CN105462381A - 一种调温调湿型复合涂层材料及其制备方法 - Google Patents

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周波
孟二林
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Abstract

本发明公开了一种调温调湿型复合涂层材料及其制备方法,该材料由下述原料制成:苯乙烯/丙烯酸丁酯乳液、去离子水、改性人造沸石、定型相变材料、硅溶胶、醇酯12、纳米二氧化钛、抗菌剂、增稠剂、分散剂、消泡剂和氢氧化钠溶液0.5~1.5。本发明方法制备的产品与现有的各种仿瓷涂料、干粉涂料、树脂涂料相比,具有高吸湿容量,吸、放湿速度快,保温隔热,净化空气,柔韧性好,使用寿命长、施工方便等特点,适用于高级宾馆、写字楼、居家等人体舒适度要求高的室内装饰,亦可作为储藏室、地下仓库等有防潮、防霉需求的空间装修,属于节能环保型建筑涂料。

Description

一种调温调湿型复合涂层材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于有机涂层合成领域,涉及一种制备用于建筑行业的化工涂层及其制备 方法。
背景技术
[0002] 室内温度和湿度是衡量室内环境舒适性的重要指标。当室内温度保持在20~23 °C,相对湿度维持在30%~60%,人体感觉最舒适。目前,对于室内热湿环境的调控主要以 空调技术,即消耗大量能源来实现。尤其在我国夏热冬冷地区,这些地区常年处于高湿气候 条件下,住宅主要依靠空调来解决高湿带来的室内环境质量问题。
[0003] 调湿材料是一种别动式调节室内湿度的材料,利用其"高吸低放"的特性来实现对 室内环境的湿度调节。但是,对于单纯的调湿材料而言,如果该种材料一直处于相对湿度很 高的环境中,调湿材料只进行"高吸",释放的汽化潜热会额外增加室内温度,反之,该种材 料一直处于相对湿度很低的环境中,调湿材料只进行"低放",吸收的汽化潜热会降低室内 温度。故单纯的调湿材料并不一定节能。
[0004] 因此,同时具备调温调湿功能的复合型装饰材料已成为当前的研究热点,但是现 在市面上用于室内墙体、天花板装饰的仿瓷涂料、干粉涂料、树脂涂料等,由于不能同时具 备高吸湿容量,较大的吸、放湿速率,且对环境温度变化较敏感,脱附能耗高,已经不适应现 代建筑装修业对环保、节能型装饰材料的需求。
[0005] 公告日为2013年7月24日,申请号为CN201310313660.0的发明专利公开了一种调 温调湿双功能绿色墙体材料及其制备方法,将丙烯酸,复合脂肪酸,硅藻土,过硫酸钾,氢氧 化钠,粉煤灰,交联剂等,制备而成的墙体材料,利用粉煤灰和硅藻土与复合脂肪酸复合成 相变材料,该种相变材料既充当调温材料又当调湿材料,但是其热传导率很差,相变潜热的 释放与吸收都不明显,那么其调温与调湿的效果都不佳。粉煤灰和硅藻土均属与多孔介质 材料,该种材料是一种被动式调节室内湿度的材料,利用其"高吸低放"的特性来实现对室 内环境的湿度调节。如果该种材料一直处于相对湿度很高的环境中,调湿材料只进行"高 吸",释放的汽化潜热会额外增加室内温度,反之,该种材料一直处于相对湿度很低的环境 中,调湿材料只进行"低放",吸收的汽化潜热会降低室内温度。故加入相变材料的话就可 以利用其吸收与释放"高吸低放"过程中产生的汽化潜热,可是,如果该种相变材料热传导 率很差的话,那么既无法起到吸收与释放汽化潜热的效果,达不到调温的作用,还会影响其 调湿效果。
