CN102174281B

CN102174281B - 多层包覆复合型隔热填料的制备方法及在水性涂料的应用

Info

Publication number: CN102174281B
Application number: CN 201110062651
Authority: CN
Inventors: 王林江; 成应广
Original assignee: Guilin University of Technology
Current assignee: Guangxi Kunyao Technology Co ltd
Priority date: 2011-03-14
Filing date: 2011-03-14
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2031-03-14
Also published as: CN102174281A

Abstract

本发明公开了多层包覆复合型隔热填料的制备方法及在水性涂料的应用。一种由内到外为逐层包覆的硅藻土-混合尖晶石结构金属氧化物-二氧化硅-二氧化钛多层包覆复合型隔热填料的制备方法及应用在水性隔热涂料的制备。通过控制包覆步骤中每层平均厚度，得到逐层包覆具有反射、辐射、阻隔三种隔热功能的填料。其中，二氧化硅包覆层具有耐酸碱的特点，对混合尖晶石结构金属氧化物起到保护作用，有利于在酸性条件下被二氧化钛层包覆。用该功能填料制成水性隔热涂料，该涂料的反射隔热指数大于70％，涂料表面温度下降明显。

Description

多层包覆复合型隔热填料的制备方法及在水性涂料的应用

技术领域：

本发明属于涂料领域，特别涉及的是一种由内到外为逐层包覆的硅藻土一混合尖晶石晶石结构金属氧化物-二氧化硅-二氧化钛复合型隔热填料的制备方法，以及应用该填料制备水性隔热涂料。

背景技术：

传统建筑隔热涂料在长期的使用中存在很多不足，如隔热方式单一，隔热层厚度太厚等因素，很不适应建筑业的发展。常规隔热涂料的制备方法是分别把具有传导阻隔、反射和辐射隔热的填料，严格配方后加入到涂料中，提高涂料的隔热性能，用这种方法制备的涂料配比较麻烦，还需要严格控制制备工艺。综合运用反射、辐射、传导阻隔三种隔热原理，制备具有复合隔热功能的填料用于涂料中，不仅能提高涂料的隔热性能，而且能简化制备工艺。复合型隔热填料选用包覆法制备，该方法工艺简单且反应条件易于控制。用复合型隔热填料能简化隔热涂料的配方，有利于提高涂料隔热性能、简化生产工艺和节约生产成本，对隔热涂料具有重要意义。

制备复合型隔热填料的基料有玻璃微珠、陶瓷微珠、膨胀珍珠岩、具有孔状结构的硅藻土、粉煤灰漂珠等，用于复合型隔热填料的包覆料为过渡金属氧化物、硅酸钠、硫酸钛、四氯化钛等。专利CN1515633A在中空微珠的表面包覆反射层，得到反射和阻隔复合材料；专利CN1927954A用二氧化钛包覆粉煤灰漂珠的方法，得到反射、阻隔隔热功能的填料。这两个具有代表性专利都没有把辐射隔热功能成分包覆进填料中，需要把辐射型隔热原料与表面包覆改性填料加入涂料中，配制成复合型隔热涂料。另外，有些辐射型填料需要遮色处理，给涂料制备带来麻烦。

发明内容：

本发明的目的在于充分利用反射、辐射及阻隔三种隔热方式，提供一种多层包覆复合型隔热填料的制备方法，该方法是把硅藻土-混合尖晶石结构金属氧化物-二氧化硅-二氧化钛依次由内到外逐层包覆的复合型隔热填料，使得该填料具有三种隔热方式的功能；并把该填料应用到制备水性涂料中。

本发明是这样实现的：

一、复合型隔热填料的制备：

1、原料的质量百分比为：硅藻土50～60％，氧化铜(化学纯)5～15％，二氧化锰(化学纯)5～15％，氧化铁(化学纯)5～20％；硅藻土为：粒径范围500～800目，熔点1650～1850℃，导热系数0.06～0.10W/(m·K)，折光率1.4630-1.4645，比表面积(m²/g)≥30，颗粒孔隙率达80～90％，主要孔径500～7000A；

2、将总质量为10g的步骤(1)中的物料混合，加入45～55ml去离子水，同时加入体系质量百分比0.1～0.3％的十二烷基磺酸钠在300～400r/min的速度下搅拌3h，混合均匀后过滤干燥，得到包覆硅藻土原料；该原料在1000～1100℃条件下保温2h，冷却后取出，得到混合尖晶石结构包覆初级料，所制备包覆初级料层膜的平均厚度为0.06～0.1μm；(平均厚度(Δh)＝包覆物的质量(Δm)/[包覆体的比表面积(s)×包覆物密度(ρ)])；

