CN106590213A - 陶瓷型热管保温隔热涂料及其制备方法 - Google Patents

陶瓷型热管保温隔热涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

陶瓷型热管保温隔热涂料及其制备方法，它属于涂料领域。虽然陶瓷型隔热涂料已在多个领域得到了应用，但在国内仍处于起步阶段。本发明所述的陶瓷型热管保温隔热涂料原料中各组分的重量份数为：溶剂去离子水A25～35份、溶剂去离子水B30～40份、铵盐分散剂3～6份、消泡剂A0.15～0.4份、消泡剂B0.15～0.4份、纳米粉体45～55份、填料30～40份、氟碳乳液50～60份、KBM903型硅烷偶联剂5～10份、醇酯十二0.4～0.6份、防霉助剂0.2～0.4份、二甲基乙醇胺0.05～0.1份、流平剂0.4～0.6份、增稠剂预混物0.3～0.4份。本发明施工简便，达到室内涂料使用标准。

Description

陶瓷型热管保温隔热涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于涂料领域，具体涉及一种陶瓷型热管保温隔热涂料及其制备方法。
背景技术
节能是国家发展经济的一项长远战略方针。近年来，随着我国国民经济的迅速发展，国家对环境保护、节约能源、改善居住条件等问题高度重视，相应制订了一批技术法规和标准规范，这些标准规范的颁布实施对于改善环境、节约能源、提高投资的经济和社会效益，起到了重要作用。目前我国建筑物绝大多数是高能耗非节能型建筑。
目前，建设部在2002年印发了建筑节能“十五”计划，积极推进建筑节能，有利于改善人民生活和工作环境，保证国民经济持续稳定发展，减轻大气污染，减少温室气体排放，缓解地球变暖的趋势，是发展我国建筑业和节能事业的重要工作，发展低能耗、多功能的新型材料成为主流趋势。建设部从2007年起全面推行节能建筑认证体系。建筑节能新技术的研究开发和新产品的推广应用，是推动建筑节能工作的有效途径。巨大的建筑节能市场将带动建筑涂料产进行新的发展，我国是节能涂料最具发展潜力的大市场。
保温隔热涂料是一种近年来发展的新型功能型涂料，隔热涂料是隔热保温材料的主要发展方向之一。能够显著地降低暴露于太阳热辐射下的物体的表面温度，因而该类涂料迅速在石油化工行业得到应用。用于贮存和运输石油、液化天然气的金属储罐、管道等设施，夏季受太阳光的照射，表面和内部的温度迅速升高，因此而带来一系列问题。使用陶瓷型隔热涂料能有效地降低因太阳热传导引起的温升，达到阻止这些设施表面温度的升高和热传导、改善工作环境和提高安全性的目的，同时也可以阻止内部的热量散发出来，因而该类涂料的应用受到重视，并得到较多的研究，已被广泛应用于建筑工程、石油、运输、热管及军工、航天等行业。
虽然陶瓷型隔热涂料已在多个领域得到了应用，但在国内仍处于起步阶段，在技术研发、生产、施工及应用规模上仍远落后于欧美等国，目前国内应用的陶瓷型热管隔热保温涂料主要存在以下三点问题：(1)目前来讲，陶瓷型热管隔热保温涂层一般是采用对近红外辐射具有高反射和低导热系数的功能填料，但是在阳光下，由于能量的积累，涂层的内部环境温度还是会高于外部大气温度。(2)当今倡导节能减排降耗的新形势下，环保是新材料开发首要考虑的因素。传统的陶瓷型隔热涂层多为溶剂型，施工后涂层中的有机溶剂会挥发，污染了环境，也对人体健康构成严重威胁，因此水性陶瓷型涂料是日后必然的趋势。(3)陶瓷型热管隔热保温涂料已开发应用多年，主要应用于军工、航天及大型工业领域，民品行业使用较少，其中一项重要制约因素即造价偏高，因此开发一种价格低廉、施工简便的陶瓷型热管隔热保温涂料可有效扩大其应用范围。
