CN104403465A - 一种耐沾污隔热涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐沾污电力专用隔热涂料，以重量份计，由15～50份的成膜乳液、5～30份的纳米氧化物粉体、10～20份的热反射颜料、5～25份的空心陶瓷微珠、8～15份的填料、5～15份的助剂以及适量的去离子水组成，通过在隔热涂料中引入纳米氧化物粉体等成分，达到耐沾污性和隔热的目的。本发明还公开了一种耐沾污隔热涂料的制备方法，包括以下步骤：将去离子水、部分助剂、纳米氧化物粉体、空心陶瓷微珠、热反射颜料和填料添加至研磨机中研磨，得到浆料；将得到的浆料转移至分散机中，将成膜乳液以及余下助剂加至该浆料中，搅拌分散后，经筛网过滤，得到耐沾污隔热涂料，制备工艺简单、易于实施、操作简便。

Description

一种耐沾污隔热涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种耐沾污隔热涂料及其制备方法，属于电力设备专用涂料技术领域。

背景技术

电力设备中的箱变与开闭所是智能电网和配电网最为重要的供电设施组成部分，其功能是保障电力安全有效输送、控制以及汇集配送等，其可靠性和稳定性是电网稳定运行的关键。而箱变与开闭所常年经受风吹日晒，尤其是高温天气，箱变与开闭所通常因环境温度升高导致更多的故障，使用寿命大为缩减，从而影响供电系统的稳定性与可靠性。以国内常用的油浸式变压器为例，其内部绝缘耐热等级一般为A级，绕组热点温度的正常基准值为98℃，对应的预期寿命为20-30年。根据热老化定律，绕组温度每增加6℃，预期寿命缩短一半。此外，研究表明低压成套设备在夏季的故障率远高于其他季节。在智能电网建设的背景下，电力设备的稳定性与可靠性显得尤其关键。由于夏季气温可达40℃，极端高温甚至高达44.1℃（2013年8月11日，浙江新昌）；考虑太阳热辐射的影响（《GB/T 4797.4-2006 电工电子产品环境自然环境条件 太阳辐射与温度》），则环境实际温度可达70℃左右；加上设备因负载损耗、空载损耗和附加损耗产生大量的热能，往往使得电力部件的温度显著上升，引起绝缘材料的老化，缩短电力部件的使用寿命并引发故障。同时，箱变与开闭所使用的灵敏元器件和传感器在高温环境下已丧失灵敏性、失效直至提前更换，更为严重的是可因环境温度过高而产生一些起火、触电等更为恶性的事故，造成重大的经济损失和人员伤亡。

尽管箱变与开闭所采用散热、强制通风等措施能取得一定的效果，但其中的电力部件温度往往接近国家标准（GB/T 1094.2-1996 电力变压器 第2部分 温升）的上限值，在高温天气甚至超过上限值。利用空调也能达到降温效果，但是需要消耗一定的电能，且安装成本较高。而反射隔热涂料作为一种新型节能产品，可主动反射太阳光中的近红外线，从而有效改善箱变与开闭所因环境高温带来的危害，即便在炎热的夏天也能大大降低户外电力设备内部的温度。反射隔热涂料已在建筑领域得到积极应用，可降低工业厂房的室内温度5-8℃；并在工业、交通等领域取得良好的示范应用。而部分电力设备如变电站尤其是预装式变电站通常为高度低、密封性高的封闭结构，其积蓄的太阳辐射能和电能不易散发，变电站内的实际空气温度将达到60℃，远高于标准所述的常规要求（不高于40℃）。采用反射隔热涂料能够反射80%以上的太阳辐射热能，并持续辐射远红外线进一步降低温度，可使变电站温度降至40℃以下，满足变电站的运行要求，延长使用寿命并降低故障率。随着技术的日益进步，反射隔热涂料的太阳光反射比已达到0.85，但由于其耐沾污性稍大，长期使用时将出现反射比的劣化，不利于反射隔热涂料在电力设备的长期服役。目前隔热涂料的耐沾污技术主要利用亲水化试剂在涂料表面制造一层亲水层，使得污染物容易被雨水冲刷走。然而该技术主要用于溶剂型隔热涂料，以大金的ZEFFLE隔热涂料为代表。而文献与市场中极少有耐沾污水性隔热涂料的报道。