3、把步骤(2)所得的包覆初级料在15～25ml去离子水中分散成浆液，用氢氧化钠溶液调节浆液pH值为10，升高温度到70～85℃，用质量百分比浓度为30～45％的硅酸钠溶液75～85ml滴定浆液，用稀硫酸溶液控制浆液的pH值为9，硅酸钠水解得到二氧化硅晶粒沉积在包覆初级料表面，过滤洗涤干燥后得二氧化硅包覆薄膜粉料，该二氧化硅包覆薄膜粉料具有耐酸性能，对混合尖晶石结构包覆初级料有保护作用，二氧化硅包覆薄膜的平均厚度为0.2～0.5μm；

4、把步骤(3)所得到的二氧化硅包覆薄膜粉料加入25～35ml去离子水搅拌成浆液，浆液温度控制在60℃，同时用加入质量百分比浓度为12～15％的硫酸钛200～300ml溶液滴定6h，用氨水调节pH值为6.5～7.0，硫酸钛水解析出二氧化钛晶粒沉积在二氧化硅包覆薄膜的表面，过滤干燥后得到二氧化钛包覆膜，在700～800℃保温2h得到复合型隔热填料，二氧化钛包覆膜的平均厚度为0.5～1.2μm。

二、复合型隔热填料在制备水性隔热涂料的应用：

1、水性涂料的质量百分比组成为：上述方法制得的复合型隔热填料10～15％，水性丙烯酸乳液(303B)40～50％，磷酸三丁酯(化学纯)0.2～0.5％，硅油0.2～0.6％，增稠剂(Rheolagent-2440)0.1～0.5％，乙二醇(化学纯)1～2％，滑石粉3～8％，云母粉4～6％，氨水(化学纯)0.2～0.6％，去离子水25～35％；

2、把增稠剂(Rheolagent-2440)按质量组分称取，加水分散增稠剂备用；

3、取去离子水的一半与复合型隔热填料、滑石粉、云母粉混合，先低速搅拌2min后，在1800～2000r/min的条件下高速搅拌20min制得浆料；

4、另取水性丙烯酸乳液，把步骤(3)制得的浆料倒入其中，用剩余的去离子水倒入乳液中，在300～400r/min的速度下搅拌.同时加入磷酸三丁酯(化学纯)、硅油、步骤(2)制得的增稠剂(Rheolagent-2440)和乙二醇(化学纯)，用氨水调节pH值7～8，搅拌10min后就得到水性隔热涂料。

隔热测试的步骤如下：

1、自制两个相同的隔热箱，分别放置在250W红外灯正下方，隔热箱之间用5cm厚隔热塑料板隔开。

2、调节室内温度为28.8±2℃，按照国家标准GB 1927-79制取两块黑磁漆样板，放在隔热聚苯乙烯泡沫板上调节灯的高度，使样板在60min内温度达到87.8±2℃。

3、测试方法：同时把两块样板放在隔热箱上在250W红外灯下升温30min后，立即取下一块样板，在放上制备的试样板30min温度平衡后，记录该试样板的温度，计算出反射率：

实验中选择硅藻土为填料时，其它颜料成分相同，把制成的涂料用该测试装置进行隔热测试，测得反射率为63％。

本发明选取硅藻土为基料进行表面改性，硅藻土因导热系数小和多孔隙等特点而具有优良的阻隔隔热功能，且熔点高，通过对硅藻土表面包覆改性的方法，把氧化铁、二氧化锰和氧化铜包覆在硅藻土表面，控制保温条件转变成混合尖晶石型的辐射隔热材料；用二氧化硅包覆在混合尖晶石结构的外表面，形成保护结构，能防止酸的腐蚀；又把具有反射隔热功能的二氧化钛包覆在最外层，形成具有阻隔、辐射及反射隔热为一体的复合型隔热填料。同时，将该复合型隔热填料用于水性隔热涂料中，得到复合型隔热涂料。

