CN107892827B - 一种反射隔热砂壁状涂料及其制备方法 - Google Patents

一种反射隔热砂壁状涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的一种反射隔热砂壁状涂料及其制备方法，其原料成分组成按重量份计为：40‑50份硅复合高温烧结砂、10‑30份水性丙烯酸乳液、12‑18份功能填料、7‑9份助剂、1.5‑2.5份抗冻剂、0.7‑1.0份成膜助剂、0.3‑0.8份增稠剂、0.3‑0.5份润湿分散剂、0.15‑0.2份消泡剂、0.05‑0.2份杀菌剂、2‑5份增强纤维、0.2‑2.5份纤维分散剂、8‑12份去离子水。从而制备的涂料不仅具有反射阳光热能的特性，还能够有效地阻止热传导，使得涂料的隔热性能优异以及隔热性能持久。

Description

一种反射隔热砂壁状涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，具体地说，是一种反射隔热砂壁状涂料及其制备方法。
背景技术
随着我国建筑行业的迅速发展以及能源危机的日益突出，建筑物的节能降耗就越发重要。我国的建筑能耗约占全国能源总消费量的27％，居全国各类能耗之首。采暖与空调的能耗占建筑总能耗的55％，而且还在以每年1个百分点的速度增加。因些，研究和开发建筑隔热涂料具有重大的经济效益、环境效益和社会效益。在建筑外墙使用具有隔热功能的涂料不仅可实现涂料原有的装饰、保护和防霉等功能，而且还使涂层具有隔热的功能，保持室内温度恒定，增大室内外的温差，在夏季减少温能耗，在冬季降低取暖费用。
目前，隔热材料正经历着由工业隔热向建筑隔热为主的转变，这也是今后隔热材料的主要发展方向之一。因此，制备隔热涂料对于涂料行业具有重要意义。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种反射隔热砂壁状涂料及其制备方法，不仅具有反射阳光热能的特性，还能够有效地阻止热传导，使得涂料的隔热性能优异以及隔热性能持久。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为一种反射隔热砂壁状涂料，其原料成分组成按重量份计为：40-50份硅复合高温烧结砂、10-30份水性丙烯酸乳液、12-18份功能填料、7-9份助剂、1.5-2.5份抗冻剂、0.7-1.0份成膜助剂、0.3-0.8份增稠剂、0.3-0.5份润湿分散剂、0.15-0.2份消泡剂、0.05-0.2份杀菌剂、2-5份增强纤维、0.2-2.5份纤维分散剂、8-12份去离子水。
优选地，所述功能填料为六硼化镧/聚丙烯酸复合粒子。
优选地，所述助剂为中空聚丙烯酸纳米球。
优选地，所述润湿分散剂选自聚丙烯酸钠、磷酸三钠、硅酸盐、烷基酚聚氧乙烯醚和烷基芳基磺酸钠中的一种或两种以上。
优选地，所述消泡剂选自聚硅氧烷和有机醇类化合物中的一种或两种。
优选地，所述成膜助剂选自聚酯醇、聚乙烯醇、海藻酸钠和黄原胶中的一种或两种以上。
优选地，所述增强纤维为陶瓷纤维，所述纤维分散剂选自羧甲基纤维素钠、改性膨润土和硅溶胶中的一种或两种以上，从而陶瓷纤维可与功能填料、助剂配合使涂层形成立体网络结构，有效地保证涂料具有优异的隔热性能，所述纤维分散剂均匀的粘结在增强纤维的表面，减少了纤维之间摩擦，提高纤维之间的流动性，从而减少了纤维的相对运动，使纤维难以凝结成团，提高了纤维的分散性。
一种反射隔热砂壁状涂料的制备方法，其包括步骤：
S100将相应质量份的抗冻剂、增稠剂、润湿分散剂、消泡剂、杀菌剂、助剂、增强纤维、纤维分散剂以及去离子水在2000-4000r/min条件下搅拌分散5-30min得到混合液；
