CN105505060A

CN105505060A - 水性纳米反射隔热透明涂料及其制备方法

Info

Publication number: CN105505060A
Application number: CN201511014714.9A
Authority: CN
Inventors: 汤艳; 胡任远; 樊海英
Original assignee: Changsha Minde Fire Engineering Paint Co Ltd
Current assignee: Changsha Minde Fire Engineering Paint Co Ltd
Priority date: 2015-12-31
Filing date: 2015-12-31
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2035-12-31
Also published as: CN105505060B

Abstract

本发明公开一种水性纳米反射隔热透明涂料及其制备方法，其中，该涂料的配方以质量百分比计包含：水性丙烯酸乳液35%～50%、水性硅酸锂5%～15%、水性聚氨酯乳液5%～15%、水性隔热纳米分散体浆料5%～10%、水性隔热保温纳米分散体5%～10%、润湿分散剂2%～12%、流平剂0.2%～0.5%、增稠剂0.2%～1%、防霉抗菌剂0.1%～0.2%、成膜助剂0.5%～2.5%、硅烷偶联剂0.5%～2%、去离子水5%～25%。本发明水性纳米反射隔热透明涂料在不影响采光的前提下，通过有效反射热能传导、阻隔热辐射、阻止红外热能传导到基材内部，从而达到隔热保温的效果。夏天能有效阻隔室外热源经由基材传导到室内的热能，冬天能有效阻止室内热量流散，能有效减少使用制冷和保温设备，节能效果显著。

Description

水性纳米反射隔热透明涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及水性纳米反射隔热材料领域，尤其是指一种水性纳米反射隔热透明涂料及其制备方法。

背景技术

在全球能源日益紧张之际，为缓解经济发展带来的能源压力，世界各主要国家都开始推行节能战略。随着城乡建设步伐的加快及生活水平的提高，空调、取暖装机量不断增加，建筑能耗比例正不断上升。使得建筑节能成为节能战略的重要组成部分，建筑节能的一个重要环节是建筑门窗和玻璃幕墙的隔热保温。

当前，建筑节能设计理念已成为建筑商、地产商的一项常规性项目预算，中国国标GB50189-2005《公共建筑节能设计标准》的4.2.2条、GB50176-1993《民用建筑热工设计规范》均明确指出了建筑节能设计要求。但是，许多老建筑大量使用装有普通透明玻璃的钢窗、铝窗，而近几年的新建筑中，尤其是民用住宅门窗仍大量使用普通透明玻璃。由于普通透明玻璃隔热性能差，在夏季，白天室外的太阳热辐射大多通过玻璃门窗进入室内使室温升高，需加大制冷负荷抵消热量；而在冬天，室内热量容易通过普通透明玻璃流散，而大大增加了保温而消耗的能源。旧有建筑中，玻璃面积占总墙面面积30%―70%，建筑物消耗的电能所产生的热量中有约50%通过玻璃流失，这就是造成建筑物使用能耗高的直接原因之一。

由于直接对玻璃本身进行改进以提升隔热保温性能的技术难度很大，因此，业界主要是通过在玻璃表面贴膜、制造中空玻璃等方式来提升隔热保温性能。然而，传统的玻璃贴膜、中空玻璃等隔热保温材料也还存在诸如成本较高，采光性不好，施工难度高，含有VOC有毒挥发物质，某些品种的隔热保温材料物理性能不够理想等等缺陷。因此，研发一种高效、实用、节能、耐候性、施工性优异，能够阻隔紫外线和红外线，不影响采光，隔热效果显著，符合国家环保总局对VOC含量的标准的环保型隔热涂料是亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种水性纳米反射隔热透明涂料，能在被涂覆玻璃等基材表面形成有效保护，提升基材隔热保温效果。

本发明进一步所要解决的技术问题在于，提供一种水性纳米反射隔热透明涂料的制备方法，以获得能在被涂覆玻璃等基材表面形成有效保护，提升基材隔热保温效果的水性纳米反射隔热透明涂料。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种水性纳米反射隔热透明涂料，其配方以质量百分含量计包含：水性丙烯酸乳液35%～50%、水性硅酸锂5%～15%、水性聚氨酯乳液5%～15%、水性隔热纳米分散体浆料5%～10%、水性隔热保温纳米分散体5%～10%、润湿分散剂2%～12%、流平剂0.2%～0.5%、增稠剂0.2%～1%、防霉抗菌剂0.1%～0.2%、成膜助剂0.5%～2.5%、硅烷偶联剂0.5%～2%、去离子水5%～25%。

