CN103937363A - 一种反射隔热涂料及其制备和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及保温建材领域，具体涉及一种反射隔热涂料及其制备和应用。本发明的反射隔热涂料，其组成包括以下重量份的各组分：叔丙乳液20~40重量份；隔热粉30~40重量份；颜填料15~20重量份；助剂1~10重量份；水30~40重量份。本发明的涂料为采用叔丙乳液、隔热及高反射率隔热粉制成的反射隔热涂料，其具有无毒、无异味、防水、透气性好等优点，能有效地反射太阳光中的红外线，从而达到降低温度的效果。

Description

一种反射隔热涂料及其制备和应用

技术领域

本发明涉及保温建材领域，具体涉及一种反射隔热涂料及其制备和应用。

背景技术

近年来，市场上出现了不少品种反射隔热涂料。反射隔热涂料是由基料、热反射颜料、填料和助剂等组成。通过高效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。国家出台反射隔热涂料标准（JC/T1040-2007）要求：太阳反射比不小于85%，半球发射率不小于83%。反射隔热涂料是集反射、辐射与空心微珠隔热与一体的新型降温涂料，涂料能对400nm--2500nm范围的太阳红外线和紫外线进行高反射，不让太阳的热量在物体表面进行累积升温，又能自动进行热量辐射散热降温，把物体表面的热量辐射到太空中去,降低物体的温度，即使在阴天和夜晚涂料也能辐射热量降低温度,同时在涂料中放入导热系数极低的空心微珠隔绝热能的传递，即使在大气温度很高时也能隔住外部热量向物体内部传导，三大功效保证了涂刷涂料的物体降温，确保了物体内部空间能保持持久恒温的状态。隔热防晒涂料在阳光强烈时，涂料可以降低物体表面温度20℃以上，阴天和夜晚可以降温在3℃以上或是降低到和大气温度一致。涂料对于涂刷细小的裂纹的物体有很好的防水、防渗漏作用，涂料有多种颜色可供选择，可根据不同颜色要求涂刷不同颜色的常温降温涂料，另外涂料涂刷完光滑平整，疏水性、自洁性能好，所以常温降温涂料是高效降温、薄层、装饰、自洁、防水、防潮、防紫外线老化、耐酸碱、防腐于一体的新型常温降温节能长寿命涂料。常温降温涂料可广泛用于建筑、化工、石油、电力、冶金、船舶、轻纺、储存、交通、航天等行业上降温，节约能源，创造舒适的人类生活、工作环境。

隔热防晒涂料在阳光强烈时，涂料可以降低物体表面温度20℃以上，阴天和夜晚可以降温在3℃以上或是降低到和大气温度一致。

核壳乳液的合成方法主要通过三种机理，包括接枝机理、互穿聚合物网络（IPN）机理和离子键合机理。

核壳乳液与一般乳液相比，区别仅在于乳胶粒的结构形态不同。核壳乳胶粒独特的结构形态大大改善了聚合物乳液的性能。即使在相同原料组成的情况下，具有核壳结构乳胶粒的聚合物乳液也往往比一般聚合物乳液具有更优异的性能，因此，从80年代以来，核壳乳液聚合一直受到人们的青睐，在核壳化工艺、乳胶粒形态测定、乳胶粒颗粒形态对聚合物性能的影响机理等方面取得许多进展。

要达到高的热反射率,必须选用高折光系数的颜料,但颜色对热反射率有很大影响,通常随着明度的降低,热反射率下降。因此,反射隔热涂料的颜色选用白色或浅色比较容易达到,或采用光谱选择性材料配成一定颜色。尽管薄层反射隔热涂料导热系数不高,但因涂膜厚度比较薄,总热阻有限,保温效果不大。反射隔热涂料现已用于海上钻井平台、油罐、石油管道、建筑业的钢结构屋顶等,降低暴露在太阳热辐射下装备的表面温度和内部温度,改善工作环境,提高安全性等。反射隔热涂料可单独使用,也可与其他多孔保温材料配合使用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种既具有普通底漆功能，又具有较强远红外发射功能、较强封闭性和粘结强度的反射隔热涂料。

本发明首先公开了一种反射隔热涂料，其组成包括以下重量份的各组分：

叔丙乳液：

较优的，所述叔丙乳液的原料组成包括核部原料及壳部原料，并且所述核部原料和壳部原料的重量比为1:0.2～0.4；

所述核部原料的组成包括如下重量份的各组分：表面活性剂1-3份，引发剂0.2-0.3份，核部软单体10-20份，核部硬单体5-15份，有机硅氧烷单体3-5份，核部功能单体0.5-1.5份，水40-45份；