公开号为CN 101481583 A的中国发明专利申请公开了一种水性耐沾污热反射隔热涂料，包括25~50重量份的成膜乳液、10~25重量份的热反射颜料、2~15重量份的红外反射填料、0~3重量份的空心玻璃微珠、0~5重量份的其他颜填料、适量的助剂和适量的去离子水。此外，还公开了一种与水性耐玷污热反射隔热涂料配合使用的隔热底层涂料，包括30~50重量份的成膜物、20~30重量份的中空填料、0~5重量份的石蜡相变微胶囊、1~10重量份的其他颜填料、1~4重量份的助剂和余量的去离子水。该技术方案利用水性耐玷污热反射隔热涂料的亲水性表面，使得污染物容易被雨水冲刷走，耐沾污性（%）为10，但是需要隔热底层涂料和水性耐玷污热反射隔热涂料配合使用才能够达到耐玷污和隔热的目的。公开号为CN 102676014A的中国发明专利申请公开了一种水性耐沾污热隔热涂料，包括15~40份的成膜乳液、10~40份的氟树脂乳液、10~30份的热反射颜料、5~15份的空心陶瓷微珠、8~16份的填料、1.5~5份的助剂以及适量的去离子水组成，通过在成膜乳液中引入水性氟树脂乳液等成分使其具有低表面能特性，使污染物小颗粒和小液滴不易吸附达到耐沾污性和隔热的目的，耐沾污性（%）达到8或8以下，但其加入大量的水性氟树脂乳液大大提高了涂料产品的成本，且加入的水性氟树脂乳液运输和储存温度在5℃-35℃，冬季需要注意保温，容易出现破乳现象，我国北方地区冬天大多低于0℃，对涂料产品的储存、施工都带来不便。同时，公开号为CN 103525206A的中国发明专利申请公开了一种水性耐沾污热隔热涂料，包括60~70份聚四氟乙烯乳液、1~2份2,2,4-三甲基-1,3戊二醇单异丁酸酯、1~2份丙三醇、3~4份氧化铝、4~6份空心陶瓷微珠、10~15份滑石粉、2~4份碳纳米管、1~2份二乙撑三胺、0.1~0.3份异噻唑酮、0.2~0.5份三聚磷酸钠、0.8~1份二甲基硅油、20~30份粘结助剂、15~30份去离子水，通过加入粘结助剂使得成膜物具有地表面能的特性使其具有优异的耐沾污性能，其耐沾污性（%）为10，其成本相对较高，隔热涂料生产工序多且复杂，使用也不方便。

发明内容

本发明提供了一种耐沾污隔热涂料，通过在涂料体系中引入纳米氧化物粉体等成分，达到耐沾污性和隔热的目的。

一种耐沾污隔热涂料，包括以下重量份的原料：

成膜乳液 15~50份；

纳米氧化物粉体 5~30份；

热反射颜料 10~20份；

空心陶瓷微珠 5~15份；

填料 8~15份；

助剂 5~15份；

去离子水 15~35份。

所述的成膜乳液，其主要作为涂料的基材，对涂料的耐候性、力学性能等具有重要作用。作为优选，所述的成膜乳液为纯丙乳液、苯丙乳液（苯乙烯-丙烯酸酯乳液）、乙丙乳液、硅丙乳液中的一种，纯丙乳液、苯丙乳液、乙丙乳液和硅丙乳液均可采用市售产品。

所述的纳米氧化物粉体是涂料的主体填料之一，对涂料的耐沾污性能和耐老化性能具有特别重要的影响。一方面通过加入纳米氧化物粉体可以进行纳米改性，纳米改性高分子材料可以更有效地结合高分子材料的柔韧性和无机材料的刚性，利用纳米材料可提高涂层的玻璃化转变温度，从而增加涂层的刚性，避免吸附更多的灰尘，获得耐沾污隔热涂料，另一方面通过加入纳米氧化物粉体可利用无机纳米颗粒的紫外线吸收特性，提高涂层的耐老化性能，避免涂层的粉化、脱落，延长使用寿命；作为优先，所述的纳米氧化物粉体为纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米氧化铝、纳米二氧化钛中的一种或者两种以上，纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米氧化铝、纳米二氧化钛均可采用市售产品。

进一步优选，所述的纳米氧化物粉体为纳米二氧化硅和纳米二氧化钛，采用纳米二氧化硅和纳米二氧化钛能够提高涂层的玻璃化转变温度，具有更好的耐沾污性，同时隔热效果也较好。

