CN101659816A - 石蜡微胶囊相变蓄热保温涂料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于相变蓄热机理的保温涂料及其制备方法。它以树脂为基体，掺入微胶囊化的有机相变材料石蜡，形成的具有相变蓄热功能的新型保温涂料。本发明采用微胶囊化技术解决了相变材料的流失和外渗，采用溶剂挥发干燥成膜方式，解决了高石蜡微胶囊含量下涂料开裂问题。石蜡微胶囊相变蓄热保温涂料在车辆、船舶、储油(气)罐、冷冻设备和空调设备上的应用，将大大地减少保温层的厚度和简化施工工艺，提高能源使用效率，节约设备用于保温的体积和空间。

Description

石蜡微胶囊相变蓄热保温涂料及制备方法
技术领域
本发明涉及热功能涂料技术领域，具体涉及一种相变蓄热保温涂料。
背景技术
现代涂料除了装饰、保护和标志作用外，还赋予物体一些特殊功能，如导电、电磁屏蔽、耐高温、阻尼、自清洁、伪装等。在众多功能涂料中，保温涂料是一种重要的热功能涂料，其作用是对各种因素造成的物体温度改变加以控制，对物体具有过热、过冷保护作用，具有节能降耗的功效。目前保温涂料主要采用调节涂层的吸收/辐射比、增大涂层的热阻和红外辐射致冷等机理和模式，但在实际使用中存在涂层过厚、温控效果受大气和灰尘的影响、对不同波段的温控效果不同等缺点。针对上述问题，人们积极寻求基于其他机理和模式的保温涂料。
相变材料(PCM)在相变过程中具有两大特点：伴随大量的潜热和温度保持恒定。相变材料分为固-固相变材料和固-液相变材料两大类。固-固相变材料主要是交联结晶高分子，如聚烯烃和聚乙二醇，其特点是相变过程中保持固体状态，相变温度高。固-液相变材料有水合无机盐、烃类、高级脂肪酸和高级脂肪醇，其特点是相变热大、相变温度适宜和相变过程液化。
基于相变材料潜热大和温度恒定的特点，将其引入涂料中，制备基于相变机理的温控涂料，从根本上解决保温涂料受大气环境、涂层和波段的制约。两类相变材料中，由于固-固相变材料相变温度高，在常规条件下，更多使用的是固-液相变材料。但用固-液相变材料制备温控涂料必须解决其相变液化问题。相变材料发生相变后会发生流动和迁移，使涂料的温度控制功能丧失，而流失的相变材料将与环境发生反应和影响物体的外观。同济大学的中国发明专利CN101139472A一种相变储能复合涂料及其制备方法，采用多孔材料负载化或真空浸渍等方法。但是多孔材料真空浸渍和与聚合物共混的体系在热力学和动力学上仍然是不稳定的，相变蓄热材料的耐久性能差，主要表现为相变材料的迁移、流失，以及对建筑基材的腐蚀。
微胶囊技术是一种用成膜材料把液体或固体包覆，使之形成微米或毫米颗粒的技术。将相变材料包覆于微胶囊所形成的颗粒称为相变材料微胶囊，它具有特殊的温度调节功能。微胶囊芯的相变材料随外界温度可以发生相变，但表面包覆的高分子膜则保持为固态。在环境温度升高过程中，当温度高于相变温度，囊心中的相变材料吸收环境中的热量，发生相变，直至全部由固态转变为液态；而在环境温度低于相变温度时，囊芯的相变材料放出吸收的热量，发生液固相转变。这种吸热和放热功能，可以使微胶囊表面的温度在一定时间内保持相对恒定。微胶囊相变材料的优点在于减少或避免相变材料与环境的反应、增加传热面积、确保相变发生在壁材内。
由于基于相变材料的保温涂料独特的热性能，它是赋予物体温度调节功能最便宜和最简便的方法。这类保温涂料具有巨大的市场需求。随着保温涂料技术的成熟，完全由涂刷保温涂料代替做保温层的方法已经开始进入实用阶段，它将改变传统保温保冷方式。保温涂料技术在车辆、船舶、储油(气)罐、冷冻设备和空调设备上的应用，将大大地减少保温层的厚度和简化施工工艺，提高能源使用效率，节约设备用于保温的体积和空间。
发明内容
本发明针对现有保温隔热涂料不具有相变蓄热功能、相变蓄热保温涂料中相变材料流失、高掺量的石蜡微胶囊导致涂料的开裂等技术问题，提供一种具有相变蓄热功能的新型保温涂料及其制备方法。
本发明提出的石蜡微胶囊相变蓄热保温涂料含有树脂液、金属颜料、体质填料、石蜡微胶囊，纤维素，涂料分散剂和溶剂，树脂液的用量为25wt％～35wt％，石蜡微胶囊的用量为10wt％～35wt％，金属颜料含量为10wt％～20wt％，体质填料用量为25wt％～40wt％，纤维素用量为0.2wt％～1.5wt％，涂料分散剂用量为2wt％～5wt％。
