CN102241938A

CN102241938A - 一种高性能隔热涂料及其制备方法

Info

Publication number: CN102241938A
Application number: CN2011101573115A
Authority: CN
Inventors: 曾和平; 朱雪锋
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2011-06-13
Filing date: 2011-06-13
Publication date: 2011-11-16

Abstract

本发明提供一种高性能隔热涂料及其制备方法，该高性能隔热涂料的制备方法具体为：先用硅烷偶联剂对纳米氧化锡锑粉体（纳米ATO粉体）和空心玻璃微珠进行改性，再将其与水、有机硅分散剂、有机硅消泡剂、缔合型增稠剂等在高速搅拌作用下进行分散，得到混合浆料；然后向混合浆料中依次加入缔合型增稠剂、成膜剂、有机硅流平剂、成膜助剂等，在高速搅拌下制得隔热涂料。该方法制备的涂料具有稳定性好、隔热能力强等优势，同时由于纳米ATO粉体本身的特性，使其还具备了抗静电、防辐射等其它效果。

Description

一种高性能隔热涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑节能技术，具体涉及一种高性能隔热涂料及其制备方法。

背景技术

能源是现代经济社会发展的基础，是现代社会和现代文明的支撑。随着科学技术和社会生产力的不断发展，能源问题越来越受到社会各界的广泛关注。若不能很好地解决能源问题，我们的经济社会发展必将受到很大的制约，甚至国家安全都会受到很大的影响。在我国，目前建筑相关能耗占全社会能耗45%左右，而调查显示，建筑能耗中的第一杀手就是空调，占到50%以上，而西晒和玻璃幕墙被誉为建筑内空调能耗剧增的主要原因。因此提高门窗等的保温隔热性能是降低能耗的有效途径。

现有的隔热涂料要么隔热性能不高，往往在几度到十几度之间，要么就是其成本太高，不够经济。刘成楼采用相关的制备工艺，制备了几种纳米氧化锡锑（以下简称纳米ATO）透明隔热涂料，其隔热性能在8℃～16℃（刘成楼. 纳米 ATO 透明隔热涂料的研制[J]. 现代涂料与装饰. 2010, 13(2): 6-9）。曾庆琳发明了一种用于内外墙的纳米ATO建筑节能涂料，隔热性能良好，隔热效果最高可达到18℃，然而，其纳米ATO的最高用量达到了9%，高成本纳米ATO用量太多，显然是不够经济的（曾庆琳. 用于内外墙面的建筑节能隔热纳米ATO涂料: 中国, 200710036031.2[P]. 2009-05-06）。

发明内容

为解决现有相关技术存在的缺陷和不足，本发明提供一种高性能隔热涂料及其制备方法，所制备的隔热涂料具有较好的隔热效果，较高透明度，耐候性好，且具有一定的抗静电效果。

本发明提供的高性能隔热涂料，按原料总质量计，各原料组分的质量百分含量为：

成膜剂硅丙乳液：60%～70%

改性纳米ATO：2.5%～4%

改性空心玻璃微珠：10%～12.5%

有机硅分散剂：2%～3%

缔合型增稠剂：1%～1.5%

有机硅消泡剂：0.4~0.5%

成膜助剂：0.6~1%

有机硅流平剂：0.2%～0.3%

其余为去离子水。

所述成膜助剂为乙二醇丁醚；所述有机硅分散剂为BYK系列分散剂；所述缔合型增稠剂为DSX系列增稠剂；所述有机硅消泡剂为BYK系列消泡剂；所述有机硅流平剂为BYK系列流平剂。

所述BYK系列分散剂为BYK-163、BYK-P104S或BYK-161；所述BYK系列消泡剂BYK-141、BYK-052或BYK-066N；所述DSX系列增稠剂为DSX-3551、DSX-3116或DSX -3256；所述BYK系列流平剂为BYK-333、BYK-323或BYK-306。

所述BYK系列分散剂为BYK-163；所述BYK系列消泡剂为剂BYk-347；所述DSX系列增稠剂为DSX-3551；所述BYK系列流平剂为BYK-333。

所述硅丙乳液的固含量为45%～50%。

本发明提供的上述高性能隔热涂料的制备方法，技术方案如下：

（1）硅烷偶联剂对纳米ATO粉体和空心玻璃微珠的改性，得到改性氧化锡锑和改性空心玻璃微珠；

（2）按原料配方将去离子水、部分缔合型增稠剂、有机硅分散剂、有机硅消泡剂混合后进行分散，再加入改性氧化锡锑和改性空心玻璃微珠，继续进行分散，分散时间为4 h～6h，调节pH值为8～9，得到混合浆料；

（3）向混合浆料中按原料配方依次加入剩余的缔合型增稠剂、成膜剂、成膜助剂、有机硅流平剂，高速搅拌4～6h，得到隔热涂料；所述部分缔合型增稠剂质量占原料总质量的0.8%～1.2%。

