CN101649147A - 一种水性透明隔热涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水性透明隔热涂料，按重量百分比其组成为：水性丙烯酸树脂50～80％、纳米浆料10～48％、溶剂1～10％、助剂1～3％。作为主体树脂的水性丙烯酸树脂具有实现涂料的硬度、附着力、耐酸碱性等物理性能的作用；作为功能填料的纳米浆料主要实现隔热作用。本发明还公开了上述水性透明隔热涂料的制备方法。本发明涂料可见光透过率高、隔热效果优异，能够在室温下快速固化、施工简单方便，而且生产工艺简单、生产成本低，易于大规模推广和应用。
Description
技术领域
本发明涉及功能涂料技术领域，尤其涉及一种可用于建筑玻璃、汽车玻璃及透明遮光板进行隔热处理的水性透明隔热涂料及其制备方法。
背景技术
门窗的面积约占建筑外维护结构面积的30％，而其能量耗散则占了建筑总能耗的2/3，其中传热损失为1/3，是建筑能量损失的最薄弱部位。有数据表明，通过玻璃散失的能量占了门窗能量损失的80％，因此通过窗户阻止室内能量向外散发是极为必要的。同时，由于窗户是热量进出建筑物的通道，因此阳光的热辐射透过窗户对室内加热，必将使室内温度升高，从而增加了空调的热负荷。因此，减少阳光能量进入室内对于节能降耗来说也是非常重要的。
目前，现有技术中解决玻璃节能问题的方式主要有：低辐射镀膜玻璃、阳光控制镀膜玻璃、玻璃贴膜、中空玻璃、真空玻璃等。其中，低辐射镀膜玻璃是通过反射太阳光中近红外波段部分的能量来减少辐射能量进入室内的，此外它还具有较低的传热系数，因此可以有效减少室内外远红外辐射能量的进出，其可见光透过率高、节能效果好，是一种较为先进的玻璃节能方式；但由于其成本居高不下，从而限制了大规模的应用和推广。阳光控制镀膜玻璃和玻璃贴膜是通过牺牲较多的可见光透过率来获得较好的节能效果的，这在一定程度上影响了室内的采光需求。而中空玻璃和真空玻璃主要是通过降低室内外两侧的传热系数来实现保温的目的，但无法有效阻挡太阳光辐射能量的进入，一般须结合镀膜玻璃才能达到玻璃的隔热效果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种成本廉价、施工方便、可见光透过率高、隔热效果优异的水性透明隔热涂料。本发明的另一目的在于提供上述水性透明隔热涂料的制备方法，其生产工艺简单、生产成本低，有利于大规模的推广和应用。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
本发明提供的一种水性透明隔热涂料，按重量百分比其组成为：水性丙烯酸树脂50～80％、纳米浆料10～48％、溶剂1～10％、助剂1～3％。优选的组成为：水性丙烯酸树脂57～72％、纳米浆料20～40％、溶剂1～7％、助剂1～2％。
本发明所述水性丙烯酸树脂在涂料中作为主体树脂，具有实现涂料的硬度、附着力、耐酸碱性等物理性能的作用。可以采用单组分室温固化聚氨酯改性水性丙烯酸树脂，其固含量为35～50％。
本发明所述纳米浆料在涂料中作为功能性填料，主要实现隔热作用。可以采用二氧化硅/氧化锡纳米复合粉体或氧化锡锑纳米分散体的一种或它们的组合，其固含量为15～30％。其中所述二氧化硅/氧化锡纳米复合粉体为具有核壳结构的二氧化硅/氧化锡纳米复合微粒，其以纳米二氧化硅为内核，在所述二氧化硅内核表面包覆有氧化锡外壳；所述纳米二氧化硅内核的粒径为100～400nm，所述氧化锡外壳的厚度为5～20nm。
本发明所述溶剂为水和有机溶剂的混合溶液，其质量比为有机溶剂∶水＝1∶1；所述有机溶剂为乙醇或丙酮。
本发明所述助剂包括消泡剂、分散剂、流平剂、增稠剂、防腐剂或成膜助剂中的一种或几种。具体的组成质量比可以为消泡剂∶分散剂∶流平剂∶增稠剂＝1.5∶1.5∶1∶1。
本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现：
本发明提供的上述水性透明隔热涂料的制备方法，其步骤如下：将纳米浆料、溶剂、助剂加入到水性丙烯酸树脂里，搅拌15～60min，然后超声分散15～30min得到水性透明隔热涂料。为使各组分混合均匀充分，采用高速搅拌，搅拌速度为1000～1500r/min。
