CN102558988A - 高耐候性环境友好型散热降温涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种高耐候性环境友好型散热降温涂料及其制备方法，该涂料由以下原料按重量份配制而成：丙烯酸乳液20～65份；钛白粉10～40份；滑石粉1～3.4份；二氧化硅2～5份；空心玻璃微珠6～20份；空心陶瓷微珠3～7份；分散剂0.1～0.5份；润湿剂0.05～0.32份；消泡剂0.88～1.42份；流平剂0.05～0.5份；成膜助剂0.05～0.5份；水7～15份。本发明具有高强耐候性，优良的太阳热反射比、半球发射率及隔热性能，属于环境友好型产品。该涂料在夏季时能显著降低混凝土、金属、木材以及泡沫塑料等被涂敷物的表面及内部温度，可广泛应用于建筑屋顶及外墙体、油气和化工原料储罐、粮库等领域。

Description

高耐候性环境友好型散热降温涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种涂料及其制备方法，特别是一种以水性丙烯酸乳液为成膜基料的散热降温涂料及其制备方法。

背景技术

随着全球不可再生资源的日渐枯竭，生态环境的日益恶化，建设环保节约型社会已成国际社会的共识。顺应世界潮流，我国提出了低碳节能的发展战略。在人类整个能源消耗中，建筑能耗所占比例一般在30％～40％，而建筑能耗的50%以上来自于建筑物采暖和空调降温能耗。一般来说，将温度降低一度所需能耗是将温度升高一度所需能耗的4倍。因此，解决建筑物的夏季降温问题对建筑节能具有重大的意义。

降低建筑物夏季温度的措施有很多，其中最简单最方便也可能是最经济的方法就是涂敷散热降温涂料。因此，自上世纪上七十年代起，国际上以英美日为代表的西方国家，陆续展开了散热降温涂料的研究，而我国对散热降温涂料的研究则始自上世纪九十年代。

依据降温机理和降温方式，降温涂料大体上可分为阻隔型、反射型、辐射型、热转换和相变降温五大类。经过涂料领域相关研究人员几十年的努力，目前，国外在反射型降温涂料的研究方面较为完善，且已广泛应用于建筑物的屋顶和玻璃幕墙、海上钻井平台、油罐、石油管道、汽车、火车、飞机、船壳、甲板、坦克、军舰、火箭以及宇宙飞船上。

就国内情况而言，虽然已有数十种冠以各种名称的降温涂料进入市场，但与国际先进水平相比还有着一定的差距，存在一些问题。归纳起来，其局限性表现在以下几点：一方面，大多数降温涂料只局限于上述降温机理的一种或两种，而将多种降温机理有机结合起来，充分发挥其优势互补的产品却很少；另一方面，许多散热降温涂料以有机物作溶剂，对环境有害；更重要的是，非氟碳和丙烯酸类降温涂料的耐候性不够理想，户外使用寿命只有3～5年。

发明内容

本发明提供一种高耐污耐洗刷水性丙烯酸降温涂料及其制备方法，要解决现有散热涂料降温效果差、耐候性差、施工不方便、污染环境的技术问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

这种高耐候性环境友好型散热降温涂料，由以下原料按重量份配制而成：

    丙烯酸乳液          20～65份；

    钛白粉                10～40份；

    滑石粉                 1～3.4份；

二氧化硅                  2～5份；

空心玻璃微珠           6～20份；

空心陶瓷微珠            3～7份；

    分散剂              0.1～0.5份；

    润湿剂           0.05～0.32份；

    消泡剂           0.88～1.42份；

    流平剂             0.05～0.5份；

    成膜助剂          0.05～0.5份；

水                   7～15份。

所述丙烯酸乳液为单组分水性纯丙烯酸乳液，其固含量为45～48%，粘度为1～6 Pa.s，pH值为7.5～9.5，最低成膜温度23℃。

所述钛白粉为用氯化法制得的金红石型钛白粉，二氧化钛含量不小于91%，吸油值17 g/100 g，于水悬浮液中的pH值7.5～9.5。

所述空心玻璃微珠的粒径为2～85μm，真密度为0.40 g/cm³，抗压强度为28～33 MPa；空心陶瓷微珠的粒径为0.2～400 μm，密度是0.4～0.8g/cm³。