发明内容
本发明目的是提供了一种价格低廉、施工简便的陶瓷型热管隔热保温涂料及其制备方法。
本发明通过以下技术方案实现：
一种陶瓷型热管保温隔热涂料，所述的陶瓷型热管保温隔热涂料原料中各组分的重量份数为：溶剂去离子水A25～35份、溶剂去离子水B30～40份、铵盐分散剂3～6份、消泡剂A0.15～0.4份、消泡剂B0.15～0.4份、纳米粉体45～55份、填料30～40份、氟碳乳液50～60份、KBM903型硅烷偶联剂5～10份、醇酯十二0.4～0.6份、防霉助剂0.2～0.4份、二甲基乙醇胺0.05～0.1份、流平剂0.4～0.6份、增稠剂预混物0.3～0.4份。
本发明所述的陶瓷型热管保温隔热涂料，溶剂去离子水符合GB/T 6682中规定的三级水标准；所述的铵盐分散剂为巴斯夫的铵盐分散剂帝派斯TM AA4040；所述的消泡剂为诺普科公司的NXZ型号的消泡剂；所述乳液为陶氏化学公司氟碳乳液；所述醇酯十二为美国伊士曼TEXANOL成膜助剂醇酯十二；所述防霉助剂为陶氏化学公司的防霉剂skane M-8；所述二甲基乙醇胺为pH调节剂；所述流平剂为罗门哈斯RM-9119NPR。
本发明所述的陶瓷型热管保温隔热涂料，纳米粉体是金红石型纳米TiO2和纳米ZnO的混合物，其中金红石型纳米TiO2和纳米ZnO的质量比为10:1，金红石型纳米TiO2和纳米ZnO的粒径分别为10～300nm。
本发明所述的陶瓷型热管保温隔热涂料，所述的填料是由8种不同粒径的空心陶瓷微珠组成，空心陶瓷微珠的平均粒径尺寸为1～8μm、10～20μm、30～40μm、45～55μm、60～75μm、80～90μm、140～150μm、230～250μm。选取8种粒径是为了达到最优的堆积密度，选择不同粒径的陶瓷微珠。
本发明所述的陶瓷型热管保温隔热涂料，所述的增稠剂预混物是将增稠剂羟乙基纤维素醚QP52000溶于丙二醇中搅拌至无结块和沉淀为止，增稠剂与丙二醇的质量比为1:7。
本发明所述的陶瓷型热管保温隔热涂料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、制备热反射纳米粉体浆料：按照重量份数分别称取一定质量的溶剂去离子水A、铵盐分散剂、消泡剂A、纳米粉体，将称量好的溶剂去离子水A及分散剂加入到分散机中，以线速度1.5m/s～2.0m/s搅拌3～5min，之后添加消泡剂A搅拌3～5min，消泡剂A完全溶解后添加纳米粉体，调整pH为7.5～8.5并将转速提高到线速度为10～15m/s，搅拌10～30min，将分散机转速调至线速度为1.5m/s～2.0m/s，得到热反射纳米粉体浆料，此时热反射纳米粉体浆料的浆液细度达到35～42μm；
步骤2、制备隔热粉体浆料：按照重量份数分别称取一定质量的溶剂去离子水B、KBM903型硅烷偶联剂、填料，先将溶剂去离子水B及硅烷偶联剂加入到分散机中，调整pH为6.5～7.5，以线速度1.5m/s～2.0m/s搅拌3～5min，之后在搅拌的条件下添加填料，填料添加完成后继续以线速度1.5m/s～2.0m/s搅拌1.5～2h，然后在超声条件下继续搅拌0.5h，搅拌结束后浆料在60～70℃恒温水浴静置2～3h，即得到隔热粉体浆料；
