CN102352164A - 一种新型隔热保温建筑涂料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型隔热保温建筑涂料，属涂料技术领域。它以聚丙烯酸脂类或聚甲基丙烯酸酯类为基质，以中空玻璃微珠并配以三氧化二铁细粉为功能填料，利用类乳液技术在引发剂的作用下制备而成，利用中空玻璃微珠对太阳和紫外线的反射功能以及其中空稀薄气体较低的导热性能并同时利用三氧化二铁具有的反型尖晶石结构对热发射率高的特点，实现其隔热保温作用。产品外观可为红黄、浅红、桔红、深红等不同程度的红色，优点是，与其它丙烯酸酯类外墙涂料相比密度低、粘度低、流变性质好、收缩率低，具有良好的隔热保温性能。

Description

一种新型隔热保温建筑涂料

技术领域

本发明涉及一种建筑涂料，具体涉及一种新型隔热保温建筑涂料的配方及制备方法。

背景技术

传统的外墙或内墙建筑涂料主要强调防腐、防污、耐老化、自洁性好，但是在保温性能方面关注不够。随着低碳生活、绿色生活逐渐被人们认识或接受，少开空调或不开空调，节省电能对于我们这样一个缺电比较严重的发展中国家显得十分重要。所以隔热保温型建筑涂料是实现这一理想比较好的途径。只要在建筑物的外墙或屋顶涂上一层薄薄隔热保温型涂料，就能使室内温度保持冬暖夏凉的效果，就可以实现少开空调或不开空调。

涂刷在被施工表面能起到隔热保温作用的涂料叫隔热保温涂料，按使用场合不同分为透明隔热保温涂料和非透明隔热保温涂料；按照隔热保温机理，可将隔热保温涂料分为阻隔性隔热保温涂料、反射隔热涂料及辐射隔热保温涂料3类。其中阻隔性隔热保温涂料是通过低导热系数和高热阻来实现隔热保温的一种涂料。

应用最广泛的阻隔性隔热保温涂料是复合硅酸盐隔热保温涂料。这类涂料是20世纪80年代末发展起来的，有不同的产品名称，如复合硅酸镁铝隔热涂料、稀土保温涂料、涂覆型复合硅酸盐隔热涂料等。它是由无机和(或)有机粘结剂、隔热骨料(如海泡石、蛭石、珍珠岩粉等)和引气剂等制成的保温涂料。该类涂料的性能要求可参见份B/T17371-1998《硅酸盐复合绝热涂料》。复合硅酸盐隔热保温涂料虽然导热系数较低，成本也低，但干燥周期长，抗冲击能力弱，干燥收缩大，吸湿率大，粘结强度低、装饰效果较差等。这类涂料目前主要用于铸造模具、油罐和管道等的隔热。

反射隔热涂料是在铝基反射隔热涂料的基础上发展而来，通过选择合适的原料和配方等，制得高反射率涂层，反射太阳光来达到隔热目的。薄层隔热反射涂料是这类涂料的代表。它由基料、热反射颜、填料和助剂等组成。这种薄层隔热反射涂料的热反射率高，一般在80％以上，隔热作用明显。但如上所述，颜色对热反射率有很大影响。另外，尽管薄层隔热反射涂料导热系数不高，自身热阻较大，但因涂膜厚度比较薄，总热阻有限，保温效果不大。

纳米隔热保温涂料是以合成树脂乳液为基料，引进反射率高、热阻大的纳米级反射隔热材料，如中空陶瓷粉末、氧化钇等而制成的隔热保温涂料，具有较好的发展前景。纳米隔热保温涂料是建立在低密度和超级细孔(小于50nm)结构基础上，其导热系数低而反射率高。真空状态使分子传导传热和对流传热完全消失。因此采用真空填料以制备性能优良的保温涂料成为当前研究的热点之一。美国将采用太空科技的ASTEC陶瓷绝热涂料用于建筑中，施以薄层即可达到隔热保温效果。

中空玻璃微珠是一种高性能、高品质的完全不同于玻璃棉、泡沫塑料等新型隔热保温材料，原是美国NASA为太空航天器研制的一种能有效抑制太阳和红外线辐射热而开发的防护物质，近来将这种具有高反射率、高辐射率、低导热率和低蓄热率的优良热工性能的涂料逐渐应用于其它工业、建筑领域。玻璃微珠的优点是色相好，外观如轻质碳酸钙，可与任何颜色相配；比重轻体积大，可以大大减少基料的用量，与基料的混合工艺简单，在贮存、运输、使用过程中不会产生迁移和抽出的问题；流动性好，产品尺寸稳定，具有荷叶效应；由于玻璃微珠内充有稀薄的气体，本身又具有反射功能，所以具有隔音、隔热的性能，目前普遍作为保温材料的填料。

