CN109251576B - 一种水性反射辐射型复合隔热涂料的制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水性反射辐射型复合隔热涂料的制备方法及应用，该涂料由辐射隔热涂料和反射隔热涂料构成双层涂层结构，在下层喷涂辐射涂料，上层喷涂反射涂料，结合碳纳米管的高辐射性和金红石型钛白粉的反射性能，钛白粉在上层起反射隔热作用，碳纳米管在底层起辐射作用。相比于简单共混的单层结构，双层结构可以有效地保证金红石型钛白的反射效果。该涂料具有低VOC的优点，符合环境友好的要求。制备的涂料对可见光和近红外光的反射性能优异，半球发射率高，隔热效果好，绿色环保。涂料的制备工艺简单易控，施工方便。可根据不同的需求，在建筑物外墙、石油化工储罐等多领域使用。
Description
技术领域
本发明涉及涂料领域，特别涉及一种水性反射辐射型复合隔热涂料的制备方法及应用。
背景技术
太阳辐射的高额能量引发了城市的热岛效应和石油的“呼吸损耗”，还会加速材料的老化降解速度。传统的空调制冷、喷淋降温浪费资源、增加了能耗；某些石油制品储罐仅仅引入外壁隔热层(如泡沫塑料、玻璃棉等)降温，热量容易储存在隔热层内部不易释放，内部降温效果不是很理想。
隔热涂料可降低太阳辐射带来的危害，阻止热传导，降低材料表层和内部温度，广泛用于建筑外墙、船舶、汽车、化工石油储罐及管道、军事航天领域，提高材料的使用寿命、减少能源的消耗、提高安全性能。结合水性成膜物质，更加符合国家对环保，低VOC的要求。
隔热涂料的机理包括反射、阻隔、辐射三种。在太阳辐射光谱中，380-720nm波长的可见光区和720nm-2500nm波长的近红外区分别占其能量的45％和50％，二者占太阳总辐射能量的绝大部分。反射涂料能把照射到涂层上的可见光和近红外光反射回大气层中，减少了太阳辐射对基体的累积热，从而达到降温的目的；阻隔型隔热涂料是向涂料中加入导热系数极低的填料，通过阻隔热量传递而达到隔热效果，即使在环境温度很高时也能阻止外部热量向物体内部传导；辐射涂料就是利用填料在8—13.5μm大气窗口内较高的发射率，把热量以红外辐射的形式发射到空间中去，即使在阴天和夜晚涂料也能通过辐射热量降低温度起到降温的作用。
目前，本领域主要以反射—阻隔型涂料为主。反射填料主要为金红石型二氧化钛，阻隔填料有低热导的空心微珠和气凝胶，二者的体积较大，会增加漆膜的粗糙度，降低力学性能。此外，空心微珠的力学性能差，制备过程中容易破碎；气凝胶的分散性较差。专利CN103725124A介绍了一种高辐射隔热涂料的制备方法，以陶瓷金属氧化物(二氧化钛、氧化锰、氧化镍等)的共混煅烧产物为辐射填料，以钛白粉为反射填料，以空心微珠、二氧化硅气凝胶为隔热填料多种不同体积填料的单纯共混容易对涂料的性能造成影响。例如，空心微珠和二氧化硅的体积大，容易影响力学性能、防腐性能等。
近年来，辐射型被动隔热的研究越来越热，与其他两种隔热机理不同的是，高辐射涂层同时降低物体内部和表面的温度，而非延缓热量的传递，同时，可以把大气层内的热量直接转移到外太空，有效地降低了热量在地球表面的循环。现有关于红外辐射隔热涂料的专利大多数以制备红外辐射填料为主，红外辐射填料多为金属氧化物的混合物。专利CN104761976A介绍了一种堇青石基复合红外辐射材料的制备方法。制备的涂料红外发射率≥85％，但填料的制备原料繁多，工艺繁琐，需经过挤出造粒高温烧结等多道工序。但是鲜少有研究将辐射隔热与其他两种隔热方式结合探索。
发明内容
为弥补现有技术空白，本发明结合反射和辐射两种隔热机理，制备一种水性反射—辐射型复合隔热涂料。与传统的简单共混获得的单层结构涂层的涂料不同，本发明提供的涂料由含钛白粉的反射隔热涂料和含碳纳米管的辐射隔热涂料组成，辐射隔热涂料喷涂在下层形成辐射层，反射隔热涂料喷涂在上层形成反射层，反射层可以反射大部分的可见光和近红外光，透过钛白粉的部分被辐射层吸收并辐射，钛白粉几乎不反射大气窗口内的红外光，因此辐射层辐射的光可以透过上层钛白粉层辐射到外部空间。