发明内容
[0006] 技术问题:本发明提供一种具有调温、调湿、抗菌防霉功能,具有高吸湿容量,吸、 放湿速度快保温隔热性能好,对环境温度变化不敏感的调温调湿型复合涂层材料,同时提 供一种该材料的制备方法。
[0007] 技术方案:本发明的调温调湿型复合涂层材料,由以下质量份配比的原料组成:
[0008] 苯乙烯/丙烯酸丁酯乳液20~50份;水10~25份;改性沸石填料10~30份;定型相 变材料5~15份;硅溶胶1~2份;醇酯12为0.5~1份;纳米二氧化钛5~10份;增稠剂0.5~1 份;分散剂〇. 5~1份;消泡剂1~2份;0.4 %氢氧化钠溶液0.5~1.5份;所述的改性沸石填料 由天然沸石在质量百分比1 %~6%的氯化钠溶液中经100~300w的微波辅助活化加热1~ lOmin而成,所述天然沸石的细度小于200目。
[0009] 进一步的,本发明材料中,所述的定型相变材料由重量比为10: (1~4)的石蜡和石 墨混合组成,石錯的恪点为室温,石墨是尚导热膨胀石墨。
[0010] 本发明的制备上述调温调湿型复合涂层材料的方法,包括以下步骤:
[0011] 1)将0.5~1份醇酯12加入反应釜中,加5~10份水搅拌,接着加入0.5~1份消泡 剂,0.5~1份份分散剂,继续搅拌10~20分钟;
[0012] 2)将1~2份硅溶胶在不断搅拌下以细流方式加入反应釜内,搅拌10~20分钟,加 热水温至60~75°C,反应20~40分钟后,冷却反应釜温度降至20~30°C;
[0013] 3)将10~30份改性沸石填料烘干后,与5~15份定型相变材料,5~10份纳米二氧 化钛筛入反应爸内,搅拌10~20分钟,搅拌均匀后,放入研磨机研磨至180~200目,用200目 筛网过滤,制得浆料;
[0014] 4) 一边搅拌苯乙烯/丙烯酸丁酯乳液一边向其滴加碱性溶液调制微碱性8~9;
[0015] 5)将调制微碱性的苯乙烯/丙烯酸丁酯乳液20~50份加入搅拌机内,再加入所述 步骤3)制得的浆料,开搅拌机30~50分钟后,加入0.5~1份的消泡剂,继续搅拌5~6分钟 后,加入0.5~1份增稠剂和5~15份的水,搅拌均匀后,倒入捏合机中,挤压出料,即制得调 温调湿型复合涂层。
[0016] 进一步的,本发明方法中,步骤2)中的改性沸石填料,先在研磨机内研磨,经100 ~200目筛网过滤后再送至烘箱在80°C~100°C加热2~3小时烘干。
[0017] 进一步的,本发明方法中,步骤4)中的碱性溶液为氢氧化钠溶液。
[0018] 本发明涂层材料以改性沸石为调湿填料,定型相变储能材料为保温隔热填料,辅 以负离子抗菌剂等,能够为居民营造一个不但可以自动调温控湿、空气清新而且节能省电 的居住环境。
[0019] 有益效果:本发明与现有技术相比,具有以下优点:
[0020] 本发明与现有的涂层相比,调湿材料经过改性处理后,调湿效果极好,具有高吸湿 容量,吸、放湿速度快等特点,调温材料采用石蜡相变材料与高热导率的膨胀石墨复合,调 温速度快,保温隔热性能好,对环境温度变化不敏感,无毒无味,不易脱落,使用寿命长、施 工方便等特点,适用于高级宾馆、写字楼、居家等人体舒适度要求高的室内装饰,亦可作为 储藏室、地下仓库等有防潮、防霉需求的空间装修。
[0021] 本发明是利用改性沸石填料作为调湿材料,通过不同的微波功率(100~300W)辅 助1%~6%氯化钠溶液活化加热1~lOmin来调节沸石的孔隙大小和比表面积,从改性前后 的扫描电镜图可以清楚地看出,改性后的沸石填料孔隙尺度变得更加丰富,比表面积亦随 之增加,更加有助于调湿填料发挥其调节室内湿度的功能。