中国专利CN101712835发明一种中空玻璃微珠热反射涂料，由面层涂料和底层涂料组成，采用合成的纳米复合功能材料对阳光具有强烈的反射效果，反射率可达到0.9以上，赋予涂膜优异的反射隔热功能，选用的特种高分子材料及真空玻璃微珠能有效阻隔热量的透过。中国专利CN101555377发明一种保温隔热涂料，也采用中空玻璃微珠实现保温、隔热、防辐射、防脱落、防水、防火、防龟裂、防冻、耐洗刷、耐沾污的效果。

到目前为止，尚未发现采用三氧化二铁细粉作为保温隔热助剂用于制备新型保温隔热涂料的公开文献。

发明内容

本发明利用类乳液技术，利用中空玻璃微珠对太阳和紫外线具有反射功能，中空稀薄气体具有较低的导热性能起到隔热保温的作用，同时利用三氧化二铁这种具有反型尖晶石结构的物质对热发射率高的特点，制备了高性能新型隔热保温型建筑涂料。夏天降低受辐射表面温度，冬天则可有效地抑制高温物体的热辐射和热量的散失，保持室内热量不散失，降低能量消耗，起到良好的节能效果。

本发明是以如下技术方案实现的：一种新型隔热保温建筑涂料，其特征是以聚丙烯酸脂类或聚甲基丙烯酸酯类为基质，以中空玻璃微珠并配以三氧化二铁细粉为功能填料，利用类乳液技术在引发剂的作用下制备的一种新型的隔热保温型建筑涂料，原材料组成及其质量份如下：

去离子水440～490份、溴化醋酸苄酯1.32～1.40份、辛基异噻唑啉酮1.32～1.40份、三甲基戊二醇单异丁酸酯9.30～9.80份、2.5％羟乙酸纤维素93～98份、聚乙烯醇33～35份、六偏磷酸钠1.8～2.1份、磷酸三丁酯1.32～1.40份、OP-100.17～0.18份、沉淀硫酸钡4.95～5.25份、乳液97～103份、二甲基乙醇胺1.32～1.40份、丙二醇25.5～27.0份、中空玻璃微珠7.5～10份；

所述的乳液的材料组成及其质量份为：去离子水970～1030份、阴离子表面活性剂K₁₂8.75～9.30份、非离子表面活性剂OP-108.20～8.8份、三氧化二铁细粉48.5～51.5份、甲基丙烯酸甲酯470～490份、甲基丙烯酸丁酯380～390份、丙烯酸丁酯130～100份、甲基丙烯酸20份、过硫酸钾4.40～5.00份、次亚硫酸钠0.40-0.50份、磷酸三丁酯5～7份。

所述的三氧化二铁细粉为H型高纯度超细氧化铁红。

所述的中空玻璃微珠为为中空密封球体，其粒度为10～75μm。

一种新型隔热保温建筑涂料的制备方法，其特征是：具体制备步骤如下：

(1)三氧化二铁细粉的预处理

用200#溶剂汽油与硅烷偶联剂KH550按体积比1∶1比例稀释，将待处理的48.5～51.5份三氧化二铁细粉用稀释后的偶联剂浸泡，15～20分钟后倾滤、淋干待用；

(2)乳液制备

先在带搅拌的反应釜或敞口容器中，加入甲基丙烯酸甲酯470～490份、甲基丙烯酸丁酯380～390份、丙烯酸丁酯130～100份、甲基丙烯酸20份、去离子水225～235份、阴离子表面活性剂K₁₂8.2～8.6份、非离子表面活性剂OP-102.7～2.9份，室温下搅拌均匀，制备成稳定的单体预乳化液放出、备用；

在反应釜中投入620～630份去离子水、0.55～0.570份阴离子表面活性剂K₁₂、5.50～5.70份非离子表面活性剂OP-10，搅拌均匀后用碳酸氢钠溶液调节其PH值在7～8之间；接着边搅拌边加入上述预处理过的三氧化二铁细粉48.5～51.5份；然后加热升温至80℃左右，加入40％的由4.00～4.50份过硫酸钾溶解于130份去离子水中制得的引发剂溶液；5分钟后，加入上述单体乳化液的5％，开始升温引发；待放热反应逐渐平稳后，开始同时加入上述剩余的单体乳化液及引发剂，滴加速度以保持反应温度在82℃～84℃，大约2.5～3.0小时滴加完毕；保温2小时后，降温到60℃，缓慢滴加由0.45-0.50份过硫酸钾溶于4份去离子水形成的氧化型引发剂溶液，反应15分钟后，再加入0.40-0.50份次亚硫酸钠溶于4份去离子水形成的还原型引发剂溶液，反应15分钟；然后冷却至30℃左右，加入消泡剂磷酸三丁酯，并用氨水调节PH值在7～8之间，即制得乳液，过筛、出料备用；

