自C₁～C₅的低级脂肪醇；(5)水；混合，制得微乳化树脂；

b)将所需量的纳米粉体、涂料助剂与a)步骤的微乳化树脂混合，搅拌，即制得玻璃用隔热涂料组合物。

上述技术方案中，所述微乳化树脂的制备温度优选范围为10～40℃。

本发明的玻璃用隔热涂料组合物，通过采用微乳化的树脂，具有以下特点：

1.对太阳光谱的吸收具有选择性。可以反射和吸收40％以上的辐射热量，其中吸收的热量60％逆向辐射回大气层，同时能有效截止太阳光线中的98％的紫外线，而对于可见光透过率影响甚微，可视光线的透过率可达85％。因此，使用本发明的涂料组合物，可以对室内温度的上升形成抑制，保温效果显著；同时基本上没有视觉上的光度和颜色变化。

2.有效节电、节能。使用后室内温差为6℃，特别是夏天减轻空调机负荷很有效，消耗电力下降20～30％。在取得节能效果的同时，还能防止有害的紫外光的作用，减少二氧化碳的排放量，防止地球变暖，对保护环境作出贡献。

3.由于在微乳化树脂中加入了无机盐，提高了涂层的硬度，其铅笔硬度可高达4H～5H。膜层不会因为气候变化而变质，不会因为清洁扫除而划伤，耐久年数10年。

4.由于在微乳化树脂中加入了表面活性剂，使树脂与水更好地相容，涂料的稳定性好，放置长时间也不会分层。

5.防止日光暴晒。能够截止98％的有害的紫外线，保护人体少受由于紫外线引起的皮肤癌变、皮肤色斑和老化等的伤害。另外，还能减少窗帘、装饰品、家具、地毯等因为受到日光暴晒而过早老化。

6.防止昆虫接近。飞蛾和虫类等昆虫有趋向紫外线的习性。因为本发明的涂料组合物能够截止夜间室内灯光发出的紫外线，所以昆虫不会接近。

7.具有难燃性。

8.耐候性好。中国地域广大，各区域全年气候和温差很大，本发明的涂料组合物都能适用。不仅适应于夏热冬暖或夏热冬冷地区，如南岭以南，长江中下游、南岭以北、胧海线以南和四川盆地等地区，也适用于寒冷的北方地区。

因此，采用本发明的技术方案，由于先将树脂调配成微乳化树脂，本发明人惊异地发现，本发明的玻璃用隔热涂料组合物对紫外线的屏蔽率高达98％，可见光的透过率高达85％，在具有优良的隔热性能的同时，具有了良好的透明性能。本发明在微乳化树脂中加入了无机盐，提高了涂层的硬度，其铅笔硬度可高达4H～5H。本发明还在微乳化树脂中加入了表面活性剂，使树脂与水更好地相容，涂料的稳定性好，放置长时间也不会分层，取得了较好的技术效果。

下面通过实施例对本发明作进一步阐述。

具体实施方式

【实施例1～7】

在20℃条件下，将所需量的树脂、无机盐、表面活性剂、醇和水混合，制得微乳化树脂。然后将所需量的纳米粉体、涂料助剂与制得的微乳化树脂混合，搅拌，即制得玻璃用隔热涂料组合物A～G。

