CN102234466A - 一种长效型太阳热反射氟碳涂料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于钢结构及混凝土结构并含有反射和辐射颜、填料、自清洁助剂的以四氟乙烯-乙烯基醚共聚型氟碳树脂为基料的长效型太阳热反射氟碳涂料，该涂料可用作建筑物钢结构及混凝土结构以及储罐等热反射涂层体系的面漆。

Description

一种长效型太阳热反射氟碳涂料

技术领域

本发明涉及一种用于钢结构及混凝土结构并含有反射和辐射颜、填料、自清洁助剂的以四氟乙烯-乙烯基醚共聚型氟碳树脂为基料的长效型太阳热反射氟碳涂料，该涂料可用作建筑物钢结构及混凝土结构以及储罐等热反射涂层体系的面漆。 

背景技术

可以说，地球上绝大部分能量都来自于太阳，煤炭、石油、风能、水的运动能等都是太阳能的一种形式。现在太阳仍以大约1.77×10¹⁷J/s的速度将能量辐射到地球表面，给地球生命提供了生存条件，但强烈的热辐射也给人类生活带来诸多不便。据分析，喷淋装置、空调、冷气机和电风扇等降温制冷设备每年所消耗的能量占全年总能耗的20％以上。所耗能量大部分又是煤炭火力发电产生，消耗煤炭——间接的太阳能，同时产生大量的二氧化碳等温室气体，加剧了全球气候变暖，如此恶性循环造成人类居住的地球环境越来越恶化。如何合理地利用太阳能造福于人类，建立人与自然和谐共存的关系，是全人类所面临的共同课题与严峻挑战。直接利用太阳能发电是最环保、最有前途的主动利用太阳能的方法，但全面取代火电尚需时日。开发太阳热反射隔热涂料降低建筑物、设备表面温度是一种被动利用太阳能的方法，对节约能源、保护环境、创建人与自然的和谐关系具有重要的意义。 

太阳热反射涂层的反射效率主要取决于颜填料种类、粒径的选择及其搭配，同时加工工艺对反射性能影响也很大；涂层保持高效率反射太阳能 的时间主要取决于树脂的耐候性、涂层表面保持清洁的能力(自清洁性)。现有太阳热反射涂料性能良莠不齐，大都不能长效保持其太阳热反射性能。本发明选用氟碳树脂为基料，通过优选不同种类和粒径的颜填料，配合添加自清洁助剂，研制长效型高性能的太阳热反射涂料。 

颜料颗粒在某种树脂中对某个波长光的最佳反射直径可由下式计算： 

$d=\frac{0.9\mathrm{\λ}(m^2+2)}{n_r\mathrm{\π}(m^2-1)}---\left(1\right)$

其中m为颜料散射能力，m＝n_p/n_r。 

氟树脂折射率n_r为1.34～1.42，不同颜料在氟树脂中的散射能力为： 

表1不同颜料在氟树脂中的散射能力m 

(1)式可简化为： 

d＝kλ，k与颜填料的光学性能有关。 

表2不同颜料在氟树脂中的k值 

太阳光谱范围为200nm～2500nm，据此计算，不同颜填料对太阳光谱全范围最佳反射粒径见表3： 

表3不同颜料在氟树脂中对太阳光谱全范围最佳反射粒径 

当颜填料粒径与入射光波长比(d/λ)为0.1～10时，表现为菲涅耳型反射，对温控有利；当d/λ＜0.1时，表现为瑞利散射，对温控无效。 

根据上述分析，颜填料粒径大对反射太阳热辐射有利，最小不应小于20nm，否则对温控没有贡献。市售的钛白粉初级粒径在0.2微米，最佳反射波长为458nm～524nm。考虑到一般配方和工艺不可能将颜料完全分散到初级粒子状态，总会有一定程度的聚集，最佳反射波长会向变大的方向移动，因此，添加适量的纳米级钛白粉可能会增加458nm以下光的反射率。当粒径为1.09微米时，最佳反射波长为2500nm，太阳光中290nm以下的紫外线和2500nm以上的红外光所占此例较小，因此，选择合适的配方和工艺保证钛白粉粒径分布在20nm～1091nm，即可使涂膜有较高的太阳热反射效率。 

