CN102732108A

CN102732108A - 一种水性全屏蔽红外线和紫外线自洁纳米透明隔热涂料

Info

Publication number: CN102732108A
Application number: CN2012102450795A
Authority: CN
Inventors: 许钧强; 赵庆文
Original assignee: HUIZHOU CAITIAN CHEMICAL CO Ltd
Current assignee: HUIZHOU CAITIAN CHEMICAL CO Ltd
Priority date: 2012-07-16
Filing date: 2012-07-16
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2032-07-16
Also published as: CN102732108B

Abstract

本发明涉及一种水性全屏蔽红外线和紫外线自洁纳米透明隔热涂料及制备方法，其成分包括成膜树脂30%～70%、纳米ATO分散体5%～30%、纳米LaB₆分散体1%～10%、纳米WO₃分散体1%～15%、助溶剂5%～15%、成膜助剂2%～10%、助剂0.5%～5.0%、去离子水5%～25%。其制备方法是：在搅拌下滴加纳米ATO分散体、纳米LaB₆分散体、纳米WO₃分散体到水性氟碳树脂中，搅拌30min～40min，依次加入消泡剂、润湿剂、成膜助剂、增稠剂和促进剂，搅拌即得到自洁纳米透明隔热涂料。该涂料用于建筑玻璃、车用玻璃及水泥表面上，既具有自洁功能，又能全屏蔽紫外线和红外线、隔热性能非常显著。

Description

一种水性全屏蔽红外线和紫外线自洁纳米透明隔热涂料

技术领域

本发明涉及功能纳米新材料，具体涉及一种全屏蔽太阳光红外和紫外线全波段的、以水性氟碳树脂为成膜物、由ATO/WO₃/LaB₆纳米复合材料而成的透明隔热涂料及其制备方法,尤其涉及一种可涂覆在各种玻璃、塑料、金属及水泥表面上的透明隔热涂料。

背景技术

中国有建筑近400亿平方米，95%属不节能建筑，与气候条件相近的发达国家相比，我国每平方米采暖制冷能耗约为发达国家的3倍，但舒适度远不如人，为此，国家建筑节能新标准规定，新建建筑节能必须达50%，到2020年，要使全社会建筑的总能耗能够达到65%的总目标。据资料表明，中国总量正逐年上升，目前我国建筑能耗占总能耗的40%，其中通过门窗损失的能量为46%，即每年通过玻璃窗损耗的能量约2.25亿吨标准煤，相当于21个三峡电站年发电量，所以建筑节能首先要从门窗抓起。而高性能的选择性屏蔽材料可以使玻璃对光谱具有选择性透过功能，在能透过大部分可见光而不影响采光的前提下，又能阻挡红外光、远红外光、紫外光，阻断热辐射,从而降低空调或取暖装置的能耗，达到节能的目的。

太阳到达地面的辐射波段范围大约为200nm～2500nm，其中200nm～400nm为紫外线，400nm～800nm为可见光，800nm～2500nm为近红外线，而近红外又可分为短波近红外（800nm～1100nm）和长波近红外（1100nm～2500nm），人眼只对可见光有直接感知，所以要达到节能的目的，就需要尽可能的屏蔽红外线和紫外线屏，只可让可见光透过。

多种纳米稀土材料由于其特殊结构，具有较高的禁带宽和导电性能，因而具有一系列独特的光电性能，不同的纳米稀土材料在可见光区具有较高的透过率，但不同的纳米稀土材料对不同波段的红外线具有不同的反射率，同时又能吸收紫外线，是优良的光谱选择性材料。

现有的透明隔热技术多采用ITO、ATO作为屏蔽材料，但是这两种材料只能对长波近红外有屏蔽作用，对短波近红外及紫外线没有明显的阻隔，所以节能效果有限。

市面上常用单组分水性聚氨酯作为成膜树脂，然后外添加纳米氧化物分散液制备玻璃隔热涂料，但该涂料存在着制备工艺过长，纳米氧化物在水溶液中很难分散，易于团聚和沉降；涂层的耐水、耐老化等性能不很理想，涂料寿命短；由于水性聚氨酯树脂的局限性，涂膜沾污问题难以解决，从而给玻璃的清洁带来了很大的麻烦。

发明内容

为了克服以上缺点，本发明提供了一种全新的由纳米稀土、金属氧化物组成的透明隔热复合纳米材料体系制备而成的透明隔热涂料，经复配后的纳米材料，其对太阳辐射的全部近红外线及紫外线均有很好屏蔽效果，从而大大提升了节能效果。