本发明具有以下有益效果：
(1)可见光透过率高，且隔热效果好。本发明水性透明隔热涂料通过线棒涂布器或涂膜制备器涂覆在5mm普通浮法玻璃后(湿膜厚度为75μm)，涂膜玻璃的遮蔽系数可达到0.65～0.73，能够遮挡住95％以上的紫外线和60％以上的近红外光，同时可见光透射比仍保持在70％以上，不会影响到正常的采光需求。
(2)室温快速固化，施工简单方便。本发明水性透明隔热涂料为室温固化涂料，在15～35℃环境下，约15～30min表干，24小时实干。较快的固化速度有利于大面积淋涂及喷涂等施工方式。
(3)生产工艺简单，生产成本低，易于大规模推广和应用。本发明水性透明隔热涂料的生产成本只有市售低辐射镀膜玻璃涂料的1/3，容易被用户接受，因此有利于大规模的推广和应用。
附图说明
下面将结合实施例和附图对本发明作进一步的详细描述：
图1是使用本发明实施例一～五的湿膜厚度为75μm涂膜玻璃的透过光谱曲线图；
图2是使用本发明实施例一～五的湿膜厚度为100μm涂膜玻璃的透过光谱曲线图。
图中：
0为对比例透过光谱曲线；
1～5分别为实施例一～五湿膜厚度为75μm的涂膜玻璃的透过光谱曲线；
6～10分别为实施例一～五湿膜厚度为100μm的涂膜玻璃的透过光谱曲线
具体实施方式
本发明实施例涉及一种水性透明隔热涂料，按重量百分比其组成为：水性丙烯酸树脂50～80％、纳米浆料10～48％、溶剂1～10％、助剂1～3％。
水性丙烯酸树脂采用单组分室温固化聚氨酯改性水性丙烯酸树脂，其固含量为35％。
纳米浆料为二氧化硅/氧化锡纳米复合粉体或氧化锡锑纳米分散体的一种或它们的组合，纳米浆料的固含量为20％。使用两者的组合时，其质量比为二氧化硅/氧化锡纳米复合粉体∶氧化锡锑纳米分散体＝1∶2～3，其中氧化锡锑纳米分散体的粒径为50～100nm。
二氧化硅/氧化锡纳米复合粉体为具有核壳结构的二氧化硅/氧化锡纳米复合微粒，其以纳米二氧化硅为内核，在二氧化硅内核表面包覆有氧化锡外壳；纳米二氧化硅内核的粒径为100～400nm，氧化锡外壳的厚度为5～20nm。其制备方法如下：
(1)将纳米二氧化硅粉体、可溶性锡盐如SnCl4.5H2O于去离子水溶液或乙醇溶液中超声分散5～30min而获得乳浊液；将所获得的乳浊液在50～90℃下搅拌5～30min后，缓慢滴加胺类沉淀剂如(NH4)2CO3溶液，继续反应1～5h得到前驱体溶胶；其中二氧化硅∶可溶性锡盐∶胺类沉淀剂的摩尔比为1∶1～4∶5～40；
(2)所得到的前驱体溶胶经离心分离后，分别用去离子水、无水乙醇各洗涤2～4次，再在80～100℃下烘干获得前驱体粉末；
(3)将干燥后的前驱体粉末放置在500～800℃下煅烧1～5h，得到二氧化硅/氧化锡纳米复合粉体。
溶剂为乙醇和水的混合溶液，其质量比为乙醇∶水＝1∶1。
所用助剂为消泡剂、分散剂、流平剂和增稠剂的混合物，其质量比为消泡剂∶分散剂∶流平剂∶增稠剂＝1.5∶1.5∶1∶1。
实施例一～五水性透明隔热涂料各组成的配比用量如表1所示。
表1实施例一～五水性透明隔热涂料的组成配比用量
| 实施例 | 一 | 二 | 三 | 四 | 五 |
| 水性丙烯酸树脂 | 72％ | 68％ | 63.5％ | 60.5％ | 57％ |
| 纳米浆料 | 20％(二氧化硅/氧化锡纳米复合粉体) | 25％(二氧化硅/氧化锡纳米复合粉体∶氧化锡锑纳米分散体＝1∶2) | 30％(二氧化硅/氧化锡纳米复合粉体∶氧化锡锑纳米分散体＝1∶2) | 35％(二氧化硅/氧化锡纳米复合粉体∶氧化锡锑纳米分散体＝1∶3) | 40％(二氧化硅/氧化锡纳米复合粉体∶氧化锡锑纳米分散体＝1∶3) |
| 溶剂 | 7％ | 6％ | 5％ | 3％ | 1％ |
| 助剂 | 1％ | 1％ | 1.5％ | 1.5％ | 2％ |
上述水性透明隔热涂料的制备方法如下：将纳米浆料、溶剂、助剂加入到水性丙烯酸树脂里，高速搅拌后紧接着进行超声分散而得到水性透明隔热涂料。实施例一～五水性透明隔热涂料其制备过程中的工艺参数如表2所示。