S200将成膜助剂、水性丙烯酸乳液、硅复合高温烧结砂以及功能填料在1000-2500r/min条件下搅拌分散5-20min，向其中加入所述步骤S100中的混合液，在1000-2500r/min条件下继续搅拌5-20min得到反射隔热砂壁状涂料。
根据本发明的一实施例，所述步骤S200中的功能填料为六硼化镧/聚丙烯酸复合粒子，其制备方法包括步骤：
S210将六硼化镧与去离子水混合配制成质量分数为6-10％的水悬浮液后，加入分散剂聚乙烯吡咯烷酮，在1500-2000r/min条件下搅拌分散10-60min，其中，聚乙烯吡咯烷酮加入量占六硼化镧质量的0.5-1％；
S220向悬浊液中加入丙烯酸，并在450-750r/min条件下搅拌加热升温至60-85℃后稳定5-20min后加入引发剂过硫酸钾，反应6-24h，停止反应，制得反应液，其中，丙烯酸加入量占六硼化镧质量的50-80％，过硫酸钾加入量占丙烯酸质量的0.5-2％；
S230将制得的反应液冷却至室温后真空抽滤，将滤饼置于干燥箱中于50-80℃条件下干燥6-24h，将干燥后的滤饼粉碎得到功能填料，备用，其中，所述步骤S210至S230中的反应在N2气氛下进行。
根据本发明的一实施例，所述步骤S100中的助剂为中空聚丙烯酸纳米球，其制备方法包括步骤：
S110将尺寸不均一的纳米四氧化三铁粒子与去离子水混合配制成质量分数为5-20％的水悬浮液后，在1800-2500r/min条件下搅拌分散0.5-2h；
S120向步骤S110悬浊液中加入乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂，在室温1000-2500r/min条件下反应8-24h，其中，乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂加入量占四氧化三铁质量的20-50％；
S130反应结束后加入丙烯酸，并在500-1000r/min条件下搅拌加热升温至60-85℃后稳定5-20min后加入引发剂过硫酸钾，反应6-24h，停止反应，制得反应液，其中，丙烯酸加入量占四氧化三铁质量的60-70％，过硫酸钾加入量占丙烯酸质量的1-3％；
S140将所述反应液冷却至室温后真空抽滤，将得到的滤饼浸泡在1mol/L的盐酸溶液中0.5-2h，用蒸馏水洗至中性后置于干燥箱中于50-80℃条件下干燥6-24h，得到助剂，其中，所述步骤S110至S140中的反应在N2气氛下进行。
本发明同现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
(1)本发明的反射隔热砂壁状涂料具有环保、保温、耐污、耐候性好、隔热性能优异以及隔热性能持久的特点，同时砂壁状涂料涂装后立体效果好，可以满足不同的风格需求，其制备工艺简单、易操作，适合于工业化生产；
(2)功能填料为六硼化镧/聚丙烯酸复合粒子，一方面聚丙烯酸的修饰使得六硼化镧在涂料中具有良好的相容性，另一方面该复合粒子的粒径与太阳光波长度一致，在太阳光波的照射下，粒子与太阳光波产生共振，使粒子的电子跃迁至高能位，产生光波光能的反射和衍射作用，从而隔断热能进入基层，反射阳光的热能，取得良好的隔热效果；
(3)助剂为中空聚丙烯酸纳米球，不同粒径颗粒的空心球体形成的紧密的填充结构，形成由无数个真空腔结成的“真空墙”，其能够有效地阻止热传导，协同功能填料提高隔热效果；
(4)助剂对反射隔热砂壁状涂料的制备起了促进作用，所述助剂原料中的四氧化三铁由硅烷偶联剂修饰后表面含有碳碳双键，引导了丙烯酸分子在四氧化三铁表面聚合包覆，从而形成中空聚丙烯酸纳米球，中空聚丙烯酸纳米球能够有效地阻止热传导，可有效提高隔热效果。
