CN104610825A - 一种隔热涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的隔热涂层使用具有级配的普通钛白粉和纳米二氧化钛的混合粉末作为颜料，配以高反射率和低导热率的填料，以水性丙烯酸溶液为粘结剂，制备出一种隔热性能优异的涂层。该制备方法为：首先将涂料的各个组分按照上述的配比进行称量和配料；然后在丙烯酸乳液中加入普通钛白粉、纳米二氧化钛、润湿剂、分散剂和消泡剂，在室温下用研磨分散搅拌机以1000r/min的速度下进行研磨分散；混合均匀后再加入空心微珠、滑石粉、增稠剂和成膜助剂以200r/min的速度搅拌，得到隔热涂料。具有紧密堆积效应，提高涂层分散性和均匀性，同时可以反射不同波段的光，提高了涂层的隔热性能。涂刷在基材表面，能减少内部温度的升高，并且节约成本。

Description

一种隔热涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于涂层领域，具体涉及一种隔热涂层及其制备方法。
背景技术
随着国家经济的发展和人民生活水平的提高，对能源的需求也越来越大。传统能源煤、石油、天然气的储量是有限的，特别是石油的短缺会阻碍经济的发展，各国在探索新能源的同时，也大力强调节约使用能源。
民用建筑中，墙体连续不断地接受来自太阳的强烈辐射光后表面的温度升高，例如在炎热的夏天建筑外墙及屋顶表面的温度可以达到40～50℃，金属物体表面温度可以达到70～80℃。建筑外墙温度的升高也相应提高了屋内的温度。当今社会，人类为了降低自身生活环境的温度，大量使用喷淋装置、电风扇、空调、冷气机等，而这些降温制冷设备所消耗的能量，占全年总能耗的20％以上。工业中，各种放置易挥发、易燃物品的仓库，温度的升高导致原料挥发，不仅会带来经济损失，还会带来很大的安全隐患。为了降低金属储罐设备的表面温度，目前采取的措施多为淋水降温法，这既浪费能源，并且浪费水资源。在灼热的太阳光照射下，为保证石油或酒精储罐能够维持在一定的温度下，在储罐的设备外涂刷一层具有良好隔热效果的涂层，达到良好的降温效果。
隔热涂层作为一种新型的节能材料，它能有效的反射和阻隔太阳光的能量，明显降低建筑物外墙、屋顶和室内温度，减少了空调等制冷设备在高温条件下的能耗，既改善了工作环境又节约了大量的能源。
但是目前商品化的隔热涂层应用较少，并且涂层大多使用粒径比较单一的颜填料，对于普通钛白粉隔热涂层，耐久性和耐污性较差，隔热性能一般,如申请号为201310719985.9的中国发明专利，其发明隔热涂料的反射率只有83.5％,而本发明的反射率达到86％。纳米二氧化钛具有优良的耐老化性和抗污性，但成本较高，分散性不好，如申请号为201110370873.8的中国发明专利，其发明的纳米涂料虽然具有良好的隔热性能，但是分散性不好。因此，使用一定级配的普通钛白粉和纳米二氧化钛的混合粉末，可以反射不同波段的光，提高涂层隔热性能；同时具有紧密堆积效应，涂层具有良好的分散性和均匀性，是一种综合性能优异的隔热涂层，具有十分重要的应用价值。
发明内容
技术问题：为了克服现有技术的不足，本发明提供一种隔热涂料及其制备方法，使用级配的普通钛白粉和纳米二氧化钛混合粉末，以及合理优选具有高热反射率和低热导率的填料，研制出隔热性能良好，耐污、耐水，耐洗刷、耐老化、耐酸碱等综合性能优异的涂层。
技术方案：本发明的上述目的主要是通过以下技术方案予以实现的：
本发明的隔热涂层主要包含成膜基料，颜料，填料和功能助剂4个组成部分。其要点如下(质量百分比)：
所述的成膜助剂是戊二醇单异丁酸酯、丙二醇单甲醚乙酸酯或丙二醇丁醚中的一种或多种的混合溶液。
所述的隔热填料中滑石粉为硅酸镁粉末，粒径为20um。
所述的隔热填料中的空心微珠为粒径范围是1μm～100μm的空心微珠。
本法的一种隔热涂料的制备方法按照以下步骤进行制备：
首先将涂料的各个组分按照上述的配比进行称量和配料；然后在丙烯酸乳液中加入普通钛白粉、纳米二氧化钛、润湿剂、分散剂和消泡剂，在室温下用研磨分散搅拌机以1000r/min的速度下进行研磨分散；
混合均匀后再加入空心微珠、滑石粉、增稠剂和成膜助剂以200r/min的速度搅拌，得到隔热涂料。