所述金属颜料采用浮型铝粉或非浮型铝粉，其中非浮型铝粉的粒径8～90μm。
所述体质填料采用重质碳酸钙、硫酸钡、滑石粉、云母氧化铁灰、云母粉的一种或两种。
所述树脂采用苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物或高氯化聚乙烯树脂。
所述树脂液采用苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物或高氯化聚乙烯树脂溶解到溶剂中形成，树脂液浓度为25wt％～42wt％。苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物根据聚乙烯含量不同选用Kraton树脂K10、K20、K30或KM30。
所述纤维素采用醋酸丁酯纤维素、醋酸纤维素或甲基纤维素。
所述涂料分散剂为BYK361、EFKA5065或EFKA4401。
所述溶剂采用甲苯、二甲苯或200号溶剂油。
本发明进一步提出石蜡微胶囊相变蓄热保温涂料的制备方法，其先采用溶剂溶解树脂制备预混树脂液；在高速剪切分散机搅拌下，在树脂液中分别加入金属颜料、石蜡微胶囊、体质填料组分，使各组分充分混合均匀；最后在高速分散，加入分散剂、纤维素；继续高速剪切分散0.5～1.0小时，得到石蜡微胶囊相变蓄热保温涂料。
石蜡微胶囊相变蓄热保温涂料及其制备方法中主要解决了两个关键问题，其一是相变蓄热保温涂料中相变材料流失。本发明采用微胶囊化技术解决了相变材料的流失和外渗。由于采用了微胶囊化技术，在相变材料石蜡的表面形成了高分子材料为壁材，其确保相变发生在壁材内，从而避免了相变材料的流失和外渗，提高了基于相变材料的蓄热保温涂料的稳定性和耐久性。其次是高掺量的石蜡微胶囊还会导致涂料的开裂和起卷。采用溶剂挥发干燥成膜方式，解决了高石蜡微胶囊含量下涂料开裂问题。
具体实施方式
实施例1
将1.8kg聚乙烯醇加入釜中，然后再加入48L水，保持温度80℃、搅拌速度800rmp，使聚乙烯醇完全溶解，再加入2.93kg尿素。用0.5mol/L盐酸调节溶液pH值至2，再将6.3kg的粉碎石蜡加入，至石蜡完全溶解。将温度控制在70℃，加入5.52L甲醛溶液，反应2小时，然后加入0.25kg的间苯二酚，继续反应1.5小时。离心过滤，用80℃热水洗产品三次，再离心过滤，产品为粉末状。
石蜡微胶囊的热焓110J/g，范围40～80℃，峰值64℃，平均粒径45μm。实施例2：高氯化聚乙烯体系的石蜡微胶囊相变蓄热保温涂料
(1)400g高氯化聚乙烯树脂溶解于600g甲苯组成，制备40％的高氯化聚乙烯树脂液。
(2)取280g 40％的高氯化聚乙烯树脂液，在高速剪切分散机搅拌下，在树脂液中分别加入150g浮型铝粉、200g石蜡微胶囊、150g云母氧化铁灰、240g重质碳酸钙等组分，使各组分充分混合均匀。
(3)最后在高速分散，加入3g分散剂EFKA5065、10g醋酸纤维素；继续高速剪切分散0.5～1.0小时，得到石蜡微胶囊相变蓄热保温涂料。
实施例3：高氯化聚乙烯体系的石蜡微胶囊相变蓄热保温涂料
(1)400g高氯化聚乙烯树脂溶解于600g甲苯组成，制备40％的高氯化聚乙烯树脂液。
(2)取320g 40％的高氯化聚乙烯树脂液，在高速剪切分散机搅拌下，在树脂液中分别加入150g非浮型铝粉(平均粒径为90μm)、300g石蜡微胶囊(可采用实施例1的石蜡微胶囊，或其它方法制备的)、100g云母氧化铁灰、200g重质碳酸钙等组分，使各组分充分混合均匀。
(3)最后在高速分散，加入3g分散剂EFKA5065、10g醋酸纤维素；继续高速剪切分散0.5～1.0小时，得到石蜡微胶囊相变蓄热保温涂料。
实施例4：Kraton树脂体系的石蜡微胶囊相变蓄热保温涂料
(1)300g Kraton树脂(K10)溶解于700g甲苯组成，制备30％的Kraton树脂(K10)液。
(2)取280g Kraton树脂液，在高速剪切分散机搅拌下，在树脂液中分别加入150g浮型铝粉、200g石蜡微胶囊、150g云母氧化铁灰、240g重质碳酸钙等组分，使各组分充分混合均匀。
(3)最后在高速分散，加入3g分散剂(EFKA4401)、10g醋酸丁酯纤维素；继续高速剪切分散0.5～1.0小时，得到石蜡微胶囊相变蓄热保温涂料。
实施例5：Kraton树脂体系的石蜡微胶囊相变蓄热保温涂料
(1)350g Kraton树脂(K10)溶解于650g二甲苯组成，制备35％的Kraton树脂(K10)液。