(5)增强纤维可使中空聚丙烯酸纳米球分散至纤维上，在涂层中形成立体网络结构，从而有效地保证涂料具有优异的隔热性能，同时纤维分散剂有效地改善了其分散性。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
本发明实施例采用的化学试剂均为市购：六硼化镧购自于秦皇岛一诺高新材料开发有限公司；纳米四氧化三铁购自于上海超威纳米科技有限公司，其尺寸为10-50nm；成膜助剂购自于武汉欣朗科技有限公司；分散剂、消泡剂、成膜助剂、增稠剂和抗冻剂购自于济南润昌化工有限公司；杀菌剂购自于广州中万新材料有限公司；硅复合高温烧结砂购自于灵寿县天航矿产品加工厂。
实施例1
一种反射隔热砂壁状涂料的具体制备方法如下：
(1)将抗冻剂2.5重量份、增稠剂0.8重量份、润湿分散剂0.5重量份、消泡剂0.2重量份、杀菌剂0.2重量份、助剂9重量份、增强纤维3重量份、纤维分散剂1.5重量份以及去离子水12重量份在2000-4000r/min条件下搅拌分散5-30min得到混合液；
(2)将成膜助剂1.0重量份、水性丙烯酸乳液30重量份、硅复合高温烧结砂50重量份以及功能填料18重量份在1000-2500r/min条件下搅拌分散5-20min，向其中加入步骤(1)中的混合液，在1000-2500r/min条件下继续搅拌5-20min得到反射隔热砂壁状涂料。
功能填料为六硼化镧/聚丙烯酸复合粒子，具体制备方法如下：
(1)将六硼化镧与去离子水混合配制成质量分数为10％的水悬浮液后，加入分散剂聚乙烯吡咯烷酮，在1500-2000r/min条件下搅拌分散10-60min，其中，聚乙烯吡咯烷酮加入量占六硼化镧质量的1％；
(2)向悬浊液中加入丙烯酸，并在450-750r/min条件下搅拌加热升温至60-85℃后稳定5-20min后加入引发剂过硫酸钾，反应6-24h，停止反应，其中，丙烯酸加入量占六硼化镧质量的70％，过硫酸钾加入量占丙烯酸质量的1.5％。；
(3)将上述所得反应液冷却至室温后真空抽滤，将滤饼置于干燥箱中于50-80℃条件下干燥6-24h，将干燥后的滤饼粉碎得到功能填料，备用；
上述步骤(1)至(3)中的反应在N2气氛下进行。
助剂为中空聚丙烯酸纳米球，具体制备方法如下：
(1)将尺寸不均一的纳米四氧化三铁粒子与去离子水混合配制成质量分数为20％的水悬浮液后，在1800-2500r/min条件下搅拌分散0.5-2h；
(2)向步骤(1)悬浊液中加入乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂，在室温1000-2500r/min条件下反应8-24h，其中，乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂加入量占四氧化三铁质量的20％；
(3)反应结束后加入丙烯酸，并在500-1000r/min条件下搅拌加热升温至60-85℃后稳定5-20min后加入引发剂过硫酸钾，反应6-24h，停止反应，其中，丙烯酸加入量占四氧化三铁质量的60％，过硫酸钾加入量占丙烯酸质量的1％；
(4)将上述所得反应液冷却至室温后真空抽滤，将得到的滤饼浸泡在1mol/L的盐酸溶液中0.5-2h，用蒸馏水洗至中性后置于干燥箱中于50-80℃条件下干燥6-24h，得到助剂，备用；
上述步骤(1)至(4)中的反应在N2气氛下进行。
实施例2
一种反射隔热砂壁状涂料的具体制备方法如下：
(1)将抗冻剂1.5重量份、增稠剂0.3重量份、润湿分散剂0.3重量份、消泡剂0.15重量份、杀菌剂0.05重量份、助剂7重量份、增强纤维2重量份、纤维分散剂0.2重量份以及去离子水8重量份在2000r/min条件下搅拌分散5min得到混合液；