附图说明

附图为本发明反射隔热测试装置图。

图中标记：1-红外灯；2-隔板；3-灯到测试板的高度；4-测温仪；5-热电偶；6-隔热箱；7-黑磁漆样板；8-试板。

具体实施方式：

实施例1：

一、复合型隔热填料的制备：

1、原料的质量百分比为：硅藻土50～60％，氧化铜(化学纯)5～15％，二氧化锰(化学纯)5～15％；氧化铁(化学纯)5～20％；其中硅藻土为：粒径500目，熔点1650℃，导热系数0.06W/(m·K)，折光率1.4630，比表面积(m²/g)＝30，颗粒孔隙率达80％，主要孔径500A；

2、将总质量为10g的步骤(1)中的物料混合，加入50ml去离子水，同时加入体系质量百分比0.2％的十二烷基磺酸钠，在300r/min的速度下搅拌3h，混合均匀后过滤干燥，得到包覆硅藻土原料；该原料在1000～1100℃条件下保温2h，冷却后取出，得到混合尖晶石结构包覆初级料，所制备包覆层膜的平均厚度为0.08μm；

3、把步骤(2)所得的包覆初级料在20ml去离子水中分散成浆液，用氢氧化钠溶液调节浆液pH值为10，升高温度到75℃，用质量百分比浓度为30％的硅酸钠溶液85ml滴定浆液，用稀硫酸溶液控制浆液的pH值为9，硅酸钠水解得到二氧化硅晶粒沉积在包覆初级料表面，过滤洗涤干燥后得二氧化硅包覆薄膜粉料，该二氧化硅包覆薄膜粉料具有耐酸性能，对混合尖晶石结构包覆初级料有保护作用，二氧化硅薄膜的平均厚度为0.3μm；

4、把步骤(3)所得到的二氧化硅薄膜粉料加入30ml去离子水搅拌成浆液，浆液温度控制在60℃，同时用加入质量百分比浓度为15％的硫酸钛溶液250ml滴定6h，用氨水调节pH值为6.5，硫酸钛水解析出二氧化钛晶粒沉积在二氧化硅包覆薄膜的表面，过滤干燥后得到二氧化钛包覆膜，在700℃保温2h得到复合型隔热填料，二氧化钛包覆膜的平均厚度为0.6μm。

二、复合型隔热填料在制备水性隔热涂料的应用：

1、原料质量百分比组成为：上述方法制得的复合型隔热填料10％，水性丙烯酸乳液(303B)40％，磷酸三丁酯(化学纯)0.2％，硅油0.2％，增稠剂(Rheolagent-2440)0.5％，乙二醇(化学纯)1％，滑石粉7％，云母粉6％，氨水(化学纯)0.2％，去离子水34.9％；

2、把增稠剂(Rheolagent-2440)按上述质量组分称取，加水分散增稠剂备用；

3、取去离子水的一半与复合型隔热填料、滑石粉、云母粉混合，先低速搅拌2min后，在1800r/min的条件下高速搅拌20min制得浆料；

4、另取水性丙烯酸乳液，把步骤(3)制得的浆料倒入其中，用剩余的去离子水倒入乳液中，在300r/min的速度下搅拌.同时加入磷酸三丁酯(化学纯)、硅油、步骤(2)制得的增稠剂(Rheolagen t-2440)和乙二醇(化学纯)，用氨水调节pH值7，搅拌10mi n后就得到水性隔热涂料。

三、隔热测试

将所制备的涂料涂饰试板，隔热装置用样板进行调温，使样板下底面温度在1h内达到平衡温度87.8±2℃，用空调控制室温为28.8±2℃；两块样板同时升温30min，立即取下一块样板并顺速把待测的试样板放上，升温30min后读出温度值，用反射率公式可算出反射率为83.5％，比未加该填料的试样板温度下降8℃。

实施例2：

一、复合型隔热填料的制备：

1、原料的质量百分比为：硅藻土60％，氧化铜(化学纯)10％，二氧化锰(化学纯)10％，氧化铁(化学纯)20％；其中硅藻土为：粒径600目，熔点1650℃，导热系数0.06W/(m·K)，折光率1.4645，比表面积(m²/g)＝30，颗粒孔隙率达80％，主要孔径1000A；

2、将总质量为10g的步骤(1)中的物料混合，加入50ml去离子水，同时加入体系质量百分比0.2％的十二烷基磺酸钠，在300r/min的速度下搅拌3h，混合均匀后过滤干燥，得到包覆硅藻土原料；该原料在1050℃条件下保温2h，冷却后取出，得到混合尖晶石结构包覆初级料，所制备包覆层膜的平均厚度为0.06μm；