进一步地，所述水性丙烯酸乳液为杂化接枝交联型、有机硅接枝型、有机氟接枝型中的至少一种。

进一步地，所述水性硅酸锂为多聚硅酸锂，分子式为Li₂O·nSiO₂，n为大于或等于2的正整数。

进一步地，所述水性聚氨酯乳液为多元醇的聚酯型或聚醚型的一种或组合。

进一步地，所述润湿分散剂为六偏磷酸钠类润湿剂；所述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其中的一种；所述增稠剂为非离子型聚氨酯增稠剂；所述防霉抗菌剂为二硫代水杨胶型防霉抗菌剂。

进一步地，所述成膜助剂为二丙二醇丁醚或二丙二醇甲醚的一种或组合。

进一步地，所述硅烷偶联剂为改性氨基硅烷偶联剂或环氧基有机硅烷偶联剂的一种或组合；所述去离子水为去除杂质的自来水。

另一方面，本发明还提供一种上述水性纳米反射隔热透明涂料的制备方法，其制备步骤为：按配方的质量百分比计，把水性硅酸锂滴加到水性丙烯酸乳液中，搅拌分散5～10min，然后滴加水性聚氨酯乳液，搅拌分散5～10min，然后将预先制得的水性隔热纳米分散体浆料、水性隔热保温纳米分散体滴加，搅拌分散15～30min，再加入占去离子水总质量的5~10%的去离子水加入到分散缸中，在400～600rmp的转速下搅拌20～30min，然后加入剩下的去离子水组分，再加入流平剂、增稠剂、防霉抗菌剂，在1000～1200rmp的转速下加入成膜助剂、硅烷偶联剂，继续分散25min～40min，测得粘度为（35±2）s后过滤后出料，即得到水性纳米反射隔热透明涂料。

进一步地，所述水性隔热纳米分散体浆料按照以下制备工艺制得：依次加入去离子水、润湿分散剂搅拌均匀，然后边搅拌边缓慢加入六硼化镧粉体、三氧化钨粉体，粉体加完后高速分散30分钟，开启研磨机，进行循环研磨，研磨时间大约为6～9hr，得到固含量为15～30%、中位粒径在40～70nm水性隔热纳米分散体浆料。

进一步地，所述水性隔热保温纳米分散体按照以下制备工艺制得：依次按质量百分比加入组分量的去离子水、水性润湿分散剂搅拌均匀，边搅拌边缓慢加入二氧化钛粉体；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，研磨时间大约为13～15小时，间隔时间取样检查，中位粒径在40～80nm之间时，停机得到纳米分散体浆料。

采用上述技术方案后，本发明至少具有如下有益效果：

1、本发明采用多种可以对光谱具有选择性透过功能的屏蔽材料，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，达到了节能目的。透明隔热节能材料从遏制、规范住宅、建筑的节能，从节能、节材、安全、装饰来考虑分析，对提倡节能材料、满足发展高性能涂料的需要具有深远的意义。

2.本发明采用水性丙烯酸、水性聚氨酯，可以实现涂层漆膜的连整性和耐水性、耐候性、耐腐蚀和防水性，有优秀的成膜能力、超强粘附力，协同其他组分，可以满足在各种形状不一的异形基材工件的良好施工性。

3.本发明采用水性硅酸锂，主要利用了高渗透性，可进入基材的细微空隙，尤其在被涂覆后能与基材形成一体，形成一层特有的陶瓷状釉质效果，一旦成膜就不会被溶解，抑制可视光线散乱，协同其他组分，能有效提高涂膜对基材的附着力、耐温性、硬度，保证涂料的性能持久性，不影响基材本身任何性能，有效实现涂膜的耐沾污能力。

4.本发明还采用了纳米微粒研磨技术，主要是利用了纳米粒子化后的稀土、有机金属氧化物纳米粒径小，尤其可以通过复合控制纳米微粒的颜色，充分保证在透明基材使用时所需的透明性，可视光线可以通过，而远近红外线和紫外线则被反射，制备成的透明隔热涂料，可以有效实现达到减热传递效果，具有优异的远近红外和紫外光屏蔽性和透明性。

5.本发明采用了水性纳米六硼化镧、三氧化钨隔热复合浆料，纳米粒子化技术使材料纳米粒子化后，自由电子密度适中，经复配后能有效利用其结构特殊性，使得有更强的阻隔能力，有效反射、散射远近红外线、紫外线，协同其他组分材料复配组成的透明隔热涂料，充分发挥各种不同材料对不同波段的远近红外线和紫外线的阻隔和反射，远近红外线和紫外线则被反射，其对太阳辐射的近红外线及紫外线均有很好屏蔽效果，可以有效的实现被涂覆基材的内外温差传热，节能隔热保温效果。