最后将搅拌完成的乳液涂刷在基材表面上，得到了分散均匀的隔热涂层。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：
(1)本发明首次引进颜填料级配的概念，设计了一种新型的隔热涂料，以一定级配的普通钛白粉和纳米二氧化钛混合粉末作为颜料，既提高了涂层的隔热性能，耐老化性和耐污性，又解决了全部使用纳米二氧化钛粉末分散性不好和成本较高的问题，并且环保安全，施工方便，具有突出的综合性能。
(2)本发明的隔热涂层使用了不同粒径的二氧化钛粉末，可以有效地反射不同波段的太阳光能量，提升涂层的反射率。
(3)本发明使用水性丙烯酸乳液作为成膜基料，健康环保。丙烯酸树脂对于太阳光的反射率高，并且能够有效提高涂层的耐老化性。
(4)本发明使用一定粒径分布的空心微珠作为隔热填料，不同粒径大小的空心微珠具有紧密堆积效应，提升涂层的致密性，利用其特有的中空结构阻碍涂层中热量的传递，具有显著的隔热降温效果。
(5)本发明使用滑石粉作为填料，可以有效提高涂层的耐腐蚀性和耐久性，增加涂层的遮盖力和附着力。
(6)本发明通过大量的实验和分析，研究了所用普通钛白粉和纳米二氧化钛的最佳级配，得到了原材料选取和用量的最佳配方，确保涂层具有优异的隔热降温性能。
具体实施方式
下面结合实例对本发明进行详细的描述：
本发明实施例选用如下原料及关键实验设备：
■丙烯酸乳液，型号R90。
■钛白粉，金红石型。
■纳米二氧化钛，金红石型。
■空心微珠
■滑石粉
■润湿剂、消泡剂
■高速研磨分散搅拌机，型号为SF0.4。
■斯托默粘度计，型号为STM-IV
实施例1
一.涂料的各组分及配方如下：
(1)丙烯酸乳液80g
(2)钛白粉20g
(3)纳米二氧化钛(25nm)10g
(4)纳米二氧化钛(60nm)10g
(5)空心微珠30g
(6)滑石粉20g
(7)润湿分散剂2g
(8)消泡剂1g
(9)增稠剂1g
(10)成膜助剂1g
(11)水25g
二.制备步骤如下：
首先将涂层的各个组分按照上述的配比进行称量和配料；然后在丙烯酸乳液中加入普通钛白粉，纳米二氧化钛，润湿剂，分散剂和消泡剂，在室温下用研磨分散搅拌机以1000r/min的速度下进行研磨分散，混合均匀后再加入空心微珠，滑石粉，增稠剂，成膜助剂以200r/min的速度搅拌，最后将搅拌完成的乳液涂刷在基材表面上，得到了级配为10％钛白粉，5％二氧化钛(25nm)和5％二氧化钛(60nm)的隔热涂料。
三.涂层性能检测
1.太阳反射比测试
将乳液涂覆在铝合金板表面，铝板试样长宽尺寸为40mm×40mm。
然后使用紫外分光光度计对涂层太阳反射比进行测量，本实施例的隔热涂层在可见光波段(420nm～720nm)和近红外波段(720nm～2500nm)的太阳反射比达到了86％，而太阳光的主要能量集中在可见光和近红外波段，这说明本发明的涂层对整个波段的太阳光都有高的反射率。
2.隔热性能测试
采用聚苯乙烯绝热箱体，尺寸为30cm×30cm×30cm，其中一个测试面为基材，将涂层均匀涂刷在基材铁板上。光源为500w的碘钨灯，距离基板50cm。分别在基材表面中心和箱体内部中心设立一个测温点，然后比较内部测温点的升温情况，测试时间为1h。
经过测试，不刷涂层内部测温点温度升高了13.8℃，涂刷市售隔热涂层内部测温点升高了11.5℃，而涂刷本发明的隔热涂层，内部测温点只升高了9.1℃，这说明本发明的隔热涂层具有优异的隔热降温效果。
3.漆膜附着力测试
参照GB/T1720—79,将涂料均匀涂刷在钢板上，钢板尺寸为50mm×100mm×(0.2～0.3)mm，然后用附着力测定仪进行检测，本实施例的隔热涂层在圆滚线划痕范围内的漆膜完整，没有脱落，附着力为1级,说明涂层具有良好的漆膜附着力。
4.耐水性测试
对本实施例的隔热涂层，按照GB/T1733—1993进行耐水性测试，96h无异常，符合标准要求，说明本发明的涂层具有防水性好的特点。
5.耐老化性测试
对本实施例的隔热涂层，按照GB/T1865—1997进行耐老化性测试，500h不起泡，不剥落，无裂纹，符合标准要求，说明本发明的涂层具有耐老化性好的特点。
6.耐洗刷性测试
