CN1074025C - 反射太阳热涂料 - Google Patents
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Abstract
一种反射太阳热涂料，该涂料是以结构式如下的改性丙烯酸醇酸类树脂为主要成膜物质，
式中，R为豆油酸、亚麻油酸、残余烃基或苯基，改性丙烯酸醇酸类树脂与颜料、溶剂及助剂组合制成需配合使用的表面涂料和隔热涂料。该涂料具有优异的物理化学性能和极强的附着力与亮度，对太阳热的反射率高，能明显降低房屋、油罐、石油管道等设施的表面温度。
Description
本发明涉及一种涂料，特别是涉及一种可广泛应用于石油、液化天然气等有机液体金属储罐、石油管道、石油运输罐、船舶、冷库、工业建筑、民用建筑等表面涂装的反射太阳热涂料。
进入70年代以后，世界气候变暖，气温逐年升高，太阳的高热辐射，给人类赖以生存的空间带来许多的危害。
随着石油化工的发展，利用储罐储存和运输石油、液化天然气等液体原料日益增加。在炎热的夏季，储罐受到太阳的辐射，储罐表面温度升高，同时也使储罐内装液体温度相应升高。根据现场测试，对涂刷一般银粉漆体积为10000m3汽油罐来说，在夏季最高气温35℃时，其罐顶外壁最高温度可达49℃，距罐顶1m处的油温高达40℃，罐中部油温最高可达39℃，而距罐底2m处的油温可达32℃。从计算求得，若油气空间体积为10000m3涂刷银粉漆的油罐每天的蒸发的损耗为4500公斤。
工业、民用建筑方面：在南方尤其在珠江三角洲地区，铁皮项厂房越来越多，经测试可知，在夏季气象温度33℃时，锌皮表面温度最高为56℃，红色防锈铁皮表面温度最高可达62℃，在200m2高5m的铁皮厂房内，温度分别为32℃和35℃，距地面1.5-2m测试。水泥房项测试，在夏季气象温度30℃，表面温度最高可达到46℃，在面积80m2，高3.2m房间最高温度可达到31.5℃。
由上可知，太阳高热辐射给工业部门、人民的生活都带来很大的损失和危害，而传统的在物体表面涂刷一般银粉漆的方法无法解决上述问题。因此，避免太阳高热辐射，使储罐、房顶等物体表面温度不升高已成为一项急待研究和解决的重要课题。现有相关技术中，中国专利申请92102102公开了一种防火涂料，该涂料由改性丙烯酸树脂乳液及有机氮化物、三聚氰胺、磷酸铵等组成，其功能主要是用作防火涂料。涂料工业杂志则披露了一种“屋面浅色降温与隔热防水涂料”(涂料工业，1987,2)，该涂料是由AAS树脂(由丙烯酸丁酯与丙烯腈、苯乙烯等单体共聚而成)等组成。其功能主要是用于屋顶降温与隔热防火的建筑涂料，用作反射太阳热的涂料则并不理想。
本发明的目的在于提供一种具有优异的物理化学性能和极强的附着力与亮度，对太阳热的反射率高，能明显降低房屋、油罐、石油管道等设施的表面温度的反射太阳热涂料，以降低消耗，节约能源，提高效益。
为实现上述目的，本发明提供一种反射太阳热涂料，它以结构式如下的改性丙烯酸醇酸类树脂为主要成膜物质，
式中，R为豆油酸、亚麻油酸、残余烃基或苯基，改性丙烯酸醇酸类树脂与颜料、溶剂及助剂组合制成需配合使用的表面涂料和隔热涂料。
所述的表面涂料按如下配比(重量％)制成：
改性丙烯酸醇酸类树脂 40～60
颜料 15～33
溶剂 17～25
助剂 3～9；
隔热涂料按如下配比(重量％)制成：
改性丙烯酸醇酸类树脂 45～60
颜料 16～30
溶剂 12～22
助剂 3～9。
上述的颜料包括钛白粉、氧化锌及云母粉的一种或一种以上。
