CN103992706A - 一种智能温控屏蔽全波段纳米透明隔热涂料及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能温控屏蔽全波段纳米透明隔热涂料及其制备工艺，属于功能纳米新材料。该涂料包含如下重量百分比的各组分：水性丙烯酸树脂35～80%、水性氨基树脂0～20%、纳米ATO分散体10～30%、纳米VO₂分散体1～10%、纳米LaB₆分散体1～10%、纳米WO₃分散体1～15%、流平剂0.05～1%、消泡剂0.05～1%、去离子水5～20%。优点是本发明的涂膜透光性能在可见光范围内平均透过率大于85%，在380～400nm处的透过率为0%，在800～1000nm处的透过率为1%，在1000～2000nm处的透过率为2%，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平均降低16℃～18℃；涂膜的硬度达到6H级，附着力为0级，透明性和耐候性良好。

Description

一种智能温控屏蔽全波段纳米透明隔热涂料及其制备工艺

技术领域

本发明属于功能纳米新材料，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及其制备工艺。

背景技术

目前建筑行业广泛采用大面积玻璃窗和玻璃幕墙，而玻璃的隔热效果差，无疑会增加空调的负荷，造成电力能源的极大浪费，在汽车、火车和飞机等交通工具上也存有类似问题，如何解决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。现有技术中的透明隔热涂料多采用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，节能效果有限。

公开号为CN 102746781 A的中国专利公开了一种全屏蔽红外线和紫外线聚氨酯纳米透明隔热涂料，以重量百分比计，包括如下组分：聚氨酯树脂40%～80%、纳米ATO分散体5%～30%、纳米LaB₆分散体1%～10%、纳米WO₃分散体1%～15%、助剂0.5%～3%和溶剂5%～20%。存在的缺陷是该涂料形成的涂膜透光性能差，在可见光范围内平均透过率在70%左右，使得采光不是很理想；涂膜的硬度一般在4H左右，硬度较低，不能满足一些场所对隔热材料硬度的要求；另外，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平均降低10℃～13℃，隔热效果不理想。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种智能温控屏蔽全波段纳米透明隔热涂料，具有透光率好，同时形成的涂膜硬度高，隔热能力强，降低能耗。

为了解决上面所述的技术问题，本发明采取以下技术方案：一种智能温控屏蔽全波段纳米透明隔热涂料，其包含如下重量百分比的各组分：水性丙烯酸树脂35～80%、水性氨基树脂0～20%、纳米ATO分散体10～30%、纳米VO₂分散体1～10%、纳米LaB₆分散体1～10%、纳米WO₃分散体1～15%、流平剂0.05～1%、消泡剂0.05～1%、去离子水5～20%。纳米VO₂晶体具有两种不同的晶胞结构，当温度高于68℃时，它属于四方晶的金红石型(P42/mnm)，透射率低；而在温度低于68℃时，金红石结构发生畸变，对称性降低为单斜(P21/c)，原来位于晶胞体心的V⁴⁺离子发生移动，形成折线形 V-V 链，透射率发生可逆的变化，透射率高，可见光透过率升高，同时进一步屏蔽紫外线和近红外线。

优选的，所述的水性丙烯酸树脂选用耐候性好的水性环氧杂化丙烯酸树脂、纯硅丙丙烯酸树脂、水性有机硅接枝丙烯酸树脂或改性丙烯酸树脂的一种或几种的组合。

优选的，所述的水性氨基树脂选用甲醚化氨基树脂或水性部醚化氨基树脂。

优选的，所述的纳米ATO分散体、纳米LaB₆分散体、纳米VO₂分散体、纳米WO₃分散体均选用粒径为30～80 nm、固含量为15～30%的纳米水性浆料。

优选的，所述的流平剂选用水性丙烯酸酯共聚物、氟改性聚丙烯酸酯共聚物或聚醚改性聚硅氧烷聚合物的一种或几种的组合。

优选的，所述的消泡剂选用水性非硅酮脂肪酸聚合物、改性聚丙烯酸聚合物、聚氧乙烯醚或改性聚硅氧烷的一种或几种的组合。

优选的，所述的纳米VO₂分散体、纳米ATO分散体、纳米LaB₆分散体、纳米WO₃分散体，其包含如下重量百分比的各组分：纳米粉体15～30%、润湿分散剂2～12%、去离子水60～70%，其中所述的润湿分散剂为德国毕克化学BYKT90、埃夫科纳的AFCONA4560、路博润Solseperse 20000的一种或几种的组合。

本发明还提供了智能温控屏蔽全波段纳米透明隔热涂料的制备工艺，具体按以下步骤进行：

1)、制备纳米分散体

a、依次（按重量百分比）加入组分量的去离子水、润湿分散剂搅拌均匀，边搅拌边缓慢加入纳米粉体；

b、待粉体加完后高速分散30分钟，开启纳米研磨机，进行循环研磨，间隔时间取样检查，中位粒径（D50）在40～80nm之间时，停机得到纳米浆料，纳米分散体颗粒粒度分布均匀，且非常稳定，常温下保存期长，与大多成膜物质均有良好的相容性；