以重量份计，纳米氧化物粉体选用5~30份，本发明耐沾污隔热涂料的耐沾污性（%）可下降至8或8以下。

作为优选，所述的热反射颜料为钛白粉、硫酸钡、硫化锌中的一种或两种以上，热反射颜料具有反射可见光和红外光作用。

进一步优选，所述的热反射颜料为钛白粉，具有更好的反射可见光和红外光作用。

更进一步优选，所述的热反射颜料为金红石型钛白粉。

所述的空心陶瓷微珠可采用由钛、铝、硅、氧等元素组成的空心陶瓷微珠市售产品，空心陶瓷微珠具有热反射、热辐射和绝热等作用，优选粒径为40μm~100μm的空心陶瓷微珠，具有更好的热反射、热辐射和绝热等功能。

作为优选，所述的填料为碳酸钙、滑石粉、方解石、硅藻土、高岭土、蒙脱土、氧化铝、硅酸铝等中的一种或两种以上。

作为优选，所述的助剂为成膜助剂、分散剂、润湿剂、流平剂、消泡剂、增稠剂、抗菌剂、防冻剂、pH调节剂等中的一种或两种以上。以重量份计，成膜助剂可具体选用2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯，0.5~5份；分散剂可具体选用聚羧酸钠盐型分散剂，0.1~1份；润湿剂可具体选用丙二醇或甘油，0.5~3.5份；流平剂可具体选用聚醚聚酯改性有机硅氧烷1~5份，消泡剂可具体选用甲基硅油，0.1~1份；增稠剂可具体选用羟乙基纤维素型增稠剂，0.1~2份；抗菌剂可具体选用异噻唑酮（如苯并异噻唑啉酮），0.1~0.5份；防冻剂可具体选用丙二醇0.5~4份，pH调节剂可具体选用氨水，0.1~1份；氨水可进一步选用饱和氨水。

在本发明所述的耐沾污隔热涂料中，还可以根据耐沾污隔热涂料的颜色需要，添加一定的显色颜料，作为优选，所述的显色颜料为氧化铁红、氧化铁绿、永固橙、柠檬黄、酞菁蓝、酞菁绿等中的一种或两种以上，以重量份计，显色颜料添加0~5份。

进一步优选，所述的耐沾污隔热涂料，包括以下重量份的原料：

成膜乳液 15~50份；

纳米氧化物粉体 5~30份；

去离子水 15~35份；

丙二醇 0.5~3.5份；

2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯 0.5~5份；

钛白粉 10~30份；

硫酸钡 2~5份；

高岭土 2~5份；

碳酸钙 3~10份；

空心陶瓷微珠 5~25份；

异噻唑酮 0.1~0.5份；

聚羧酸钠盐型分散剂 0.1~1份；

甲基硅油 0.1~1份；

羟乙基纤维素型增稠剂 0.1~2份；

氨水 0.1~1份。

在上述进一步优选的各重量份的组分组合下，制备的耐沾污隔热涂料能够体现出最佳的性能，具有良好的隔热效果和优异的耐沾污性。

本发明还提供了一种耐沾污隔热涂料的制备方法，制备简单，易于实施。

所述的耐沾污隔热涂料的制备方法，包括以下步骤：

1）研磨：

将15~35份去离子水、0.5~3.5份丙二醇、0.5~5份2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯、10~30份钛白粉、2~5份高岭土、2~5份硫酸钡、5~30份纳米氧化物粉体、3~10份碳酸钙、5~25份空心陶瓷微珠、0.1~0.5份异噻唑酮、0.1~1份聚羧酸钠盐型分散剂、0.1~2份羟乙基纤维素型增稠剂和0.1~1份氨水加至研磨机中，在1500r/min~3000r/min的速度下研磨20min~80min，得到浆料；

2）搅拌分散：

将步骤1）得到的浆料转移至分散机中，将15~50份成膜乳液、0.1~1份甲基硅油加至该浆料中，在500r/min~1500r/min的速度下搅拌分散15min~45min，经80~100目的筛网过滤，得到耐沾污隔热涂料。

作为优选，所述氧化物粉体为纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米氧化铝、纳米二氧化钛中的一种或者两种以上。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明耐沾污隔热涂料在隔热涂料体系中加入纳米氧化物粉体进行纳米改性，纳米改性高分子材料可以更有效地结合高分子材料的柔韧性和无机材料的刚性，利用纳米材料可提高涂层的玻璃化转变温度，从而增加涂层的刚性，避免吸附更多的灰尘，使隔热涂料具有优异的耐沾污性。所加入的纳米氧化物粉体本身具有绝佳的红外反射性能，能与隔热涂料中的其他成分相互协同作用使得本发明耐沾污隔热涂料最终具有良好的隔热效果和优异的耐沾污性；

