CN105778676B - 一种隔热防水环保涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种隔热防水环保涂料及其制备方法，在丙烯酸乳液中添加多孔无机材料，结合颜填料、助剂以及荷叶效应自洁剂制备得到，具有良好的太阳光反射能力及延展性，对太阳光的反射率高达86%，辐射率为0.88，对紫外线的吸收能力达99.9%，能有效抑制被涂覆物体在阳光照射下温度的快速升高。在炎热的夏季能有效隔绝太阳辐射热，降低空调工作时间，节约能源。另外本发明涂料的固体含量超过65%，覆盖力强，同时具有良好的延展性和防水功能，在温度变化剧烈且热胀冷缩明显的物体表面使用也能保证不开裂，为设备、管道及储罐等提供良好的防水防锈保护。此涂料颜色丰富、使用寿命长，不仅提供显著的节能效果，还能起到美观建筑物的作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种隔热防水环保涂料及其制备方法，特别适用于石油石化储罐、槽罐车及民用建筑的表面。
背景技术
随着全球经济的不断发展，人类社会对能源的需求量逐年增加；而我国正处于经济高速发展阶段，对能源的消费不断增加，增速高于世界平均增速。据报道，我国从2010年开始超越美国成为世界第一大能源消费国，2012年一次能源的消费量达到2735百万吨油当量，占世界能源消费的21.9%；因此，如何更加合理的利用能源，节约能源已经成为我国实现可持续发展的重要前提之一。
隔热涂层作为重要的节能产品之一已经引起了各国的重点关注，成为科学界的研究热点之一。隔热涂层通过将太阳光中的红外部分反射回大气中，有效抑制民用建筑、办公大楼、工业设备设施温度过高，降低空调使用时间，减少工业冷却喷淋水的使用量，显著提升节能量的同时，还可以提高工业设备设施的使用安全系数。目前，欧美等国家已经开发出数款高性能的隔热涂层，但是主要缺陷在于都是油性涂料，含有大量有害气体，在使用过程中会对人体和环境产生危害。国内隔热涂料的研发也很不成熟，普遍存在功能单一，成本较高的不足。国内企业目前主要还是依靠从国外进口产品，不仅仅单价高，而且受制于人。因此有必要发展我国自主知识产权的隔热环保涂层。
发明内容
本发明的发明目的为公开一种隔热防水环保涂料及其制备方法；其对太阳光的反射率高、自身发射率高，并且具有良好的延展性，从而提升涂料对被涂覆物防水保护；另外，本发明的涂料不含有机溶剂，具有无毒、无污染、施工方便易推广等优势。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为，一种隔热防水环保涂料，其特征在于，按质量份，所述隔热防水环保涂料包括以下组分：
颜料 9～25份
填料 12～30份
助剂 1～8份
丙烯酸乳液 15～40份
多孔无机材料 5～10份
荷叶效应自洁剂 1～8份
去离子水 10～35份。
本发明采用功能性丙烯酸乳液为基底组分，其高分子链上富含羟基基团，有利于和颜填料形成强烈相互作用，增强涂料的覆盖力；其固含量为50%～60%；黏度为1200～2200帕斯卡秒。
本发明的丙烯酸乳液带有丰富的极性基团，羟基含量为2.5%～6%，反应活性强，在涂料固化时，其本身含有的碳碳双键参与固化反应，同时所带的极性基团可以与玻璃微珠、白炭黑、滑石粉等无机添加剂表面的硅氧键发生化学反应，形成非常大的作用力，有效的增加了涂料内部的稳定性，从而改善了涂料与基材的附着力，解决了现有涂料无法与基材形成强有力作用力的难题。树脂是涂料性能的基础，其不仅协调涂料体系中各组分的功能，使各组分之间发挥协同促进作用，避免某一组份带来整体性能下降的缺陷，同时自身主要承担固化成膜后的粘接、耐冷热冲击、耐候、耐化学腐蚀等基本性能。更主要的是本发明的丙烯酸乳液组成合理，使涂料体系形成统一的和谐有机整体，丙烯酸具有韧性佳、收缩率低、较高的反应活性和官能团等优点，特别是颜填料的极性接近，既能和体系内无机材料相容甚好，又与基材有一定的附着力，还具有防水的性能。