[0022] 本发明中掺入的石蜡材料是熔点为室温的相变材料,蓄热量大,但是导热系数较 小,能量储放速度低,故以重量比为10:(1~4)的石蜡和石墨组成定型相变材料,强化石蜡 的相变传热过程,提高储能材料热量的储存和释放效率。
[0023]本发明中掺入的纳米级二氧化钛作为抗菌剂,复合涂层在调温调湿的同时还可以 净化室内空气,提高空气品质,尤其适用于住宅内墙。
附图说明
[0024]图1原始沸石填料的扫描电镜图。
[0025]图2沸石经100w的微波辅助3%氯化钠溶液活化加热3min后的扫描电镜图。
[0026] 图3普通房间和调温调湿房间的室内空气温度的模拟与实验结果。
具体实施方式
[0027] 本发明以改性沸石填料作为主要调湿材料,石蜡作为主要保温隔热材料,石墨作 为辅助热传导的材料,纳米级二氧化钛作为抗菌材料。
[0028] 下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
[0029] 实施例1:
[0030]改性沸石填料:由天然沸石经100w的微波辅助3%氯化钠溶液活化加热3min后,制 备而成。
[0031]定型相变材料:由重量比为10:1的石蜡和石墨组成。
[0032]将0.5份醇酯12加入反应釜中,加5份水搅拌,接着加入0.5份消泡剂,0.5份分散剂 继续搅拌,约10分钟;将1份硅溶胶在不断搅拌下以细流方式慢慢滴入反应釜内,搅拌约10 分钟,加热水温至60~75°C,反应20分钟,反应完后,用冷却水冷却反应锅,使其温度降至20 ~30°C;将10份改性沸石填料,放入研磨机内研磨,直至200目筛网可以完全漏下,然后送至 烘箱80°C加热2小时后备用;将5份二氧化钛,5份定型相变材料和10份改性过的沸石粉末缓 慢筛入反应釜内,搅拌约10分钟,搅拌均后,放入研磨机研磨至一定细度,用200目筛可全部 漏下,制得浆料;20份苯乙烯乳液在不断搅拌下滴入0.5份质量百分比为0.4%氢氧化钠溶 液,使用PH试纸测试,调制微碱性8~9;将调制呈微碱性的苯乙烯乳液加入搅拌机内,再加 入浆料,开搅拌机,约30分钟后,加入0.5份的消泡剂,继续搅拌约5~6分钟后,加0.5份增稠 剂以及5份水,然后再搅拌,搅拌均匀后倒入捏合机中,挤压出料,即制得本发明调温调湿型 复合涂层。
[0033] 实施例2:
[0034]改性沸石填料:由天然沸石经200w的微波辅助6 %氯化钠溶液活化加热5min后,制 备而成。
[0035] 定型相变材料:由重量比为10:4的石蜡和石墨组成。
[0036] 将0.5份醇酯12加入反应釜中,加5份水搅拌,接着加入0.5份消泡剂,0.5份分散剂 继续搅拌,约10分钟;将1份硅溶胶在不断搅拌下以细流方式慢慢滴入反应釜内,搅拌约10 分钟,加热水温至60~75°C,反应20分钟,反应完后,用冷却水冷却反应锅,使其温度降至20 ~30°C;将10份改性沸石填料,放入研磨机内研磨,直至200目筛网可以完全漏下,然后送至 烘箱80°C加热2小时后备用;将5份二氧化钛,5份定型相变材料和10份改性过的沸石粉末缓 慢筛入反应釜内,搅拌约10分钟,搅拌均后,放入研磨机研磨至一定细度,用200目筛可全部 漏下,制得浆料;20份丙烯酸丁酯乳液在不断搅拌下滴入0.5份质量百分比为0.4%氢氧化 钠溶液,使用PH试纸测试,调制微碱性8~9;将调制呈微碱性的丙烯酸丁酯乳液加入搅拌机 内,再加入浆料,开搅拌机,约30分钟后,加入0.5份的消泡剂,继续搅拌约5~6分钟后,加 0.5份增稠剂以及5份水,然后再搅拌,搅拌均匀后倒入捏合机中,挤压出料,即制得本发明 调温调湿型复合涂层。