步骤3、制备陶瓷型热管隔热保温涂料：按照重量份数分别称取一定质量的氟碳乳液、消泡剂B、醇酯十二、防霉剂、二甲基乙醇胺，增稠剂预混物、流平剂，首先将步骤2制备的隔热粉体浆料加入步骤1制备的热反射纳米粉体浆料中，在搅拌速度为1.5m/s～2.0m/s的条件下搅拌3～5min，之后依次加入一定质量的氟碳乳液、消泡剂B、醇酯十二、防霉剂搅拌5～10min，之后顺序添加二甲基乙醇胺、增稠剂预混物、流平剂，所有物料添加完毕后，以1.5m/s～2.0m/s的速度搅拌1～2h，得到陶瓷型热管隔热保温涂料。
本发明所述的陶瓷型热管保温隔热涂料的制备方法，步骤2中的填料按照重量平均分为8份，分8次添加到分散机中；步骤3中增稠剂预混物的添加速度为20～30ml/s；步骤3中流平剂的添加速度为20～30ml/s。
本发明使用了聚合物乳液，极大地减少了聚合物单体中C-O-C键、C＝O键及-OH键等吸能基团的比例，因而使得涂料体系整体吸热能力下降，可有效提高涂料的半球发射率，半球发射率可达0.91以上。
本发明同时添加性能优异的空心陶瓷微珠作为隔热粉体，可大大提高涂料的遮盖能力，使得对基材进行遮盖的最小厚度降低，同时阻止了热量的传导，最小厚度可达0.5±0.05mm。
本发明减少了涂料的用量，从而降低材料成本，又因施工时只需喷涂一次，施工简便又减少了施工成本，从而大幅降低其应用成本。
本发明使用纳米粉体是金红石型纳米TiO2和纳米ZnO的混合物，其是纳米级的阳光反射物质，其粒径要小于阳光中紫外线、可见光及红外线的波长，研究表明反射物质粒径小于光波波长时可有效的对光波进行反射及散射，而使用硅烷偶联剂可使空心陶瓷微珠更好的在体系中分散，从而大大降低了热量的传导，使得制备陶瓷型保温隔热涂料成为可能。
本发明所制备的陶瓷型热管隔热保温涂料为水性涂料，无人为添加甲醛或者甲醛释放剂，超低挥发性有机物，VOC<50g/L，已达到室内涂料使用标准，是一种真正的节能环保涂料。
本方法制备的涂料可应用于温度高达482℃的工作环境区域；对于工作中的热管、存储槽、弯曲管道以及阀门等亦能达到绝佳的保温效果；涂料具有极强的近红外反射率、附着力，耐老化性能突出，适用基材广泛。
具体实施方式
具体实施方式一：
一种陶瓷型热管保温隔热涂料，所述的陶瓷型热管保温隔热涂料原料中各组分的重量份数为：溶剂去离子水A25份、溶剂去离子水B30份、铵盐分散剂3份、消泡剂A0.15份、消泡剂B0.15份、纳米粉体45份、填料30份、氟碳乳液50份、KBM903型硅烷偶联剂5份、醇酯十二0.4份、防霉助剂0.2份、二甲基乙醇胺0.05份、流平剂0.4份、增稠剂预混物0.3份。
本实施方式中所述的纳米粉体是金红石型纳米TiO2和纳米ZnO的混合物，其中金红石纳米TiO2和纳米ZnO的质量比为10:1，金红石型纳米TiO2的粒径为50nm，纳米ZnO的粒径为50nm。
本实施方式中所述的陶瓷型热管保温隔热涂料，所述的填料是由8种不同粒径的空心陶瓷微珠组成，空心陶瓷微珠的平均粒径尺寸分别为6μm、10μm、37μm、46μm、75μm、80μm、148μm和247μm。
本实施方式中所述的陶瓷型热管保温隔热涂料，所述的增稠剂预混物是将增稠剂羟乙基纤维素醚QP52000溶于丙二醇中搅拌至无结块和沉淀为止，增稠剂与丙二醇的质量比为1:7。