本发明公开的颜料包括纳米二氧化钛、铬黄、气相白炭黑、酞菁兰、酞菁绿和永固紫中的一种或几种，填料包括碳酸钙、滑石粉、煅烧高岭土、沉淀硫酸钡、硅酸铝和膨润土中的一种或几种；可以根据实际需求及成本要求搭配。
本发明公开的多孔无机材料具有多孔隔热功能，可以为通孔材料、埋孔材料或者盲孔材料，比如包括多孔陶瓷微珠、空心玻璃微珠和纳米ATO粉中的一种或几种，通过各种多孔隔热材料的协同作用最大程度提高涂料的隔热能力。
本发明中，颜料尺寸为800目～6000目；填料尺寸为600目～6000目；多孔无机材料的尺寸为3000目～6000目，采用这些尺寸范围内的颜填料有利于粉料在乳液中的充分分散。
本发明中，助剂包括分散剂、消泡剂、增韧剂、成膜剂、增稠剂、流平剂、防腐剂和防老化剂中的一种或几种；比如脂肪封端聚羧酸与聚螯合基团嵌段共聚物或者硅酸盐类分散剂、乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物或聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚消泡剂、低分子聚酰胺或苯二甲酸酯类增韧剂、有机硅类或氟碳化合物流平剂、丁二烯树脂成膜剂、聚氨酯成膜剂、硝酸纤维成膜剂、异噻唑啉酮衍生物或苯并米唑酯类防腐剂、纤维素类或聚丙烯酸酯类增稠剂、酮胺类防老剂。
本发明公开的荷叶效应自洁剂包括纳米无机疏水材料和/或纳米石蜡，比如纳米钛白粉和纳米气相白炭黑；尺寸为200～1000纳米，加入荷叶效应自洁剂将赋予上述隔热防水环保涂料的自清洁功能。
本发明还公开了上述隔热防水环保涂料的制备方法，首先将颜料以及填料加入去离子水中，搅拌分散得到混合液；然后将多孔无机材料、荷叶效应自洁剂和丙烯酸乳液加入混合液中，搅拌；最后加入助剂，搅拌得到隔热防水环保涂料；优选的首先将颜料以及填料加入去离子水中，于1000转/分钟下搅拌分散1小时；然后将多孔无机材料、荷叶效应自洁剂和丙烯酸乳液加入混合液中，于700转/分钟下搅拌1小时；最后加入助剂，于600转/分钟下搅拌30分钟，得到隔热防水环保涂料。控制搅拌速度，有利于各组分分散均匀，发挥较好的隔热防水性能。
涂料在施工和成膜过程中会发生一系列物理、化学变化，这些变化及涂料本身的性质，再加上施工参数的差异，可能会显著影响涂料的应用性能。比如，涂料涂布后，会出现新的界面，如果涂料与基材之间的液/固界面的界面张力高于基材的临界表面张力，涂料就无法在基材上顺利铺展，会产生鱼眼、缩孔等不良缺陷；固化还会导致在膜表面与内部之间产生密度和表面张力差，这些差异进而导致产生涂料内部的湍流运动，形成所谓旋涡，旋涡会导致产生桔皮等不良现象；在固化体系中，不只存在一种高分子，还有助剂、颜填料、多孔材料等，就可能在固化过程产生不溶性的胶粒，导致表面张力梯度形成。特别涂料成分中活性添加剂、各类助剂，都可能存在携带丰富反应基团，各种化合物之间反应性不明朗，涂料在制备、固化过程，都存在多种反应，此情况会导致涂料涂覆在材料表面，固化后，涂料的各项物理、化学性能不稳定。本发明创造性的设计了新的涂料体系，基础树脂与添加剂，特别是带有活性基团的其余化合物之间相容性好，在制备与固化时有机物之间基本不会产生副反应，保证涂料与基材表面的反应活性，改善涂料与基材的界面作用力，有效提高了涂料/基材的粘接力。涂料体系稳定性好，固化时反应性好，双键转化率极高，涂布性能好，具有良好的延展性；涂料成膜后，防水能力强，并具有好的耐候性，长时间不变色、褪色；尤其是隔热性突出；固化后涂层对基材具有优异的粘接力，解决了现有涂料在基材上难附着的问题。因此本发明还公开了上述隔热防水环保涂料作为隔热防水环保涂料的应用。