硫酸钡、石英粉、云母粉和玻璃鳞片等填料反射率较低，但强烈吸收太阳光中的远红外光，再辐射一定波长的红外光，因此，在保证钛白粉足够遮盖力的同时，适量加入填料，可使涂膜具有较好的红外辐射能力，同时可降低成本，改善涂膜其他性能。涂膜热反射效率主要由钛白粉决定，填料尽可能细磨，以增加红外吸收和发射效率。滑石粉也有较好的红外光学性能，但是耐候性较差，在紫外线作用下可粉化，不宜作为长效型太阳热反射氟碳涂料的成分。 

当颜填料体积浓度(PVC)大于临界颜料体积浓度(CPVC)时，树脂不能完全润湿包覆颜填料颗粒，所形成的涂膜含有较多气泡、孔隙等缺陷，由于空气和树脂对光折射率的不同，导致此时颜填料对光的反射率不同于完全被树脂包覆时，同时涂膜综合性能也相差较大。当颜填料体积浓度在CPVC以下时，树脂完全包覆颜填料颗粒，一定粒径的颜填料对光的反射率一定，树脂是透明的，对光的反射作用可以忽略，只考虑颜填料的反射作用。钛白粉的反射能力最强，是太阳热反射涂料必不可少的成分，其他填料如硫酸钡、石英粉、云母、玻璃鳞片等反射能力较弱，有较强的红外辐射能力，可与钛白粉搭配使用。 

FEVE氟碳树脂是氟烯烃和烷基乙烯基醚或氟烯烃和烷基乙烯基酯交互排列的共聚物。从化学和空间结构看，氟烯烃单元保护了不稳定的乙烯基醚结构单元，使其免受氧化侵蚀。侧链上的烷烯基醚提供了树脂溶解性、透明度、光泽，羧基基团提供了颜料润湿性、附着性，羟基基团提供交联基团。 

FEVE氟碳树脂最突出性能是它的超耐候性。含氟聚合物的特性和氟原子的特性密切相关。由于F-C键具有485KJ/mol的高键能，具有很高的化学稳定性，因此同样结构的含氟聚合物，氟含量越高，稳定性越好。 含氟单体与共聚单体交替排列，并且由于C-C链呈螺旋构象，使得高键能的C-F对低键能的C-C键和C-Cl的屏蔽保护作用也是FEVE性能优异的一个重要原因。 

FEVE氟碳树脂超常的耐候性基于氟单体和共聚单体能够形成交替共聚物，交替程度越高，分子链的缺陷越少，氟单体就能对共聚单体提供足够的保护。 

对热固性FEVE氟碳树脂，具有优异稳定性的氟烯烃单元和已受介质侵蚀的烷烯醚单元交替结构是承担氟碳树脂杰出性能的重要结构因素，已由许多试验研究证实，并受到涂料界的认可。 

由于FEVE树脂结构中氟烯烃基团的存在，使得对颜料的润湿分散性较差，因此涂料制备中选用润湿分散性好的颜填料并且选用合适的润湿分散助剂，才能制得性能优异的常温固化氟涂料。 

制备长效型太阳热反射氟碳涂料要求涂层表面耐粘污性要好，因为污染的表面反射太阳光的能力会大大下降，吸收的太阳能会加速涂层的降解，降低涂层寿命。对于FEVE涂料的耐粘污性方面存在认识上的误区：由于漆膜表面亲水接触角较大，应该具有好的抗粘污性。但是FEVE涂膜与水的接触角一般在85°～95°，更容易产生污染。 