所述壳部原料的组成包括如下重量份的各组分：表面活性剂0.2-0.5份；引发剂0.1-0.3份；壳部软单体3-8份；壳部硬单体5-10份；有机硅氧烷单体1-2份；壳部功能单体0.2-1.0份；水5-10份。

更优的，所述核部软单体选自丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸-2-乙基己酯中的一种或两种以上的组合；

所述核部硬单体选自甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、甲基丙烯酸、丙烯酸中的一种或两种以上的组合；

所述核部功能单体选自丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酰胺中的一种或两种以上的组合；

所述壳部软单体选自丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸-2-乙基己酯中的一种或两种以上的组合；

所述壳部硬单体选自甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、甲基丙烯酸、丙烯酸中的一种或两种以上的组合；

所述壳部功能单体选自丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酰胺中的一种或两种以上的组合；

所述有机硅氧烷单体选自乙烯基三异丙氧基硅烷、r-甲基丙酰氧基丙基三异丙氧基硅烷、八乙烯基环四硅氧烷、八甲基环四硅氧烷中的一种或两种以上的组合。

本发明所使用的表面活性剂为本领域常规的表面活性剂。更优的，所述表面活性剂选自磺基琥珀酸烷基醇醚酯钠盐、支链醇醚和含烯丙基烷氧基的聚醚硫酸盐中的一种或多种的混合。

更优的，所述引发剂选自过硫酸铵、过硫酸钾或过硫酸钠中的任一种。隔热粉：

较优的，所述隔热粉选自4A分子筛、3A分子筛、云母粉和氧化锌中的一种或两种以上的混合。

颜填料：

较优的，所述颜填料选自钛白粉、碳酸钙、高岭土、赛博亚纳米胶粉中的一种或两种以上的组合。

助剂：

较优的，所述助剂选自分散剂、润湿剂、亲水性消泡剂、疏水性消泡剂、杀菌剂、防霉剂、流平剂、pH调节剂、复合成膜剂中的一种或两种以上的组合。

更优的，所述助剂包括如下重量份的各组分：分散剂0.2-0.5份、润湿剂0.1-0.4份、亲水性消泡剂0.1-0.25份、疏水性消泡剂0.1-0.25份、杀菌剂0.1-0.2份、防霉剂0.2-0.4份、流平剂0.5-1.0份、pH调节剂0.08-0.15份、复合成膜剂0.5-1份。

更优的，所述核部原料包括以重量份计的如下组分：表面活性剂1.5-2.5份，引发剂0.2-0.3份，核部软单体13-17份，核部硬单体10-14份，有机硅氧烷单体3.5-4.5份，核部功能单体0.8-1.2份，水40-45份。

更优的，所述壳部原料包括以重量份计的如下组分：表面活性剂0.3-0.4份，引发剂0.1-0.2份；壳部软单体3.5-6份；壳部硬单体8-10份；有机硅氧烷单体1-2份；壳部功能单体0.2-1.0份；去离子水5.5-8.4份。

较优的，本发明所用水为去离子水。

较优的，所述叔丙乳液的原料还包括杀菌剂，所述杀菌剂的用量与核部原料和壳部原料总质量的重量比为0.5～2：100。

更优的，所述叔丙乳液的原料还包括杀菌剂，所述杀菌剂的用量与核部原料和壳部原料总质量的重量比为1：100。

杀菌剂的作用是为了防止长期放置的叔丙乳液变质。

本发明第二方面公开了前述反射隔热涂料的制备方法，步骤如下：

1）将核部原料中1/2～3/4质量的水，1/10～1/2质量的表面活性剂，1/5～1/2质量的引发剂，1/5～1/2质量的核部软单体、1/15～2/5质量的核部硬单体、1/4～2/3质量的核部功能单体以及1/10～1/3质量的有机硅氧烷单体加入反应釜中，搅拌条件下升温至80～87℃，反应10min～15min获得种子晶体；将剩余的核部原料混合均匀获得核部预乳化液；将核部预乳化液滴加到反应釜的种子晶体中，滴加结束后将反应釜中的反应物升温至83～90℃，保温反应2～3h，获得核层乳液粒子；

2）将全部壳部原料混合均匀，获得壳部预乳化液；将壳部预乳化液滴加至步骤1）所得核层乳液粒子中，滴加结束后将反应釜中的反应物升温至83～90℃，保温反应2～3h，反应结束后冷却至40℃以下，调节溶液pH为7～8，过滤，获得叔丙乳液；