与现有隔热涂料相比，本发明的隔热防水环保涂料具有以下优点：
1、本发明公开的隔热防水环保涂料，成分中不含任何有机溶剂，尤其不含苯和甲醛等有害气体，是一款环保产品，对人体及环境友好；并且其隔热效果明显，实现建筑美观的同时提高建筑物及设备设施的节能能力。
2、本发明公开的隔热防水环保涂料具有良好的延展性，使得其防水性能突出，是一种多功能涂料，避免了现有普通涂料需要多次多遍刷涂的缺陷，降低材料成本及人工成本；并且附着力强，耐冲击性能优越，同时具有良好的耐酸碱性、耐盐雾、耐腐蚀及耐候性能，使用寿命长。
3、本发明公开的隔热防水环保涂料以改性丙烯酸乳液为基础，以多种纳米隔热填料协同作用，并且不含苯、甲醛等有害气体的环保隔热涂料；隔热效果明显，根据本发明的实施例，在模拟的房子表面喷涂本发明涂料前后，屋顶温度相差20℃以上，屋内温差也达到12℃左右，节能效果明显，并且本发明的涂料还具有良好的延展性，显著提高其防水能力，即使被涂覆物发生显著的形变，涂料本身也不易开裂起皮或脱落，将很好地满足民用建筑及工业设备设施的使用需要。
4、本发明公开的隔热防水环保涂料制备方便，应用市场广阔，可以完全替代建筑物普通外墙涂料的作用，并且同时辅以隔热的节能效果，尤其适合在石油化工及化工厂的各类液体储罐、管道等设备设施的外表面使用，可以充分提高能源利用效率，也特别适合民用建筑，办公楼体的外表面，除了实现楼体的美观，减少空调使用时间外，还可以同时解决楼体可能存在的漏水问题，一举两得；因此，本发明的涂料的使用可以实现节约能源，保护环境等效果。
附图说明
图1为实施例一的隔热防水环保涂料透射电子显微镜照片；
图2为实施例一的隔热防水环保涂料涂覆原油储罐表面前后的温度模拟图；
图3为实施例二的隔热防水环保涂料涂覆化学品储罐表面前后的温度模拟图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例一
将30g纳米二氧化钛、30g铬黄、30g气相白炭黑、30g酞菁绿和30g永固紫、50g碳酸钙、50g滑石粉、50g煅烧高岭土、50g硅酸铝和50g膨润土加入150g去离子水中，搅拌1小时，搅拌速度为1000转每分钟，实现颜填料的充分分散。然后将50g多孔陶瓷微珠、50g空心玻璃微珠、50g纳米石蜡和260g丙烯酸乳液加入混合溶液中，搅拌1小时，搅拌速度为700转每分钟。最后将40g助剂加入混合溶液中，搅拌30分钟，搅拌速度为600转每分钟，得到隔热防水环保涂料。本实施例中，助剂包括10g鲁工P105、8g中联邦B315、3gDZ01、15g毕克BYK380N、4g朗盛Vulkanox4030；颜料尺寸为800目～6000目；填料尺寸为600目～6000目；多孔无机材料的尺寸为3000目～6000目；纳米石蜡尺寸为200～1000纳米；丙烯酸乳液中，羟基含量为5%；固含量为55%；黏度为1800帕斯卡秒；有利于粉料在乳液中的充分分散。
图1为上述隔热防水环保涂料的透射电子显微镜照片，可以看到颜填料的颗粒尺寸为400-700纳米之间，并且均匀分布于乳液中。图2为上述隔热防水环保涂料涂覆原油储罐表面前后的温度模拟图，可以看到，在涂覆隔热防水环保涂料前，原油储罐的表面温度超过45℃；而涂覆隔热防水环保涂料后其温度下降至35℃左右，表明上述隔热防水环保涂料能有效降低原油储罐的温度。
实施例二