3、把步骤(2)所得的包覆初级料在20ml去离子水中分散成浆液，用氢氧化钠溶液调节浆液pH值为10，升高温度到75℃，用质量百分比浓度为35％的硅酸钠溶液80ml滴定浆液，用稀硫酸溶液控制浆液的pH值为9，硅酸钠水解得到二氧化硅晶粒沉积在包覆初级料表面，过滤洗涤干燥后得二氧化硅包覆薄膜粉料，该二氧化硅包覆薄膜粉料具有耐酸性能，对混合尖晶石结构包覆初级料有保护作用，二氧化硅薄膜的平均厚度为0.3μm；

4、把步骤(3)所得到的二氧化硅薄膜粉料加入30ml去离子水搅拌成浆液，浆液温度控制在60℃，同时用加入质量百分比浓度为15％的硫酸钛溶液243ml滴定6h，用氨水调节pH值为7，硫酸钛水解析出二氧化钛晶粒沉积在二氧化硅包覆薄膜的表面，过滤干燥后得到二氧化钛包覆膜，在750℃保温2h得到复合型隔热填料，二氧化钛包覆膜的平均厚度为0.8μm。

二、复合型隔热填料在制备水性隔热涂料的应用：

1、原料质量百分比组成为：上述方法制得的复合型隔热填料12％，水性丙烯酸乳液(303B)45％，磷酸三丁酯(化学纯)0.2％，硅油0.2％，增稠剂(Rheolagent-2440)0.5％，乙二醇(化学纯)1％，滑石粉5％，云母粉5％，氨水(化学纯)0.3％，去离子水30.8％；

4、另取水性丙烯酸乳液，把步骤(3)制得的浆料倒入其中，用剩余的去离子水倒入乳液中，在350r/min的速度下搅拌.同时加入磷酸三丁酯(化学纯)、硅油、步骤(2)制得的增稠剂(Rheolagent-2440)和乙二醇(化学纯)，用氨水调节pH值8，搅拌10min后就得到水性隔热涂料。

三、隔热测试

将所制备的涂料涂饰试板，测温后读出温度值，用反射率公式可算出反射率为86.5％，比未加填料的试样板温度下降10℃。

实施例3：

一、复合型隔热填料的制备：

1、原料的质量百分比为：硅藻土60％，氧化铜(化学纯)10％，二氧化锰(化学纯)10％，氧化铁(化学纯)20％；其中硅藻土为：粒径800目，熔点1650℃，导热系数0.06W/(m·K)，折光率1.4630，比表面积(m²/g)＝35，颗粒孔隙率80％，主要孔径5000A；

2、将总质量为10g的步骤(1)中的物料混合，加入50ml去离子水，同时加入体系质量百分比0.2％的十二烷基磺酸钠，在300r/min的速度下搅拌3h，混合均匀后过滤干燥，得到包覆硅藻土原料；该原料在1100℃条件下保温2h，冷却后取出，得到混合尖晶石结构包覆初级料，所制备包覆层膜的平均厚度为0.1μm；

3、把步骤(2)所得的包覆初级料在20ml去离子水中分散成浆液，用氢氧化钠溶液调节浆液pH值为10，升高温度到80℃，用质量百分比浓度为40％的硅酸钠溶液75ml滴定浆液，用稀硫酸溶液控制浆液的pH值为9，硅酸钠水解得到二氧化硅晶粒沉积在包覆初级料表面，过滤洗涤干燥后得二氧化硅包覆薄膜粉料，该二氧化硅包覆薄膜粉料具有耐酸性能，对混合尖晶石结构包覆初级料有保护作用，二氧化硅薄膜的平均厚度为0.3μm；

4、把步骤(3)所得到的二氧化硅薄膜粉料加入30ml去离子水搅拌成浆液，浆液温度控制在60℃，同时用加入质量百分比浓度为15％的硫酸钛溶液258ml滴定6h，用氨水调节pH值为7，硫酸钛水解析出二氧化钛晶粒沉积在二氧化硅包覆薄膜的表面，过滤干燥后得到二氧化钛包覆膜，在800℃保温2h得到复合型隔热填料，二氧化钛包覆膜的平均厚度为1.0μm。

