CN109486380A - 一种peek改性醇酸全屏蔽红外线和紫外线水性透明隔热涂料 - Google Patents

一种peek改性醇酸全屏蔽红外线和紫外线水性透明隔热涂料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种PEEK改性醇酸全屏蔽红外线和紫外线水性透明隔热涂料，由PEEK改性水性醇酸树脂、助溶剂、底材促进剂、纳米透明隔热剂、纳米光催化剂、透明纳米色浆、助剂和水组成；所述PEEK改性水性醇酸树脂，由多元醇改性聚醚醚酮、不饱和植物油、多元醇、有机酸酐、在催化剂作用下经聚合、中和乳化而成；本发明制得的水性透明隔热涂料，具有优异的附着力、耐腐蚀性、耐老化性、耐湿热性、耐磨性、自洁性、抗辐射性、抗静电性、自阻燃性和机械性能；其可见光透过率平均近于70％，全屏蔽紫外线和红外线，隔热性能非常显著。广泛用于各种建筑物玻璃、车用玻璃、工程塑料、钢结构及水泥表面上的隔热与保护。

Description

一种PEEK改性醇酸全屏蔽红外线和紫外线水性透明隔热涂料
技术领域
本发明涉及一种水性隔热涂料，尤其涉及到一种PEEK改性醇酸全屏蔽红外线和紫外线水性透明隔热涂料，属于水性功能涂料技术领域。
背景技术
中国有建筑近400亿平方米，95％属不节能建筑，与气候条件相近的发达国家相比，我国每平方米采暖制冷能耗约为发达国家的3倍，但舒适度远不如人，为此，国家建筑节能新标准规定，新建建筑节能必须达50％，到2020年，要使全社会建筑的总能耗能够达到65％的总目标。据资料表明，中国总量正逐年上升，目前我国建筑能耗占总能耗的40％，其中通过门窗损失的能量为46％，即每年通过玻璃窗损耗的能量约2.25亿吨标准煤，相当于21个三峡电站年发电量，所以建筑节能首先要从门窗抓起。而高性能的选择性屏蔽材料可以使玻璃对光谱具有选择性透过功能，在能透过大部分可见光而不影响采光的前提下，又能阻挡红外光、远红外光、紫外光，阻断热辐射,从而降低空调或取暖装置的能耗，达到节能的目的。
太阳到达地面的辐射波段范围大约为200～2500nm，其中200～400nm为紫外线，400～800nm为可见光，800～2500nm为近红外线，而近红外又可分为短波近红外(800～1100nm)和长波近红外(1100～2500nm)，人眼只对可见光有直接感知，所以要达到节能的目的，就需要尽可能的屏蔽红外线和紫外线屏，只让可见光透过。
现在透明隔热涂料都采用纳米稀土材料作为屏蔽隔热材料，几乎所有的水性树脂都可以作为成膜树脂，但涂层的耐水性、耐老化、自洁性、耐腐蚀性等性能还不是很理想，存在涂料寿命短、粘污性差，因而提高涂膜的耐大气腐蚀性、耐沾污性、耐湿热性、自洁性是非常必要的。
发明内容
本发明采用由纳米稀土、金属氧化物组成的纳米复合材料如ZnO、ITO、ATO、IAO、LaB6、WO3、TiO2作为透明隔热材料；纳米ITO、ATO在1300nm～2500nm(长波近红外线)间有较好的屏蔽作用；纳米LaB6、CeO2在200nm～400nm(紫外线)及800nm～1300nm(短波近红外线)有非常好的屏蔽作用，却不会吸收太多的可见光；纳米WO3对人体有危害的波长在200nm～400nm、介于紫外线和γ射线间的电磁辐射X射线有很好的屏蔽作用，同时氧化钨对长波、短波近红外线均有一定屏蔽作用，可见光透过率高；纳米TiO2、ZnO、CeO2、SiO2具有光催化作用和自洁去污功能；因此，本发明既能屏蔽所有的紫外线和近红外线，又能满足高的可见光透过率。
本发明采用PEEK改性的水性醇酸树脂，在醇酸树脂分子骨架中含有一个酮键和两个醚键的重复单元，PEEK结构具有抗α、β、γ、X射线作用，是所有工程材料中性能全面、抗辐射性最好的，因此，PEEK改性的水性醇酸树脂能有效地提高涂膜的附着力、耐腐蚀性、耐高温性、耐水蒸汽性、耐老化性、耐湿热性、耐磨性、抗辐射性、抗静电性、自阻燃性和机械性能。