所述分散剂为聚丙烯酸钠盐水溶液，其固含量为45%。 

所述润湿剂为烷基酚聚氧乙烯醚，其固含量为100%。

所述消泡剂为矿物油系列混合物，固含量为100%。

所述流平剂为非离子型疏水改姓聚氨酯流平剂，其固含量为30%。

所述成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯。

这种高耐候性环境友好型散热降温涂料的制备方法，制备步骤如下：

步骤一，将分散剂、润湿剂和三分之一的消泡剂加入四分之三水中高速搅拌分散10分钟；

步骤二，加入全部的丙烯酸乳液搅拌分散30钟；

步骤三，加入钛白粉、滑石粉、二氧化硅和三分之一的消泡剂，高速搅拌30分钟；

步骤四，加入空心玻璃微珠、空心陶瓷微珠、成膜助剂、流平剂和剩余的消泡剂，低速搅拌60分钟；

步骤五，加入剩余的水调节粘度，过80目筛网分装即可。

 

本发明的有益效果如下：

本发明采用水性纯丙烯酸乳液作为成膜基料，该成膜基料透明性好，折光系数较低，可提高涂层的降温性能。再者，丙烯酸树脂本身因不含吸热基团，具有极好的耐水性、抗渗性、耐候性、柔韧性和与基层的粘接强度。此外，该成膜基料为单组份常温自固化，可方便施工。

本发明配方中添加的空心玻璃微珠导热系数低，可增强涂层的耐磨擦、耐洗刷、耐碱性和耐水性。配方中添加的空心陶瓷微珠比面积小、抗压强度高、热反射率高、热传导系数和热收缩系数小、化学稳定性良好。此外，该空心陶瓷微珠还具有优良的保温隔热隔音效果、自润滑、高分散等优点。将空心陶瓷微珠与空心玻璃微珠配合作为隔热填料使用，具有极好的隔热效果，还提高了涂料的耐洗刷性。

本发明还添加多种具有反射、辐射和隔热功能的颜填料，辅以多种功能性助剂，因此对环境友好，具有高强耐候性、优良的太阳热反射比、半球发射率及隔热性能，保证了该涂料在夏季时能显著降低混凝土、金属、木材以及泡沫塑料等被涂敷物的表面及内部温度。其中颜料采用金红石型钛白粉，该颜料具有很高的折光指数，并且对可见光有强烈的反射，所以降温效果最好。不仅如此，二氧化钛还是遮盖力最强的颜料之一。此外，它还能吸收紫外线，有很好的耐候性。体质填料为滑石粉和二氧化硅。这两种填料的折光指数与本发明采用的成膜基料相近，因此在整个可见光和近红外区域是透明的，不产生反射，不干扰其它颜填料的性能，且具有很强的红外辐射性能。由于价格低廉，将两者配合使用，在降低涂料成本的同时，可增加涂层的红外辐射能力，将吸收的太阳热辐射掉。

本发明的散热降温涂料具有优良的耐玷污性、耐碱性和耐水性，对混凝土、金属、木材、玻璃等基材均有很好的附着力。此外，该散热降温涂料采用底面一体设计，涂层薄，一次喷涂即可，施工便利。

本发明的散热降温涂料融反射、辐射、隔热三种降温机理于一体，具有良好的散热降温效果，可广泛应用于建筑屋顶及外墙体、油气和化工原料储罐、粮库等领域，均可起到理想的节能降温效果。该散热降温涂料特别适用于暴露在户外且需要在夏季进行降温的场所，如混凝土或铁皮建筑屋顶和外墙体起到明显的节能降温效果。考虑到金属尤其是碳钢储罐严苛的防腐需求，若将此涂料作为面漆，与经过特殊设计的防腐底漆和隔热中间漆复配使用，可用于油气及化工原料储罐夏季的防腐降温，起到显著的节水节能效果。