[0037] 实施例3:
[0038]改性沸石填料:由天然沸石经200w的微波辅助1 %氯化钠溶液活化加热5min后,制 备而成。
[0039] 定型相变材料:由重量比为10:2的石蜡和石墨组成。
[0040] 将0.5份醇酯12加入反应釜中,加5份水搅拌,接着加入0.5份消泡剂,0.5份分散剂 继续搅拌,约10分钟;将1份硅溶胶在不断搅拌下以细流方式慢慢滴入反应釜内,搅拌约10 分钟,加热水温至60~75°C,反应20分钟,反应完后,用冷却水冷却反应锅,使其温度降至20 ~30°C;将20份改性沸石填料,放入研磨机内研磨,直至200目筛网可以完全漏下,然后送至 烘箱80°C加热2小时后备用;将10份二氧化钛,10份定型相变材料和30份改性过的沸石粉末 缓慢筛入反应釜内,搅拌约10分钟,搅拌均后,放入研磨机研磨至一定细度,用200目筛可全 部漏下,制得浆料;30份苯乙烯乳液在不断搅拌下滴入0.5份质量百分比为0.4%氢氧化钠 溶液,使用PH试纸测试,调制微碱性8~9;将调制呈微碱性的丙烯酸丁酯乳液加入搅拌机 内,再加入浆料,开搅拌机,约30分钟后,加入0.5份的消泡剂,继续搅拌约5~6分钟后,加 0.5份增稠剂以及10份水,然后再搅拌,搅拌均匀后倒入捏合机中,挤压出料,即制得本发明 调温调湿型复合涂层。
[0041 ] 实施例4:
[0042]改性沸石填料:由天然沸石经200w的微波辅助4%氯化钠溶液活化加热5min后,制 备而成。
[0043] 定型相变材料:由重量比为10:4的石蜡和石墨组成。
[0044] 将0.5份醇酯12加入反应釜中,加5份水搅拌,接着加入0.5份消泡剂,0.5份分散剂 继续搅拌,约10分钟;将1份硅溶胶在不断搅拌下以细流方式慢慢滴入反应釜内,搅拌约10 分钟,加热水温至60~75°C,反应20分钟,反应完后,用冷却水冷却反应锅,使其温度降至20 ~30°C;将30份改性沸石填料,放入研磨机内研磨,直至200目筛网可以完全漏下,然后送至 烘箱80°C加热2小时后备用;将10份二氧化钛,15份定型相变材料和30份改性过的沸石粉末 缓慢筛入反应釜内,搅拌约10分钟,搅拌均后,放入研磨机研磨至一定细度,用200目筛可全 部漏下,制得浆料;30份苯乙烯或丙烯酸丁酯乳液在不断搅拌下滴入0.5份质量百分比为 0.4%氢氧化钠溶液,使用PH试纸测试,调制微碱性8~9;将调制呈微碱性的苯乙烯或丙烯 酸丁酯乳液加入搅拌机内,再加入浆料,开搅拌机,约30分钟后,加入0.5份的消泡剂,继续 搅拌约5~6分钟后,加0.5份增稠剂以及10份水,然后再搅拌,搅拌均勾后倒入捏合机中,挤 压出料,即制得本发明调温调湿型复合涂层。
[0045] 实施例5:
[0046]改性沸石填料:由天然沸石经200w的微波辅助6 %氯化钠溶液活化加热5min后,制 备而成。
[0047]定型相变材料:由重量比为10:4的石蜡和石墨组成。
[0048]将1份醇酯12加入反应釜中,加10份水搅拌,接着加入1份消泡剂,0.5份分散剂继 续搅拌,约10分钟;将2份硅溶胶在不断搅拌下以细流方式慢慢滴入反应釜内,搅拌约10分 钟,加热水温至60~75°C,反应20分钟,反应完后,用冷却水冷却反应锅,使其温度降至20~ 30°C;将30份改性沸石填料,放入研磨机内研磨,直至200目筛网可以完全漏下,然后送至烘 箱80°C加热2小时后备用;将10份二氧化钛,15份定型相变材料和30份改性过的沸石粉末缓 慢筛入反应釜内,搅拌约10分钟,搅拌均后,放入研磨机研磨至一定细度,用200目筛可全部 漏下,制得浆料;50份苯乙烯或丙烯酸丁酯乳液在不断搅拌下滴入1.5份质量百分比为 0.4%氢氧化钠溶液,使用PH试纸测试,调制微碱性8~9;将调制呈微碱性的苯乙烯或丙烯 酸丁酯乳液加入搅拌机内,再加入浆料,开搅拌机,约30分钟后,加入1份的消泡剂,继续搅 拌约5~6分钟后,加1份增稠剂以及15份水,然后再搅拌,搅拌均匀后倒入捏合机中,挤压出 料,即制得本发明调温调湿型复合涂层。