本发明所选用的纳米材料中，纳米氧化锡锑在1300nm～2500nm（长波近红外线）间有较好的屏蔽作用；纳米六硼化镧在200nm～400nm（紫外线）及800nm～1300nm（短波近红外线）有非常好的屏蔽作用，却不会吸收太多的可见光；纳米氧化钨对人体有危害的、波长在200nm～400nm介于紫外线和γ射线间的电磁辐射X射线有很好的屏蔽作用，同时氧化钨对长波、短波近红外线均有一定屏蔽作用，可见光透过率高，因此，为了屏蔽所有的紫外线和近红外线，同时又要达到高的可见光透过率，上述三种材料按比例复配可以很完美的达到此目的。

氟碳类聚合物的主要基团—CF3的表面能只有6 mJ/m2，是目前已知表面能最低的材料，本发明选用具有疏水、耐老化性能高的氟碳乳液作为成膜物质，将其优异的自清洁功能引入到玻璃隔热涂料中，采用ATO/WO₃/LaB₆复合纳米材料为隔热剂，能屏蔽所有的紫外线和近红外线，制备出一种既可以起到自洁，同时也具备显著的隔热性能、高性价比高的可涂覆在各种建筑玻璃、车用玻璃、树脂、塑料、金属及水泥表面上的自洁透明隔热涂料。

为了解决上面所述的技术问题，本发明采取以下技术方案：本发明涉及一种水性全屏蔽红外线和紫外线自洁纳米透明隔热涂料，其基本配方是：成膜树脂30%～70%、纳米ATO分散体5%～30%、纳米LaB₆分散体1%～10%、纳米WO₃分散体1%～15%、助溶剂5%～15%、成膜助剂2%～10%、助剂0.5%～5.0%和去离子水5%～25%。

其中，本发明所述的成膜树脂选用具有疏水、自清洁功能的水性氟碳树脂。

纳米ATO分散体选用粒径为30nm～80nm、固含量为10%～30%的纳米ATO浆料。

纳米LaB₆分散体选用粒径为30nm～80nm、固含量为10%～30%的纳米LaB₆浆料。

纳米WO₃分散体选用粒径为30nm～80nm、固含量为10%～30%的纳米WO₃浆料。

助溶剂为聚乙二醇200、聚乙二醇300、丁醇、乙醇及丙二醇的一种或几种的组合。

成膜助剂为醇酯-12、丙二醇乙醚、丙二醇丁醚、二丙二醇丁醚、乙二醇苯醚及二乙二醇丁醚中的一种或几种的组合。

助剂至少包括分散剂、增稠剂、消泡剂、基材润湿剂、PH调和剂及促进剂的一种或几种的组合；其中分散剂为聚合物型阴离子分散剂；增稠剂为疏水改性碱溶胀丙烯酸乳液及疏水缔合聚氨酯乳液的一种或其组合；消泡剂为非硅酮矿物油或聚醚改性聚硅氧烷；基材润湿剂为聚氧基硅烷或氟改性丙烯酸聚合物；促进剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。

本发明所述的纳米ATO分散体、纳米LaB₆分散体、纳米WO₃分散体，其制备工艺如下：

a．将纳米ATO、纳米LaB₆、纳米WO₃粉体放入烘箱，在40℃～50℃条件下干燥5 h，将干燥好的纳米粉料加入溶有硅烷偶联剂的乙醇溶液中，超声波分散1h，制得预分散液；

b．将预分散液加入带有回流冷凝器和搅拌器的密闭容器中，然后将体系升温到80℃～90℃，中速搅拌反应24h，出料，在70℃～80℃下真空干燥，制得改性的纳米粉体；

c．在高速分散机中按配方重量百分比加入去离子水、分散剂、润湿剂，搅拌均匀，加入经硅烷偶联剂改性过的纳米粉体，高速分散30min；

d．开通纳米砂磨机循环研磨8h～10h，调pH值为7.5～8.0，制得中位粒径在40nm～80nm之间、固含量为25%的纳米浆料。

本发明提出一种水性全屏蔽红外线和紫外线自洁纳米透明隔热涂料制备工艺如下：按配方重量比计把去离子水加到水性氟碳乳液中，边搅拌边依次滴加改性的纳米ATO分散体、纳米LaB₆分散体、纳米WO₃分散体，搅拌分散30min～40min，再按配方比例依次加入消泡剂、基材润湿剂、成膜助剂、增稠剂、促进剂和PH调节剂，搅拌即制得一种水性全屏蔽自洁纳米透明隔热涂料。