综上所述，水性纳米反射隔热透明涂料与普通涂料相比，能够在不影响采光的前提下，可永久性以涂层形式涂覆在多种材质表面，并能广泛应用于玻璃幕墙、玻璃、五金钢构、水泥、内外墙等基体材质，涂层以通过有效反射热能传导，阻隔热辐射，阻止红外热能通过基材传导到内部环境，而且装饰性强。夏天有效阻隔太阳光中的红外线和紫外线，明显降低热源由基材传导到内部环境的热能，有效降低暴露在太阳光下的基材表面温度和内部环境温度，从而达到隔热的效果，隔热效果显著；冬天有效阻止室内热量流散，从而有效减少制冷和保温设备的使用，对发展环保产业、节约能源、保护环境、实现污染物的低排放，促进人与自然和谐发展等循环经济要求，具有重要意义。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合具体实施例对本申请作进一步详细说明。

本发明提供一种水性纳米反射隔热透明涂料，其配方以质量百分比计包含：

水性丙烯酸乳液35%～50%；

水性硅酸锂5%～15%；

水性聚氨酯乳液5%～15%；

水性纳米复合隔热分散体浆料5%～10%；

水性纳米二氧化钛隔热浆料5%～10%；

润湿分散剂2%～12%；

流平剂0.2%～0.5%；

增稠剂0.2%～1%；

防霉抗菌剂0.1%～0.2%；

成膜助剂0.5%～2.5%；

硅烷偶联剂0.5%～2%；

去离子水5%～25%。

在具体实施时，所述水性丙烯酸乳液为杂化接枝交联型、有机硅接枝型、有机氟接枝的一种，该乳液有效提高涂层漆膜的连整性和耐水性、耐候性、耐腐蚀和防水性，效果明显优于普通的水性涂料。

所述水性硅酸锂是锂的硅酸盐，例如：一硅酸锂、二硅酸锂、五硅酸锂等，优选采用多聚硅酸锂，俗称锂水玻璃，其分子式为Li₂O·nSiO₂，n为大于或等于2的正整数，水性硅酸锂具有优秀的成膜能力、超强粘附力以及良好的耐水性，特点是液态时可以浸入基材空隙，使其表面光滑；聚合成膜后形成一层特有的玻璃釉质，能有效提高涂膜对基材的附着力、耐温性、硬度，尤其在被涂覆后能与玻璃底材形成一体，保证涂料的性能持久性，有效提高涂膜的耐沾污能力。

在一个实施例中，所述聚氨酯为多元醇的聚酯型或聚醚型的一种或组合，该聚氨酯能够赋予涂膜良好的柔韧性和施工性，以满足于各种滚涂、淋涂、喷涂、刮涂、刷涂、浸涂的施工形式，在各种形状不一的异形基材工件施工条件。

在一个实施例中，所述润湿分散剂为六偏磷酸钠类润湿剂；所述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其中的一种；所述的增稠剂为非离子型聚氨酯增稠剂；所述防霉抗菌剂为二硫代水杨胶型防霉抗菌剂。

在一个实施例中，所述成膜助剂为二丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚的一种或组合。

在一个实施例中，所述硅烷偶联剂为改性氨基硅烷偶联剂或环氧基有机硅烷偶联剂的一种或其组合；所述去离子水为去除杂质的自来水。

本发明还提供几个具体实施的配方如下表，表中的百分比均为质量百分比：

成分	配方一	配方二	配方三
				水性丙烯酸乳液	杂化交联接枝丙烯酸乳液50%	有机硅接枝丙烯酸乳液40%	杂化交联接枝丙烯酸乳液35%
水性硅酸锂	5%	15%	多聚硅酸锂10%
				水性聚氨酯乳液	15%	8%	5%
水性纳米复合隔热分散体浆料	5%	7%	10%
				水性纳米二氧化钛隔热浆料	5%	7%	10%
润湿分散剂	12%	7%	2%
				流平剂	0.2%	0.5%	0.3%
增稠剂	0.2%	1%	0.6%
				防霉抗菌剂	0.1%	0.2%	0.1%
成膜助剂	丙二醇丁醚0.5%	二丙二醇甲醚2.5%	丙二醇丁醚1.5%
				硅烷偶联剂	2%	0.8%	0.5%
去离子水	5%	11%	25%