本发明的性能和质量检测实验如下：

将该高耐候性环境友好型散热降温涂料涂敷于17 cm×17 cm的纤维水泥石棉板上，涂层厚度控制在200μm左右，干燥成膜后作为待测样板；将同样尺寸的空白水泥石棉板作为参比样板，用自行搭建的降温涂料降温性能在线连续检测装置测试其降温性能，其结果如图1所示。鉴于该散热降温涂料基于反射、辐射、隔热三种降温机理，其涂层表面的降温效果未必等同于样板背面的降温效果，因此对于此类降温涂料，其表面的降温效果用T₁-T₃表征，背面的降温效果则用T₂-T₄来衡量。参见说明书附图1、2，图中清楚地表明，本发明的高耐候性环境友好性降温涂料具有很好的降温性能。

附图1（A），连续升温至参比样板面向热源一侧达到80°C（接近夏季水泥和铁皮屋顶的最高温度），涂料的降温性能在70～80°C（参比样板面向热源一侧温度）达到平衡，涂层表面（面向热源一次）和背向热源一次的降温效果分别为16°C和18.1°C。

附图2（B），连续升温至参比样板面向热源一侧温度达到120°C，涂料的降温性能在110～120°C达到平衡，涂层表面（面向热源一次）和背向热源一次的降温效果分别为22.4°C和27.7°C。

为了进一步说明该高耐候性环境友好型散热降温涂料的降温性能，将此涂料和从日本进口的某商业化热转换型散热降温涂料分别涂敷于两块纤维水泥石棉板上，干燥成膜后放置于降温性能在线连续检测装置中，在同步升温过程中进行

降温性能对比，其结果参见说明书附图3。需要特别指出的是，为了排除使用方法不当带来的实验误差，所述进口热转换型降温涂料的涂敷量及工艺完全遵照其使用说明进行。

由附图3可以看出，在同步连续升温过程中，无论是涂层表面与样板背面，本发明的高耐候性环境友好型降温涂料均具有更好的散热降温效果，而且，随着温度的升高，前者的降温优势更加明显。

显然，本发明的散热降温涂料在夏季有望显著降低建筑物表面和室内温度，节约大量的制冷能耗。一个随之而来的疑问就是，在建筑物上涂上这样的涂料，在春秋两季是否会显著降低室内温度？而在寒冷的冬季又是否会因为散热而加大取暖能耗？

为了回答上述质疑，我们设计了如下的实验方案，以检验降温涂料在室温以

下的散热降温效果。该实验方案如下：将空白参比和涂敷有该散热降温涂料的样板从10°C同步缓慢加热到20°C，观察涂层表面和样板背面相对于参比样板的温度变化，其结果参见说明书附图4所示。

附图4表明，在10°C～20°C的缓慢升温过程中，面向热源的涂层表面温度变化与空白参比样板面向热源一面的温度变化几乎重合，涂层样板背向热源一侧的温度变化只是略低于参比样板背向光源一侧的温度变化。考虑到测试设备本身的系统误差为±1°C，因此，在实验误差允许的范围内，可以认为本发明的散热降温涂料在春秋冬季不会降低被涂敷物体的温度，更不会加大冬季的取暖能耗。

鉴于该散热降温涂料主要用于建筑屋顶和外墙体的夏季降温，现将实测的该涂料及涂层的质量和性能指标与中华人民共和国建材行业标准JC／T 1040―2007和中华人民共和国建筑工业行业标准JC／T 235―2008和中华人民共和国国家标准GB/T25261-2010所要求的此类涂料的相关指标对比如表1。

表1 高耐候性环境友好型散热降温涂料及涂层的质量和性能指标

由表1可以看出，本发明的散热降温涂料质量合格，涂层具有很好的太阳热反射和中红外发射能力，辅之以高质量空心玻璃微珠良好的隔热性，三种降温机理的协同作用，使得涂层具有很好的散热降温效果。由表1也可以看出本发明的散热降温涂料还具有很好的耐碱性、耐水性、耐玷污性和耐洗刷性。尤为重要的是，该散热降温涂料具有极好的耐老化性能，其户外使用耐久性优异。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是高耐候性环境友好型散热降温涂料降温效果在线连续测试图（A）。