3）将反射隔热涂料组分中的水、助剂中的分散剂、润湿剂、亲水性消泡剂搅拌均匀后，在搅拌条件下向其中加入全部颜填料和1/2～2/3总质量的隔热粉，分散、研磨，获得原料粉浆；

4）向步骤3）的原料粉浆中加入剩余的隔热粉、剩余的助剂、以及步骤2）制得的叔丙乳液，搅拌均匀，过滤，获得反射隔热涂料。

较优的，步骤1）为：将核部原料中2/3质量的水，表面活性剂1/3，引发剂1/3，核部软单体1/4、核部硬单体1/6、核部功能单体1/4、有机硅氧烷单体1/6加入反应釜，搅拌条件下升温至80～87℃反应10min～15min获得种子晶体。

较优的，当所述叔丙乳液的原料还包括杀菌剂时，步骤2）为：将全部壳部原料混合均匀，获得壳部预乳化液；将壳部预乳化液滴加至步骤1）所得核层乳液粒子中，滴加结束后将反应釜中的反应物升温至83～90℃，保温反应2～3h，冷却至20～40℃，调节溶液pH为7～8，加入杀菌剂，过滤，获得叔丙乳液。

较优的，步骤2）保温反应2～3h，反应结束后冷却至20～40℃。

较优的，步骤3）中所述原料粉浆的颗粒细度为18～22μm。

较优的，所述步骤1）中滴加核部预乳化液时，种子晶体的温度为80～87℃。滴加速率为1～2ml/min；优选为1.1～1.3ml/min。

较优的，所述步骤2）中滴加壳部预乳化液时，核层乳液粒子的温度为80～87℃。滴加速率为1.1～1.3ml/min；优选为1.1～1.3ml/min。

较优的，调节pH值所使用的溶液为NaOH溶液。优选的，NaOH浓度为15～20%。

本发明第三方面公开了前述反射隔热涂料作为绿色保温建材的应用。

本发明的反射隔热涂料多用于外墙。

本发明的反射隔热涂料采用叔丙乳液、隔热及高反射率隔热粉制成，无具有毒、无异味、防水、透气性好等优点，能有效地反射太阳光中的红外线，从而达到降低温度的效果。

具体实施方式

在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。

实施例1叔丙乳液的制备

方法一

1）核部原料组成

2）壳部原料组成

将上述反应物配方核部原料组分中的去离子水3/4，表面活性剂2/5，引发剂1/3，核部软单体1/4、核部硬单体1/6、核部功能单体1/4、有机硅氧烷单体1/6加反应釜中，在搅拌条件下升温至80℃反应，稳定反应15min后，形成种子纳米晶体乳液，然后滴加核部原料中剩余部分所组成的核部预乳化液，核部原料和壳部原料的重量比为1:0.2；83℃反应2-3小时，形成核层乳液粒子。然后继续滴加壳部原料混合后所制备的壳部预乳化液，83℃反应2-3小时，引发接枝共聚合，冷却至40℃，调节pH值为8，即得到叔丙乳液。

方法二

1）核部原料的原料组成

2）壳部原料的原料组成

将上述核部原料组分中，1/2质量的去离子水，1/2质量的表面活性剂，1/5质量的引发剂，1/5质量的核部软单体、2/5质量的核部硬单体、1/4质量的核部功能单体、1/10质量的有机硅氧烷单体加入反应釜中，在搅拌条件下升温至80℃反应，稳定反应10-15min后，形成种子纳米晶体乳液然后将核部原料组成中剩余部分的原料混合均匀，获得核层预乳化液；83℃反应2小时，形成核层乳液粒子。然后继续滴加壳部原料混合后所制备的壳部预乳化液，核部原料和壳部原料的重量比为1∶0.4，83℃反应2小时，引发接枝共聚合，冷却至40℃，调节pH值为7，加入杀菌剂，杀菌剂的用量与核部原料和壳部原料总质量的重量比为0.5∶100，即得到叔丙乳液。

方法三

1）核部原料的原料组成

2）壳部原料的原料组成

将上述核部原料组分中，3/4质量的去离子水，1/10质量的表面活性剂，1/2质量的引发剂，1/2质量的核部软单体、1/15质量的核部硬单体、2/3质量的核部功能单体、1/3质量的有机硅氧烷单体加入反应釜中，在搅拌条件下升温至87℃反应，稳定反应10-15min后，形成种子纳米晶体乳液，然后滴加核部原料中剩余部分所组成的核部预乳化液；90℃反应2小时，形成核层乳液粒子。然后继续滴加壳部原料混合后所制备的壳部预乳化液，核部原料和壳部原料的重量比为1∶0.3，90℃反应3小时，引发接枝共聚合，冷却至20℃，调节pH值为8，加入杀菌剂，杀菌剂的用量与核部原料和壳部原料总质量的重量比为2∶100，即得到叔丙乳液。