2、本发明耐沾污隔热涂料可以反射85%~93%的太阳辐射，并能够辐射出远红外光，隔热效果显著，通过加入纳米氧化物粉体可利用无机纳米颗粒的紫外线吸收特性，提高涂层的耐老化性能，避免涂层的粉化、脱落，延长使用寿命，隔热性能也比较稳定，能够长期维持，此外，本发明耐沾污隔热涂料的VOC（即挥发性有机化合物）含量较低，能够大幅度减少环境污染，环境友好；

3、本发明耐沾污隔热涂料的制备方法，对原料进行研磨和搅拌分散后即可制得本发明耐沾污隔热涂料，其制备工艺简单、易于实施、操作简便，有利于工业化大规模生产，降低了工业化生产成本，具有较好的经济效益。

本发明所述的耐沾污隔热涂料具有良好的隔热性能和优异的耐沾污性能，特别适用于室外电力设备。

具体实施方式

下面结合实施案例对本发明进行进一步说明。下列实施例中的“份”均指重量份。

实施例 1

往研磨机中加入去离子水15份、丙二醇0.5份、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯2.5份、纳米二氧化硅粉体8份，纳米二氧化钛粉体2份，金红石型钛白粉15份、高岭土2份、硫酸钡5份、碳酸钙5份、空心陶瓷微珠8份（盈速粒，粒径为40μm~100μm）、苯并异噻唑啉酮0.2份、聚羧酸钠盐型分散剂0.3份（诺普科SN-5040）、羟乙基纤维素型增稠剂0.7份（陶氏Cellusize ER-30M）和饱和氨水0.3份，在2500r/min的速度下研磨35min，得到浆料；

将浆料转移至分散机中，将纯丙乳液35份（罗门哈斯易韧达™2468）、甲基硅油0.5份加至该浆料中，在800r/min的速度下搅拌分散30min，经80目的筛网过滤，得到本发明耐沾污隔热涂料产品。

实施例 2

往研磨机中加入去离子水15份、丙二醇0.5份、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯2.5份、纳米二氧化硅粉体8份，纳米二氧化钛粉体10份，金红石型钛白粉15份、高岭土3份、硫酸钡1份、碳酸钙2份、空心陶瓷微珠6份（盈速粒，粒径为40μm~100μm）、苯并异噻唑啉酮0.2份、聚羧酸钠盐型分散剂0.3份（诺普科SN-5040）、羟乙基纤维素型增稠剂0.7份（陶氏Cellusize ER-30M）和饱和氨水0.3份，在2500r/min的速度下研磨35min，得到浆料；

将浆料转移至分散机中，将硅丙乳液35份（东方亚科力BC-3206）、甲基硅油0.5份加至该浆料中，在800r/min的速度下搅拌分散30min，经80目的筛网过滤，得到本发明耐沾污隔热涂料产品。

实施例 3

往研磨机中加入去离子水15份、丙二醇0.5份、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯2.5份、纳米二氧化硅粉体5份，纳米二氧化钛粉体3份，金红石型钛白粉18份、高岭土2份、硫酸钡5份、碳酸钙2份、空心陶瓷微珠7份（盈速粒，粒径为40μm~100μm）、苯并异噻唑啉酮0.2份、聚羧酸钠盐型分散剂0.3份（诺普科SN-5040）、羟乙基纤维素型增稠剂0.7份（陶氏Cellusize ER-30M）和饱和氨水0.3份，在2500r/min的速度下研磨35min，得到浆料；

将浆料转移至分散机中，将苯丙乳液38份（罗门哈斯AS-398）、甲基硅油0.5份加至该浆料中，在800r/min的速度下搅拌分散30min，经80目的筛网过滤，得到本发明耐沾污隔热涂料产品。

对比例 1

往研磨机中加入去离子水15份、丙二醇0.5份、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯3份、金红石型钛白粉15份、高岭土5份、硅藻土1份、氧化铝5份、陶瓷空心微珠5份（盈速粒，粒径为40μm~100μm）、苯并异噻唑啉酮0.2份、聚羧酸钠型分散剂（诺普科SN-5040）0.3份、羟乙基纤维素型增稠剂（陶氏Cellusize ER-30M）1.5份和饱和氨水0.8份，在3000r/min的速度下研磨45min，得到浆料；

将浆料转移至分散机中，将纯丙乳液40份（罗门哈斯易韧达™2468）、甲基硅油0.5份加至浆料中，在600r/min的速度下搅拌分散30min，经100目的筛网过滤，得到隔热涂料产品。

