CN102585642A - 高耐污耐洗刷水性丙烯酸降温涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种高耐污耐洗刷水性丙烯酸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；玻璃微珠6～20份；纳米红外陶瓷粉1～5份；相变材料1～9份；颜料10～40份；填料8～20份；助剂0.1～2份；水15～30份。本发明集反射、辐射、隔热和相变降温四种散热机理于一体，具有良好的耐玷污、耐洗刷、耐碱性、耐水性和施工性能，可直接用于建筑屋顶及外墙体的夏季降温，起到节能减排的作用。该涂料若作为面漆，与防腐底漆配合使用，可用于成品油、液化气、天然气、化工原料及粮油储罐的防腐降温，起到环保、节水、节约能源的效果。

Description

高耐污耐洗刷水性丙烯酸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

在炎热的夏季，阳光辐照会引起建筑物及设备温度升高，从舒适和安全角度来讲，需要对其进行降温。采用喷淋装置、空调、冷气机和电风扇等传统制冷措施对建筑物和设备进行降温会带来巨大的能源损耗，据统计，在许多发达国家中，单是建筑物夏季的制冷能耗就占其全年总能耗的20%以上。

为适应建筑业、石油工业、运输业、兵器工业等的迅速发展，更重要的是为了节约能源，自上世纪七十年代起，发达国家军工和民用领域的研究工作者对散热降温涂料进行了广泛的研究，而我国对降温涂料的研究则始自上世纪九十年代。

经过几十年的发展，国际范围内，虽说已有反射型、辐射型、阻隔型和热转换型散热降温涂料问世，但只是在反射型降温涂料的研究方面较为完善，并且已广泛应用于建筑物屋顶和玻璃幕墙、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。

即便如此，反射型散热降温涂料目前在稳定性、降温效果、耐候性、耐洗刷性和耐玷污性等方面仍存在着不足。此外，目前市场上存在的多数散热降温涂料降温机理单一，只局限于反射、辐射、隔热或热转换中的一种加工而成，无法将这些降温机理有机结合起来，发挥互补优势。此外，现有散热降温涂料为实现降温效果，多数设计为多层结构，不利于施工。更不容忽视的是，许多此类产品仍然采用有机物作溶剂，如二甲苯，造成了严重的环境污染。

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、力学性能不佳、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：

这种高耐污耐洗刷水性丙烯酸降温涂料，由以下原料按重量份配制而成：

丙烯酸乳液            20～65份；

玻璃微珠               6～20份；

纳米红外陶瓷粉          1～5份；

相变材料                   1～9份；

颜料                      10～40份；

填料                       8～20份；

助剂                      0.1～2份；

水                        15～30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°C。

所述玻璃微珠是内部真空的空心玻璃微珠，其粒径为2～85μm，真密度为0.40 g/cm³，抗压强度为28～33 MPa。

所述相变材料为三聚氰胺完全封端型树脂胶囊，其相变温度在18℃~60℃范围内，相变潜热值在90 ~160 J/g之间，粒径在74 μm以下。

所述颜料为钛白粉、炭黑和耐晒黄中的其中一种或一种以上的混合物。

所述钛白粉为金红石型钛白粉，其二氧化钛含量不小于91%，吸油值为17 g/100 g，于水悬浮液中的pH值为7.5～9.5。

所述填料为二氧化硅、滑石粉和硅灰石粉中的一种或一种以上的混合物。

所述填料为二氧化硅、滑石粉和硅灰石粉三者的组合物，二氧化硅、滑石粉和硅灰石粉在降温涂料中所占重量份分别为1～3份、2～6份和5～11份。

所述助剂为润湿剂、分散剂、消泡剂、增稠剂、防闪锈剂、流平剂和成膜助剂中的其中一种或一种以上的混合物。

这种高耐污耐洗刷水性丙烯酸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在三分之一的水中搅拌分散30分钟；

步骤二，加入全部的丙烯酸乳液搅拌分散均匀；

步骤三，加入颜料、填料和三分之一的消泡剂，再加入事先已在三分之一的水中分散好的纳米红外陶瓷粉浆料，继续高速搅拌30分钟；

步骤四，加入成膜助剂、流平剂和剩余的消泡剂，高速搅拌30分钟；

步骤五，加入相变材料和玻璃微珠，低速搅拌30分钟；

步骤六，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，具有抗老化性能好、户外使用寿命长、无毒环保的优点。

