CN101580673A - 一种用于玻璃表面的透明隔热涂料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于玻璃表面的透明隔热涂料，由硅树脂乳液、纯丙烯酸乳液及纳米掺锑二氧化锡(ATO)粉体等组份组成，经过对纳米ATO粉体微粒的表面修饰、配置纳米ATO浆料、配制硅树脂改性丙烯酸乳液等制备工艺而制备而成的用于玻璃表面的透明隔热涂料，具有透光率高、隔热性优良、成本低廉、性价比高的特点，并且施工方便。

Description

一种用于玻璃表面的透明隔热涂料

所属发明领域

本发明涉及到建筑材料中的节能涂料技术领域，具体说是涉及到一种用于玻璃表面的透明隔热涂料。

背景技术

众所周知，在各类建筑物上，门窗面积是占据着建筑物外围围护结构面积中很大的比例。当前全球环境热效应加剧，节能减排则是世界建筑行业普遍面临的问题，建筑物节能是节能减排中的一项重要组成部分。建筑节能，就是在保证居室温度舒适的环境条件下，通过技术进步、科学选材、合理设计、性价比优化等途径，把建筑物长期使用中的采暖和降温性的能耗降低。良好的建筑外保温围护结构，可以确保建筑对能耗的需求减少50％以上，极大地降低能源的总体消耗水平。目前，我国对建筑围护结构主要推行外墙外保温和屋面保温系统，且技术已经成熟，而对改善门窗的保温隔热性技术还不够成熟。从国家标准对住宅围护结构不同部位的传热系数规定中可以看出，其K值墙体为≤2.00w/(m^2·k)、屋顶为≤1.26w/(m^2·k)、窗为≤6.40w/(m^2·k)，普通玻璃窗的传热系数是墙体的3.2倍，是屋顶的5倍，因此，普通玻璃窗成为建筑保温围护结构中的薄弱环节，况且，为了提高室内的采光明亮度，现代建筑设计的窗户面积都较大。为了节能，本领域技术人员进行了广泛的研究和探索，先后研制成金属镀膜隔热玻璃、真空玻璃、贴膜玻璃、Low-E玻璃等节能产品，但是这些产品也存在一些问题，主要的问题是在可见光区的不透明性和高反射率限制了它的应用范围。透光率低、隔热效果不佳，工艺条件控制复杂、且价格昂贵，例如普通玻璃贴热反射膜，其成本费用为普通玻璃的十几倍，这就极大的这些限制了节能产品应用推广。如何开发研制出一种具有透光率高、隔热性优良、成本低廉、性价比高的用于玻璃表面的透明隔热涂料则成为本领域技术人员急需解决的首要问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有透光率高、隔热性优良、成本低廉、性价比高的用于玻璃表面的透明隔热涂料，同时也提供其制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于玻璃表面的透明隔热涂料，由硅树脂乳液、纯丙烯酸乳液及纳米掺锑二氧化锡(ATO)粉体等组份组成；其制备工艺步骤如下：

a.纳米掺锑二氧化锡(ATO)浆料的制备

首先对纳米ATO粉体微粒的表面修饰，将纳米ATO粉体于110℃烘箱中烘干24h，以消除吸附水分，取出放入干燥器中自然冷却至室温，称取一定量的ATO粉和ATO的1.5％硅烷偶联剂，加入定量的95％乙醇中，经超声波分散40min后，移入80℃带回流装置的三口瓶中搅拌4h，于80℃下真空干燥。

然后配置纳米ATO浆料，在砂磨搅拌分散机中加入去离子水、分散剂、润湿剂、增稠剂、搅拌均匀，加入经过表面修饰的纳米ATO粉体，高速分散砂磨6-8h，用BT-9300H激光粒径仪测得粒径分布在100-130nm范围内即可，调PH值为7.5-8.0，制得14％的纳米ATO浆料。