其中各涂料组合物的组份及重量百分组成见表1。

其中：

UV-531：2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮；

UV-P：2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)苯并三氮唑；

BGL-923：丙烯酸共聚物

UV-327：2-(2’-羟基-3’，5’-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三氮唑；

UV-T：2-苯基苯并咪唑-5-磺酸

BYL-1：丙烯酸共聚物

BGL-925：丙烯酸共聚物

CM501：丙烯酸丁酯均聚物

AP-112：改性聚有机硅氧烷

ARB-900：聚醚改性聚二甲基硅氧烷共聚体

BD-3033：聚醚改性有机聚硅氧烷

DD-807：烷基改性聚有机硅氧烷

KH-550：γ-氨丙基三乙氧基硅烷

【实施例8】

在6毫米浮法玻璃上涂敷【实施例1～7】制得的涂料组合物A～G，与未涂玻璃的性能对比见表2。

表2

涂料组合物	A	B	C	D	E	F	G	未涂敷
									可见光透过率％	85	82	85	84	85	82	85	90
日光透过率％	65	60	65	60	61	62	60	85
									日光反射率％	6.9	7.0	7.0	7.1	7.0	7.1	7.1	9.3
日光取得率％	0.69	0.71	0.71	0.71	0.75	0.72	0.70	0.88
									紫外线透过率％	1.8	2.5	1.8	2.0	1.9	2.0	1.9	67.8
遮阳系数SC	0.75	0.8	0.78	0.8	0.79	0.8	0.78	1.00
									涂敷前后室内温差℃	6	5	6	6	6	6	6	0

【实施例9】

在3毫米浮法玻璃上涂敷涂料组合物A，与未涂玻璃以及3毫米浮法棕色玻璃的性能对比见表3。

表3

	3mm浮法玻璃	3mm浮法玻璃涂A组合物	3mm浮法棕色玻璃
				日光透过率％	85.7	58.5	75.9
日光反射率％	7.9	7.8	6.9
				日光吸收率％	6.4	33.7	17.2
日光逆向辐射率％	4.2	22.5	11.4
				日光向内传递率％	2.2	11.2	5.8
热量去除率％	12.1	30.3	18.3
				热量流入率％	87.9	69.7	81.7

【实施例10】

在3毫米浮法玻璃上涂敷涂料组合物C，室温干燥30天，按涂料常规标准测试其性能，结果见表4。

表4

试验项目	检验结果	检验方法
			外观	透明、平整、光亮	GB 1729-79
硬度(铅笔)	5H	GB/T 6739-1996
			耐溶剂性	无明显变化	用二甲苯擦200次
耐酸性	无明显变化	5(重量)％硫酸滴下，24小时
			耐碱性	无明显变化	1当量NaOH滴下，24小时
耐水性	无明显变化	GB/T 1733-93
			耐热性	无鼓泡、起皱、开裂、变色	GB 1735-79
稳定性	透明、均一、无分层	放置3个月
			耐候性	无变化	UV老化箱，100W/cm²，300小时
耐磨性	ΔH＝0.6	磨耗仪，100转，250g
			耐盐性	无变化	盐水喷雾，1000小时
耐湿性	无变化	40℃，95％相对湿度，30天

【比较例1】

在20℃条件下，将【实施例1】的各组份直接混合，搅拌，制得涂料组合物H。涂敷在6毫米浮法玻璃上，可见光透过率为70％，紫外线透过率为10％。

在3毫米浮法玻璃上涂敷涂料组合物G，室温干燥30天，按涂料常规标准测试其性能，结果见表5。

表5

试验项目	检验结果	检验方法
			外观	透明	GB 1729-79
硬度(铅笔)	H	GB/T 6739-1996
			耐溶剂性	变浊	用二甲苯擦200次
耐酸性	变浊	5(重量)％硫酸滴下，24小时
			耐碱性	变浊	1当量NaOH滴下，24小时
耐水性	有剥落	GB/T 1733-93
			耐热性	有鼓泡、起皱、开裂、变色	GB 1735-79
稳定性	分层	放置3个月
			耐候性	变浊	UV老化箱，100W/cm²，300小时
耐磨性	ΔH＝1.2	磨耗仪，100转，250g
			耐盐性	变浊	盐水喷雾，1000小时
耐湿性	变浊	40℃，95％相对湿度，30天