提高涂层耐粘污性的方法分为两派：一是提高涂层表面与水接触角，形成类似荷叶效应的超疏水表面；一是在漆膜表面形成亲水化涂层，使得污物容易被水冲走。荷叶效应的基本原理是：荷叶的超疏水性特征是由有一定粗糙度的，粗糙表面上微米结构的乳突以及表面腊状物的存在共同引起的。在荷叶表面的微米结构的乳突上还存在着纳米结构，这种微米结构与纳米结构相结合的阶层结构是引起表面超疏水的根本原因。基于亲水表面的耐粘污机理：污染物分为亲水性和亲油性两种。砂土等亲水性污染物 有随着雨水冲走的倾向，亲油性物质由于在亲水化表面附着不牢，受到雨水冲刷，也可以很容易冲走，研究表明：对原本是疏水的涂料，增加其疏水性其耐粘污性却是下降的。因此，对原本吸水率较低的疏水性较强的溶剂型涂料，通过降低其疏水性使涂膜尽可能变为亲水性涂膜。通过在FEVE涂料中加入“防雨筋”的特殊助剂形成亲水化表面，从而获得自洁型氟涂料。 

发明内容

本发明采用四氟型FEVE氟碳树脂，添加适当此例和粒径的颜填料，通过防老化组合助剂、表面亲水化处理等手段实现四氟乙烯-乙烯基醚共聚型氟碳涂料具有优良的加工性能、施工性能，从而制备出长效型太阳热反射氟碳涂料。 

根据本发明的一种技术方案，其太阳热反射涂层面漆为长效型四氟FEVE氟碳树脂涂料，中间漆为含玻璃微珠填料的隔热涂层，钢板基材为防腐底漆涂层，混凝土基材为封闭底漆涂层，其中长效型太阳热反射氟碳涂料面漆由A、B两种组分按如下重量此组成， 

A组分：四氟乙烯-乙烯基醚共聚型氟碳树脂40％～70％；反射颜料5％～40％；红外吸收辐射填料0％～10％；润湿分散剂0.3％～4％；消泡剂0.1％～0.5％；流平助剂0.2～0.8％；自清洁助剂1％～3％；溶剂5％～15％； 

B组分：固化剂65％～100％；溶剂0％～35％。 

A、B组分的重量之比为10∶1。 

根据本发明的另一种实施方案，长效型太阳热反射氟碳涂料面漆的制备方法包括如下步骤： 

A组分的制备：按此例将润湿分散剂、消泡剂、反射颜料、红外填料 加入到适宜量的树脂和高沸点有机溶剂中进行搅拌，充分混合后研磨成单色浆；然后根据颜色需要进行调漆，将各单色浆胺比例加入到树脂和溶剂中，加入流平助剂和自清洁助剂，搅拌均匀； 

B组分的制备：按比例将固化剂溶解在高沸点有机溶剂中，搅拌均匀。 

使用时，将A、B两种组分充分混合并搅拌，即得本发明的长效型太阳热反射氟碳涂料。 

在优选的实施方案中，颜料和填料的粒径为25μm以下；优优选在1～25μm；更优选在1～20μm；最优选1～10μm。 

颜料和填料基于涂料的总重量，优选为5～50％重量，更优选10～45％重量，最优选15～40％重量。 

自清洁助剂为可向表面迁移并水解的化合物，在涂膜固化过程中能较迅速地迁移到涂膜表面，经过一段时间的水解，特别是经过一个雨季后，形成一个亲水的涂膜表面，使油性污渍不易附着，经过雨水冲刷，油性污渍和无机亲水性污渍都可去除，达到自清洁效果。 

自清洁助剂基于涂料的总重量，优选为1～3％重量，更优选1.2～2.8％重量，最优选1.5～2.5％重量。 

在优选的实施方案中，A组分中的润湿分散剂为本领域常规的助剂，如含多元胺的嵌段共聚物溶液、含酸性基团的共聚体溶液、不饱和多元酸的多元胺酰胺溶液等，优选多元胺的嵌段共聚物溶液、含酸性基团的共聚体溶液，更优选含酸性基团的共聚体溶液。流平助剂亦为本领域常规的助剂，如改性聚硅氧烷型流平剂、相容性受限制的长链树脂型流平剂，如丙烯酸酯均聚物和共聚物；以高沸点溶剂为主要成分的流平剂，优选改性聚硅氧烷型流平剂、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚丙烯酸，更优选改性聚硅氧烷型流平剂。溶剂优选为高沸点有机溶剂、酯类和酮类，不用甲苯、二甲苯。 更优选酯类和酮类，还最优选丙二醇甲醚醋酸酯和醋酸丁酯。 