b.纳米ATO透明涂料的配制

首先按硅树脂乳液∶纯丙烯酸乳液＝1∶1的配比，加硅氧烷偶联剂1-5％，搅拌混合均匀，制成硅树脂改性丙烯酸乳液，做为成膜物。

然后按硅树脂改性丙烯酸乳液∶纳米ATO浆料＝3∶1搅拌混合，得到玻璃透明隔热涂料。

所述硅树脂乳液、纯丙烯酸乳液及纳米掺锑二氧化锡(ATO)粉体组份均为外购产品，来源广泛。

本发明是以有机硅乳液改性丙烯酸树脂为成膜物，以纳米掺锑二氧化锡(ATO)为颜填料制备成为水性纳米透明隔热涂料；配方中硅树脂乳液是高分子三维交联化合物，其结构中每4个氧原子就有1个有机基团R取代，成为一种介于纯无机和纯有机物之间的中间体系，其中无机成分占80％，因此涂膜呈刚性，耐冲击性欠佳。即使在高温条件下涂膜也不变软、不返粘，且耐沾污性、耐候性、透明性及附着力等优异。为了改善涂膜的柔韧性和耐冲击性，选用纯丙烯酸乳液SF-018与之复配，SF-018具有低气味、低VOC、不含甲醛和APEO、卓越的低温耐擦洗性和耐污渍性，MFT为0℃，是一种无需成膜助剂而室温下成膜的环保型乳液。本发明配方选用纳米ATO粉体组份，是因为具有优良的光电性能，对太阳光谱具有理想的选择性，在可见光区透过率高，而对红外光却有很好的屏蔽性。纳米掺锑二氧化锡(ATO)粉体是由掺锑二氧化锡配合硅烷偶联剂、乙醇、分散剂、润湿剂、消泡剂、流平剂、增稠剂、杀菌剂及PH值调节剂等成分混合而成，其与改性丙烯酸乳液成膜物形成涂膜的机理是：在掺Sb二氧化锡半导体(ATO)中，由于Sb⁵⁺固溶到S_nO₂中，以及S_nO₂在高温烧结时形成的氧空位而产生自由载流子。当光源照射在透明隔热涂膜表面，热辐射一部分被载流子吸收，另一部分由于入射光源低于等离子体振荡固有频率而被等离子反射，涂膜对热辐射的阻隔作用是吸收和反射共同作用的结果，反射和吸收都起到了屏蔽红外光的作用，即产生了良好的隔热性。

主要性能检测：

将透明隔热涂料，用30μm、40μm、50μm线棒涂布器分别涂布于25.4×76.2×1mm规格的3块载玻片上，分别标记为1^#、2^#、3^#；用上述线棒涂布器分别涂布150×150×3mm的3块平板玻璃片上，分别标记为1^#、2^#、3^#，经过室温干燥或在80℃烘箱中干燥1h，制得不同厚度的透明隔热涂膜试样。前者作光谱性能测试，后者作隔热性能测试，同时取相同规格尺寸的平板玻璃片以同样方法涂布复合基料树脂作为对照备用。

1.光谱性能测试

用3101UV光度仪测量载玻片涂膜试板1^#、2^#、3^#的可见光和红外光的透光光谱，并与对照玻璃样板作为比较，结果见表1。

表1涂膜在可见光区和近红外区的光学性能

由表1可知，随着涂膜厚度的增加，涂膜在可见光区和近红外区的透射率都呈下降的趋势，这是因为随着涂膜厚度的增加，单位面积中的纳米ATO粒子含量增加，颜色由微蓝-淡蓝-浅蓝过渡，减小了可见光和红外光的透射率。由于纳米ATO粉体具有优良的光电性能，对太阳光谱具有理想的选择性，在可见光区透过率高，而对红外光却有很好的屏蔽性，因此涂膜厚度对可见光区的透射率影响并不大。涂膜在红外光区的透射率却很低，对红外光的能量阻隔率较高，且随涂膜厚度的增加，阻隔率呈上升趋势，即产生了良好的隔热性。

2.涂膜隔热效测试

隔热效果测试装置采用和太阳光谱相近的500w碘钨灯作光源。在光源照射下，分别记录对照玻璃和涂膜样板玻璃的盒内底板及空气随时间升温变化数据，并计算温差。与对照相比，底板温差反映了涂膜对热辐射的阻隔程度，盒内空气温差反映了涂膜的隔热效果。