Claims

1.一种玻璃用隔热涂料组合物，以重量百分比计包括以下组份：

a)20～60％的微乳化树脂；

b)15～40％的20～150纳米的纳米粉体；其中所述纳米粉体选自氧化锡、有机锡、氧化锡锑、氧化锌、氧化锌铝、氧化铟锡、四氧化三铁、氧化硅或氧化钛中的至少一种；

c)余量的涂料助剂；

其中微乳化树脂以重量百分比计包括以下组份：

2)0.001～5％的无机盐；所述无机盐选自碱金属或碱土金属的卤化盐中的至少一种；

4)1～20％选自C₁～C₅的低级脂肪醇；

5)余量的水。

2.根据权利要求1所述玻璃用隔热涂料组合物，其特征在于所述涂料助剂选自分散剂、紫外吸收剂、流平剂、消泡剂、固化剂、增稠剂或成膜助剂中的至少一种；所述表面活性剂选自十六烷基苯磺酸钠；所述低级脂肪醇选自乙醇或异丙醇中的至少一种。

3.根据权利要求1所述玻璃用隔热涂料组合物，其特征在于所述纳米粉体选自氧化锡锑、氧化锌铝或氧化铟锡中的至少一种；所述无机盐选自NaCl或KCl中的至少一种。

4.根据权利要求2所述玻璃用隔热涂料组合物，其特征在于所述分散剂选自聚合物型阴离子分散剂；所述紫外吸收剂选自2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2’-羟基-3’，5’-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三氮唑、2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)苯并三氮唑、2-苯基苯并咪唑-5-磺酸、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-(2’-羟基-3’，5’双(a，a-二甲基苄基)苯基)苯骈三唑、亚甲基双(6-苯并三氮唑-4-特辛基苯酚)、2-(2H-苯并三唑-2-基)-6-十二烷基-4-甲基苯酚、2-(2’-羟基-3’，5’-二特戊基苯基)苯骈三唑、2-(4，6-二(2，4-二甲基苯基)-1，3，5-三嗪-2)-5-正辛烷氧基苯酚或2-(4，6-二苯基-1，3，5-三嗪-2)-5-正己烷氧基苯酚中的至少一种；所述流平剂选自丙烯酸共聚物或非反应型聚醚改性聚硅氧烷中的至少一种；所述消泡剂选自非硅酮含疏水粒子矿物油混合物或改性聚硅氧烷；所述固化剂选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷、己胺、丁胺、N，N-二甲乙基氨基丙氨、4，4-二氨基二苯甲烷或脂肪族异氰酸酯中的至少一种；所述增稠剂选自羟基丙烯酸水溶性分散液；所述成膜助剂选自乙二醇单丁醚或二丙二醇丁醚中的至少一种。

5.根据权利要求1所述玻璃用隔热涂料组合物，其特征在于所述涂料组合物中以重量百分比计，微乳化树脂的用量范围为30～50％，20～150纳米的纳米粉体的用量范围为25～35％。

6.根据权利要求1所述玻璃用隔热涂料组合物，其特征在于所述微乳化树脂中以重量百分比计，树脂的用量范围为60～70％；无机盐的用量范围为0.05～3％；表面活性剂的用量范围为0.01～5％；低级脂肪醇的用量范围为2～10％。

7.权利要求1所述的玻璃用隔热涂料组合物的制备方法，包括以下步骤：

a)在0～90℃条件下，将所需量的(1)选自有机硅树脂、无机硅树脂、醇酸树脂、环氧树脂、丙烯酸酯或聚氨酯中的至少一种树脂；(2)无机盐；(3)选自阴离子、阳离子或非离子表面活性剂中的至少一种表面活性剂；(4)选自C₁～C₅的低级脂肪醇；(5)水；混合，制得微乳化树脂；其中，所述无机盐选自碱金属或碱土金属的卤化盐中的至少一种；

b)将所需量的纳米粉体、涂料助剂与a)步骤的微乳化树脂混合，搅拌，即制得玻璃用隔热涂料组合物；其中所述纳米粉体选自氧化锡、有机锡、氧化锡锑、氧化锌、氧化锌铝、氧化铟锡、四氧化三铁、氧化硅或氧化钛中的至少一种。

8.根据权利要求7所述玻璃用隔热涂料组合物的制备方法，其特征在于所述微乳化树脂的制备温度为10～40℃。