本发明还提供上述水性纳米反射隔热透明涂料的制备方法，其具体的制备步骤如下：

按配方的质量百分比计，把水性硅酸锂滴加到水性丙烯酸乳液中，搅拌分散5～10min，然后滴加水性聚氨酯乳液，搅拌分散5～10min，然后将预先制得的水性隔热纳米分散体浆料、水性隔热保温纳米分散体滴加，搅拌分散15～30min，再加入占去离子水总质量的5~10%的去离子水加入到分散缸中，在400～600rmp的转速下搅拌20～30min，然后加入剩下的去离子水组分，再加入流平剂、增稠剂、防霉抗菌剂，在1000～1200rmp的转速下加入成膜助剂、硅烷偶联剂，继续分散25min～40min，测得粘度为（35±2）s后过滤后出料，即得到水性纳米反射隔热透明涂料。

所述水性隔热纳米分散体浆料要按照以下制备工艺预先制得：依次加入去离子水、润湿分散剂搅拌均匀，然后边搅拌边缓慢加入六硼化镧粉体、三氧化钨粉体，粉体加完后高速分散30分钟，开启研磨机，进行循环研磨，研磨时间大约为6～9hr，得到固含量为15～30%、中位粒径在40～70nm水性隔热纳米分散体浆料。

在水性隔热纳米分散体浆料制备过程中加入的六硼化镧隔是一种典型的半导体材料，半导体领域中的非电阻的透明导电，对200nm～400nm（紫外线）及800nm～1300nm（短波近红外线）有非常好的屏蔽作用，却不会吸收太多的可见光，纳米粒子处理后的六硼化镧在结构中B原子间强烈的共价键，形成紧密的空间网络，使之具有低挥发性，低逸出，高熔点、高强度和高稳定性等特点，可以保证在透明基材上涂覆时需要的可见光透过率；纳米三氧化钨对1300nm～2500nm（长波近红外线）间有较好的屏蔽作用，具有氧敏、湿敏、气敏的敏感特性，在涂料中加入涂层能够形成具有反射、光选择吸收的光学涂层，可以达到有效减少热辐射的透射和热传递，尤其具有半导体特性的氧化物粒子，在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性，因而能起到夏天能屏蔽红外热辐射作用、冬天有效阻止室内温度通过基材流散的特点。

所述水性隔热保温纳米分散体可按照以下制备工艺预先制得：依次按质量百分比加入组分量的去离子水、水性润湿分散剂搅拌均匀，边搅拌边缓慢加入二氧化钛粉体；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，研磨时间大约为13～15小时，间隔时间取样检查，中位粒径在40～80nm之间时，停机得到纳米分散体浆料。制得的纳米粒子处理后的二氧化钛由于粒径小，活性大，既能反射、散射紫外线，又能吸收紫外线，添加应用到涂层，从而对紫外线有更强的反射阻隔能力。

本发明的水性纳米反射隔热透明涂料的优点如下：

1.绿色环保，本发明的水性纳米反射隔热透明涂料，VOC含量低于50g/L，远低于HJ2537-2014《环境标志产品技术要求水性涂料》要求的80g/L，符合绿色建筑要求。

2.隔热性能突出，产品标准状态下，远高于GB50176-1993《民用建筑热工设计规范》对夏热冬暖地区的设计要求，符合国家标准要求。

3.效果显著，产品标准状态下，有效降低暴露在太阳光下的基材表面温度和内部环境温度，冬天有效阻止室内温度通过基材流散。纳米微粒子化后的材料自由电子密度适中，活性大，具有独特的光电性能和光谱选择性的特点，尤其在不同波段的红外线具有不同的反射率，又能吸收反射阻隔紫外线的性能，有效阻隔太阳光中的红外线和紫外线。同时在可见光区具有较高的透过率，使得可视光线可以通过，远近红外线和紫外线则被反射和阻隔，明显降低热源由基材传导到内部环境的热能，可以达到减少红外线、紫外线的透射和热传递效果。

4.良好的施工性，本发明的水性纳米反射隔热透明涂料产品属于液体材料，施工快捷，能满足各种形状不一的异形基材工件表面，以喷涂、淋涂、刷涂、辊涂等各种施工方式，涂膜环保、不易燃、具有特强的渗透力，可永久性附着在基材表面不会剥落，涂层晶莹剔透高透明，不影响基材的颜色、硬度、抗冲击等本身性能。

5.涂膜的抗沾污、抗化学品性好，产品标准状态下，聚合成膜后具有独特的致密度，保证了良好的耐化学品性，有效抵抗空气中的污染，如：酸雨、烟雾、粉尘、海边的盐碱等物质侵蚀。