对本实施例的隔热涂层，按照GB/T9266—2009进行耐洗刷性测试，在洗刷规定次数后基材表面没有露出，符合标准要求，说明本发明的涂层具有耐洗刷性好的特点。
7干燥时间测试
对本实施例的隔热涂层，按照GB/T1728—1979进行干燥时间测试，小于2h，符合标准要求。
实施例2
与实施例1相比，涂料的颜料所用钛白粉和纳米二氧化钛的级配不同，本实施例的各组分和配方如下：
(1)丙烯酸乳液80g
(2)钛白粉30g
(3)纳米二氧化钛(25nm)5g
(4)纳米二氧化钛(60nm)5g
(5)空心微珠30g
(6)滑石粉20g
(7)润湿分散剂2g
(8)消泡剂1g
(9)增稠剂1g
(10)成膜助剂1g
(11)水25g
本实施例的涂料制备按照实施例1的制备步骤，得到了级配为15％钛白粉，2.5％纳米二氧化钛(25nm)，2.5％纳米二氧化钛(60nm)的隔热涂料。
实施例3
与实施例1相比，涂料的颜料所用钛白粉和纳米二氧化钛的级配不同，本实施例的各组分和配方如下：
(1)丙烯酸乳液80g
(2)钛白粉10g
(3)纳米二氧化钛(25nm)15g
(4)纳米二氧化钛(60nm)15g
(5)空心微珠30g
(6)滑石粉20g
(7)润湿分散剂2g
(8)消泡剂1g
(9)增稠剂1g
(10)成膜助剂1g
(11)水25g
本实施例的涂料制备按照实施例1的制备步骤，得到了级配为5％钛白粉，7.5％纳米二氧化钛(25nm)，7.5％纳米二氧化钛(60nm)的隔热涂料。
实施例4
与实施例1相比，涂料的颜料所用滑石粉百分比不同，本实施例的各组分和配方如下：
(1)丙烯酸乳液70g
(2)钛白粉20g
(3)纳米二氧化钛(25nm)10g
(4)纳米二氧化钛(60nm)10g
(5)空心微珠30g
(6)滑石粉30g
(7)润湿分散剂2g
(8)消泡剂1g
(9)增稠剂1g
(10)成膜助剂1g
(11)水25g
本实施例的涂层制备按照实施例1的制备步骤，得到了滑石粉百分比为15％的隔热涂料，涂刷在钢板表面，具有更好的隔热性能和耐腐蚀性。
实施例5
与实施例1相比，涂料的颜料所用空心微珠百分比不同，本实施例的各组分和配方如下：
(1)丙烯酸乳液70g
(2)钛白粉20g
(3)纳米二氧化钛(25nm)10g
(4)纳米二氧化钛(60nm)10g
(5)空心微珠40g
(6)滑石粉20g
(7)润湿分散剂2g
(8)消泡剂1g
(9)增稠剂1g
(10)成膜助剂1g
(11)水25g
本实施例的涂料制备按照实施例1的制备步骤，得到了空心微珠百分比为20％的隔热涂料，涂刷在铝板表面，具有更好的隔热性能和耐洗刷性。

Claims (5)

1.一种隔热涂料，其特征在于，按质量百分比计算，各组分组成为：
成膜基料：
水性丙烯酸乳液 30％～50％
颜料：
普通钛白粉 10％～20％
粒径25nm纳米二氧化钛 1％～10％
粒径60nm纳米二氧化钛 1％～10％
隔热填料：
空心微珠 10％～20％
滑石粉 5％～15％
功能助剂：润湿剂 0.5％～5％
分散剂 0.5％～5％
消泡剂 0.5％～5％
增稠剂 0.5％～5％
成膜助剂 0.5％～5％
溶剂水：10％～20％。
2.根据权利要求1所述的一种隔热涂料，其特征在于所述的成膜助剂是戊二醇单异丁酸酯、丙二醇单甲醚乙酸酯或丙二醇丁醚中的一种或多种的混合溶液。
3.根据权利要求1所述的一种隔热涂料，其特征在于所述的隔热填料中滑石粉为硅酸镁粉末，粒径为20um。
4.根据权利要求1所述的一种隔热涂料，其特征在于所述的隔热填料中的空心微珠为粒径范围是1μm～100μm的空心微珠。
5.一种如权利要求1所述的一种隔热涂料的制备方法，其特征在于该方法按照以下步骤进行制备：
首先将涂料的各个组分按照上述的配比进行称量和配料；然后在丙烯酸乳液中加入普通钛白粉、纳米二氧化钛、润湿剂、分散剂和消泡剂，在室温下用研磨分散搅拌机以1000r/min的速度下进行研磨分散；
混合均匀后再加入空心微珠、滑石粉、增稠剂和成膜助剂以200r/min的速度搅拌，得到隔热涂料。
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