图2是高耐候性环境友好型散热降温涂料降温效果在线连续测试图（B）。

图3是连续升温过程中，本发明的散热降温涂料与日本进口的某热转换型降温涂料的降温性能对比图。

图4是室温以下缓慢连续升温过程中，本发明的散热降温涂料和空白参比样板温度随时间的变化曲线图。

附图标记：

图1、图2中：T₁－参比样板面向热源一侧的温度；T₂－参比样板背向热源一侧的温度；T₃－涂层样板涂层表面（面向热源一侧）的温度；T₄－涂层样板背向热源一侧的温度。

图3中：TS₁―某进口热转换型降温涂料涂层表面（面向热源一侧）的温度；TS₂―某进口热转换涂料涂层样板背向热源一侧的温度；TS₃―本发明的散热降温涂料涂层表面（面向热源一侧）温度；TS₄―本发明的散热降温涂料样板背向热源一侧的温度；TS₁-TS₃―本发明的散热降温涂料涂层表面相对于某进口热转换涂料涂层表面降温温差；TS₂-TS₄―本发明的散热降温涂料涂层样板背面向热源一侧相对于某进口热转换涂料涂层样板背向热源一侧的降温温差。

图4中：T₁－参比样板面向热源一侧的温度；T₂－参比样板背向热源一侧的温度；T₃－涂层样板涂层表面（面向热源一侧）的温度；T₄－涂层样板背向热源一侧的温度；T₁-T₃―本发明的散热降温涂料涂层表面相对于参比样板面向热源一侧的降温温差；T₂-T₄―本发明的散热降温涂料涂层样板背向热源一侧相对于参比样板背向热源一侧的降温温差。