通过本实施方式得到的陶瓷型热管保温隔热涂料进行性能测试，在实验条件是23±2℃，50％湿度的条件下进行测试，得到的检测结果如表1所示：本发明制备的陶瓷型热管保温隔热涂料细度达到25μm，耐高温极限温度500℃，无人为添加甲醛或者甲醛释放剂，超低挥发性有机物，VOC<50g/L。
表1陶瓷型热管保温隔热涂料性能测试
具体实施方式二：
一种陶瓷型热管保温隔热涂料，所述的陶瓷型热管保温隔热涂料原料中各组分的重量份数为：溶剂去离子水A35份、溶剂去离子水B40份、铵盐分散剂5份、消泡剂A0.6份、消泡剂B0.6份、纳米粉体50份、填料35份、氟碳乳液50份、KBM903型硅烷偶联剂8份、醇酯十二0.6份、防霉助剂0.3份、二甲基乙醇胺0.06份、流平剂0.5份、增稠剂预混物0.3份。
本实施方式中所述的纳米粉体是金红石型纳米TiO2和纳米ZnO的混合物，其中金红石纳米TiO2和纳米ZnO的质量比为10:1，金红石型纳米TiO2的粒径为100nm，纳米ZnO的粒径为100nm。
本实施方式中所述的陶瓷型热管保温隔热涂料，所述的填料是由8种不同粒径的空心陶瓷微珠组成，空心陶瓷微珠的平均粒径尺寸分别为6μm、10μm、37μm、46μm、75μm、80μm、148μm和247μm。
本实施方式中所述的陶瓷型热管保温隔热涂料，所述的增稠剂预混物是将增稠剂羟乙基纤维素醚QP52000溶于丙二醇中搅拌至无结块和沉淀为止，增稠剂与丙二醇的质量比为1:7。
本实施方式制备的涂料可应用于温度高达500℃的工作环境区域。
具体实施方式三：
一种陶瓷型热管保温隔热涂料，所述的陶瓷型热管保温隔热涂料原料中各组分的重量份数为：溶剂去离子水A35份、溶剂去离子水B40份、铵盐分散剂6份、消泡剂A0.4份、消泡剂B0.4份、纳米粉体55份、填料40份、氟碳乳液60份、KBM903型硅烷偶联剂10份、醇酯十二0.6份、防霉助剂0.4份、二甲基乙醇胺0.1份、流平剂0.6份、增稠剂预混物0.4份。
本实施方式中所述的纳米粉体是金红石型纳米TiO2和纳米ZnO的混合物，其中金红石纳米TiO2和纳米ZnO的质量比为10:1，金红石型纳米TiO2的粒径为200nm，纳米ZnO的粒径为200nm。
本实施方式中所述的陶瓷型热管保温隔热涂料，所述的填料是由8种不同粒径的空心陶瓷微珠组成，空心陶瓷微珠的平均粒径尺寸分别为8μm、20μm、40μm、55μm、75μm、90μm、150μm和250μm。
本实施方式中所述的陶瓷型热管保温隔热涂料，所述的增稠剂预混物是将增稠剂羟乙基纤维素醚QP52000溶于丙二醇中搅拌至无结块和沉淀为止，增稠剂与丙二醇的质量比为1:7。
本实施方式制备的涂料可应用于温度高达490℃的工作环境区域。
具体实施方式四：
根据具体实施方式二所述的陶瓷型热管保温隔热涂料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、制备热反射纳米粉体浆料：按照重量份数分别称取一定质量的溶剂去离子水A、铵盐分散剂、消泡剂A、纳米粉体，将称量好的溶剂去离子水A及分散剂加入到分散机中，以线速度2.0m/s搅拌5min，之后添加消泡剂A搅拌5min，消泡剂A完全溶解后添加纳米粉体，调整pH为8并将转速提高到线速度为15m/s，搅拌10min，将分散机转速调至线速度为2.0m/s，得到热反射纳米粉体浆料，此时浆液细度达到40μm；