将30g铬黄、30g气相白炭黑、30g酞菁兰、30g永固紫、60g滑石粉、60g沉淀硫酸钡、20g硅酸铝和40g膨润土加入200g去离子水中，搅拌1小时，搅拌速度为1000转每分钟，实现颜填料的充分分散。然后将40g空心玻璃微珠、20g纳米ATO粉、15g纳米钛白粉、25g纳米石蜡和340g丙烯酸乳液加入混合溶液中，搅拌1小时，搅拌速度为700转每分钟。最后将60g助剂加入混合溶液中，搅拌30分钟，搅拌速度为600转每分钟；得到隔热防水环保涂料。本实施例中，助剂包括12g鲁工LBCB1、9g Silco AF 881、8gDZ01、15g Silco FLW K-134、11g生达化工SD-505、5g朗盛Vulkanox4030；颜料尺寸为800目～6000目；填料尺寸为600目～6000目；多孔无机材料的尺寸为3000目～6000目；纳米钛白粉、纳米石蜡尺寸为200～1000纳米；丙烯酸乳液中，羟基含量为4%；固含量为60%；黏度为2000帕斯卡秒；有利于粉料在乳液中的充分分散。
图3为上述隔热防水环保涂料涂覆化学品储罐表面前后的温度模拟图，可以看到，在涂覆隔热防水环保涂料前，化学品储罐表面的最高温度超过50℃；而涂覆隔热防水环保涂料后其最高温度下降至40℃以下，表明上述隔热防水环保涂料能有效降低化学品储罐的温度。
实施例三
将30g铬黄、10g酞菁兰、50g永固紫、60g滑石粉、60g沉淀硫酸钡加入100g去离子水中，搅拌1小时，搅拌速度为1000转每分钟，实现颜填料的充分分散。然后将30g空心玻璃微珠、20g纳米ATO粉、8g纳米钛白粉、2g纳米石蜡和150g丙烯酸乳液加入混合溶液中，搅拌1小时，搅拌速度为700转每分钟。最后将10g助剂加入混合溶液中，搅拌30分钟，搅拌速度为600转每分钟；得到隔热防水环保涂料。本实施例中，助剂包括3g鲁工LBCB1、1g Silco AF 881、1gDZ01、2g Nordes C15、2g生达化工SD-505、1g晗泰化工AR-2；颜料尺寸为800目～6000目；填料尺寸为600目～6000目；多孔无机材料的尺寸为3000目～6000目；纳米钛白粉、纳米石蜡尺寸为200～1000纳米；丙烯酸乳液中，羟基含量为3%；固含量为60%；黏度为1500帕斯卡秒。
实施例四
将50g纳米二氧化钛、30g铬黄、60g酞菁绿和110g永固紫、50g碳酸钙、90g滑石粉、60g煅烧高岭土、100g硅酸铝加入350g去离子水中，搅拌1小时，搅拌速度为1000转每分钟，实现颜填料的充分分散。然后将40g多孔陶瓷微珠、60g空心玻璃微珠、30g纳米石蜡、50g纳米气相白炭黑和400g丙烯酸乳液加入混合溶液中，搅拌1小时，搅拌速度为700转每分钟。最后将80g助剂加入混合溶液中，搅拌30分钟，搅拌速度为600转每分钟，得到隔热防水环保涂料。本实施例中，助剂包括15g鲁工P105、5g Silco AF 881、8gSilco FLW K-134 、12gDZ01、10g生达化工SD-505 、12g大东化工DR-7041、9g隆仕达化工LSD-8020、9g朗盛Vulkanox4030；颜料尺寸为800目～6000目；填料尺寸为600目～6000目；多孔无机材料的尺寸为3000目～6000目；纳米石蜡尺寸为200～1000纳米；丙烯酸乳液中，羟基含量为3%；固含量为50%；黏度为1400帕斯卡秒。
上述隔热防水环保涂料的测试结果见表1，可以看出本发明的涂料施工性能优异、成膜性能良好、耐酸碱防水性能极佳，完全符合相关国家或者行业标准(GB/T 9755-2001、JC/T 864-2008、JG/T 235-2014)。在模拟的房子表面喷涂上述隔热防水环保涂料前后，屋顶温度相差20℃以上，屋内温差也达到12℃左右，节能效果明显。因此本发明的隔热防水环保涂料适合在石油化工及化工厂的各类液体储罐、管道等设备设施的外表面使用，可以充分提高能源利用效率，也特别适合民用建筑，办公楼体的外表面，除了实现楼体的美观，减少空调使用时间外，还可以同时解决楼体可能存在的漏水问题，一举两得；因此，本发明的涂料的使用可以实现节约能源，保护环境等效果。