所述硅烷偶联剂为KH-570、KH-560或KH-550。

步骤（1）提及的硅烷偶联剂对纳米ATO粉体的改性参考相关文献（刘成楼. 纳米 ATO 透明隔热涂料的研制[J]. 现代涂料与装饰. 2010, 13(2): 6-9）：空心玻璃微珠的改性方法与之类似，其具体步骤为：将纳米ATO粉体或空心玻璃微珠加入95%的乙醇中，搅拌均匀，加入占纳米ATO粉体或空心玻璃微珠质量1%～3%的硅烷偶联剂，经超声分散0.5h～1h后，再在80℃～85℃搅拌4 h～6 h，于70℃～80℃下真空干燥，即得到改性氧化锡锑或改性空心玻璃微珠；所述纳米ATO粉体或空心玻璃微珠与乙醇的用量关系为每克纳米氧化锡锑粉体或空心玻璃微珠加入4ml～6 ml95%乙醇中。。

纳米ATO粉体颗粒小、比表面积很大、表面能很高，使其极易发生团聚现象，这在一定程度限制了它的使用。通过对纳米ATO粉体进行表面改性，可有效阻止纳米ATO粉体颗粒的团聚，使其更容易分散开来，始终保持着纳米材料的特性。同时也能增强体系的稳定性，从而提高产品的性能。

空心玻璃微珠是一种优良隔热材料，也常用于隔热涂料中，它是由含硅、铝等元素的氧化物材料经特殊工艺制成的薄壁、封闭的微小球体，球体内部包裹一定量的气体，具有低密度、低导热、热稳定性好、耐冲击等优点，且有较好的红外光反射性及红外发射率。成膜干燥后玻璃微珠会紧密排列形成一层对热具有阻隔效果的封闭型中空气体层，阻断“热桥”，从而使涂层具有良好的隔热效果。

本发明采用经硅烷偶联剂改性的改性ATO粉体和改性空心玻璃微珠，可以将偶联剂分子连接到固体的表面，增大固体粒子之间的位阻，阻碍颗粒的碰撞团聚，可有效防止固体颗粒的重力沉降。同时，固体颗粒表面的有机硅分子可以使得固体颗粒与成膜剂硅丙乳液更加有效的结合，进一步增强了体系的稳定性，从而提高产品的性能。纳米ATO具有良好的可见光透过和近红外光屏蔽效果，将其用于涂料制备中，可以制备得到隔热效果良好，同时又具有很好光透过性的透明隔热涂料。将其用在门窗上，可起到很好的保温隔热作用，从而降低能耗。另外，由于纳米ATO本身的高导电性、抗辐射性等，使它也能被用在其它领域，如抗静电涂料，显示器抗辐射涂层等。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）本发明制得的隔热浆料稳定性好；

（2）隔热性能好，成本低。与单一的ATO透明隔热涂料相比，本发明通过引入改性空心玻璃微珠使其隔热性能更好，同时对产品的透光性影响较小；

（3）应用范围广，纳米ATO粉体由于其独特的性能，使得本发明所制备的涂料不仅仅具有单一的功能，它也能被用在其它领域。如抗静电涂料，显示器抗辐射涂层等。

附图说明

图1 为本发明的隔热涂料制备流程图；

图2 实施例1至实施例4所制备的4种隔热涂料的隔热效果图。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明作进一步详细的说明，但不限于此。

ATO粉体和空心玻璃微珠的改性：

取50g ATO粉体加入到200ml 95%乙醇中，搅拌均匀，再加入1g硅烷偶联剂KH-570，经超声分散1h后，移入80℃带回流的三口烧瓶中搅拌4h，于80℃下真空干燥，即得到改性纳米ATO粉体。

取50g空心玻璃微珠加入到300ml 95%乙醇中，搅拌均匀，再加入 1g硅烷偶联剂KH-560，经超声分散1h后，移入80℃带回流的三口烧瓶中搅拌4h，于80℃下真空干燥，即得到改性空心玻璃微珠。

隔热涂料的制备：

实施例1

在搅拌器中加入20g的去离子水、2.2g 的BYK-163、0.8g 的DSX-3551、0.55g 的BYK-141搅拌均匀，加入15g的 KH-570改性空心玻璃微珠，高速搅拌分散6h，调节PH为8，制得混合浆料；向混合浆料中继续加入0.3g的DSX-3551、70g硅丙乳液、1.1g的乙二醇丁醚、0.3g的BYK-333，高速度搅拌6h，制得含ATO 0%的隔热涂料。

实施例2

在搅拌器中加入20g的去离子水、2.2g的BYK-P104S、0.8g的DSX-3551、0.40g的BYK-141搅拌均匀，加入2.5g 的KH-570改性ATO粉体和12.5g 的KH-570改性空心玻璃微珠，高速搅拌分散6h，调节PH为8.5，制得混合浆料；向混合浆料中继续加入0.3g的DSX-3551、70g硅丙乳液、0.6g乙二醇丁醚、0.3g 的BYK-323等，高速度搅拌6h，制得含2.27%ATO 2.27%的隔热涂料。