涂膜样板玻璃与对照玻璃在光源照射下，底板温度变化见表2，

表2碘钨灯照射下样板与对照玻璃的底板温度变化

涂膜样板玻璃与对照玻璃在光源照射下，盒内空气温度变化见表3。

表3碘钨灯照射下样板与对照玻璃的盒内空气温度变化

由表2、表3可知，涂膜玻璃样板和对照玻璃在碘钨灯的照射下，随时间的延长，测试装置中的底板温度和空气温度随之上升，开始阶段上升幅度较大，逐渐趋于平稳，当照射时间达到50min以后，底板和盒内空气温度变化趋于平衡。与对照玻璃测试装置的平衡温度值相比，涂膜样板测试装置的底板平衡温度1^#降低10-℃、2^#降低12℃、3^#降低16℃；盒内空气平衡温度1^#降低4℃、2^#降低5℃、3^#降低8℃。由此证明，纳米ATO透明涂膜除具有优良的可见光透光率以外，还有很好的阻隔热辐射作用，隔热效果优良。

由于采用上述配方及工艺步骤制备用于玻璃表面的透明隔热涂料的技术方案，使得本发明具有透光率高、隔热性优良、成本低廉、性价比高的特点，达到了发明目的。

具体实施方式：

下面结合实施例详述本发明，所涉及的百分比均按重量百分比计。

实施例

一种用于玻璃表面的透明隔热涂料，由硅树脂乳液、纯丙烯酸乳液及纳米掺锑二氧化锡(ATO)粉体等组份组成；其制备工艺步骤如下：

a.纳米掺锑二氧化锡(ATO)浆料的制备

首先对纳米ATO粉体微粒的表面修饰，将纳米ATO粉体于110℃烘箱中烘干24h，以消除吸附水分，取出放入干燥器中自然冷却至室温，称取一定量的ATO粉和ATO的1.5％硅烷偶联剂，加入定量的95％乙醇中，经超声波分散40min后，移入80℃带回流装置的三口瓶中搅拌4h，于80℃下真空干燥。

然后配置纳米ATO浆料，在砂磨搅拌分散机中加入去离子水、分散剂、润湿剂、增稠剂、搅拌均匀，加入经过表面修饰的纳米ATO粉体，高速分散砂磨7h，用BT-9300H激光粒径仪测得粒径分布在120nm范围内即可，调PH值为7.5，制得14％的纳米ATO浆料。

b.纳米ATO透明涂料的配制

首先按硅树脂乳液∶纯丙烯酸乳液＝1∶1的配比，加硅氧烷偶联剂1-5％，搅拌混合均匀，制成硅树脂改性丙烯酸乳液，做为成膜物。

然后按硅树脂改性丙烯酸乳液∶纳米ATO浆料＝3∶1搅拌混合，得到玻璃透明隔热涂料。

Claims (1)

1.一种用于玻璃表面的透明隔热涂料，由硅树脂乳液、纯丙烯酸乳液及纳米掺锑二氧化锡(ATO)粉体等组份组成；其制备工艺步骤如下：

a.纳米掺锑二氧化锡(ATO)浆料的制备

首先对纳米ATO粉体微粒的表面修饰，将纳米ATO粉体于110℃烘箱中烘干24h，以消除吸附水分，取出放入干燥器中自然冷却至室温，称取一定量的ATO粉和ATO的1.5％硅烷偶联剂，加入定量的95％乙醇中，经超声波分散40min后，移入80℃带回流装置的三口瓶中搅拌4h，于80℃下真空干燥。

然后配置纳米ATO浆料，在砂磨搅拌分散机中加入去离子水、分散剂、润湿剂、增稠剂、搅拌均匀，加入经过表面修饰的纳米ATO粉体，高速分散砂磨6-8h，用BT-9300H激光粒径仪测得粒径分布在100-130nm范围内即可，调PH值为7.5-8.0，制得14％的纳米ATO浆料。

b.纳米ATO透明涂料的配制

首先按硅树脂乳液∶纯丙烯酸乳液＝1∶1的配比，加硅氧烷偶联剂1-5％，搅拌混合均匀，制成硅树脂改性丙烯酸乳液，做为成膜物。

然后按硅树脂改性丙烯酸乳液∶纳米ATO浆料＝3∶1搅拌混合，得到玻璃透明隔热涂料。