(2)将成膜助剂0.7重量份、水性丙烯酸乳液10重量份、硅复合高温烧结砂40重量份以及功能填料12重量份在1000r/min条件下搅拌分散5min，向其中加入步骤(1)中的混合液，在1000r/min条件下继续搅拌5min得到反射隔热砂壁状涂料。
功能填料为六硼化镧/聚丙烯酸复合粒子，具体制备方法如下：
(1)将六硼化镧与去离子水混合配制成质量分数为6％的水悬浮液后，加入分散剂聚乙烯吡咯烷酮，在1500r/min条件下搅拌分散10min，其中，聚乙烯吡咯烷酮加入量占六硼化镧质量的0.5％；
(2)向悬浊液中加入丙烯酸，并在450r/min条件下搅拌加热升温至60℃后稳定5min后加入引发剂过硫酸钾，反应24h，停止反应，其中，丙烯酸加入量占六硼化镧质量的50％，过硫酸钾加入量占丙烯酸质量的0.5％。；
(3)将上述所得反应液冷却至室温后真空抽滤，将滤饼置于干燥箱中于50℃条件下干燥24h，将干燥后的滤饼粉碎得到功能填料，备用；
上述步骤(1)至(3)中的反应在N2气氛下进行。
一种助剂为中空聚丙烯酸纳米球，具体制备方法如下：
(1)将尺寸不均一的纳米四氧化三铁粒子与去离子水混合配制成质量分数为5％的水悬浮液后，在1800r/min条件下搅拌分散0.5h；
(2)向步骤(1)悬浊液中加入乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂，在室温1000r/min条件下反应8h，其中，乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂加入量占四氧化三铁质量的20％；
(3)反应结束后加入丙烯酸，并在500r/min条件下搅拌加热升温至60-85℃后稳定5min后加入引发剂过硫酸钾，反应6h，停止反应，其中，丙烯酸加入量占四氧化三铁质量的65％，过硫酸钾加入量占丙烯酸质量的1％；
(4)将上述所得反应液冷却至室温后真空抽滤，将得到的滤饼浸泡在1mol/L的盐酸溶液中2h，用蒸馏水洗至中性后置于干燥箱中于50℃条件下干燥24h，得到助剂，备用；
上述步骤(1)至(4)中的反应在N2气氛下进行。
实施例3
反射隔热砂壁状涂料的具体制备方法如下：
(1)将抗冻剂2重量份、增稠剂0.5重量份、润湿分散剂0.5重量份、消泡剂0.2重量份、杀菌剂0.1重量份、助剂8重量份、增强纤维5重量份、纤维分散剂2.5重量份以及去离子水12重量份在3000r/min条件下搅拌分散30min得到混合液；
(2)将成膜助剂1.0重量份、水性丙烯酸乳液20重量份、硅复合高温烧结砂50重量份以及功能填料15重量份在2000r/min条件下搅拌分散20min，向其中加入步骤(1)中的混合液，在2500r/min条件下继续搅拌20min得到反射隔热砂壁状涂料。
功能填料为六硼化镧/聚丙烯酸复合粒子，具体制备方法如下：
(1)将六硼化镧与去离子水混合配制成质量分数为10％的水悬浮液后，加入分散剂聚乙烯吡咯烷酮，在2000r/min条件下搅拌分散60min，其中，聚乙烯吡咯烷酮加入量占六硼化镧质量的1％；
(2)向悬浊液中加入丙烯酸，并在600r/min条件下搅拌加热升温至85℃后稳定5min后加入引发剂过硫酸钾，反应12h，停止反应，其中，丙烯酸加入量占六硼化镧质量的80％，过硫酸钾加入量占丙烯酸质量的2％。；
(3)将上述所得反应液冷却至室温后真空抽滤，将滤饼置于干燥箱中于80℃条件下干燥6h，将干燥后的滤饼粉碎得到功能填料，备用；
上述步骤(1)至(3)中的反应在N2气氛下进行。
助剂为中空聚丙烯酸纳米球，具体制备方法如下：