表2实施例一～五水性透明隔热涂料制备过程工艺参数
| 实施例 | 一 | 二 | 三 | 四 | 五 |
| 搅拌速度(r/min) | 1000 | 1200 | 1300 | 1400 | 1500 |
| 搅拌时间(min) | 20 | 30 | 30 | 45 | 60 |
| 分散时间(min) | 15 | 30 | 30 | 40 | 60 |
涂膜时，首先把5mm浮法玻璃洗净晾干，然后吸取适量上述涂料用湿膜制备器均匀地涂覆在玻璃表面(玻璃水平放置)。湿膜厚度由制备器调节，各涂料分别为75μm和100μm。表干时间按照GB/T1728-1979测定，经7天养护待膜层完全干燥后按照GB/T2680-1994进行光学性能检测。使用实施例一～五的涂膜玻璃其膜层参数及光学性能测试结果如表3所示。
表3使用实施例一～五的涂膜玻璃其膜层参数及光学性能
注：对比例为5mm空白玻璃。
从表3可以看到，本发明实施例水性透明隔热涂料表干速度快，不同配方之间差异较小，一般表干时间为15～20min，有利于现场大规模施工。
如图1、图2所示，经本发明实施例水性透明隔热涂料处理后，可使涂膜玻璃遮蔽系数降到0.70左右，在可见光区(380～780nm)仍旧保持较高的透过率，基本上都在70％以上，不会影响到正常的采光需求，而近红外区(780～2500nm)的透过率下降很多。由于近红外区的辐射能量约占太阳光总辐射能量的47％，因此隔绝近红外光的透过能够起到较好的隔热效果。
如表1所示，从实施例一至实施例五，纳米浆料的用量逐渐增加。表3结果表明，随着纳米浆料用量的增加或湿膜厚度的增加，对应涂膜玻璃的可见光透过率、紫外线透过率及遮蔽系数均呈下降趋势。纳米浆料的用量变化对膜层可见光透过率、遮蔽系数等光学性能的影响较大，通过调节纳米浆料的用量和涂膜厚度可以获得更佳的隔热效果。
本发明一种水性透明隔热涂料及其制备方法，其组成配比及其制备方法中各物质的物化性能参数及工艺参数不局限于上述列举的实施例。
Claims (10)
1、一种水性透明隔热涂料，其特征在于按重量百分比其组成为：水性丙烯酸树脂50～80％、纳米浆料10～48％、溶剂1～10％、助剂1～3％。
2、根据权利要求1所述的水性透明隔热涂料，其特征在于按重量百分比其组成为：水性丙烯酸树脂57～72％、纳米浆料20～40％、溶剂1～7％、助剂1～2％。
3、根据权利要求1或2所述的水性透明隔热涂料，其特征在于：所述水性丙烯酸树脂为单组分室温固化聚氨酯改性水性丙烯酸树脂，其固含量为35～50％。
4、根据权利要求1或2所述的水性透明隔热涂料，其特征在于：所述纳米浆料选自二氧化硅/氧化锡纳米复合粉体或氧化锡锑纳米分散体的一种或它们的组合；纳米浆料的固含量为15～30％。
5、根据权利要求4所述的水性透明隔热涂料，其特征在于：所述二氧化硅/氧化锡纳米复合粉体为具有核壳结构的二氧化硅/氧化锡纳米复合微粒，其以纳米二氧化硅为内核，在所述二氧化硅内核表面包覆有氧化锡外壳；所述纳米二氧化硅内核的粒径为100～400nm，所述氧化锡外壳的厚度为5～20nm。
6、根据权利要求1或2所述的水性透明隔热涂料，其特征在于：所述溶剂为水和有机溶剂的混合溶液，其质量比为有机溶剂∶水＝1∶1；所述有机溶剂为乙醇或丙酮。
7、根据权利要求1或2所述的水性透明隔热涂料，其特征在于：所述助剂包括消泡剂、分散剂、流平剂、增稠剂、防腐剂或成膜助剂中的一种或几种。
8、根据权利要求6所述的水性透明隔热涂料，其特征在于：所述助剂的组成质量比为消泡剂∶分散剂∶流平剂∶增稠剂＝1.5∶1.5∶1∶1。
9、权利要求1或2所述水性透明隔热涂料的制备方法，其步骤如下：将纳米浆料、溶剂、助剂加入到水性丙烯酸树脂里，搅拌15～60min，然后超声分散15～60min得到水性透明隔热涂料。
10、根据权利要求9所述的水性透明隔热涂料的制备方法，其特征在于：所述搅拌的速度为1000～1500r/min。
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