步骤2、制备隔热粉体浆料：按照重量份数分别称取一定质量的溶剂去离子水B、KBM903型硅烷偶联剂、填料，先将溶剂去离子水B及硅烷偶联剂加入到分散机中，调整pH为7，以线速度2.0m/s搅拌5min，之后在搅拌的条件下添加填料，填料添加完成后继续以线速度2.0m/s搅拌2h，然后在超声条件下继续搅拌0.5h，搅拌结束后浆料在70℃恒温水浴静置3h，即得到隔热粉体浆料；
步骤3、制备陶瓷型热管隔热保温涂料：按照重量份数分别称取一定质量的氟碳乳液、消泡剂B、醇酯十二、防霉剂、二甲基乙醇胺，增稠剂预混物、流平剂，首先将步骤2制备的隔热粉体浆料加入步骤1制备的热反射纳米粉体浆料中，在搅拌速度为1.5m/s的条件下搅拌5min，之后依次加入一定质量的氟碳乳液、消泡剂B、醇酯十二、防霉剂搅拌5min，之后顺序添加二甲基乙醇胺、增稠剂预混物、流平剂，所有物料添加完毕后，以1.5m/sm/s的速度搅拌1h，得到陶瓷型热管隔热保温涂料。
本实施方式步骤2中的填料按照重量平均分为8份，分8次添加到分散机中；步骤3中增稠剂预混物的添加速度为30ml/s；步骤3中流平剂的添加速度为30ml/s。
根据本实施方式制备的陶瓷型热管保温隔热涂料进行性能测试，与同类产品普通隔热保温涂料进行对比，得到的结果如表2所示：
表2陶瓷型热管保温隔热涂料的基本性能检测
项目 普通隔热保温涂料 本实施例陶瓷型隔热保温涂料
太阳光反射比 0.8 0.86
半球反射率 0.8 0.91
涂层导热系数/w/m.k 0.58 0.03
绝热等级 - R-33.3
常温环境隔热温差/℃ 10 14
高温环境隔热温差/℃ - 130
耐水性/h 96h无异常 720h无异常
耐人工老化性 600h不起泡、不剥落无裂纹 1000h不起泡、不剥落、无裂纹
涂层耐温变性 无异常 无异常
低温稳定性 不变质 不变质
本实施例制备的涂料的半球发射率达0.91，涂料对基材进行遮盖的最小厚度为0.5mm。
本实施例减少了涂料的用量从而降低材料成本，又因施工时只需喷涂一次，施工简便又减少了施工成本，从而大幅降低其应用成本。
本实施方式制备的陶瓷型热管隔热保温涂料为水性涂料，零甲醛，超低挥发性有机物，VOC<50g/L，已达到室内涂料使用标准，是一种真正的节能环保涂料。

Claims (10)

1.一种陶瓷型热管保温隔热涂料，其特征在于：所述的陶瓷型热管保温隔热涂料原料中各组分的重量份数为：溶剂去离子水A25～35份、溶剂去离子水B30～40份、铵盐分散剂3～6份、消泡剂A0.15～0.4份、消泡剂B0.15～0.4份、纳米粉体45～55份、填料30～40份、氟碳乳液50～60份、KBM903型硅烷偶联剂5～10份、醇酯十二0.4～0.6份、防霉助剂0.2～0.4份、二甲基乙醇胺0.05～0.1份、流平剂0.4～0.6份、增稠剂预混物0.3～0.4份。
2.根据权利要求1所述的陶瓷型热管保温隔热涂料，其特征在于：所述的纳米粉体是金红石型纳米TiO2和纳米ZnO的混合物，其中金红石型纳米TiO2和纳米ZnO的质量比为10:1，金红石型纳米TiO2和纳米ZnO的粒径分别为10～300nm。
3.根据权利要求1或2所述的陶瓷型热管保温隔热涂料，其特征在于：所述的填料是由8种不同粒径的空心陶瓷微珠组成，空心陶瓷微珠的平均粒径尺寸分别为1～8μm、10～20μm、30～40μm、45～55μm、60～75μm、80～90μm、140～150μm、230～250μm。