[0049] 实施例6:
[0050]改性沸石填料:由天然沸石经200w的微波辅助6 %氯化钠溶液活化加热5min后,制 备而成。
[0051 ]定型相变材料:由重量比为10:4的石蜡和石墨组成。
[0052]将0.8份醇酯12加入反应釜中,加10份水搅拌,接着加入0.5份消泡剂,0.8份分散 剂继续搅拌,约10分钟;将1.5份硅溶胶在不断搅拌下以细流方式慢慢滴入反应釜内,搅拌 约10分钟,加热水温至60~75°C,反应20分钟,反应完后,用冷却水冷却反应锅,使其温度降 至20~30°C;将20份改性沸石填料,放入研磨机内研磨,直至200目筛网可以完全漏下,然后 送至烘箱80°C加热2小时后备用;将8份二氧化钛,10份定型相变材料和20份改性过的沸石 粉末缓慢筛入反应釜内,搅拌约10分钟,搅拌均后,放入研磨机研磨至一定细度,用200目 筛可全部漏下,制得浆料;30份苯乙烯或丙烯酸丁酯乳液在不断搅拌下滴入1份质量百分比 为0.4%氢氧化钠溶液,使用PH试纸测试,调制微碱性8~9;将调制呈微碱性的苯乙烯或丙 烯酸丁酯乳液加入搅拌机内,再加入浆料,开搅拌机,约30分钟后,加入1份的消泡剂,继续 搅拌约5~6分钟后,加0.8份增稠剂以及10份水,然后再搅拌,搅拌均勾后倒入捏合机中,挤 压出料,即制得本发明调温调湿型复合涂层。
[0053] 实施例7:
[0054]本实验中采用的定型相变储能材料为沸石材料吸附有机成膜物质而成,相变潜热 大,稳定,可以有效的调节环境温度,适于充当腻子涂层中德保温隔热材料。实验对象是两 个尺寸为lmXlmXlm的模型房间,在两房间的南墙上都开有0.7mX0.7m的窗户。选取相邻 的房间进行对比实验,一间房内墙批刮普通腻子材料,另一间房内墙批刮自制腻子材料,涂 层厚度约为2_。冬季工况下,室外平均温度10°C,室内温度和湿度用空调系统调至20°C,相 对湿度60%,稳定后关闭空调,测试两间房内温度与湿度的变化情况。
[0055]表1仿真测试结果
Figure CN105462381AD00071
Figure CN105462381AD00081
[0057]由表1可见:当室内初始温度为20°C、相对湿度为60%,关闭空调5h后普通腻子房 间比自制腻子房间温度低2°C、相对湿度低7%; 10h后,普通腻子房间与自制腻子房间温差 为3°C,湿度差为16%; 15h后,普通腻子房间与自制腻子房间无温差,湿度差为17%。室内 温度保持15°C以上的时间:普通腻子房间约5h,自制腻子房间约10h;室内相对湿度保持 30%以上的时间:普通腻子房间约为10h,自制腻子房间则至少维持15h。由此可见,添加相 变储能材料和改性沸石材料后的腻子涂层具备保温隔热、调温保湿的效果。
[0058]实施例8:
[0059]以显热容法建立的相变墙体的传热模型,通过FORTRAN语言在TRNSYS中建立了新 的相变墙体的传热模块。计算敷设新型材料后的模拟房间内的空气温度等参数。
[0060]在TRNSYS中建立了新的相变墙体的模块后,可以借其原有的平台实现以下一些功 能:
[0061] 1被动式情况下,调温调湿材料与不同的建筑基体结合时,墙体的蓄放热性能及室 内热环境。
[0062] 2主动式情况下,调温调湿材料与不同的建筑基体结合时,墙体的蓄放热性能及室 内空调负何。
[0063] 夏季工况,选取了7月4日和7月5日作为观测时间,由模拟与实验结果可知,普通房 间,7月4日室内温度变化范围为:30~43°C,7月5日室内温度变化范围为:30~47°C;模拟房 间添加新型调温调湿材料后,7月4日室内温度变化范围为:28~36°C,7月5日室内温度变化 范围为:29~43°C。这也说明该种材料确实可以起到保温隔热的作用。
[0064]上述实施例仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术 人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和等同替换,这些对本发明 权利要求进行改进和等同替换后的技术方案,均落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1. 一种调温调湿型复合涂层材料,其特征在于,该材料由以下质量份配比的原料组成: 苯乙烯/丙烯酸丁酯乳液20~50份;水10~25份;改性沸石填料10~30份;定型相变材 料5~15份;硅溶胶1~2份;醇酯12为0.5~1份;纳米二氧化钛5~10份;增稠剂0.5~1份;分 散剂0.5~1份;消泡剂1~2份;0.4%氢氧化钠溶液0.5~1.5份;其中,所述改性沸石填料由 天然沸石在质量百分比1%~6%的氯化钠溶液中经100~300w的微波辅助活化加热1~lOmin 制备而成,所述天然沸石的细度小于200目。
2. 根据权利要求1所述的一种调温调湿型复合涂层材料,其特征在于:所述定型相变材 料由重量比为10:(1~4)的石蜡和石墨混合组成,所述石蜡的熔点为室温,石墨是高导热膨 胀石墨。
3.-种制备权利要求1或2所述调温调湿型复合涂层材料的制备方法,其特征在于:该 方法包括如下步骤: 1) 将0.5~1份醇酯12加入反应釜中,加5~10份水搅拌,接着加入0.5~1份消泡剂,0.5 ~1份份分散剂,继续搅拌10~20分钟; 2) 将1~2份硅溶胶在不断搅拌下以细流方式加入反应釜内,搅拌10~20分钟,加热水 温至60~75°C,反应20~40分钟后,冷却反应釜温度降至20~30°C; 3)将10~30份改性沸石填料烘干后,与5~15份定型相变材料,5~10份纳米二氧化钛 筛入反应爸内,搅拌10~20分钟,搅拌均匀后,放入研磨机研磨至180~200目,用200目筛网 过滤,制得衆料; 4) 一边搅拌苯乙烯/丙烯酸丁酯乳液一边向其滴加碱性溶液调制微碱性8~9; 5)将调制微碱性的苯乙烯/丙烯酸丁酯乳液20~50份加入搅拌机内,再加入所述步骤 3)制得的浆料,开搅拌机30~50分钟后,加入0.5~1份的消泡剂,继续搅拌5~6分钟后,加 入0.5~1份增稠剂和5~15份的水,搅拌均匀后,倒入捏合机中,挤压出料,即制得调温调湿 型复合涂层。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:所述步骤2)中的改性沸石填料,先在研磨 机内研磨,经100~200目筛网过滤后再送至烘箱在80°C~100°C加热2~3小时烘干。
5. 根据权利要求3或4所述的方法,其特征在于:所述步骤4)中的碱性溶液为氢氧化钠 溶液。
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