实施例2反射隔热涂料的制备

1.试剂

分散剂S-70S由上海忠诚化工有限公司提供，分散剂2320由深圳海川有限公司提供。润湿剂LB407、润湿剂EFS4070，由上海忠诚化工有限公司提供。亲水性消泡剂315由深圳海川有限公司提供，疏水性消泡剂DF538由上海忠诚化工有限公司提供。钛白粉996，由上海颜钛有限公司提供。4A分子筛，由洛阳建龙有限公司提供。赛博亚纳米胶粉由余杭加诚非金属矿业有限公司提供。流平剂LEV-202，由上海忠诚化工有限公司提供。杀菌剂515，由上海朝玲有限公司提供。防霉剂A2W，由上海朝玲有限公司提供。润湿剂EFS-407由上海忠诚化工有限公司提供。面活性剂A6820(磺基琥珀酸烷基醇醚酯钠盐)、表面活性剂V20S(含烯丙基烷氧基的聚醚硫酸盐)、表面活性剂PS925(支链醇醚)由上海忠诚精细化工有限公司提供。

2.配方

方法一：(单位：g)

取去离子水加入分散剂、润湿剂、亲水性消泡剂315搅拌均匀，在搅拌条件下加入全部颜填料和1/2质量的隔热粉，高速分散45min，进入研磨机上研磨，取样检测。当产品颗粒细度达到20μm左右时，停止研磨。加入剩余的隔热粉，叔丙乳液（实施例1制备）、防霉剂、杀菌剂、AP-95调节剂、成膜助剂、疏水性消泡剂538、流平剂搅拌均匀，过滤，包装，即得反射隔热涂料，性能检测如表1所示。

方法二：配方：(单位：g)

工艺过程：

取去离子水加入分散剂、润湿剂、消泡剂315搅拌均匀，在搅拌条件下加入全部颜填料和2/3质量的隔热粉，高速分散30min-45min，进入研磨机上研磨，取样检测。当产品颗粒细度达到18μm左右时，停止研磨。加入剩余的隔热粉，叔丙乳液（实施例1制备）、防霉剂、杀菌剂、AP-95调节剂、成膜助剂、消泡剂538、增稠流平剂搅拌均匀，过滤，包装，即得反射隔热涂料，性能检测如表1所示。

方法三：配方：(单位：g)

工艺过程：

取去离子水加入分散剂、润湿剂、消泡剂315搅拌均匀，在搅拌条件下加入全部颜填料和1/2质量的隔热粉，高速分散30min-45min，进入研磨机上研磨，取样检测。当产品颗粒细度达到22μm左右时，停止研磨。加入剩余的隔热粉，加入叔丙乳液（实施例1制备）、防霉剂、杀菌剂、AP-95调节剂、成膜助剂、消泡剂538、增稠流平剂搅拌均匀，过滤，包装，即得反射隔热涂料，性能检测如表1所示。

方法四：配方：(单位：g)

工艺过程：

取去离子水加入分散剂、润湿剂、消泡剂315搅拌均匀，在搅拌条件下加入全部颜填料和1/2质量的隔热粉，高速分散30min，进入研磨机上研磨，取样检测。当产品颗粒细度达到20μm左右时，停止研磨。加入剩余的隔热粉，加入叔丙乳液（实施例1制备）、防霉剂、杀菌剂、成膜助剂、AP-95调节剂、消泡剂538、增稠流平剂搅拌均匀，过滤，包装，即得反射隔热涂料，性能检测如表1所示。

3.反射隔热涂料性能测试

以本实施例方法1～4制备的反射隔热涂料为检测对象，性能检测方法参考国家标准GB/T9756-2009《合成树脂乳液内墙涂料》，GB18582-2008《室内装饰装修材料内墙涂料中有害物质限量》，《建筑反射隔热隔热涂料》JG/T235-2008，《建筑外表面用热反射隔热涂料标准》（JC/T1040-2007)，GB/T1741-2007《漆膜耐霉菌性测定法》，检测结果见表1。