(2)取300g Kraton树脂液，在高速剪切分散机搅拌下，在树脂液中分别加入150g非浮型铝粉(平均粒径为90μm)、280g石蜡微胶囊、100g云母氧化铁灰、150g重质碳酸钙等组分，使各组分充分混合均匀。
(3)最后在高速分散，加入3g分散剂EFKA5065、10g醋酸纤维素；继续高速剪切分散0.5～1.0小时，得到石蜡微胶囊相变蓄热保温涂料。
实施例6：Kraton树脂体系的石蜡微胶囊相变蓄热保温涂料
(1)350g Kraton树脂(K20)溶解于650g二甲苯组成，制备35％的Kraton树脂(K20)液。
(2)取280g Kraton树脂液，在高速剪切分散机搅拌下，在树脂液中分别加入150g非浮型铝粉(平均粒径为60μm)、300g石蜡微胶囊、150g云母氧化铁灰、140g重质碳酸钙等组分，使各组分充分混合均匀。
(3)最后在高速分散，加入3g分散剂EFKA5065、10g醋酸纤维素；继续高速剪切分散0.5～1.0小时，得到石蜡微胶囊相变蓄热保温涂料。
实施例7：Kraton树脂体系的石蜡微胶囊相变蓄热保温涂料
(1)300g Kraton树脂(K20)溶解于700g二甲苯组成，制备30％的Kraton树脂(K20)液。
(2)取380g Kraton树脂液，在高速剪切分散机搅拌下，在树脂液中分别加入150g非浮型铝粉(平均粒径为90μm)、300g石蜡微胶囊、150g云母氧化铁灰、140g重质碳酸钙等组分，使各组分充分混合均匀。
(3)最后在高速分散，加入3g分散剂EFKA5065、10g醋酸纤维素；继续高速剪切分散0.5～1.0小时，得到石蜡微胶囊相变蓄热保温涂料。

Claims (5)

1.石蜡微胶囊相变蓄热保温涂料，其特征在于，所述涂料含有树脂液、金属颜料、体质填料、石蜡微胶囊，纤维素，涂料分散剂，所述树脂液的用量为25wt％～35wt％，石蜡微胶囊的用量为10wt％～35wt％，金属颜料含量为10wt％～20wt％，体质填料用量为25wt％～40wt％，纤维素用量为0.2wt％～1.5wt％，涂料分散剂用量为0.2wt％～0.5wt％；
所述树脂液采用苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物或高氯化聚乙烯树脂溶解到溶剂中形成，树脂液浓度为25wt％～42wt％；
所述溶剂采用甲苯、二甲苯或200号溶剂油；
所述金属颜料采用浮型铝粉或非浮型铝粉，其中非浮型铝粉的粒径8～90μm；
所述体质填料采用重质碳酸钙、硫酸钡、滑石粉、云母氧化铁灰、云母粉的一种或两种；
所述纤维素采用醋酸丁酯纤维素、醋酸纤维素或甲基纤维素；
所述涂料分散剂为BYK361、EFKA5065或EFKA4401。
2.如权利要求1所述的石蜡微胶囊相变蓄热保温涂料，其特征在于，石蜡微胶囊采用一步法制备，热焓110J/g，范围40～80℃，峰值64℃，平均粒径45μm。
3.如权利要求2所述的石蜡微胶囊相变蓄热保温涂料，其特征在于，所述石蜡微胶囊的一步法制备过程为：1.0～2.0kg聚乙烯醇加入釜中，然后再加入48L水，保持温度80℃、搅拌速度800rmp，使聚乙烯醇完全溶解，再加入2.0～3.5kg尿素；用0.5mol/L盐酸调节溶液pH值至1～3，再将5.5～7.5kg的粉碎石蜡加入，至石蜡完全溶解；将温度控制在70℃，加入4.5～6.0L甲醛溶液，反应2小时，然后加入0.2～0.3kg的间苯二酚，继续反应1.5小时；离心过滤，用80℃热水洗产品三次，再离心过滤，产品粉碎为粉末状。
4.如权利要求1所述的石蜡微胶囊相变蓄热保温涂料，其特征在于，其中苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物选用Kraton树脂K10、K20、K30或KM30。
5权利要求1-4之任一项所述的石蜡微胶囊相变蓄热保温涂料的制备方法，其特征在于，先采用溶剂溶解树脂制备预混树脂液；在高速剪切分散机搅拌下，在树脂液中分别加入金属颜料、石蜡微胶囊、体质填料等-组分，使各组分充分混合均匀；最后在高速分散机搅拌下，加入分散剂、纤维素；继续高速剪切分散0.5～1.0小时，得到石蜡微胶囊相变蓄热保温涂料。
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