溶剂包括重芳烃、溶剂油、二甲苯及乙醇的一种或一种以上。
助剂包括防沉剂、防结皮剂、催干剂的一种或一种以上，其中防沉剂包括有机膨润土、乙醇和溶剂油的一种或一种以上；防结皮剂包括甲乙酮肟及二甲苯的一种或一种以上；催干剂包括结构式如下的环烷酸盐类，
式中，Me钴、铅、钙等金属。N为6～12。
所述的环烷酸盐类催干剂包括环烷酸钴、环烷酸铅和环烷酸钙的一种或一种以上。
作为本发明的主要成膜物质，我们举出改性丙烯酸醇酸类树脂、丙烯酸类树脂或聚氨酯类，优选地，我们选用改性丙烯酸醇酸类树脂。
改性丙烯酸醇酸类树脂是由丙烯酸类树脂与醇酸类树脂通过化学法而制成，该树脂具有丙烯酸类树脂和醇酸类树脂二者的优点，克服了丙烯酸类树脂对颜料分散性、涂料施工性以及涂膜的柔韧性和耐寒性均不很理想、且价格高的缺陷。这些缺点可由改性的醇酸类树脂的优点来取代。因此，改性丙烯酸醇酸类树脂具有色浅、耐水性、保光性、保色性好，易于制备浅色涂料等特点。本发明中它作为表面涂料和隔热涂料的主要成膜物质，是使涂料牢固附着于被涂物面上形成连续薄膜的主要物质，是构成涂料的基础，决定着涂料的基本特性。改性丙烯酸醇酸类树脂的性能要求如表1：
表1
| 外观 | 清澈透明 |
| 颜色(铁钴法) | ＜10 |
| 粘度(涂-1杯，25℃ | 50-110 |
| 酸价mgKOH/g | ≤11 |
| 固体含量(％) | 50±2 |
| 细度(μm) | ＜25 |
用作本发明的颜料，我们可举出如钛白粉、氧化锌及云母粉等，并且选用其中一种或一种以上。
用作本发明的溶剂，我们举出如重芳烃、溶剂油、二甲苯及乙醇等，并可任选其中一种或一种以上。
用作本发明的助剂，我们举出如防沉剂、防结皮剂、催干剂等，并可任选其中一种或一种以上。
作为助剂的防沉剂，我们可举出如有机膨润土、乙醇和溶剂油等，并可任选其中一种或一种以上。
作为助剂的防结皮剂，我们可举出如甲乙酮肟及二甲苯等，并可任选其中一种或一种以上。
作为助剂的催干剂，我们可举出如环烷酸盐中的环烷酸钴、环烷酸铅及环烷酸钙等，并可任选其中一种或一种以上。
本发明提出的反射太阳热涂料中的各个组分均为市售产品，其制作也比较容易，将各组分按规定的比例混合即可。本发明的反射太阳热涂料的性能指标如表2：
表2
| 项目 | 测试数据 | 备注 | ||
| 表面涂料 | 隔热涂料 | |||
| 颜色及外观 | 白色，涂层平整光滑 | 目测 | ||
| 密度，g/ml | 1.466 | 1.003 | GB1724-79 | |
| 固体含量，％ | ≮57 | ≮53 | GB1725-79 | |
| 干燥时间 | 表干，h | ≯2 | ≯2 | GB1725-79 |
| 实干，h | ≯6 | ≯6 | ||
| 粘度(涂-4杯)，s | / | 43 | GB1723-79 | |
| 细度，μ | 20 | 20 | GB6573.1-86 | |
| 硬度(双摆) | ≮0.37 | ≮0.30 | GB1730-79 | |
| 冲击强度kg,cm | 50 | 40 | GB1732-79 | |
| 柔韧性，mm | 1 | 1 | GB1731-79 | |
| 附着力，级 | 1 | 1 | GB1720-79 | |
| 抗开裂，mm | ≯2 | ≯2 | GB6742-86 | |
| 涂刷面积，平方米/kg | 5～6 | 7～8 | 厚度20～30μ | |