为了实现本发明的目的，本发明通过以下方案实施：
反射隔热涂料由下列重量份的原料制成：金红石型钛白粉12-34、水性成膜物质30-35、去离子水9-15、醇酯十二1-2、消泡剂0.15-0.2、聚丙烯酸类分散剂0.3-1.7、聚氨酯缔合型增稠剂0.1-0.2。
辐射隔热涂料由下列重量份的原料制成：多壁碳纳米管(L/D≤100)0.01-0.075、水性成膜物质30-35、去离子水5-15、醇酯十二1.5-2.5、消泡剂0.18-0.2、十二烷基硫酸钠0.5-1.25、聚氨酯缔合型增稠剂0.2-0.3。
其中，水性成膜物质为丙烯酸乳液、双组份水性氟碳树脂或硅丙乳液中的一种。
进一步的，所述的多壁碳纳米管L/D≤100。
进一步的，所述消泡剂为含有憎水颗粒的聚丙烯酸类消泡剂。
本发明另一个目的是请求保护上述涂料的制备方法，包括如下步骤：
(1)反射隔热涂料的制备：
将水、分散剂、消泡剂重量份的50％混合，以800r/min的速度预搅拌均匀后，加入金红石型钛白粉，在高速分散机中分散20-30分钟，形成分散液后加入砂磨机中进一步分散、细磨30-60分钟，控制细度在30μm以下，得到钛白粉分散浆液；填料的分散性会对涂膜最后的反射、辐射、力学性能等产生影响。直接共混不利于填料的分散，本发明先将去离子水、分散剂、消泡剂和金红石型钛白粉制备成均匀分散的填料浆液，再与成膜物质共混，获得的涂料性能最佳。
将钛白粉分散浆液加入含有余量消泡剂的水性成膜物质中，以1500r/min的速度搅拌10分钟，加入醇酯十二、聚氨酯缔合型增稠剂，继续搅拌30-60分钟，得到反射隔热涂料；
(2)辐射隔热涂料的制备：
将少量去离子水、十二烷基硫酸钠、消泡剂重量份的50％、碳纳米管加入球磨机中以400-600r/min的速度湿磨30-40分钟。然后加去离子水配置成浓度1-5g/L碳纳米管悬浮液，超声分散1-2小时，得到均匀分散的碳纳米管分散液；
将碳纳米管分散液加入含有余量消泡剂的水性成膜物质中，以1500r/min的速度搅拌10分钟，加入醇酯十二、聚氨酯缔合型增稠剂，继续搅拌30-60分钟，得到辐射隔热涂料；
(3)将辐射隔热涂料喷涂于下层，反射隔热涂料喷涂于上层，得到复合型涂料。
所述复合涂料采用喷枪喷涂的方式。
本发明同时请求保护上述水性反射辐射型复合隔热涂料在建筑物外墙、石油化工储罐喷涂上的应用。
本发明提供的复合涂料不同于本领域的单层共混涂料，由辐射隔热涂料和反射隔热涂料构成双层涂层结构，在下层喷涂辐射涂料，上层喷涂反射涂料，结合碳纳米管的高辐射性和金红石型钛白粉的反射性能，钛白粉在上层起反射隔热作用，碳纳米管在底层起辐射作用。相比于简单共混的单层结构，双层结构可以有效地保证金红石型钛白的反射效果。同时，钛白粉不会反射大气窗口波段内的红外辐射，使辐射光直接透射到外部空间。由于反射和辐射机理的结合，可以达到白天和夜晚双重降温的效果。加之以水性成膜物质，具有低VOC的优点，符合环境友好的要求。制备的涂料对可见光和近红外光的反射性能优异，半球发射率高，隔热效果好，绿色环保。涂料的制备工艺简单易控，施工方便。根据不同的需求，在建筑物外墙、石油化工储罐等多领域使用。
附图说明
图1隔热温差装置示意图。其中，1、红外灯，2、空白样板，3、待测试板，4、热电偶，5、温度计，6、泡沫箱。
具体实施方式
下面通过具体实施例详述本发明，但不限制本发明的保护范围。
实施例1
反射涂料由下列重量份的原料制成：金红石型钛白粉21、丙烯酸乳液30、去离子水9、醇酯十二1.2、含有憎水颗粒的聚丙烯酸类消泡剂0.15、聚丙烯酸类分散剂1.05、聚氨酯缔合型增稠剂0.1。
辐射涂料由下列重量份的原料制成：碳纳米管0.075、丙烯酸乳液30、去离子水15、醇酯十二1.8、含有憎水颗粒的聚丙烯酸类消泡剂0.18、十二烷基硫酸钠0.8、聚氨酯缔合型增稠剂0.3。