(3)聚乙烯醇预处理

将33-35份聚乙烯醇用280-310份水浸泡4～24h后，在搅拌下加热至80℃到完全溶解，过筛后待用；

(4)涂料制备

首先将剩余的去离子水162-172份加入反应器中，在低速搅拌下分别加入溴化醋酸苄酯1.32-1.40份、辛基异噻唑啉酮1.32-1.40份、三甲基戊二醇单异丁酸酯9.30-9.80份、2.5％羟乙酸纤维素93-98份、聚乙烯醇预处理溶液、六偏磷酸钠1.80-2.10份、磷酸三丁酯1.32-1.40份、OP-100.17-0.18份、沉淀硫酸钡4.95-5.25份，并在低速搅拌下加入乳液97-103份，然后依次加入二甲基乙醇胺1.32-1.40份、丙二醇25.5-27.0份，并分批缓慢加入中空玻璃微珠7.5～10份，经充分搅拌并用氨水调节PH值在7～8，即制得本涂料。

虽然三氧化二铁粉不溶于水，但具有亲水性，所以本发明用硅烷偶联剂对其进行预处理，封闭三氧化二铁细粉表面存在的亲水性的羟基。该混合物粉经处理后其表面形成疏水基团，使其易与单体丙烯酸脂或甲基丙烯酸酯类成膜物质发生聚合反应。三氧化二铁粉预处理过程多数采用浸渍法。

制备类乳液时，所选用阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂，制备水包油型的类乳液，其HLB与丙烯酸乳液体系所要求的HLB相适应，其浓度接近于CMC；表面活性剂不同，其CMC不同，由于难以确定，所以表面活性剂的用量一般按1％(w)浓度计算。优先选用纯丙类单体，包括硬单体和软单体的混合单体作为成膜物质；

在制备隔热保温涂料时，要在低速搅拌下向乳液中加入超细中空玻璃微珠，转速最好在50r/min以下，搅拌器最好是由圆钢焊接而成山字形的，添加过程中防止中空玻璃微珠飞扬。

三氧化二铁细粉用量占有机成膜物质的5％～6％(w)为宜，中空玻璃微珠用量占有机成膜物质的15％～20％(w)为宜。

聚乙烯醇用去离子水浸泡的时间可以根据工艺条件调整，如温水浸泡时可适当缩短时间如4小时，而在室温下浸泡则可适当延长至12～24小时。

本发明的有益效果是：本发明利用中空玻璃微珠对太阳和紫外线具有反射功能，中空稀薄气体具有较低的导热性能起到隔热保温的作用，同时利用三氧化二铁这种具有反型尖晶石结构的物质对热发射率高的特点，增强了玻璃微珠对热的反射功能，所以对热和紫外线的反射功能比单一使用某一物质的效果更好。本产品外观可为红黄、浅红、桔红、深红等不同程度的红色，与其它丙烯酸酯类外墙涂料相比密度低、粘度低、流变性质好、收缩率低、特别是隔热保温性能好。夏天，在露天阳光下可使受辐射表面温度下降25％～30％，温度最大降幅可达20℃以上；冬天，可有效地抑制高温物体的热辐射和热量的散失，有效地保持室内热量50％～70％不散失，降低能量消耗，作为建筑涂料真正使居室达到冬暖夏凉的功效。

具体实施方式

下面结合实施例进一步阐明本发明的方案及效果。

实施例1

(一)预制乳液所选用的原材料及其规格、用量如下：

项目    材料名称        用量    规格

(1)类乳液：

(2)单体预乳化液：

(3)引发剂：

去离子水    130份    自备

过硫酸钾    4份      化学纯

(4)氧化-还原引发剂：

去离子水    8份      自备

过硫酸钾    0.45份   化学纯

次亚硫酸钠  0.45份   化学纯

(5)其它组分：

去离子水    10份     自备

磷酸三丁酯  6份      工业品

(二)乳液制备工艺如下：

(1)三氧化二铁细粉预处理

用200#溶剂气油与硅烷偶联剂KH550按1∶1(v)比例配成稀释液，将50份三氧化二铁细粉用稀释后的偶联剂浸泡，稀释液配制量足够浸泡全部三氧化二铁细粉为宜，约15-20分钟后倾滤，淋干待用。