本发明采用空心玻璃微珠作为隔热填料，不仅能够降低涂层的导热系数，阻隔热量向涂层内部传递，还可以提高涂层的耐磨擦、耐洗刷、耐碱性和耐水性。

本发明采用纳米级红外陶瓷粉作为红外发射材料，该陶瓷粉在8000～13500 nm范围内具有很好的红外发射性能，有助于被涂敷物体将吸收的热量以红外辐射的形式经“大气窗口”散发到外层空间，进一步增强涂料的散热降温效果。

本发明还特别添加有相变材料，相变材料为三聚氰胺完全封端型树脂胶囊，当涂层温度高于其相变温度时，胶囊内的有机物可从固态融化转化成液态，从而吸收消散掉一部分能量，起到进一步降温的目的；当涂层温度低于其相变温度时，胶囊内的有机物则从液态融化成固态，放出部分能量，起到提高涂层温度的作用。

配方中的颜料采用钛白粉，优选为金红石型钛白粉，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。

配方中的填料可采用二氧化硅、滑石粉和硅灰石粉三种。这三种填料的折光指数分别为1.54，1.59和1.63，与成膜基料的折光指数（1.45～1.5）相近。因此，它们在整个可见光和近红外区域是透明的，不产生反射，并且不干扰其它颜填料的性能。这三种填料对800～13500                                                

波段的光吸收率较大，因此具有很好的辐射性能。其中，硅灰石粉具有一定的屏蔽紫外线功能，对于提高涂料的耐候性有一定的作用，将其与纳米红外陶瓷粉混合使用，不仅可以大大降低涂料成本，还能够形成理想的辐射致冷涂层。添加二氧化硅能够提高涂料的耐磨性和耐碱性。滑石粉与其他两种配合使用可降低填料的成本。

本发明的散热降温涂料具有优良的耐玷污性、耐洗刷性、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。

本发明集反射、辐射、隔热和相变降温四种散热机理于一体，多种降温机理的协同作用使其在混凝土和金属等基材上均有很好的散热降温效果。该涂料具有良好的耐玷污、耐洗刷、耐碱性、耐水性和施工性能，可直接用于建筑屋顶及外墙体的夏季降温，起到节能减排的作用。若作为面漆，与防腐底漆配合使用，可用于成品油、液化气、天然气、化工原料及粮油储罐的防腐降温，起到环保、节水、节约能源的效果。

本发明的性能和质量检测实验如下：

本发明参照中华人民共和国建材行业标准JC／T 1040―2007、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进行了相关的性能测试。表1对两个行业标准要求的性能指标和实测结果进行了对比，为了增加测试结果的可信度，表1同时列出了各项性能测试所采用的标准测试方法。需要特别说明的是，该散热降温涂料的太阳反射比、半球发射率和耐人工气候老化这三项关键性能由具有国家级检测资质的中国建筑材料测试中心检测。

表1高耐玷污耐洗刷水性丙烯酸散热降温涂料及涂层的质量和性能指标

表1说明，本发明实施例的水性丙烯酸散热降温涂料质量可靠、力学性能好、施工便利。表1也说明，该散热降温涂料具有很好的耐碱性、耐水性、耐洗刷性和耐玷污性。由实测的太阳热反射比可知，在夏季正午阳光直射的情况下，涂层可以把绝大部分太阳热反射掉，而高达87%的半球发射率则表明涂层具有很强的主动散热能力，可以把涂层表面所吸收的热量以红外发射的方式，通过“大气窗口”直接散发到外层空间，有助于缓解城市“热岛效应”。该散热降温涂料具有良好的太阳热反射能力、优异的红外辐射能力，结合空心玻璃微珠独特的隔热作用，其结果，该涂料具有很好的降温效果。