B组分的固化剂优选脂肪族异氰酸酯，更优选己二异氰酸酯(HDI)的缩二脲和三聚体。最优选HDI三聚体。 

B组分溶剂优选高沸点有机溶剂、酯类，不用甲苯、二甲苯。更优选酯类，最优选醋酸丁酯。 

根据本发明的一个优选实施方案，根据基材的表面特性，优选对基材进行表面预处理，以保证两个涂层之间的结合力。表面预处理是制备复合涂层的前提与基础。表面处理后涂装底漆、中间漆、面漆，制备复合涂层。 

本发明选用的表面预处理工艺的和涂装基本流程如下： 

钢基材：除油、干燥、喷砂、除尘、涂底漆、涂中间漆、涂面漆。 

其中所述的除油工艺采用水基清洗剂。所述的水基清洗剂又称水基金属清洗剂，其以水为溶剂、以表面活性剂为主要成分、再配以消泡剂、防绣剂或其它常规添加剂制得。对其没有特别的要求，只要能够将基材表面的油渍去除即可，如LCX-52。其它的水基清洗剂可以参见例如RU1643598、RU1684324、RU1515676、JP4-136194、JP5-70799等中公开的内容，其全文引入本文作为参考。除油工艺采用浸泡的方式，使用温度为40～80℃，优选50～60℃；溶液浓度：1～10％重量，优选2～8％重量，最优选5～6％重量；浸泡时间：1～30分钟，优选3～20分钟，最优选5～10分钟。 

除油工艺后，对基材表面进行水洗操作，用流动水清洗，最好采用高压水进行冲洗，直至水洗后，板材表面水膜连续，表明油已除尽。 

水洗步骤后，对基材表面进行干燥，可以采用常规的干燥方式，如自然风干，烘干机烘干等。 

基材表面后，喷砂除去铁锈和氧化皮。喷砂动力为无油无水的压缩空气，空气压力和喷嘴无特殊要求。砂子采用钢砂、刚玉或石英砂，粒径 0.8mm～1.7mm。除锈等级要求达到GB8923-88的 