将实施例1~3得到的本发明耐沾污隔热涂料产品和对比例1制备的隔热涂料产品按GJB 2502-1995测试太阳光反射比与半球发射率，按GB/T 9780-2005测试耐沾污性，结果如表1所示。

表1

	实施例1	实施例2	实施例3	对比例1
					太阳光反射比	0.84	0.91	0.88	0.83
半球发射率	0.87	0.87	0.86	0.85
					耐沾污性（%）	9	7	10	20

由表1可见，通过加入纳米氧化物粉体进行纳米改性的本发明耐沾污隔热涂料产品的耐沾污性能要大幅度优于不通过纳米改性的对比例1制备的隔热涂料产品，具有优异的耐沾污性能，同时本发明耐沾污隔热涂料具有良好的隔热效果，可使本发明耐沾污隔热涂料保持长期的隔热效果，适用于室外电力专用设备。

Claims (10)

1.一种耐沾污隔热涂料，其特征在于包括以下重量份的原料：

成膜乳液 15~50份；

纳米氧化物粉体 5~30份；

热反射颜料 10~20份；

空心陶瓷微珠 5~25份；

填料 8~15份；

助剂 5~15份；

去离子水 15~35份。

2.根据权利要求1所述的耐沾污隔热涂料，其特征在于，所述的纳米氧化物粉体为纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米氧化铝、纳米二氧化钛中的一种或者两种以上。

3.根据权利要求2所述的耐沾污隔热涂料，其特征在于，所述的纳米氧化物粉体为纳米二氧化硅和纳米二氧化钛。

4.根据权利要求1所述的耐沾污隔热涂料，其特征在于，所述的成膜乳液为纯丙乳液、苯丙乳液、乙丙乳液、硅丙乳液中的一种。

5.根据权利要求1所述的耐沾污隔热涂料，其特征在于，所述的热反射颜料为钛白粉、硫酸钡、硫化锌中的一种或两种以上；所述的填料为碳酸钙、滑石粉、方解石、硅藻土、高岭土、蒙脱土、氧化铝、硅酸铝中的一种或两种以上。

6.根据权利要求1所述的耐沾污隔热涂料，其特征在于，所述空心陶瓷微珠粒径为40μm~100μm。

7.根据权利要求1所述的耐沾污隔热涂料，其特征在于，所述的助剂为成膜助剂、分散剂、润湿剂、流平剂、消泡剂、增稠剂、抗菌剂、防冻剂、pH调节剂中的一种或两种以上，其中以重量份计，成膜助剂具体选用2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯，0.5~5份；分散剂具体选用聚羧酸钠盐型分散剂，0.1~1份；润湿剂具体选用丙二醇或甘油，0.5~3.5份；流平剂具体选用聚醚聚酯改性有机硅氧烷1~5份，消泡剂具体选用甲基硅油，0.1~1份；增稠剂具体选用羟乙基纤维素型增稠剂，0.1~2份；抗菌剂具体选用异噻唑酮，0.1~0.5份；防冻剂具体选用丙二醇0.5~4份，pH调节剂具体选用氨水，0.1~1份。

8.根据权利要求1所述的耐沾污隔热涂料，其特征在于，所述耐沾污隔热涂料进一步包括显色颜料，所述显色颜料为氧化铁红、氧化铁绿、永固橙、柠檬黄、酞菁蓝、酞菁绿等中的一种或两种以上，以重量份计，显色颜料为0~5份。

9.一种耐沾污隔热涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1）研磨：

将15~35份去离子水、0.5~3.5份丙二醇、0.5~5份2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯、10~30份钛白粉、2~5份高岭土、2~5份硫酸钡、5~30纳份米氧化物粉体、3~10份碳酸钙、5~25份空心陶瓷微珠、0.1~0.5份异噻唑酮、0.1~1份聚羧酸钠盐型分散剂、0.1~2份羟乙基纤维素型增稠剂和0.1~1份氨水加至研磨机中，在1500r/min~3000r/min的速度下研磨20min~80min，得到浆料；

2）搅拌分散：

将步骤1）得到的浆料转移至分散机中，将15~50份成膜乳液、0.1~1份甲基硅油加至该浆料中，在500r/min~1500r/min的速度下搅拌分散15min~45min，经80~100目的筛网过滤，得到耐沾污隔热涂料。

10.根据权利要求9所述的一种耐沾污隔热涂料的制备方法，其特征在于，所述氧化物粉体为纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米氧化铝、纳米二氧化钛中的一种或者两种以上。