2)、制备纳米透明隔热涂料

a、把步骤1)中制得的纳米VO₂分散体、纳米ATO分散体、纳米LaB₆分散体、纳米WO₃分散体，按组分重量百分比依次滴加到水性丙烯酸树脂中，搅拌分散15～30min；

b、按组分比例加入水性氨基树脂、流平剂、消泡剂和去离子水，搅拌混合均匀过滤即制得纳米透明隔热涂料。

与现有技术相比，优点是本发明采用纳米VO₂/ATO/WO₃/LaB₆复合体系作为隔热材料的纳米透明隔热涂料，涂膜透光性能在可见光范围内平均透过率大于85%，在380～400nm处的透过率为0%，在800～1000nm处的透过率为1%，在1000～2000nm处的透过率为2%，涂膜完全阻隔紫外线和红外线，只有可见光能透过涂膜，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平均降低16℃～18℃，实现节能降耗；采用合成水性丙烯酸树脂为成膜物，提高涂膜的硬度，达到6H级，附着力为0级，透明性和耐候性良好。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细描述，但本发明不限于所给出的例子。

一种智能温控屏蔽全波段纳米透明隔热涂料，其包含如下重量百分比的各组分：水性丙烯酸树脂35～80%、水性氨基树脂0～20%、纳米ATO分散体10～30%、纳米VO₂分散体1～10%、纳米LaB₆分散体1～10%、纳米WO₃分散体1～15%、流平剂0.05～1%、消泡剂0.05～1%、去离子水5～20%。纳米VO₂晶体具有两种不同的晶胞结构，当温度高于68℃时，它属于四方晶的金红石型(P42/mnm)；此时，O^2-离子组成正八面体，将 V⁴⁺包在八面体空隙中心；而在温度低于68℃时，金红石结构发生畸变，对称性降低为单斜(P21/c)，原来位于晶胞体心的V⁴⁺离子发生移动，形成折线形 V-V 链，透射率发生可逆的变化，透射率高，可见光透过率升高，同时进一步屏蔽紫外线和近红外线。

所述的水性丙烯酸树脂选用耐候性好的水性环氧杂化丙烯酸树脂、纯硅丙丙烯酸树脂、水性有机硅接枝丙烯酸树脂或改性丙烯酸树脂的一种或几种的组合。

所述的水性氨基树脂选用甲醚化氨基树脂或水性部醚化氨基树脂。

所述的纳米ATO分散体、纳米LaB₆分散体、纳米VO₂分散体、纳米WO₃分散体均选用粒径为30～80 nm、固含量为15～30%的纳米水性浆料。

所述的流平剂选用水性丙烯酸酯共聚物、氟改性聚丙烯酸酯共聚物或聚醚改性聚硅氧烷聚合物的一种或几种的组合。

所述的消泡剂选用水性非硅酮脂肪酸聚合物、改性聚丙烯酸聚合物、聚氧乙烯醚或改性聚硅氧烷的一种或几种的组合。

结合以下几个实施例对本发明纳米透明隔热涂料的制备工艺进行详细描述。

实施例1

智能温控屏蔽全波段纳米透明隔热涂料制备工艺，具体按以下步骤进行：

1)、制备纳米分散体

a、纳米ATO分散体制备工艺如下：去离子水66％，润湿分散剂（T90）2%、润湿分散剂（AFCONA4560）7%、纳米ATO粉体25%，依次加入组分量的去离子水、润湿分散剂并搅拌均匀，然后边搅拌边缓慢加入纳米粉体，待粉体加完后高速分散30min，开启纳米研磨机，进行循环研磨，研磨时间大约为13～15h，得到中位粒径在75nm左右、固含量为25%的纳米ATO分散体；

b、纳米VO₂分散体制备工艺如下：去离子水64％，润湿分散剂（BYK90）2%、润湿分散剂（AFCONA4560）7%、纳米VO₂粉体27%，依次加入组分量的去离子水、润湿分散剂并搅拌均匀，然后边搅拌边缓慢加入纳米粉体，待粉体加完后高速分散30min，开启纳米研磨机，进行循环研磨，研磨时间大约为13～15h，得到中位粒径在61nm左右、固含量为25%的纳米VO₂分散体；

c、纳米LaB₆分散体制备工艺如下：去离子水72％、润湿分散剂（T90）2%、润湿分散剂（AF4560）6%、纳米LaB₆粉体20%，依次加入组分量的去离子水、润湿分散剂并搅拌均匀，然后边搅拌边缓慢加入纳米粉体，待粉体加完后高速分散30min，开启纳米研磨机，进行循环研磨，研磨时间大约为13～15h，得到中位粒径在63nm左右、固含量为20%的纳米LaB₆分散体；

d、纳米WO₃分散体制备工艺如下：去离子水75%、润湿分散剂（Solseperse 20000）5%、纳米WO₃粉体20%，依次加入组分量的去离子水、润湿分散剂并搅拌均匀，然后边搅拌边缓慢加入纳米粉体，待粉体加完后高速分散30min，开启纳米研磨机，进行循环研磨，研磨时间大约为13～15h，得到中位粒径在75nm左右、固含量为20%的纳米WO₃分散体，依次（按重量百分比）加入组分量的去离子水、润湿分散剂搅拌均匀，边搅拌边缓慢加入纳米粉体；