本发明所述反射辐射复合隔热涂料，由以下具体步骤制成：
(1)将9份去离子水、0.075份消泡剂、1.05份聚丙烯酸类分散剂分散均匀后，加入21份金红石型钛白粉，高速分散30分钟，加入到磨砂机中细磨、分散，控制细度在30μm以下，得到钛白粉分散浆液。
(2)将30份丙烯酸乳液、0.075份消泡剂在高速分散机中混合均匀后，在搅拌的同时缓慢加入钛白粉分散浆液，以1500r/min的速度搅拌10分钟，加入1.2份醇酯十二、0.1份聚氨酯缔合型增稠剂，继续搅拌45分钟，得到反射隔热涂料；
(3)将0.1份去离子水、0.05份消泡剂、0.8份十二烷基硫酸钠、0.0075份碳纳米管在球磨机中以400r/min的速度球磨30分钟，然后加去离子水配置成5g/L的碳纳米管悬浮液，超声2小时，得到碳纳米管分散液；
(4)将30份丙烯酸乳液、余量消泡剂在高速分散机中混合均匀后，在搅拌的同时缓慢加入碳纳米管分散液，以1500r/min的速度搅拌10分钟，加入1.8份醇酯十二、0.3份聚氨酯缔合型增稠剂，继续搅拌45分钟，得到辐射隔热涂料；
(5)将反射隔热涂料以厚度50μm涂覆在下层，反射隔热涂料以厚度50μm涂覆在上层，即可制得复合型涂料。
实施例2
反射涂料由下列重量份的原料制成：金红石型钛白粉30、丙烯酸乳液35、去离子水10、醇酯十二1.5、含有憎水颗粒的聚丙烯酸类消泡剂0.2、聚丙烯酸类分散剂1.5、聚氨酯缔合型增稠剂0.1。
辐射涂料由下列重量份的原料制成：碳纳米管0.03、丙烯酸乳液35、去离子水15、醇酯十二2.0、含有憎水颗粒的聚丙烯酸类消泡剂0.18、十二烷基硫酸钠1.2、聚氨酯缔合型增稠剂0.3。
(1)将10份去离子水、0.1份含有憎水颗粒的聚丙烯酸类消泡剂、1.5份聚丙烯酸类分散剂分散均匀后，加入30份金红石型钛白粉，高速分散30分钟，加入到磨砂机中细磨、分散，控制细度在30μm以下，得到钛白粉分散浆液。
(2)将35份丙烯酸乳液、0.1份含有憎水颗粒的聚丙烯酸类消泡剂在高速分散机中混合均匀后，在搅拌的同时缓慢加入钛白粉分散浆液，以1500r/min的速度搅拌10分钟，加入1.5份醇酯十二、0.1份聚氨酯缔合型增稠剂，继续搅拌45分钟，得到反射隔热涂料；
(3)将1份去离子水、0.1份消泡剂、1.2份十二烷基硫酸钠、0.03份碳纳米管在球磨机中以400r/min的速度球磨30分钟，然后加入一定量的去离子水，配置成浓度5g/L碳纳米管悬浮液，超声2小时，得到碳纳米管分散液；
(4)将35份丙烯酸乳液、余量消泡剂在高速分散机中混合均匀后，在搅拌的同时缓慢加入碳纳米管分散液，以1500r/min的速度搅拌10分钟，加入2.0份醇酯十二、0.3份聚氨酯缔合型增稠剂，继续搅拌45分钟，得到辐射隔热涂料；
(5)将反射隔热涂料以厚度50μm涂覆在下层，反射隔热涂料以厚度50μm涂覆在上层，即可制得复合型涂料。
实施例3
反射涂料由下列重量份的原料制成：金红石型钛白粉21、双组份水性FEVE氟碳树脂30、去离子水9、醇酯十二1.2、含有憎水颗粒的聚丙烯酸类消泡剂0.15、聚丙烯酸类分散剂1.05、聚氨酯缔合型增稠剂0.1。
辐射涂料由下列重量份的原料制成：碳纳米管0.075、双组份水性FEVE氟碳树脂30、去离子水15、醇酯十二1.8、含有憎水颗粒的聚丙烯酸类消泡剂0.18、十二烷基硫酸钠0.8、聚氨酯缔合型增稠剂0.3。
本发明所述反射辐射复合隔热涂料，由以下具体步骤制成：
(1)将9份去离子水、0.075份消泡剂、1.05份聚丙烯酸类分散剂分散均匀后，加入21份金红石型钛白粉，高速分散30分钟，加入到磨砂机中细磨、分散，控制细度在30μm以下，得到钛白粉分散浆液。
(2)将30份双组份水性FEVE氟碳树脂、0.075份消泡剂在高速分散机中混合均匀后，在搅拌的同时缓慢加入钛白粉分散浆液，以1500r/min的速度搅拌10分钟，加入1.2份醇酯十二、0.1份聚氨酯缔合型增稠剂，继续搅拌45分钟。加水性FEVE氟碳树脂固化剂3.36份，搅拌30分钟，得到反射隔热涂料；