具体实施方式

实施例一，这种高耐候性环境友好型散热降温涂料，由以下原料按重量份配制而成：

    丙烯酸乳液          20份；

    钛白粉              10份；

    滑石粉               1份；

二氧化硅             2份；

空心玻璃微珠         6份；

空心陶瓷微珠         3份；

分散剂             0.1份；

润湿剂            0.05份；

消泡剂            0.88份；

流平剂            0.05份；

成膜助剂          0.05份；

水                   7份。

实施例二，这种高耐候性环境友好型散热降温涂料，由以下原料按重量份配制而成：

    丙烯酸乳液           65份；

    钛白粉               40份；

    滑石粉              3.4份；

二氧化硅              5份；

空心玻璃微珠         20份；

空心陶瓷微珠          7份；

    分散剂               0.5份；

    润湿剂              0.32份；

    消泡剂              1.42份；

    流平剂               0.5份；

    成膜助剂             0.5份；

水                   15份。

实施例三，这种高耐候性环境友好型散热降温涂料，由以下原料按重量份配制而成：

    丙烯酸乳液              30份；

    钛白粉                  15份；

    滑石粉                 1.5份；

二氧化硅               2.8份；

空心玻璃微珠           12份；

空心陶瓷微珠            4份；

    分散剂                0.15份；

    润湿剂                0.08份；

    消泡剂                1.02份；

    流平剂                0.10份；

    成膜助剂              0.10份；

水                      9份。

实施例四，这种高耐候性环境友好型散热降温涂料，由以下原料按重量份配制而成：

    丙烯酸乳液            40份；

    钛白粉                20份；

    滑石粉                2.2份；

二氧化硅               3份；

空心玻璃微珠          15份；

空心陶瓷微珠         5.5份；

    分散剂               0.3份；

    润湿剂              0.20份；

    消泡剂              1.24份；

    流平剂              0.30份；

    成膜助剂            0.30份；

水                    12份。

实施例五，这种高耐候性环境友好型散热降温涂料，由以下原料按重量份配制而成：

    丙烯酸乳液             55份；

    钛白粉                 30份；

    滑石粉                 2.8份；

二氧化硅                4份；

空心玻璃微珠           18份；

空心陶瓷微珠          6.5份；

    分散剂                0.4份；

    润湿剂               0.28份；

    消泡剂               1.32份；

    流平剂               0.40份；

    成膜助剂             0.40份；

水                     14份。

上述实施例一至五中，所述丙烯酸乳液为单组分水性纯丙烯酸乳液，其固含量为45～48%，粘度为1～6 Pa.s，pH值为7.5～9.5，最低成膜温度23℃。

所述钛白粉为用氯化法制得的金红石型钛白粉，二氧化钛含量不小于91%，吸油值17 g/100 g，于水悬浮液中的pH值7.5～9.5。

所述空心玻璃微珠的粒径为2～85μm，真密度为0.40 g/cm³，抗压强度为28～33 MPa。

所述空心陶瓷微珠的粒径为0.2～400 μm，密度是0.4～0.8g/cm³。

所述分散剂为聚丙烯酸钠盐水溶液，其固含量为45%。 

所述润湿剂为烷基酚聚氧乙烯醚，其固含量为100%。

所述消泡剂为矿物油系列混合物，固含量为100%。

所述流平剂为非离子型疏水改姓聚氨酯流平剂，其固含量为30%。

所述成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯。

这种高耐候性环境友好型散热降温涂料的制备方法，制备步骤如下：

步骤一，将分散剂、润湿剂和三分之一的消泡剂加入四分之三水中高速搅拌分散10分钟；

步骤二，加入全部的丙烯酸乳液搅拌分散30钟；

步骤三，加入钛白粉、滑石粉、二氧化硅和三分之一的消泡剂，高速搅拌30分钟；

步骤四，加入空心玻璃微珠、空心陶瓷微珠、成膜助剂、流平剂和剩余的消泡剂，低速搅拌60分钟；

步骤五，加入剩余的水调节粘度，过80目筛网分装即可。

Claims (10)

1.一种高耐候性环境友好型散热降温涂料，其特征在于：由以下原料按重量份配制而成：

    丙烯酸乳液          20～65份；

    钛白粉              10～40份；

    滑石粉               1～3.4份；

二氧化硅              2～5份；

空心玻璃微珠         6～20份；

空心陶瓷微珠          3～7份；

    分散剂             0.1～0.5份；

    润湿剂           0.05～0.32份；

    消泡剂           0.88～1.42份；

    流平剂            0.05～0.5份；

    成膜助剂          0.05～0.5份；

水                   7～15份。

2.根据权利要求1所述的高耐候性环境友好型散热降温涂料，其特征在于：所述丙烯酸乳液为单组分水性纯丙烯酸乳液，其固含量为45～48%，粘度为1～6 Pa.s，pH值为7.5～9.5，最低成膜温度23℃。

3.根据权利要求1所述的高耐候性环境友好型散热降温涂料，其特征在于：所述钛白粉为用氯化法制得的金红石型钛白粉，二氧化钛含量不小于91%，吸油值17 g/100 g，于水悬浮液中的pH值7.5～9.5。

4.根据权利要求1所述的高耐候性环境友好型散热降温涂料，其特征在于：所述空心玻璃微珠的粒径为2～85μm，真密度为0.40 g/cm³，抗压强度为28～33 MPa；空心陶瓷微珠的粒径为0.2～400 μm，密度是0.4～0.8g/cm³。

5.根据权利要求1所述的高耐候性环境友好型散热降温涂料，其特征在于：所述分散剂为聚丙烯酸钠盐水溶液，其固含量为45%。

6.根据权利要求1所述的高耐候性环境友好型散热降温涂料，其特征在于：

所述润湿剂为烷基酚聚氧乙烯醚，其固含量为100%。

7.根据权利要求1所述的高耐候性环境友好型散热降温涂料，其特征在于：所述消泡剂为矿物油系列混合物，固含量为100%。

8.根据权利要求1所述的高耐候性环境友好型散热降温涂料，其特征在于：所述流平剂为非离子型疏水改姓聚氨酯流平剂，其固含量为30%。

9.根据权利要求1所述的高耐候性环境友好型散热降温涂料，其特征在于所述成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯。

10.一种如权利要求1~9任意一项所述高耐候性环境友好型散热降温涂料的制备方法，其特征在于制备步骤如下：

步骤一，将分散剂、润湿剂和三分之一的消泡剂加入四分之三水中高速搅拌分散10分钟；

步骤二，加入全部的丙烯酸乳液搅拌分散30钟；

步骤三，加入钛白粉、滑石粉、二氧化硅和三分之一的消泡剂，高速搅拌30分钟；

步骤四，加入空心玻璃微珠、空心陶瓷微珠、成膜助剂、流平剂和剩余的消泡剂，低速搅拌60分钟；

步骤五，加入剩余的水调节粘度，过80目筛网分装即可。

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