本发明的原理：将具有能全屏蔽所有的紫外线和近红外线的ATO/WO₃/LaB₆复合纳米材料通过一种氟碳树脂涂覆在玻璃（或其它底材）表面，从而使玻璃（或其它底材）涂层具有自洁功能、高附着力和硬度，优异的耐候性，又能全屏蔽紫外线和红外线，高的可见光透过率和显著的隔热性能。

本发明的实施结果：参照国家相关标准，对本发明纳米透明隔热涂料的基本性能进行检测，结果显示本发明涂料所形成的涂层硬度能达到2H级，附着力为1级，涂层与水接触角达到了90°左右，涂膜具有优异的耐热性、耐水性、耐候性。本发明采用纳米ATO/WO₃/LaB₆复合体系作为隔热材料的隔热涂层其透光性能在可见光范围内平均透过率在70%左右；在200nm～380nm处的透过率为0%，在800nm～2000nm处的透过率为1%，也就是说，涂层完全阻隔紫外线和红外线，只有可见光能透过涂层，所以隔热效果非常显著。若与空白玻璃的隔热性能比较，则涂有复合纳米透明隔热涂料的玻璃检测到测试箱内的温度降低10℃以上，因此本发明的复合纳米透明隔热涂料具有自洁功能、附着力强、硬度高、透光率好、全屏蔽紫外线和红外线及隔热性能非常显著的特点。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细描述，但是本发明不限于所给出的例子。

按照表1的组分配方准备材料实施。

表1：三个实施例组分配方质量份

原料名称	实例1	实例2	实例3
				去离子水	11.6	8.6	6.6
水性氟碳树脂	50.0	55.0	60.0
				25%纳米ATO分散体	20.0	18.0	15.0
25%纳米LaB₆分散体	3.0	2.0	3.0
				25%纳米WO₃分散体	7.0	8.0	7.0
分散剂	2.0	1.5	1.5
				消泡剂	0.3	0.3	0.3
基材润湿剂	1.5	1.5	1.5
				成膜助剂	2.5	3.0	3.0
增稠剂	0.6	0.6	0.6
				密着剂	1.0	1.0	1.0
PH调节剂	0.5	0.5	0.5

实施例1：

按照表1中实例1按配方重量把去离子水加到水性氟碳乳液中，边搅拌边依次滴加改性的纳米ATO分散体、纳米LaB₆分散体、纳米WO₃分散体，搅拌分散30min～40min，再按配方比例依次加入分散剂、消泡剂、基材润湿剂、成膜助剂、增稠剂、促进剂和PH调节剂，搅拌即制得一种水性全屏蔽自洁纳米透明隔热涂料。

实施例2和实施例3制备工艺参照实施例1。

按照国家相关标准，对本发明全屏蔽自洁纳米透明隔热涂料的基本性能进行检测，测试结果如表2所示。

表2 全屏蔽自洁纳米透明隔热涂料基本性能测试结果

测试项目	测试结果	测试标准
			漆膜外观、颜色	蔚蓝、透明、平整	GB1927-79
硬度（铅笔）	≥2H	GB/T6739-1996
			附着力，级（划圈法）	1	GB/T1720-79
柔韧性，mm	2	GB/T1731-93
			耐水性，浸水48h	无明显变化	GB/T1733-93
耐温差性	漆膜无鼓泡、起皱、开裂、变色	GB/T9286-1998
			耐热性，100℃烘烤2h	漆膜无鼓泡、起皱、开裂、变色	GB/T1735-79
耐紫外老化性，500h	失光率为15%左右
			与水接触角	90°左右

本发明全屏蔽自洁纳米透明隔热涂料所形成的涂层硬度能达到2H级，附着力为1级，涂层与水接触角达到了90°左右。本发明采用纳米ATO/WO₃/LaB₆复合体系作为隔热材料的隔热涂层其透光性能在可见光范围内平均透过率在70%左右；在200nm～380nm处的透过率为0%，在800nm～2000nm处的透过率为1%，也就是说，涂层完全阻隔紫外线和红外线，只有可见光能透过涂层，所以隔热效果非常显著。若与空白玻璃的隔热性能比较，则涂有复合纳米透明隔热涂料的玻璃检测到测试箱内的温度降低10℃以上，因此本发明的复合纳米透明隔热涂料具有自洁功能、附着力强、硬度高、透光率好、全屏蔽紫外线和红外线及隔热性能非常显著的特点。