为了解决上面所述的技术问题，本发明采取以下技术方案：本发明涉及一种PEEK改性醇酸全屏蔽红外线和紫外线水性透明隔热涂料，其组成为：PEEK改性水性醇酸树脂30.0～70.0％、纳米透明隔热剂15.0～40.0％、纳米光催化剂5.0～15.0％、耐候性透明纳米色浆0～10.0％、助溶剂2.0～10.0％、底材促进剂0.5～3.0％、助剂2.0～10.0％、去离子水至100％。
其中，所述纳米光催化剂为纳米TiO2、ZnO、CeO2、SiO2中的至少一种；所述纳米光催化剂其粒径为D50≤40nm、D90≤70nm、固含量为5.0～15.0％的纳米水性分散体。
所述助溶剂为醇类、醇酯类、醇醚类溶剂中的至少一种。
所述助剂至少包括分散剂、增稠剂、消泡剂、流平剂、成膜助剂、基材润湿剂、pH调节剂中的一种或几种的组合。
所述PEEK改性水性醇酸树脂，基于申请的发明专利“一种聚醚醚酮改性水性醇酸树脂及其制备方法”中所述，按重量份数计，其成分为：10.0～15.0份多元醇改性聚醚醚酮、20.0～40.0份不饱和植物油、10.0～15.0份多元醇、8.0～15.0份有机酸酐、0.03～0.4份催化剂、2.0～8.0份中和剂、50.0～80.0份去离子水；其制备步骤如下：通N2保护下，将总量1/3～1/2的多元醇改性聚醚醚酮、总量1/3～1/2的不饱和植物油、总量1/4～1/2多元醇、总量1/4～1/2催化剂加入到反应器中，加热至120～180℃，保温反应4～8h；然后向反应器中依次加入剩余的多元醇改性聚醚醚酮、剩余的不饱和植物油、剩余的多元醇、酸酐、剩余的催化剂，通N2升温，控制反应温度140～180℃，保温反应6～10h，当检测的酸值至20～50mgKOH/g时，降温停止反应；然后加入中和剂搅拌均匀，加入去离子水高速搅拌20～30min，得所述PEEK改性水性醇酸树脂。
所述不饱和植物油为豆油、亚麻油、蓖麻油、桐油中的至少一种。
所述多元醇为1,3-丙二醇、乙二醇、甘油、三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷、季戊四醇中的至少一种。
所述有机酸酐为邻苯二甲酸酐、四氢苯酐、马来酸酐中的至少一种。
所述催化剂为单丁基氧化锡、二丁基氧化锡、二丁基氧化锡氯化物、二丁基二月桂酸锡、二丁基二乙酸锡、单丁基三氯化锡、氢氧化锂、环烷酸锂、环烷酸铅中的至少一种。
所述中和剂为三乙胺、N,N-二甲基乙醇胺、2-氨基-1-丙醇中的至少一种。
所述纳米透明隔热剂为ITO、ATO、IAO、LaB6、WO3中的至少两种以上；所述纳米透明隔热剂其粒径为D50≤70nm、D90≤100nm、固含量为15.0～25.0％的纳米水性分散体。
所述纳米透明隔热剂，其组成为：纳米透明隔热剂15.0～25.0％、硅烷偶联剂1.0～5.0％、乙醇5.0～20.0％、高分子润湿分散剂5.0～20.0％、消泡剂0.1～0.5％、pH调节剂0.1～0.5％、增稠剂0.1～0.5％、去离子水至100％。
所述高分子润湿分散剂为含有下述分子结构
中的至少一种。
所述纳米透明隔热剂，其制备步骤如下：
a)将纳米透明隔热剂放入烘箱，在40～50℃条件下干燥5h，将干燥好的纳米粉料加入溶有硅烷偶联剂的乙醇溶液中，超声波分散1h，制得预分散液；
b)将预分散液加入带有回流冷凝器和搅拌器的反应器中，升温至80～90℃，搅拌，回流反应24h，过滤出料，在70～80℃下真空干燥，得改性纳米粉体；
c)在高速分散机中加入去离子水、高分子润湿分散剂，搅拌均匀，加入改性纳米粉体，高速分散30min，调pH值为7.5～8.0，移至纳米砂磨机循环研磨8～10h，经激光粒度仪检测，当分散体的粒径为D50≤70nm、D90≤100nm、为合格，调粘消泡，得固含量为15.0～25.0％的所述纳米透明隔热剂。