本发明的反射太阳热涂料是一种功能涂料。不但具有涂料的一般性能，而且还具有反射红外线的功能。该涂料不仅满足了一般涂料的性能，且可有效地反射红外线辐射，因此具有很大的实用价值。
由太阳光谱能量分布曲线(图1)可知，太阳能绝大部分处于可见光和近红外区，即400～1800nm范围。在该波长范围内，反射率越高的涂层，反射太阳能的功能就越强，表层的温度越低；反之表层温度就越高。图2给出了铝粉涂层的反射率。图3为反射太阳热涂料的反射率，由图可知，反射太阳热涂料的反射率高于80％，铝粉涂层的反射率则低于40％，而常规白色涂层的反射率介于二者之间。此外隔热层对太阳能的屏蔽作用明显，由此解释了涂层表面温度不同的原因。
本涂料的特色决定了它适宜作外用漆，其具有色浅、耐水性、保光性、保色性、耐侯性、装饰性、保护性、柔韧性、附着力强的性能。
本涂料属溶剂型特种涂料，它充分利用其材料的特性，具有优异的物理化学性能和极强的附着力与亮度，对太阳热的反射率高达80％以上，与通用的铝粉涂料相比涂层温度可降低10℃以上，大大降低了所涂覆物体内液体或空间的温度。因此，用本发明取代传统的铝粉涂料可达到安全、高效、经济之目的。此外，该涂料还具有防锈、防腐、耐酸碱、耐腐蚀、耐老化、耐盐水、耐盐雾、耐高低温、耐油、耐水、耐冲击、柔韧性极好等特性。
本发明可广泛应用于石油、液化天然气等有机液体金属储罐、石油管道、石油运输罐、船舶、冷库、工业建筑、民用建筑等表面涂装。具有巨大的经济效益、环境效益和社会效益。
图1是太阳光谱能量分布曲线示意图。
图2是铝粉涂层的反射率示意图。
图3为本发明的反射太阳热涂料的反射率示意图。
图4是本发明的反射太阳热涂料涂层示意图。
下面结合实施例及实验例对本发明作进一步说明。
本发明以丙烯酸改性醇酸类树脂为主要成膜物质，并与颜料、溶剂、助剂组合制成需配合使用的表面涂料和隔热涂料。上述两种涂料分别制造，配合使用。如图4所示，隔热涂料涂于所要防护的物体，如金属储罐、石油管道、石油运输罐、船舶、冷库、工业建筑、民用建筑等表面，如所要防护的物体是金属物体，则将隔热涂料涂于金属基体表面的磷化层上，表面涂料则涂于隔热涂料上。
表面涂料和隔热涂料的配比如下：
一、表面涂料(重量％)
改性丙烯酸醇酸树脂 47
金红石钛白粉(R-TiO2) 20
氧化锌(ZnO) 10
200#溶剂油 15
重芳烃(或二甲苯) 3
有机膨润土 0.3
0.5％工业酒精 0.3
200#溶剂油 0.3
甲乙酮肟(丁酮肟) 0.3
二甲苯 0.3
4-5％(浓度)环烷酸钴 0.3
10％(浓度)环烷酸铅 0.2
2％(浓度)环烷酸钙 3二、隔热涂料(重量％)
丙烯酸改性醇酸树脂 50
金红石钛白粉(R-TiO2) 15
云母粉(200～300目) 13
200#溶剂油 12
重芳烃(或二甲苯) 4
有机膨润土 0.3
0.5％工业酒精 0.3
200#溶剂油 0.3
甲乙酮肟(丁酮肟) 0.2
二甲苯 0.2
4-5％(浓度)环烷酸钴 0.3
10％(浓度)环烷酸铅 1.4
2％(浓度)环烷酸钙 3实验例1
(1)本实验以3A冷扎钢板为底材，规格为100×150×3mm。反射太阳热涂料含隔热层和表面涂料两种，颜色为白色。涂层结构见图4。
实验时我们选用市售铝粉涂料和性能优良的H白色磁漆作为对比涂料，制作尺寸相同的样品与上述样品进行对比实验。涂层厚度约为150μm。
实验使用温度自动检测系统，由天津大学制作并提供。
(2)实验条件
钢板样品进行检测时的环境最高温度为26～28℃。