2)、制备纳米透明隔热涂料

a、在调漆桶中先加入水性环氧杂化丙烯酸树脂，然后一边搅拌一边缓慢滴加步骤1)中得到的纳米VO₂分散体、纳米ATO分散体、纳米LaB₆分散体、纳米WO₃分散体，搅拌分散20～30min；

b、按组分比例加入甲醚化氨基树脂、流平剂、附着力促进剂、消泡剂和去离子水，搅拌混合均匀后过滤即制得纳米透明隔热涂料。

本实施例的纳米透明隔热涂料各组分的配比列于表1中。

实施例2 本实施例步骤1）同实施例1的制备工艺，纳米透明隔热涂料各组分的配比列于表1中。

实施例3 本实施例步骤1）同实施例1的制备工艺，纳米透明隔热涂料各组分的配比列于表1中。

实施例4 本实施例步骤1）同实施例1的制备工艺，纳米透明隔热涂料各组分的配比列于表1中。

表1 纳米透明隔热涂料各组分的配比（重量百分比）

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

表2 纳米透明隔热涂料基本性能测试结果

Claims (8)

1. 一种智能温控屏蔽全波段纳米透明隔热涂料，其特征在于，其包含如下重量百分比的各组分：水性丙烯酸树脂35～80%、水性氨基树脂0～20%、纳米ATO分散体10～30%、纳米VO₂分散体1～10%、纳米LaB₆分散体1～10%、纳米WO₃分散体1～15%、流平剂0.05～1%、消泡剂0.05～1%、去离子水5～20%。

2. 根据权利要求1所述的纳米透明隔热涂料，其特征在于，所述的水性丙烯酸树脂选用耐候性好的水性环氧杂化丙烯酸树脂、纯硅丙丙烯酸树脂、水性有机硅接枝丙烯酸树脂或改性丙烯酸树脂的一种或几种的组合。

3.根据权利要求1所述的纳米透明隔热涂料，其特征在于，所述的水性氨基树脂选用甲醚化氨基树脂或水性部醚化氨基树脂。

4.根据权利要求1所述的纳米透明隔热涂料，其特征在于，所述的纳米ATO分散体、纳米LaB₆分散体、纳米VO₂分散体、纳米WO₃分散体均选用粒径为30～80 nm、固含量为15～30%的纳米水性浆料。

5.根据权利要求1所述的纳米透明隔热涂料，其特征在于，所述的流平剂选用水性丙烯酸酯共聚物、氟改性聚丙烯酸酯共聚物或聚醚改性聚硅氧烷聚合物的一种或几种的组合。

6.根据权利要求1所述的纳米透明隔热涂料，其特征在于，所述的消泡剂选用水性非硅酮脂肪酸聚合物、改性聚丙烯酸聚合物、聚氧乙烯醚或改性聚硅氧烷的一种或几种的组合。

7.根据权利要求1或4所述的纳米透明隔热涂料，其特征在于，所述的纳米VO₂分散体、纳米ATO分散体、纳米LaB₆分散体、纳米WO₃分散体，其包含如下重量百分比的各组分：纳米粉体15～30%、润湿分散剂2～12%、去离子水60～70%，其中所述的润湿分散剂为德国毕克化学BYKT90、埃夫科纳的AFCONA4560、路博润Solseperse 20000的一种或几种的组合。

8.一种根据权利要求1至6任意一项所述的智能温控屏蔽全波段纳米透明隔热涂料的制备工艺，具体按以下步骤进行：

1)、制备纳米分散体

a、依次（按重量百分比）加入组分量的去离子水、润湿分散剂搅拌均匀，边搅拌边缓慢加入纳米粉体；

b、待粉体加完后高速分散30分钟，开启纳米研磨机，进行循环研磨，间隔时间取样检查，中位粒径（D50）在40～80nm之间时，停机得到纳米浆料，纳米分散体颗粒粒度分布均匀，且非常稳定，常温下保存期长，与大多成膜物质均有良好的相容性；

2)、制备纳米透明隔热涂料

a、把步骤1)中制得的纳米VO₂分散体、纳米ATO分散体、纳米LaB₆分散体、纳米WO₃分散体，按组分重量百分比依次滴加到水性丙烯酸树脂中，搅拌分散15～30min；

b、按组分比例加入水性氨基树脂、流平剂、消泡剂和去离子水，搅拌混合均匀过滤即制得纳米透明隔热涂料。