表1反射隔热涂料性能检测

由表1可知，本发明的反射隔热涂料具有较佳的耐洗刷性，挥发性有机物质含量低，苯、甲苯、乙苯、二甲苯等有害挥发性物质未检出，可溶性重金属未检出；甲醛净化能力较强并且持久，可作为绿色无污染建材应用于装修领域，对人体伤害较小。本产品经检测，太阳反射比高，半球反射率高，有效隔热温度达到15℃以上。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

Claims (10)

1.一种反射隔热涂料，其组成包括以下重量份的各组分：

2.如权利要求1所述的反射隔热涂料，其特征在于，所述叔丙乳液的原料组成包括核部原料及壳部原料，并且所述核部原料和壳部原料的重量比为1:0.2～0.4；所述核部原料的组成包括如下重量份的各组分：表面活性剂1-3份，引发剂0.2-0.3份，核部软单体10-20份，核部硬单体5-15份，有机硅氧烷单体3-5份，核部功能单体0.5-1.5份，水40-45份；所述壳部原料的组成包括如下重量份的各组分：表面活性剂0.2-0.5份；引发剂0.1-0.3份；壳部软单体3-8份；壳部硬单体5-10份；有机硅氧烷单体1-2份；壳部功能单体0.2-1.0份；水5-10份。

3.如权利要求2所述的反射隔热涂料，其特征在于，所述核部软单体选自丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸2-乙基己酯中的一种或两种以上的组合；所述核部硬单体选自甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、甲基丙烯酸、丙烯酸中的一种或两种以上的组合；所述核部功能单体选自丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酰胺中的一种或两种以上的组合；所述壳部软单体选自丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸-2-乙基己酯中的一种或两种以上的组合；所述壳部硬单体选自甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、甲基丙烯酸、丙烯酸中的一种或两种以上的组合；所述壳部功能单体选自丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酰胺中的一种或两种以上的组合；所述有机硅氧烷单体选自乙烯基三异丙氧基硅烷、r-甲基丙酰氧基丙基三异丙氧基硅烷、八乙烯基环四硅氧烷、八甲基环四硅氧烷中的一种或两种以上的组合。

4.如权利要求2所述的反射隔热涂料，其特征在于，所述引发剂选自过硫酸铵、过硫酸钾或过硫酸钠中的任一种。

5.如权利要求1所述的反射隔热涂料，其特征在于，所述隔热粉选自4A分子筛、3A分子筛、云母粉和氧化锌中的一种或两种以上的混合。

6.如权利要求1所述的反射隔热涂料，其特征在于，所述颜填料选自钛白粉、碳酸钙、高岭土、赛博亚纳米胶粉中的一种或两种以上的组合。

7.如权利要求1所述的反射隔热涂料，其特征在于，所述助剂选自分散剂、润湿剂、亲水性消泡剂、疏水性消泡剂、杀菌剂、防霉剂、流平剂、pH调节剂、复合成膜剂中的一种或两种以上的组合。

8.如权利要求2所述的反射隔热涂料，其特征在于，所述叔丙乳液的原料还包括杀菌剂。

9.权利要求1-8任一权利要求所述反射隔热涂料的制备方法，步骤如下：

1）将核部原料中1/2～3/4质量的水，1/10～1/2质量的表面活性剂，1/5～1/2质量的引发剂，1/5～1/2质量的核部软单体、1/15～2/5质量的核部硬单体、1/4～2/3质量的核部功能单体以及1/10～1/3质量的有机硅氧烷单体加入反应釜，搅拌条件下升温至80～87℃，反应10min～15min获得种子晶体；将剩余的核部原料混合均匀获得核部预乳化液；将核部预乳化液滴加到反应釜的种子晶体中，滴加结束后将反应釜中的反应物升温至83～90℃，保温反应2～3h，获得核层乳液粒子；

2）将全部壳部原料混合均匀，获得壳部预乳化液；将壳部预乳化液滴加至步骤1）所得核层乳液粒子中，滴加结束后将反应釜中的反应物升温至83～90℃，保温反应2～3h，反应结束后冷却至40℃以下，调节溶液pH为7～8，过滤，获得叔丙乳液；

3）将反射隔热涂料组分中的水、助剂中的分散剂、润湿剂、亲水性消泡剂搅拌均匀后，在搅拌条件下向其中加入全部颜填料和1/2～2/3总质量的隔热粉，分散、研磨，获得原料粉浆；

4）向步骤3）的原料粉浆中加入剩余的隔热粉、剩余的助剂、以及步骤2）制得的叔丙乳液，搅拌均匀，过滤，获得反射隔热涂料。

10.权利要求1-8任一权利要求所述反射隔热涂料作为绿色保温建材的应用。