表1同样说明，本发明的水性丙烯酸散热降温涂料具有优异的耐老化性能。结合其优良的耐玷污性、耐洗刷性和很小的隔热温差衰减，表明该散热降温涂料具有很长的户外使用寿命。

作为散热降温涂料，其最重要的性能指标自然是降温温差。为进一步证明该水性丙烯酸散热降温涂料的降温效果，将其涂敷于17 cm×17 cm的纤维水泥石棉板上，涂层厚度控制在170 μm左右，干燥成膜后作为待测试样；再将从日本进口的某商业化涂料按照其使用说明要求涂敷于另一块17 cm×17 cm的纤维水泥石棉板上。将两块试板放置于自行搭建的降温涂料降温性能在线连续检测装置中，观察其同步升温过程中的相对降温效果，其结果如说明书附图1所示。

由附图1可以看出，在同步连续升温过程中，相对于某日本进口商业化涂料而言，无论是涂层表面与样板背面，本发明的水性丙烯酸散热降温涂料降温效果更好。在某进口商业化降温涂料涂层表面温度为50～120°C范围内，该高耐污耐洗刷水性丙烯酸散热降温涂层表面的降温效果优于前者2.1～9.9°C，样板背面降温效果要好5.3～10.5°C。

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是连续升温过程中，高耐污耐洗刷水性丙烯酸散热降温涂料与日本进口的某商业化降温涂料的降温性能对比图。

附图标记：

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）的温度；

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涂料涂层表面的降温温差；

TS₂-TS₄―本发明的散热降温涂料涂层样板背向热源一侧相对于某进口涂料涂层样板背向热源一侧的降温温差。

具体实施方式

实施例一，这种高耐污耐洗刷水性丙烯酸降温涂料，由以下原料按重量份配制而成：

丙烯酸乳液            20份；

玻璃微珠               6份；

纳米红外陶瓷粉         1份；

相变材料               1份；

颜料                  10份；

填料                   8份；

助剂                  0.1份；

水                    15份。

实施例二，这种高耐污耐洗刷水性丙烯酸降温涂料，由以下原料按重量份配制而成：

丙烯酸乳液             65份；

玻璃微珠               20份；

纳米红外陶瓷粉          5份；

相变材料                9份；

颜料                  40份；

填料                  20份；

助剂                   2份；

水                    30份。

实施例三，这种高耐污耐洗刷水性丙烯酸降温涂料，由以下原料按重量份配制而成：

丙烯酸乳液             30份；

玻璃微珠               10份；

纳米红外陶瓷粉          2份；

相变材料                3份；

颜料                   25份；

填料                   12份；

助剂                   0.5份；

水                     18份。

实施例四，这种高耐污耐洗刷水性丙烯酸降温涂料，由以下原料按重量份配制而成：

丙烯酸乳液               40份；

玻璃微珠                 15份；

纳米红外陶瓷粉            3份；

相变材料                  5份；

颜料                     30份；

填料                     15份；

助剂                      1份；

水                       25份。

所述填料为二氧化硅、滑石粉和硅灰石粉三者的组合物，二氧化硅、滑石粉和硅灰石粉在降温涂料中所占重量份分别为2份、4份和9份。

实施例五，这种高耐污耐洗刷水性丙烯酸降温涂料，由以下原料按重量份配制而成：

丙烯酸乳液                55份；

玻璃微珠                  18份；

纳米红外陶瓷粉             4份；

相变材料                   7份；

颜料                      35份；

填料                      18份；

助剂                     1.5份；

水                       28份。

所述填料为二氧化硅、滑石粉和硅灰石粉三者的组合物，二氧化硅、滑石粉和硅灰石粉在降温涂料中所占重量份分别为3份、5份和10份。

上述实施例一至五中，丙烯酸乳液可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°C。

玻璃微珠可以是内部真空的空心玻璃微珠，其粒径为2～85μm，真密度为0.40 g/cm³，抗压强度为28～33 MPa。

相变材料可为三聚氰胺完全封端型树脂胶囊，其相变温度在18℃~60℃范围内，相变潜热值在90 ~160 J/g之间，粒径在74 μm以下。

颜料可为钛白粉、炭黑和耐晒黄中的其中一种或一种以上的混合物。钛白粉为金红石型钛白粉，其二氧化钛含量不小于91%，吸油值为17 g/100 g，于水悬浮液中的pH值为7.5～9.5。