尽管本发明已作了详细说明并引证了实施例，但对于本领域的普通技术人员，显然可以按照上述说明而做出的各种方案、修改和改动，都应该包括在权利要求的范围之内。

Claims

1. 一种水性全屏蔽红外线和紫外线自洁纳米透明隔热涂料，其特征在于：以重量百分比计，包括如下组分：成膜树脂30%～70%、纳米ATO分散体5%～30%、纳米LaB6分散体1%～10%、纳米WO3分散体1%～15%、助溶剂5%～15%、成膜助剂2%～10%、助剂0.5%～5.0%和去离子水5%～25%。

2. 如权利要求1所述的一种全屏蔽水性自洁纳米透明隔热涂料，其特征在于：所述的成膜树脂选用具有疏水、自清洁功能的水性氟碳树脂。

3. 如权利要求1所述的一种全屏蔽水性自洁纳米透明隔热涂料，其特征在于：所述的纳米ATO分散体选用粒径为30nm～80nm、固含量为10%～30%的纳米ATO浆料。

4. 如权利要求1所述的一种全屏蔽水性自洁纳米透明隔热涂料，其特征在于：所述的纳米LaB6分散体选用粒径为30nm～80nm、固含量为10%～30%的纳米LaB6浆料。

5. 如权利要求1所述的一种全屏蔽水性自洁纳米透明隔热涂料，其特征在于：所述的纳米WO3分散体选用粒径为30nm～80nm、固含量为10%～30%的纳米WO3浆料。

6. 如权利要求1所述的一种全屏蔽水性自洁纳米透明隔热涂料，其特征在于：所述的助溶剂为聚乙二醇200、聚乙二醇300、丁醇、乙醇及丙二醇的一种或几种的组合。

7. 如权利要求1所述的一种全屏蔽水性自洁纳米透明隔热涂料，其特征在于：所述的成膜助剂为醇酯-12、丙二醇乙醚、丙二醇丁醚、二丙二醇丁醚、乙二醇苯醚及二乙二醇丁醚中的一种或几种的组合。

8. 如权利要求1所述的一种全屏蔽水性自洁纳米透明隔热涂料，其特征在于：所述的助剂至少包括分散剂、增稠剂、消泡剂、基材润湿剂、PH调和剂及促进剂的一种或几种的组合；其中分散剂为聚合物型阴离子分散剂；增稠剂为疏水改性碱溶胀丙烯酸乳液及疏水缔合聚氨酯乳液的一种或其组合；消泡剂为非硅酮矿物油或聚醚改性聚硅氧烷；基材润湿剂为聚氧基硅烷或氟改性丙烯酸聚合物；促进剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。

9. 如权利要求1、3、4或5所述的一种全屏蔽水性自洁纳米透明隔热涂料，其特征在于：所述的纳米ATO分散体、纳米LaB6分散体、纳米WO3分散体，其制备工艺如下：

a. 将纳米ATO、纳米LaB6、纳米WO3粉体放入烘箱，在40℃～50℃条件下干燥5 h，将干燥好的纳米粉料加入溶有硅烷偶联剂的乙醇溶液中，超声波分散1h，制得预分散液；

b. 将预分散液加入带有回流冷凝器和搅拌器的密闭容器中，然后将体系升温到80℃～90℃，中速搅拌反应24h，出料，在70℃～80℃下真空干燥，制得改性的纳米粉体；

c. 在高速分散机中按配方重量百分比加入去离子水、分散剂、润湿剂，搅拌均匀，加入经硅烷偶联剂改性过的纳米粉体，高速分散30min；

d. 开通纳米砂磨机循环研磨8h～10h，调pH值为7.5～8.0，制得中位粒径在40nm～80nm之间、固含量为25%的纳米浆料。

10. 如权利要求1所述的一种全屏蔽水性自洁纳米透明隔热涂料，其特征在于：所述的自洁纳米透明隔热涂料其制备工艺如下：按配方重量比计把去离子水加到水性氟碳乳液中，边搅拌边依次滴加改性的纳米ATO分散体、纳米LaB6分散体、纳米WO3分散体，搅拌分散30min～40min，再按配方比例依次加入消泡剂、基材润湿剂、成膜助剂、增稠剂、促进剂和PH调节剂，搅拌即制得一种水性全屏蔽自洁纳米透明隔热涂料。