二、复合型隔热填料在制备水性隔热涂料的应用：

1、原料质量百分比组成为：上述方法制得的复合型隔热填料15％，水性丙烯酸乳液(303B)50％，硅油0.2％，增稠剂(Rheolagent-2440)0.5％，乙二醇(化学纯)1％，滑石粉3％，云母粉4％，氨水(化学纯)0.2％，去离子水25.9％；

3、取去离子水的一半与复合型隔热填料、滑石粉、云母粉混合，先低速搅拌2min后，在2000r/min的条件下高速搅拌20min制得浆料；

4、另取水性丙烯酸乳液，把步骤(3)制得的浆料倒入其中，用剩余的去离子水倒入乳液中，在400r/min的速度下搅拌.同时加入磷酸三丁酯(化学纯)、硅油、步骤(2)制得的增稠剂(Rheolagent-2440)和乙二醇(化学纯)，用氨水调节pH值8，搅拌10min后就得到水性隔热涂料。

三、隔热测试

将所制备的涂料涂饰试板，测温后读出温度值，用反射率公式可算出反射率为91.5％，比未加填料的试样板温度下降11℃。

Claims

1.一种隔热填料的制备方法，其特征在于具体步骤为：

（1）原料的质量百分比为：硅藻土50～60%，氧化铜5～15%，二氧化锰5～15%,氧化铁5～20%；

（2）将总质量为10g的步骤（1）中的物料混合，加入45～55 ml去离子水，同时加入体系质量百分比0.1～0.3%的十二烷基磺酸钠在300~400r/min 的速度下搅拌3h，混合均匀后过滤干燥，得到包覆硅藻土原料；该原料在1000～1100℃条件下保温2h,冷却后取出，得到混合尖晶石结构包覆初级料，所制备包覆初级料层膜的平均厚度为0.06～0.1μm；

（3）把步骤（2）所得的包覆初级料在15～25ml去离子水中分散成浆液，用氢氧化钠溶液调节浆液pH值为10，升高温度到70～85℃，用质量百分比浓度为30～45%的硅酸钠溶液75～85ml滴定浆液，用稀硫酸溶液控制浆液的pH值为9，硅酸钠水解得到二氧化硅晶粒沉积在包覆初级料表面，过滤洗涤干燥后得二氧化硅包覆薄膜粉料，二氧化硅包覆薄膜的平均厚度为0.2～0.5μm；

（4）把步骤（3）所得到的二氧化硅包覆薄膜粉料加入25～35ml去离子水搅拌成浆液，浆液温度控制在60℃，同时用加入质量百分比浓度为12～15%的硫酸钛200～300ml溶液滴定6h，用氨水调节pH值为6.5～7.0，硫酸钛水解析出二氧化钛晶粒沉积在二氧化硅包覆薄膜的表面，过滤干燥后得到二氧化钛包覆膜，在700～800℃保温2h得到复合型隔热填料，二氧化钛包覆膜的平均厚度为0.5～1.2μm；

所述氧化铜、二氧化锰和氧化铁为化学纯。

2、根据权利要求1所述隔热填料在制备水性涂料的应用，其特征在于具体步骤为：

（1）水性涂料的质量百分比组成为：上述方法制得的复合型隔热填料10～15%，水性丙烯酸乳液40～50%，磷酸三丁酯0.2～0.5%，硅油0.2～0.6%，增稠剂Rheolagent-2440 0.1～0.5%，乙二醇1～2%，滑石粉3～8%，云母粉4～6%，氨水0.2～0.6%，去离子水25～35%；

（2）把增稠剂Rheolagent-2440按质量组分称取，加水分散增稠剂备用；

（3）取去离子水的一半与复合型隔热填料、滑石粉、云母粉混合，先低速搅拌2min后，在1800～2000r/min的条件下高速搅拌20min制得浆料；

（4）另取水性丙烯酸乳液，把步骤（3）制得的浆料倒入其中，用剩余的去离子水倒入乳液中，在300~400r/min 的速度下搅拌.同时加入磷酸三丁酯、硅油、步骤（2）制得的增稠剂Rheolagent-2440和乙二醇，用氨水调节pH值7～8，搅拌10min后就得到水性隔热涂料；

所述磷酸三丁酯、乙二醇和氨水为化学纯。

3、根据权利要求1所述的隔热填料的制备方法，其特征在于所述硅藻土粒径范围500～800目，熔点1650～1850℃，导热系数0.06～0.10W/(m·K) ，折光率 1.4630-1.4645，比表面积 m²/g≥30，颗粒孔隙率80～90%，主要孔径500～7000A。