(1)将尺寸不均一的纳米四氧化三铁粒子与去离子水混合配制成质量分数为10％的水悬浮液后，在2000r/min条件下搅拌分散2h；
(2)向步骤(1)悬浊液中加入乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂，在室温2500r/min条件下反应12h，其中，乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂加入量占四氧化三铁质量的50％；
(3)反应结束后加入丙烯酸，并在1000r/min条件下搅拌加热升温至85℃后稳定5min后加入引发剂过硫酸钾，反应6h，停止反应，其中，丙烯酸加入量占四氧化三铁质量的70％，过硫酸钾加入量占丙烯酸质量的2％；
(4)将上述所得反应液冷却至室温后真空抽滤，将得到的滤饼浸泡在1mol/L的盐酸溶液中2h，用蒸馏水洗至中性后置于干燥箱中于80℃条件下干燥6h，得到助剂，备用；
上述步骤(1)至(4)中的反应在N2气氛下进行。
实施例4
反射隔热砂壁状涂料的具体制备方法同实施例2，只是不添加功能填料、助剂、增强纤维和纤维分散剂。
实施例5
反射隔热砂壁状涂料的具体制备方法同实施例2，只是不添加功能填料。
实施例6
反射隔热砂壁状涂料的具体制备方法同实施例2，只是不添加助剂。
实施例7
反射隔热砂壁状涂料的具体制备方法同实施例2，只是不添加增强纤维和纤维分散剂。
实施例8
反射隔热砂壁状涂料的具体制备方法同实施例2，只是不添加纤维分散剂。
性能测试
实施例1～8制备的反射隔热砂壁状涂料的性能测试结果如表1所示。
反射隔热砂壁状涂料的耐沾污测试参照国家标准GB/T 9780-2013；以型号为LS300的隔热性能测试装置测定记录涂膜的隔热温差数值；反射隔热砂壁状涂料的附着力性能测试参照国家标准GB/T9286-1998；反射隔热砂壁状涂料的耐水性能测试参照国家标准GB/T1733-1993；反射隔热砂壁状涂料的耐酸性能测试参照国家标准GB/T1763-1989；反射隔热砂壁状涂料的太阳能反射比(低中高明度)测试参照建筑工业行业标准JG/T235-2014。
表1实施例1-8所制的涂料主要性能指标
实施例9至实施例15
实施例9～15的反射隔热砂壁状涂料的制备方法同实施例2，其不同之处在于，实施例9～15功能填料的含量分别为0、4、8、14、16、18、22，性能测试如表2所示。
表2实施例9～15及实施例2的涂料性能
从表2可知，功能填料的含量太少，会影响反射效果，太多也不必要，会造成资源的浪费，需要选择一个适当的含量。所述功能填料原料中的丙烯酸通过静电吸引在六硼化镧粒子表面聚合包覆，从而形成六硼化镧/聚丙烯酸复合粒子。功能填料具有局域表面等离子体共振效应，除了对太阳光中的可见光区具有优异透过性外，还对近红外波段的热辐射有着很好屏蔽作用，同时纳米六硼化镧的吸收波长介于750nm至1400nm之间，其共振峰值可达1000nm。
实施例16至实施例23
实施例16～23中的反射隔热砂壁状涂料的制备方法同实施例2，不同之处在于丙烯酸加入量占六硼化镧质量的不同，实施例16～23的涂料性能测试结果如表3所示。
表3实施例16～23的涂料性能
由表3可知，优选地，丙烯酸加入量占六硼化镧质量的60％，反射性能较好。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.一种反射隔热砂壁状涂料，其特征在于，其原料成分组成按重量份计为：40-50份硅复合高温烧结砂、10-30份水性丙烯酸乳液、12-18份功能填料、7-9份助剂、1.5-2.5份抗冻剂、0.7-1.0份成膜助剂、0.3-0.8份增稠剂、0.3-0.5份润湿分散剂、0.15-0.2份消泡剂、0.05-0.2份杀菌剂、2-5份增强纤维、0.2-2.5份纤维分散剂、8-12份去离子水，