级。 

喷砂后用无水无油的压缩空气吹净浮尘，或用吸尘器除尘。 

喷砂除尘后的表面应在8h内涂上底漆。底漆可采用无机或有机富锌底漆、磷酸锌底漆、铁红防锈底漆，优选富锌底漆。采用刷涂、喷涂等施工工艺，干膜厚度50～60μm。 

中间漆选用含玻璃微珠填料的隔热涂料，如环氧玻璃微珠涂料、聚氨酯玻璃微珠涂料等，优选聚氨酯玻璃微珠涂料。采用滚涂、喷涂施工，干膜厚度120～180μm。 

面漆采用本发明所述的长效型太阳热反射氟碳涂料，施工工艺可采用刷涂、滚涂、喷涂，干膜厚度60～80μm。 

上述实施例所制备的白色样板太阳热反射比可达0.89，半球发射率可达0.86，隔热温差可达12℃。 

混凝土基材：干燥、除尘、涂底漆、涂中间漆、涂面漆。 

新基材表面必须养护28d以上，然后充分干燥，表面含水量6％以下方可涂装。旧混凝土表面应喷砂处理，方法可参照钢基材，要求喷出粗糙新鲜表面。 

除尘方法参照钢基材，除净表面浮尘。 

喷砂除尘后的表面应在8h内涂上底漆。底漆可采用环氧封闭底漆、磷酸锌底漆、聚氨酯封闭底漆等，优选环氧封闭底漆。采用刷涂、喷涂等施工工艺，干膜厚度20～30μm。 

中间漆选用含玻璃微珠填料的隔热涂料，如环氧玻璃微珠涂料、聚氨酯玻璃微珠涂料等，优选聚氨酯玻璃微珠涂料。采用滚涂、喷涂施工，干膜厚度120～180μm。 

面漆采用本发明所述的长效型太阳热反射氟碳涂料，施工工艺可采用 刷涂、滚涂、喷涂，干膜厚度60～80μm。 

具体实施方式

以下通过实施例对本发明进行详细说明，所述实施例仅是便于理解本发明，而非对本发明的限制，本领域技术人员，在阅读本发明说明书的基础上，作出的任何变型或改变，都不会背离本发明的精神和范围。 

实施例1 

A组分制备：将2.5克自清洁助剂、2克改性聚硅氧烷型流平剂、1.5克润湿分散剂，加入到20克氟碳树脂、10克由丙二醇甲醚醋酸酯和醋酸丁酯按1∶2配成的混合溶剂中搅拌0.5小时以上，使两者充分混合均匀，将30克钛白粉加入到上述溶液中，搅拌0.5小时以上，至均匀。将混合好的浆液研磨至细度15μm以下，得到白色浆。将2.5克自清洁助剂、2克改性聚硅氧烷型流平剂、1.5克润湿分散剂，加入到20克氟碳树脂、10克由丙二醇甲醚醋酸酯和醋酸丁酯按12配成的混合溶剂中搅拌0.5小时以上，使两者充分混合均匀，将30克硫酸钡加入到上述溶液中，搅拌0.5小时以上，至均匀。将混合好的浆液研磨至细度15μm以下，得到硫酸钡浆。取上述白色浆和硫酸钡浆各20克，加入50克树脂、10克混合溶剂调制成白色漆A组分。 

B组分的制备：将65克HDI三聚体溶解在35的醋酸丁酯中搅拌充分混合均匀。 

涂覆前，将A、B两种组分混合，搅拌均匀后，得到白色四长效型太阳热反射氟碳涂料。 

实施例2 

A组分制备：将2.5克自清洁助剂、2克改性聚硅氧烷型流平剂、1.5克润湿分散剂，加入到20克氟碳树脂、10克由丙二醇甲醚醋酸酯和醋酸 丁酯按1∶2配成的混合溶剂中搅拌0.5小时以上，使两者充分混合均匀，将30克氧化铁红加入到上述树脂溶液中，搅拌0.5小时以上，至均匀。将混合好的浆液研磨至细度25μm以下，得到红色浆。将2.5克自清洁助剂、2克改性聚硅氧烷型流平剂、1.5克润湿分散剂，加入到20克氟碳树脂、10克由丙二醇甲醚醋酸酯和醋酸丁酯按1∶2配成的混合溶剂中搅拌0.5小时以上，使两者充分混合均匀，将45克石英粉加入到上述溶液中，搅拌0.5小时以上，至均匀。将混合好的浆液研磨至细度15μm以下，得到石英粉浆。取上述红色浆和石英粉浆各20克，加入50克树脂、10克混合溶剂调制成红色漆A组分。 

B组分的制备：将65克HDI三聚体溶解在35的醋酸丁酯中搅拌充分混合均匀。 

涂覆前，将A、B两种组分混合，搅拌均匀后，得到红色长效型太阳热反射氟碳涂料。 

实施例3 

A组分制备：将2.5克自清洁助剂、2克改性聚硅氧烷型流平剂、1.5克润湿分散剂，加入到20克氟碳树脂、10克由丙二醇甲醚醋酸酯和醋酸丁酯按1∶2配成的混合溶剂中搅拌0.5小时以上，使两者充分混合均匀，将30克氧化铁黄加入到上述树脂溶液中，搅拌0.5小时以上，至均匀。将混合好的浆液研磨至细度15μm以下，得到黄色浆。将2.5克自清洁助剂、2克改性聚硅氧烷型流平剂、1.5克润湿分散剂，加入到20克氟碳树脂、10克由丙二醇甲醚醋酸酯和醋酸丁酯按1∶2配成的混合溶剂中搅拌0.5小时以上，使两者充分混合均匀，将15克云母粉加入到上述溶液中，搅拌0.5小时以上，至均匀。将混合好的浆液研磨至细度15μm以下，得到云母粉浆。取上述黄色浆和云母粉浆各20克，加入50克树脂、10克混合溶剂 调制成黄色长效型太阳热反射氟碳涂料A组分。 