填料可为二氧化硅、滑石粉和硅灰石粉中的一种或一种以上的混合物。优选二氧化硅、滑石粉和硅灰石粉三者的组合物，二氧化硅、滑石粉和硅灰石粉在降温涂料中所占重量份分别为1～3份、2～6份和5～11份。

助剂可为润湿剂、分散剂、消泡剂、增稠剂、防闪锈剂、流平剂和成膜助剂中的其中一种或一种以上的混合物。分散剂为聚丙烯酸钠盐水溶液，其固含量为45%；润湿剂为烷基酚聚氧乙烯醚，其固含量为100%；消泡剂为矿物油系列混合物，固含量为100%；成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯；流平剂为非离子型疏水改性聚氨酯流平剂，其固含量为30%。当涂料用于碳钢基材时，可以加入适量的防闪锈剂。

这种高耐污耐洗刷水性丙烯酸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在三分之一的水中搅拌分散30分钟；

步骤二，加入全部的丙烯酸乳液搅拌分散均匀；

步骤三，加入颜料、填料和三分之一的消泡剂，再加入事先已在三分之一的水中分散好的纳米红外陶瓷粉浆料，继续高速搅拌30分钟；

步骤四，加入成膜助剂、流平剂和剩余的消泡剂，高速搅拌30分钟；

步骤五，加入相变材料和玻璃微珠，低速搅拌30分钟；

步骤六，加入剩余的水调节粘度，过80目筛网分装即可。

Claims (10)

1.一种高耐污耐洗刷水性丙烯酸降温涂料，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；

玻璃微珠                  6～20份；

纳米红外陶瓷粉          1～5份；

相变材料                   1～9份；

颜料                      10～40份；

填料                       8～20份；

助剂                      0.1～2份；

水                         15～30份。

2.根据权利要求1所述的高耐污耐洗刷水性丙烯酸降温涂料，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°C。

3.根据权利要求1所述的高耐污耐洗刷水性丙烯酸降温涂料，其特征在于：所述玻璃微珠是内部真空的空心玻璃微珠，其粒径为2～85μm，真密度为0.40 g/cm³，抗压强度为28～33 MPa。

4.根据权利要求1所述的高耐污耐洗刷水性丙烯酸降温涂料，其特征在于：所述相变材料为三聚氰胺完全封端型树脂胶囊，其相变温度在18℃~60℃范围内，相变潜热值在90 ~160 J/g之间，粒径在74 μm以下。

5.根据权利要求1所述的高耐污耐洗刷水性丙烯酸降温涂料，其特征在于：所述颜料为钛白粉、炭黑和耐晒黄中的其中一种或一种以上的混合物。

6.根据权利要求5所述的高耐污耐洗刷水性丙烯酸降温涂料，其特征在于：所述钛白粉为金红石型钛白粉，其二氧化钛含量不小于91%，吸油值为17 g/100 g，于水悬浮液中的pH值为7.5～9.5。

7.根据权利要求1所述的高耐污耐洗刷水性丙烯酸降温涂料，其特征在于：所述填料为二氧化硅、滑石粉和硅灰石粉中的一种或一种以上的混合物。

8.根据权利要求7所述的高耐污耐洗刷水性丙烯酸降温涂料，其特征在于：所述填料为二氧化硅、滑石粉和硅灰石粉三者的组合物，二氧化硅、滑石粉和硅灰石粉在降温涂料中所占重量份分别为1～3份、2～6份和5～11份。

9.根据权利要求1所述的高耐污耐洗刷水性丙烯酸降温涂料，其特征在于：所述助剂为润湿剂、分散剂、消泡剂、增稠剂、防闪锈剂、流平剂和成膜助剂中的其中一种或一种以上的混合物。

10.一种如权利要求9所述高耐污耐洗刷水性丙烯酸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在三分之一的水中搅拌分散30分钟；

步骤二，加入全部的丙烯酸乳液搅拌分散均匀；

步骤三，加入颜料、填料和三分之一的消泡剂，再加入事先已在三分之一的水中分散好的纳米红外陶瓷粉浆料，继续高速搅拌30分钟；

步骤四，加入成膜助剂、流平剂和剩余的消泡剂，高速搅拌30分钟；

步骤五，加入相变材料和玻璃微珠，低速搅拌30分钟；

步骤六，加入剩余的水调节粘度，过80目筛网分装即可。

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