(2)甲基丙烯酸酯类乳液的制备

采用单体预乳化液的热引发聚合和后期的氧化还原深度聚合工艺，其具体步骤依次如下：

a按单体预乳化液配方，将乳化剂溶解于水中，在不断搅拌下加入混合单体，制备稳定的单体预乳化液，含固量50％左右。

b按引发剂的配方，将过4份硫酸钾溶解于130份去离子水中得引发剂溶液。

c按氧化-还原引发剂配方，将8份的去离子水一分为二，分别将0.45份过硫酸钾和0.45份次亚硫酸钠溶于两份水中制得氧化型引发剂和还原型引发剂溶液。

d将类乳液投入反应釜中，搅拌下加入经偶联剂处理过的三氧化二铁细粉，加热升温到80℃左右，加入40％的过硫酸钾引发剂溶液，约5分钟后，加入5％单体乳化液，开始升温引发。

e待放热反应逐渐平稳后，开始同时加入剩余的单体乳化液和引发剂，滴加速度以保持反应温度在82℃～84℃，大约2.5～3.0小时滴加完毕。

f保温2小时后，降温到60℃，缓慢滴加氧化还原引发剂中的过硫酸钾溶液，反应15分钟，再加入次亚硫酸钠溶液，反应15分钟。

份冷却至30℃左右，加入消泡剂磷酸三丁酯，并用氨水调节PH值＝7～8。

h过筛，出料待用，即得备用乳液。

实施例2：

隔热保温外墙建筑涂料制备，所选用的原材料及其规格、用量和制备方法如下：

(一)原材料及其规格、用量

(1)去离子水(介质)，473份，自备；

(2)溴化醋酸苄酯(防腐剂)，1.36份，工业品；

(3)辛基异噻唑啉酮(防霉剂)1.36份，工业品；

(4)三甲基戊二醇单异丁酸酯(成膜助剂)，9.52份，工业品；

(5)2.5％羟乙酸纤维素(保护胶体)，95.2份，自备；

(6)聚乙烯醇(胶体保护剂)，34份，自备；

(7)六偏磷酸钠(分散剂)，2.04份，工业品；

(8)磷酸三丁酯(消泡剂)，1.36份，工业品；

(9)OP-10(润湿剂)，0.17份，工业品；

(10)沉淀硫酸钡(体质颜料)，5.1份，化学纯；

(11)乳液    100份，自备；

(12)二甲基乙醇胺(助溶剂)，1.36份，化学纯；

(13)丙二醇(抗冻剂)，26.2份，化学纯；

(14)中空玻璃微珠(型号D-2018)，7.5份工业品；

(15)氨水 适量 化学纯

(二)乳液的制备

配方中乳液的配方及制备工艺参照实施例1制备，使用时称取100份。

(三)聚乙烯醇预处理

将34份聚乙烯醇用配方中的去离子水306份浸泡12小时后，在搅拌下加热至80℃到完全溶解(约4～6小时)，过筛后待用。

(四)隔热保温外墙建筑涂料的制备

将剩余的去离子水加入反应器中，并在低速搅拌下分别加入溴化醋酸苄酯、辛基异噻唑啉酮、三甲基戊二醇单异丁酸酯、2.5％羟乙酸纤维素、聚乙烯醇备用溶液、六偏磷酸钠、磷酸三丁酯、OP-10、沉淀硫酸钡，在低速搅拌下，加入预制的乳液，然后依次加入二甲基乙醇胺、丙二醇，并分批缓慢加入中空玻璃微珠，以防中空玻璃微珠飞扬。经充分搅拌并用氨水调节PH值在7～8，即得本发明涂料。

本发明涂料外观可为红黄、浅红、桔红、深红等不同程度的红色，与其它丙烯酸酯类外墙涂料相比密度低、粘度低、流变性质好、收缩率低、特别是隔热保温性能好。夏天，在露天阳光下可使受辐射表面温度下降25％～30％，温度最大降幅可达20℃以上；冬天，可有效地抑制高温物体的热辐射和热量的散失，有效地保持室内热量50％～70％不散失，降低能量消耗，作为建筑涂料真正使居室达到冬暖夏凉的功效。

Claims (4)

1.一种新型隔热保温建筑涂料，其特征是以聚丙烯酸脂类或聚甲基丙烯酸酯类为基质，以中空玻璃微珠并配以三氧化二铁细粉为功能填料，利用类乳液技术在引发剂的作用下制备的一种新型的隔热保温型建筑涂料，原材料组成及其质量份如下：