实施例3

在搅拌器中加入24g去离子水、2.5g的BYK-P104S、1g的DSX-3116、0.55g的BYK-066N搅拌均匀，加入3g KH-570改性ATO粉体和12g KH-570改性空心玻璃微珠，高速搅拌分散6h，调节PH为9，制得混合浆料；向混合浆料中继续加入0.2g的DSX-3116、65g硅丙乳液、1.1g乙二醇丁醚、0.25gBYK-323，高速度搅拌6h，制得含ATO 2.74%的隔热涂料。

实施例4

在搅拌器中加入18g去离子水、3g的BYK-161、0.8g的DSX-3116、0.55g的BYK-052搅拌均匀，加入4g KH-570改性ATO粉体和11g KH-570改性空心玻璃微珠，高速搅拌分散6h，调节PH为8，制得混合浆料；向混合浆料中继续加入0.4g的DSX-3116、70g硅丙乳液、1.1g乙二醇丁醚、0.2g的BYK-306等，高速度搅拌6h，制得含ATO 3.7%的隔热涂料。

将各实施例所制得的隔热涂料、硅丙乳液涂覆于空白玻璃样上，制成试样板，其涂层厚度均为4mm，与空白玻璃样进行对比。将试样板和空白玻璃固定在一个密闭的木箱中下部，样板下方的空间用木板隔离，并分别放一个感温探头。在试样板和空白玻璃板上方中部40cm处固定一只300W碘钨灯。测试时，将碘钨灯通电，记录试样板和空白玻璃板下方两密闭室内的温度随时间的变化。图2 给出了空白玻璃、硅丙乳液及实施例中制备的几种隔热涂料的隔热效果图。从图中可以看出随着照射时间的延长，各试样的温度变化趋势总体呈上升趋势，但是相对于空白玻璃而言，实施例1至实施例4所制备的隔热涂料呈现相似的升温曲线升温最慢，而且在相同照射时间内，隔热涂料组分中ATO含量越大，试样板的温度越低，表示隔热效果是不断增强的。

Claims

1.高性能隔热涂料，其特征在于，按原料总质量计算，各原料组分的质量百分含量为：

成膜剂硅丙乳液：60%～70%

改性纳米氧化锡锑粉体：2.5%～4%

改性空心玻璃微珠：10%～12.5%

有机硅分散剂：2%～3%

缔合型增稠剂：1%～1.5%

有机硅消泡剂：0.4~0.5%

成膜助剂：0.6~1%

有机硅流平剂：0.2%～0.3%

其余为去离子水。

2.根据权利要求1所述的高性能隔热涂料，其特征在于，所述成膜助剂为乙二醇丁醚；所述有机硅分散剂为BYK系列分散剂；所述缔合型增稠剂为DSX系列增稠剂；所述有机硅消泡剂为BYK系列消泡剂；所述有机硅流平剂为BYK系列流平剂。

3.根据权利要求2所述的高性能隔热涂料，其特征在于，所述BYK系列分散剂为BYK-163、BYK-P104S或BYK-161；所述BYK系列消泡剂BYK-141、BYK-052或BYK-066N；所述DSX系列增稠剂为DSX-3551、DSX-3116或DSX-3256；所述BYK系列流平剂为BYK-333、BYK-323或BYK-306。

4.根据权利根据权利要求3所述的高性能隔热涂料，其特征在于，所述BYK系列分散剂为BYK-163；所述BYK系列消泡剂为剂BYK-347；所述DSX系列增稠剂为DSX-3551；所述BYK系列流平剂为BYK-333。

5.根据权利要求4所述的高性能隔热涂料，其特征在于，所述硅丙乳液的固含量为45%～50%。

6.权利要求1所述的高性能隔热涂料的制备方法，其特征在于，步骤如下：

（1）硅烷偶联剂对纳米氧化锡锑粉体和空心玻璃微珠的改性，得到改性氧化锡锑粉体和改性空心玻璃微珠；

（3）向混合浆料中按原料配方依次加入剩余的缔合型增稠剂、成膜剂、成膜助剂、有机硅流平剂，搅拌4～6h，得到隔热涂料；所述部分缔合型增稠剂质量占原料总质量的0.7%～1%。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为KH-570、KH-560或KH-550。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）具体步骤为：将纳米氧化锡锑粉体或空心玻璃微珠加入95%乙醇中，搅拌均匀，加入占纳米氧化锡锑粉体或空心玻璃微珠质量1%～3%的硅烷偶联剂，经超声分散0.5h～1h后，再在80℃～85℃搅拌4 h～6 h，于70℃～80℃下真空干燥，即得到改性氧化锡锑或改性空心玻璃微珠；每克纳米氧化锡锑粉体或空心玻璃微珠加入4ml～6ml 95%乙醇中。