B组分的制备：将65克HDI三聚体溶解在35的醋酸丁酯中搅拌充分混合均匀。 

涂覆前，将A、B两种组分混合，搅拌均匀后，得到黄色长效型太阳热反射氟碳涂料。 

实施例4 

A组分制备：将2.5克自清洁助剂、2克改性聚硅氧烷型流平剂、1.5克润湿分散剂，加入到20克氟碳树脂、10克由丙二醇甲醚醋酸酯和醋酸丁酯按1∶2配成的混合溶剂中搅拌0.5小时以上，使两者充分混合均匀，将4克酞菁蓝加入到上述树脂溶液中，搅拌0.5小时以上，至均匀。将混合好的浆液研磨至细度15μm以下，得到蓝色浆。取上述蓝色浆10克和实施例1中钛白浆10克、硫酸钡浆10克，加入40克树脂、10克混合溶剂调制成蓝色长效型太阳热反射氟碳涂料A组分。 

B组分的制备：将65克HDI三聚体溶解在35的醋酸丁酯中搅拌充分混合均匀。 

涂覆前，将A、B两种组分混合，搅拌均匀后，得到蓝色长效型太阳热反射氟碳涂料。 

根据三原色原理进行调色，可分别得到不同色调的灰色、橙色、绿色、紫色等其他颜色的长效型太阳热反射氟碳涂料。 

Claims (6)

1.一种以四氟乙烯-乙烯基醚共聚型氟碳树脂为基料的长效型太阳热反射氟碳涂料，其特征在于，所述的涂料由A、B两种组分按如下重量比组成，

A组分：四氟乙烯-乙烯基醚共聚型氟碳树脂40％～70％；反射颜料5％～40％；辐射填料0％～10％；润湿分散剂0.3％～4％；消泡剂0.1％～0.5％；流平助剂0.2～0.8％；自清洁助剂1％～3％；溶剂5％～15％；

B组分：固化剂65％～85％；溶剂15％～35％。

A、B组分的重量之比为10∶1。

2.根据权利要求1或2所述的长效型太阳热反射氟碳涂料，其中所述的自清洁助剂为可向涂膜表面迁移并水解的亲水化助剂。

3.根据权利要求1、2或3所述的长效型太阳热反射氟碳涂料，其中所述的溶剂为高沸点芳烃、酯类和酮类，不用甲苯、二甲苯。

4.根据权利要求1、2或3所述的长效型太阳热反射氟碳涂料，其中所述的颜料为金红石型钛白粉、氧化铁红、氧化铁黄、酞菁蓝及上述若干种的混合物，填料为硫酸钡、云母粉、玻璃鳞片、玻璃微珠。

5.一种用于钢结构及混凝土反射太阳热的复合涂层体系，包括钢板或混凝土基材、防腐底漆或封闭底漆涂层、含玻璃微珠的中间漆涂层以及所述的长效型太阳热反射面漆涂层，其特征在于，所述的面漆涂层由权利要求1-5任一项所述的长效型太阳热反射氟碳涂料构成。

6.权利要求1-5任一项所述的长效型太阳热反射氟碳涂料的制备方法，其包括如下步骤：

A组分的制备：按比例将润湿分散剂、消泡剂、颜料加入到适宜量的树脂和高沸点有机溶剂中进行搅拌，充分混合后研磨成单色浆；然后根据颜色需要进行调漆，将各单色浆胺比例加入到树脂和溶剂中，加入流平助剂和自清洁助剂，搅拌均匀；

B组分的制备：按比例将固化剂溶解在高沸点有机溶剂中，搅拌均匀。