本发明提出一种PEEK改性醇酸全屏蔽红外线和紫外线水性透明隔热涂料的制备方法，步骤如下：按配方重量比计把去离子水、助溶剂、底材促进剂或基材润湿剂加入到容器中，然后加入PEEK改性水性醇酸树脂，低速搅拌下缓慢加入纳米透明隔热剂、纳米光催化剂、耐候性透明纳米色浆，搅拌至均匀，再按配方要求加入消泡剂、成膜助剂、增稠剂、pH调节剂，搅拌，过滤，得所述的一种PEEK改性醇酸全屏蔽红外线和紫外线水性透明隔热涂料。
本发明制得的一种PEEK改性醇酸全屏蔽红外线和紫外线水性透明隔热涂料，涂层具有优异的附着力、耐腐蚀性、耐水蒸汽性、耐老化性、耐湿热性、耐磨性、自洁性、抗辐射性、抗静电性、自阻燃性和机械性能；其可见光透过率平均近于70％，全屏蔽紫外线和红外线，隔热性能非常显著。广泛用于各种建筑物玻璃、车用玻璃、工程塑料、钢结构及水泥表面上的隔热与保护。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的一种PEEK改性醇酸全屏蔽红外线和紫外线水性透明隔热涂料做进一步的描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。
实施例1
一种PEEK改性醇酸全屏蔽红外线和紫外线水性透明隔热涂料，按重量份计，其组成为：PEEK改性水性醇酸树脂A50.0份、丙二醇甲醚2.5份、硅烷偶联剂1.0份、20％纳米ATO分散体20.0份、20％纳米WO3分散体10.0份、20％纳米LaB6分散体5.0份、10％纳米TiO2分散体5.0份、流平剂0.1份、消泡剂0.1份、增稠剂0.3份、pH调节剂0.2份、去离子水5.8份；
其中，所述PEEK改性水性醇酸树脂A为发明专利“一种聚醚醚酮改性水性醇酸树脂及其制备方法”中的实施例4所述。
实施例2
一种PEEK改性醇酸全屏蔽红外线和紫外线水性透明隔热涂料，按重量份计，其组成为：PEEK改性水性醇酸树脂B 45.0份、二丙二醇丁醚2.0份、硅烷偶联剂1.0份、20％纳米ITO分散体20.0份、20％纳米WO3分散体15.0份、10％纳米TiO2分散体6.0份、35％透明氧化铁红色浆4.0份、流平剂0.1份、消泡剂0.1份、增稠剂0.3份、pH调节剂0.2份、去离子水6.3份；
其中，所述PEEK改性水性醇酸树脂B为发明专利“一种聚醚醚酮改性水性醇酸树脂及其制备方法”中的实施例5所述。
实施例3
一种PEEK改性醇酸全屏蔽红外线和紫外线水性透明隔热涂料，按重量份计，其组成为：PEEK改性水性醇酸树脂C 48.0份、二丙二醇甲醚3.0份、硅烷偶联剂1.0份、25％纳米IAO分散体12.0份、25％纳米LaB6分散体6.0份、25％纳米WO3分散体10.0份、15％纳米ZnO分散体8.0份、流平剂0.1份、消泡剂0.1份、增稠剂0.3份、pH调节剂0.2份、去离子水11.3份；
其中，所述PEEK改性水性醇酸树脂C为发明专利“一种聚醚醚酮改性水性醇酸树脂及其制备方法”中的实施例6所述。
按照相关标准，对本发明实施例中的PEEK改性醇酸全屏蔽红外线和紫外线水性透明隔热涂料进行检测，其性能指标如表1所示。
表1：全屏蔽红外线和紫外线水性透明隔热涂料性能技术指标
本发明的纳米透明隔热涂料采用纳米透明隔热剂复合体系作为隔热材料，比市面上单独采用ATO、ITO、LaB6、WO3的纳米透明隔热涂料的涂层在紫外-可见光-红外透过光谱对比，本发明的可见光平均透过率近于70％；在320～380nm处的透过率为0％，在700～900nm处的透过率为1％，在1000～2000nm处的透过率为2％，也就是说，本发明的涂料涂层完全屏蔽紫外线和红外线，只有可见光能透过，且隔热效果非常显著。
尽管本发明已作了详细说明并引证了实施例，但对于本领域的普通技术人员，显然可以按照上述说明而做出的各种方案、修改和改动，都应该包括在权利要求的范围之内。

Claims (9)