其中，所述功能填料为六硼化镧/聚丙烯酸复合粒子，其制备方法包括步骤：
S210将六硼化镧与去离子水混合配制成质量分数为6-10％的水悬浮液后，加入分散剂聚乙烯吡咯烷酮，在1500-2000r/min条件下搅拌分散10-60min，其中，聚乙烯吡咯烷酮加入量占六硼化镧质量的0.5-1％；
S220向悬浊液中加入丙烯酸，并在450-750r/min条件下搅拌加热升温至60-85℃后稳定5-20min后加入引发剂过硫酸钾，反应6-24h，停止反应，制得反应液，丙烯酸加入量占六硼化镧质量的50-80％，过硫酸钾加入量占丙烯酸质量的0.5-2％；
S230将制得的反应液冷却至室温后真空抽滤，将滤饼置于干燥箱中于50-80℃条件下干燥6-24h，将干燥后的滤饼粉碎得到功能填料，备用，所述步骤S210至S230中的反应在N2气氛下进行；
其中，所述助剂为中空聚丙烯酸纳米球，其制备方法包括步骤：
S110将尺寸不均一的纳米四氧化三铁粒子与去离子水混合配制成质量分数为5-20％的水悬浮液后，在1800-2500r/min条件下搅拌分散0.5-2h；
S120向步骤S110悬浊液中加入乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂，在室温1000-2500r/min条件下反应8-24h，其中，乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂加入量占四氧化三铁质量的20-50％；
S130反应结束后加入丙烯酸，并在500-1000r/min条件下搅拌加热升温至60-85℃后稳定5-20min后加入引发剂过硫酸钾，反应6-24h，停止反应，制得反应液，其中，丙烯酸加入量占四氧化三铁质量的60-70％，过硫酸钾加入量占丙烯酸质量的1-3％；
S140将所述反应液冷却至室温后真空抽滤，将得到的滤饼浸泡在1mol/L的盐酸溶液中0.5-2h，用蒸馏水洗至中性后置于干燥箱中于50-80℃条件下干燥6-24h，得到助剂，其中，所述步骤S110至S140中的反应在N2气氛下进行。
2.根据权利要求1所述的反射隔热砂壁状涂料，其特征在于，所述润湿分散剂选自聚丙烯酸钠、磷酸三钠、硅酸盐、烷基酚聚氧乙烯醚和烷基芳基磺酸钠中的一种或两种以上。
3.根据权利要求2所述的反射隔热砂壁状涂料，其特征在于，所述消泡剂选自聚硅氧烷和有机醇类化合物中的一种或两种。
4.根据权利要求3所述的反射隔热砂壁状涂料，其特征在于，所述成膜助剂选自聚酯醇、聚乙烯醇、海藻酸钠和黄原胶中的一种或两种以上。
5.根据权利要求4所述的反射隔热砂壁状涂料，其特征在于，所述增强纤维为陶瓷纤维，所述纤维分散剂选自羧甲基纤维素钠、改性膨润土和硅溶胶中的一种或两种以上。
6.一种如权利要求1～5中任一所述的反射隔热砂壁状涂料的制备方法，其特征在于，包括步骤：
S100将相应质量份的抗冻剂、增稠剂、润湿分散剂、消泡剂、杀菌剂、助剂、增强纤维、纤维分散剂以及去离子水在2000-4000r/min条件下搅拌分散5-30min得到混合液；
S200将成膜助剂、水性丙烯酸乳液、硅复合高温烧结砂以及功能填料在1000-2500r/min条件下搅拌分散5-20min，向其中加入所述步骤S100中的混合液，在1000-2500r/min条件下继续搅拌5-20min得到反射隔热砂壁状涂料。
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