表1 隔热涂料性能测试结果
| 产品性能 | 实施例一 | 实施例二 | 实施例三 | 实施例四 | 是否达到相关标准 |
| 施工性 | 涂刷二道无障碍 | 涂刷二道无障碍 | 涂刷二道无障碍 | 涂刷二道无障碍 | 合格 |
| 低温稳定性 | 不变质 | 不变质 | 不变质 | 不变质 | 合格 |
| 涂膜外观 | 正常 | 正常 | 正常 | 正常 | 合格 |
| 表干时间（h） | 1 | 1 | 1 | 1 | 合格 |
| 耐洗涮性（2000次） | 漆膜无损坏 | 漆膜无损坏 | 漆膜无损坏 | 漆膜无损坏 | 合格 |
| 耐碱性（48h） | 无异常 | 无异常 | 无异常 | 无异常 | 合格 |
| 耐水性（168h） | 无异常 | 无异常 | 无异常 | 无异常 | 合格 |
| 涂层耐温变性 | 无异常 | 无异常 | 无异常 | 无异常 | 合格 |
| 透水性（ml） | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 合格 |
| 600小时耐老化性 | 不起泡，不剥落 | 不起泡，不剥落 | 不起泡，不剥落 | 不起泡，不剥落 | 合格 |
| 粉化 | 0 | 0 | 0 | 0 | 合格 |
| 变色 | 1 | 1 | 1 | 1 | 合格 |
Claims (5)
1.一种隔热防水环保涂料，其特征在于，按质量份，所述隔热防水环保涂料包括以下组分：
颜料 9～25份
填料 12～30份
助剂 1～8份
丙烯酸乳液 15～40份
多孔无机材料 5～10份
荷叶效应自洁剂 1～8份
去离子水 10～35份；
所述丙烯酸乳液中，羟基含量为2.5%～6%；固含量为50%～60%；黏度为1200～2200帕斯卡秒；
所述颜料包括纳米二氧化钛、铬黄、气相白炭黑、酞菁兰、酞菁绿和永固紫中的一种或几种；
所述填料包括碳酸钙、滑石粉、煅烧高岭土、沉淀硫酸钡、硅酸铝和膨润土中的一种或几种；
所述多孔无机材料包括多孔陶瓷微珠、空心玻璃微珠和纳米ATO粉中的一种或几种；
所述荷叶效应自洁剂包括纳米无机疏水材料和/或纳米石蜡；
所述颜料尺寸为800目～6000目；所述填料尺寸为600目～6000目；所述多孔无机材料的尺寸为3000目～6000目；所述荷叶效应自洁剂的尺寸为200～1000纳米。
2.根据权利要求1所述隔热防水环保涂料，其特征在于：所述助剂包括分散剂、消泡剂、增韧剂、成膜剂、增稠剂、流平剂、防腐剂和防老化剂中的一种或几种。
3.权利要求1所述隔热防水环保涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，首先将颜料以及填料加入去离子水中，搅拌分散得到混合液；然后将多孔无机材料、荷叶效应自洁剂和丙烯酸乳液加入混合液中，搅拌；最后加入助剂，搅拌得到隔热防水环保涂料。
4.根据权利要求3所述隔热防水环保涂料的制备方法，其特征在于：首先将颜料以及填料加入去离子水中，于1000转/分钟下搅拌分散1小时；然后将多孔无机材料、荷叶效应自洁剂和丙烯酸乳液加入混合液中，于700转/分钟下搅拌1小时；最后加入助剂，于600转/分钟下搅拌30分钟，得到隔热防水环保涂料。
5.权利要求1所述隔热防水环保涂料作为隔热防水环保涂料的应用。
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