6.效果稳定持久，产品标准状态下，独有的釉质涂层具有保持被涂覆物基材外形稳定性和耐久性的特点。由于昼夜和气候的温差变化，普通水性涂膜会发生热胀冷缩等形变，水性纳米反射隔热透明涂料对底材有相当程度的保护性，在基材表面聚合形成独特的釉质涂层，可渗透进入基材的细微空隙，与基材形成一体。形成的一层特有的陶瓷状釉质，能有效防止水分渗入膜层，一旦成膜就不会被溶解，尤其涂覆于基材后的膜层可以反射太阳光，有效延长持续使用寿命并且能长久的保持。

7.防止基材变形，本发明产品标准状态下，具有保持基材尺寸及外形稳定性和耐久性的特点。由于昼夜的温差变化，户外基材会发生热胀冷缩等形变，水性纳米反射隔热透明涂料膜层对基材有相当程度的保护性，并且能长久的保持。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims

1.一种水性纳米反射隔热透明涂料，其特征在于，其配方以质量百分含量计包含：水性丙烯酸乳液35%～50%、水性硅酸锂5%～15%、水性聚氨酯乳液5%～15%、水性隔热纳米分散体浆料5%～10%、水性隔热保温纳米分散体5%～10%、润湿分散剂2%～12%、流平剂0.2%～0.5%、增稠剂0.2%～1%、防霉抗菌剂0.1%～0.2%、成膜助剂0.5%～2.5%、硅烷偶联剂0.5%～2%、去离子水5%～25%。

2.如权利要求1所述的水性纳米反射隔热透明涂料，其特征在于，所述水性丙烯酸乳液为杂化接枝交联型、有机硅接枝型、有机氟接枝型中的至少一种。

3.如权利要求1所述的水性纳米反射隔热透明涂料，其特征在于，所述水性硅酸锂为多聚硅酸锂，分子式为Li₂O·nSiO₂，n为大于或等于2的正整数。

4.如权利要求1所述的水性纳米反射隔热透明涂料，其特征在于，所述水性聚氨酯乳液为多元醇的聚酯型或聚醚型的一种或组合。

5.如权利要求1所述的水性纳米反射隔热透明涂料，其特征在于，所述润湿分散剂为六偏磷酸钠类润湿剂；所述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其中的一种；所述增稠剂为非离子型聚氨酯增稠剂；所述防霉抗菌剂为二硫代水杨胶型防霉抗菌剂。

6.如权利要求1所述的水性纳米反射隔热透明涂料，其特征在于，所述成膜助剂为二丙二醇丁醚或二丙二醇甲醚的一种或组合。

7.如权利要求1的水性纳米反射隔热透明涂料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为改性氨基硅烷偶联剂或环氧基有机硅烷偶联剂的一种或组合；所述去离子水为去除杂质的自来水。

8.如权利要求1～7中任一项所述的水性纳米反射隔热透明涂料的制备方法，其特征在于，其制备步骤为：按配方的质量百分比计，把水性硅酸锂滴加到水性丙烯酸乳液中，搅拌分散5～10min，然后滴加水性聚氨酯乳液，搅拌分散5～10min，然后将预先制得的水性隔热纳米分散体浆料、水性隔热保温纳米分散体滴加，搅拌分散15～30min，再加入占去离子水总质量的5~10%的去离子水加入到分散缸中，在400～600rmp的转速下搅拌20～30min，然后加入剩下的去离子水组分，再加入流平剂、增稠剂、防霉抗菌剂，在1000～1200rmp的转速下加入成膜助剂、硅烷偶联剂，继续分散25min～40min，测得粘度为（35±2）s后过滤后出料，即得到水性纳米反射隔热透明涂料。

9.如权利要求8所述的水性纳米反射隔热透明涂料的制备方法，其特征在于，所述水性隔热纳米分散体浆料按照以下制备工艺制得：依次加入去离子水、润湿分散剂搅拌均匀，然后边搅拌边缓慢加入六硼化镧粉体、三氧化钨粉体，粉体加完后高速分散30分钟，开启研磨机，进行循环研磨，研磨时间大约为6～9hr，得到固含量为15～30%、中位粒径在40～70nm水性隔热纳米分散体浆料。

10.如权利要求8所述的水性纳米反射隔热透明涂料的制备方法，其特征在于，所述水性隔热保温纳米分散体按照以下制备工艺制得：依次按质量百分比加入组分量的去离子水、水性润湿分散剂搅拌均匀，边搅拌边缓慢加入二氧化钛粉体；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，研磨时间大约为13～15小时，间隔时间取样检查，中位粒径在40～80nm之间时，停机得到纳米分散体浆料。