4.根据权利要求1或2所述的陶瓷型热管保温隔热涂料，其特征在于：所述的增稠剂预混物是将增稠剂羟乙基纤维素醚QP52000溶于丙二醇中搅拌至无结块和沉淀为止，增稠剂与丙二醇的质量比为1:7。
5.根据权利要求1所述的陶瓷型热管保温隔热涂料，其特征在于：所述的陶瓷型热管保温隔热涂料原料中各组分的重量份数为：溶剂去离子水A25份、溶剂去离子水B30份、铵盐分散剂3份、消泡剂A0.15份、消泡剂B0.15份、纳米粉体45份、填料30份、氟碳乳液50份、KBM903型硅烷偶联剂5份、醇酯十二0.4份、防霉助剂0.2份、二甲基乙醇胺0.05份、流平剂0.4份、增稠剂预混物0.3份。
6.根据权利要求1所述的陶瓷型热管保温隔热涂料，其特征在于：所述的陶瓷型热管保温隔热涂料原料中各组分的重量份数为：溶剂去离子水A35份、溶剂去离子水B40份、铵盐分散剂6份、消泡剂A0.4份、消泡剂B0.4份、纳米粉体55份、填料40份、氟碳乳液60份、KBM903型硅烷偶联剂10份、醇酯十二0.6份、防霉助剂0.4份、二甲基乙醇胺0.1份、流平剂0.6份、增稠剂预混物0.4份。
7.一种权利要求1-6之一所述的陶瓷型热管保温隔热涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、制备热反射纳米粉体浆料：按照重量份数分别称取一定质量的溶剂去离子水A、铵盐分散剂、消泡剂A、纳米粉体，将称量好的溶剂去离子水A及铵盐分散剂加入到分散机中，以线速度1.5m/s～2.0m/s搅拌时间3～5min，之后添加消泡剂A搅拌3～5min，消泡剂A完全溶解后添加纳米粉体，调整pH为7.5～8.5并将转速提高到线速度为10～15m/s，搅拌10～30min，将分散机转速调至线速度为1.5m/s～2.0m/s，得到热反射纳米粉体浆料；
步骤2、制备隔热粉体浆料：按照重量份数分别称取一定质量的溶剂去离子水B、KBM903型硅烷偶联剂、填料，先将溶剂去离子水B及硅烷偶联剂加入到分散机中，调整pH为6.5～7.5，以线速度1.5m/s～2.0m/s搅拌3～5min，之后在搅拌的条件下添加填料，填料添加完成后继续以线速度1.5m/s～2.0m/s搅拌1.5～2h，然后在超声条件下继续搅拌0.5h，搅拌结束后浆料在60～70℃恒温水浴静置2～3h，即得到隔热粉体浆料；
步骤3、制备陶瓷型热管隔热保温涂料：按照重量份数分别称取一定质量的氟碳乳液、消泡剂B、醇酯十二、防霉剂、二甲基乙醇胺，增稠剂预混物、流平剂，首先将步骤2制备的隔热粉体浆料加入步骤1制备的热反射纳米粉体浆料中，在搅拌速度为1.5m/s～2.0m/s的条件下搅拌3～5min，之后依次加入一定质量的氟碳乳液、消泡剂B、醇酯十二、防霉剂搅拌5～10min，之后顺序添加二甲基乙醇胺、增稠剂预混物、流平剂，所有物料添加完毕后，以1.5m/s～2.0m/s的速度搅拌1～2h，得到陶瓷型热管隔热保温涂料。
8.根据权利要求7所述的陶瓷型热管保温隔热涂料的制备方法，其特征在于：步骤2中的填料按照重量平均分为8份，分8次添加到分散机中。
9.根据权利要求7所述的陶瓷型热管保温隔热涂料的制备方法，其特征在于：步骤3中增稠剂预混物的添加速度为20～30ml/s。
10.根据权利要求7所述的陶瓷型热管保温隔热涂料的制备方法，其特征在于：步骤3中流平剂的添加速度为20～30ml/s。
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