(3)将0.1份去离子水、0.05份消泡剂、0.8份十二烷基硫酸钠、0.075份碳纳米管在球磨机中以400r/min的速度球磨30分钟，然后加去离子水配置成5g/L的碳纳米管悬浮液，超声2小时，得到碳纳米管分散液；
(4)将30份双组份水性FEVE氟碳树脂、余量消泡剂在高速分散机中混合均匀后，在搅拌的同时缓慢加入碳纳米管分散液，以1500r/min的速度搅拌10分钟，加入1.8份醇酯十二、0.3份聚氨酯缔合型增稠剂，继续搅拌45分钟。加水性FEVE氟碳树脂固化剂3.36份，搅拌30分钟，得到辐射隔热涂料；
(5)将反射隔热涂料以厚度50μm涂覆在下层，反射隔热涂料以厚度50μm涂覆在上层，即可制得复合型涂料。
对实施例1制备的复合型涂料进行性能测试，本发明的涂料外观正常，无沉淀，无结块，弯曲试验≤2mm，耐冲击性50cm。配合环氧富锌防腐底漆使用，通过48小时的耐水性实验，168小时的耐酸碱实验；耐人工老化试验800小时，人工气候老化后反射比变化率≤4％；耐盐雾实验720小时不起泡，不脱落，无裂纹。反射率≥85％，半球发射率≥85％，符合GB/T25261-2010《建筑用反射隔热涂料》和HG/T4341-2012《金属表面用热反射隔热涂料》中对反射率和半球反射率的要求。通过图1所示的隔热温差测试装置进行隔热温差测试，将涂料涂于待测试板3上，以空白样板2作为对照，采用热电偶加热和红外灯照射，通过温度计测量测试上上温度变化，相比于空白样品，隔热温差可达17℃。
以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种水性反射辐射型复合隔热涂料的制备方法，其特征在于，该涂料包括喷涂于下层的辐射隔热涂料和喷涂于上层的反射隔热涂料；其中，反射隔热涂料由下列重量份的原料制成：金红石型钛白粉12-34、水性成膜物质30-35、去离子水9-15、醇酯十二1-2、消泡剂0.15-0.2、聚丙烯酸类分散剂0.3-1.7、聚氨酯缔合型增稠剂0.1-0.2；辐射隔热涂料由下列重量份的原料制成：多壁碳纳米管0.01-0.075、水性成膜物质30-35、去离子水5-15、醇酯十二1.5-2.5、消泡剂0.18-0.2、十二烷基硫酸钠0.5-1.25、聚氨酯缔合型增稠剂0.2-0.3；其中，水性成膜物质为丙烯酸乳液或双组份水性氟碳树脂中的一种；所述的多壁碳纳米管L/D≤100；所述消泡剂为含有憎水颗粒的聚丙烯酸类消泡剂；
涂料的制备方法包括如下步骤：
(1)反射隔热涂料的制备：
将水、分散剂、消泡剂重量份的50％混合，以800r/min的速度预搅拌均匀后，加入金红石型钛白粉，在高速分散机中分散20-30分钟，形成分散液后加入砂磨机中进一步分散、细磨30-60分钟，控制细度在30μm以下，得到钛白粉分散浆液；
将钛白粉分散浆液加入含有余量消泡剂的水性成膜物质中，以1500r/min的速度搅拌10分钟，加入醇酯十二、聚氨酯缔合型增稠剂，继续搅拌30-60分钟，得到反射隔热涂料；
(2)辐射隔热涂料的制备：
将少量去离子水、十二烷基硫酸钠、消泡剂重量份的50％、碳纳米管加入球磨机中以400-600r/min的速度湿磨30-40分钟；然后加去离子水配置成浓度1-5g/L碳纳米管悬浮液，超声分散1-2小时，得到均匀分散的碳纳米管分散液；
将碳纳米管分散液加入含有余量消泡剂的水性成膜物质中，以1500r/min的速度搅拌10分钟，加入醇酯十二、聚氨酯缔合型增稠剂，继续搅拌30-60分钟，得到辐射隔热涂料；
(3)将辐射隔热涂料喷涂于下层，反射隔热涂料喷涂于上层，得到复合型涂料。
2.一种如权利要求1所述的水性反射辐射型复合隔热涂料在建筑物外墙、石油化工储罐喷涂上的应用。
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