(3)实验方法
由于阳光下气温受气流、云片的影响波动较大，造成测试不稳定。因此使用500W碘钨灯代替日照进行模拟实验，其升温稳定，与阳光下实测效果基本相同。
自动检测系统每2s记录一次，72min共记录2160次，绘制涂层升温曲线。表3给出三组钢板不同表面涂层的测试温度。
表3
| 序号 | 温度检测 | |||
| 样品1 | 温度℃ | 样品2 | 温度℃ | |
| 1 | 1# | 47.77 | 5# | 57.8 |
| 2 | 2# | 52.47 | 5# | 58.05 |
| 3 | 3# | 45.44 | 6# | 58.48 |
| 4 | 4# | 50.85 | 6# | 58.72 |
| 5 | 1# | 46.12 | 2# | 50.98 |
| 6 | 3# | 44.78 | 4# | 49.96 |
在表3中：
样品 基底 涂层
1# 钢板(磷化层) 表面涂料+隔热涂料
2# 钢板 白色磁漆
3# 镀锌铁板 表面涂料+隔热涂料
4# 镀锌铁板 白色磁漆
5# 钢板 铝粉涂料
6# 镀锌铁板 /实验例2
储罐的应用测试：
试验罐：50m3汽油卧式储存罐
试验时间为夏季，中午天气晴，环境温度为35～36℃，由电子测温计测试时间为11:30～15:00点。测试了两次。涂铝粉罐的表面温度为61～62℃；用油品温度计测试罐内油温为37～37.4℃，涂装反射太阳热涂料的表面温度为41～42℃，油品温度计测试罐内油温为31.1℃。表面温度相差20℃，内装油温相差6.3℃。实验例3
对某单位一间200平方米的镀锌铁皮顶简易厂房用本发明的反射太阳热涂料进行涂装，在涂装前这家客户采用屋顶喷淋的方式进行降温，平均每月水、电费所耗500元。涂装了反射太阳热涂料以后，不但节约了资金，而且再也不为因喷淋所造成湿滑地面烦恼了。
Claims (8)
1、一种反射太阳热涂料，其特征在于它以结构式如下的改性丙烯酸醇酸类树脂为主要成膜物质，
式中，R为豆油酸、亚麻油酸、残余烃基或苯基，改性丙烯酸醇酸类树脂与颜料、溶剂及助剂组合制成需配合使用的表面涂料和隔热涂料，所述的表面涂料按如下配比(重量％)制成：
改性丙烯酸醇酸类树脂 40～60
颜料 15～33
溶剂 17～25
助剂 3～9；
隔热涂料按如下配比(重量％)制成：
改性丙烯酸醇酸类树脂 45～60
颜料 16～30
溶剂 12～22
助剂 3～9。
2、根据权利要求1所述的反射太阳热涂料，其特征在于所述的颜料包括钛白粉、氧化锌及云母粉的一种或一种以上。
3、根据权利要求1所述的反射太阳热涂料，其特征在于所述的溶剂包括重芳烃、溶剂油、二甲苯及乙醇的一种或一种以上。
4、根据权利要求1所述的反射太阳热涂料，其特征在于所述的助剂包括防沉剂、防结皮剂、催干剂的一种或一种以上。
5、根据权利要求4所述的反射太阳热涂料，其特征在于所述的防沉剂包括有机膨润土、乙醇和溶剂油的一种或一种以上。
6、根据权利要求4所述的反射太阳热涂料，其特征在于所述的防结皮剂包括甲乙酮肟及二甲苯的一种或一种以上。
7、根据权利要求4所述的反射太阳热涂料，其特征在于所述的催干剂包括结构式如下的环烷酸盐类，
式中，Me钴、铅、钙，N为6～12。
8、根据权利要求7所述的反射太阳热涂料，其特征在于所述的环烷酸盐类催干剂包括环烷酸钴、环烷酸铅和环烷酸钙的一种或一种以上。
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