去离子水440～490份、溴化醋酸苄酯1.32～1.40份、辛基异噻唑啉酮1.32～1.40份、三甲基戊二醇单异丁酸酯9.30～9.80份、2.5％羟乙酸纤维素93～98份、聚乙烯醇33～35份、六偏磷酸钠1.8～2.1份、磷酸三丁酯1.32～1.40份、OP-100.17～0.18份、沉淀硫酸钡4.95～5.25份、乳液97～103份、二甲基乙醇胺1.32～1.40份、丙二醇25.5～27.0份、中空玻璃微珠7.5～10份；

所述的乳液的材料组成及其质量份为：去离子水970～1030份、阴离子表面活性剂K₁₂8.75～9.30份、非离子表面活性剂OP-108.20～8.8份、三氧化二铁细粉48.5～51.5份、甲基丙烯酸甲酯470～490份、甲基丙烯酸丁酯380～390份、丙烯酸丁酯130～100份、甲基丙烯酸20份、过硫酸钾4.40～5.00份、次亚硫酸钠0.40-0.50份、磷酸三丁酯5～7份。

2.根据权利要求1所述的一种新型隔热保温建筑涂料，其特征是所述的三氧化二铁细粉为H型高纯度超细氧化铁红。

3.根据权利要求1所述的一种新型隔热保温建筑涂料，其特征是所述的中空玻璃微珠为为中空密封球体，其粒度为10～75μm。

4.根据权利要求1所述的一种新型隔热保温建筑涂料的制备方法，其特征是：具体制备步骤如下：

(1)三氧化二铁细粉的预处理

用200#溶剂汽油与硅烷偶联剂KH550按体积比1∶1比例稀释，将待处理的48.5～51.5份三氧化二铁细粉用稀释后的偶联剂浸泡，15～20分钟后倾滤、淋干待用；

(2)乳液制备

先在带搅拌的反应釜或敞口容器中，加入甲基丙烯酸甲酯470～490份、甲基丙烯酸丁酯380～390份、丙烯酸丁酯130～100份、甲基丙烯酸20份、去离子水225～235份、阴离子表面活性剂K₁₂8.2～8.6份、非离子表面活性剂OP-102.7～2.9份，室温下搅拌均匀，制备成稳定的单体预乳化液放出、备用；

在反应釜中投入620～630份去离子水、0.55～0.570份阴离子表面活性剂K₁₂、5.50～5.70份非离子表面活性剂OP-10，搅拌均匀后用碳酸氢钠溶液调节其PH值在7～8之间；接着边搅拌边加入上述预处理过的三氧化二铁细粉48.5～51.5份；然后加热升温至80℃左右，加入40％的由4.00～4.50份过硫酸钾溶解于130份去离子水中制得的引发剂溶液；5分钟后，加入上述单体乳化液的5％，开始升温引发；待放热反应逐渐平稳后，开始同时加入上述剩余的单体乳化液及引发剂，滴加速度以保持反应温度在82℃～84℃，大约2.5～3.0小时滴加完毕；保温2小时后，降温到60℃，缓慢滴加由0.45-0.50份过硫酸钾溶于4份去离子水形成的氧化型引发剂溶液，反应15分钟后，再加入0.40-0.50份次亚硫酸钠溶于4份去离子水形成的还原型引发剂溶液，反应15分钟；然后冷却至30℃左右，加入消泡剂磷酸三丁酯，并用氨水调节PH值在7～8之间，即制得乳液，过筛、出料备用；

(3)聚乙烯醇预处理

将33-35份聚乙烯醇用280-310份水浸泡4～24h后，在搅拌下加热至80℃到完全溶解，过筛后待用；

(4)涂料制备

首先将剩余的去离子水162-172份加入反应器中，在低速搅拌下分别加入溴化醋酸苄酯1.32-1.40份、辛基异噻唑啉酮1.32-1.40份、三甲基戊二醇单异丁酸酯9.30-9.80份、2.5％羟乙酸纤维素93-98份、聚乙烯醇预处理溶液、六偏磷酸钠1.80-2.10份、磷酸三丁酯1.32-1.40份、OP-100.17-0.18份、沉淀硫酸钡4.95-5.25份，并在低速搅拌下加入乳液97-103份，然后依次加入二甲基乙醇胺1.32-1.40份、丙二醇25.5-27.0份，并分批缓慢加入中空玻璃微珠7.5～10份，经充分搅拌并用氨水调节PH值在7～8，即制得本涂料。