1.一种PEEK改性醇酸全屏蔽红外线和紫外线水性透明隔热涂料，其特征在于：所述的水性透明隔热涂料，按重量百分比计，其组成为：PEEK改性水性醇酸树脂30.0～70.0％、纳米透明隔热剂15.0～40.0％、纳米光催化剂5.0～15.0％、透明纳米色浆0～10.0％、助溶剂2.0～10.0％、底材促进剂0.5～3.0％、助剂2.0～10.0％、去离子水至100％；
其中，所述的PEEK改性水性醇酸树脂，按重量份数计，其成分为：10.0～15.0份多元醇改性聚醚醚酮、20.0～40.0份不饱和植物油、10.0～15.0份多元醇、8.0～15.0份有机酸酐、0.03～0.4份催化剂、2.0～8.0份中和剂、50.0～80.0份去离子水；其制备步骤如下：
通N2保护下，将总量1/3～1/2的多元醇改性聚醚醚酮、总量1/3～1/2的不饱和植物油、总量1/4～1/2多元醇、总量1/4～1/2催化剂加入到反应器中，加热至120～180℃，保温反应4～8h；然后向反应器中依次加入剩余的多元醇改性聚醚醚酮、剩余的不饱和植物油、剩余的多元醇、酸酐、剩余的催化剂，通N2升温，控制反应温度140～180℃，保温反应6～10h，当检测的酸值至20～50mgKOH/g时，降温停止反应；然后加入中和剂搅拌均匀，加入去离子水高速搅拌20～30min，得所述的PEEK改性水性醇酸树脂；
所述纳米透明隔热剂为ITO、ATO、IAO、LaB6、WO3中的至少两种以上；所述纳米透明隔热剂其粒径为D50≤70nm、D90≤100nm、固含量为15.0～25.0％的纳米水性分散体；
所述纳米透明隔热剂，其组成为：纳米透明隔热剂15.0～25.0％、硅烷偶联剂1.0～5.0％、乙醇5.0～20.0％、高分子润湿分散剂5.0～20.0％、消泡剂0.1～0.5％、pH调节剂0.1～0.5％、增稠剂0.1～0.5％、去离子水至100％；
所述高分子润湿分散剂为含有下述分子结构
中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的PEEK改性醇酸全屏蔽红外线和紫外线水性透明隔热涂料，其特征在于：所述的助溶剂为醇类溶剂、醇酯类、醇醚类溶剂中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的PEEK改性醇酸全屏蔽红外线和紫外线水性透明隔热涂料，其特征在于：所述纳米光催化剂为纳米TiO2、ZnO、CeO2、SiO2中的至少一种；所述纳米光催化剂其粒径为D50≤40nm、D90≤70nm、固含量为5.0～15.0％的纳米水性分散体。
4.根据权利要求1所述的PEEK改性醇酸全屏蔽红外线和紫外线水性透明隔热涂料，其特征在于：所述助剂至少包括分散剂、增稠剂、消泡剂、流平剂、成膜助剂、基材润湿剂、pH调节剂中的一种或几种的组合。
5.根据权利要求1所述的PEEK改性醇酸全屏蔽红外线和紫外线水性透明隔热涂料，其特征在于：所述不饱和植物油为豆油、亚麻油、蓖麻油、桐油中的至少一种；所述有机酸酐为邻苯二甲酸酐、四氢苯酐、马来酸酐中的至少一种；所述多元醇为1,3-丙二醇、乙二醇、甘油、三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷、季戊四醇中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的PEEK改性醇酸全屏蔽红外线和紫外线水性透明隔热涂料，其特征在于：所述催化剂为单丁基氧化锡、二丁基氧化锡、二丁基氧化锡氯化物、二丁基二月桂酸锡、二丁基二乙酸锡、单丁基三氯化锡、氢氧化锂、环烷酸锂、环烷酸铅中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的PEEK改性醇酸全屏蔽红外线和紫外线水性透明隔热涂料，其特征在于：所述中和剂为三乙胺、N,N-二甲基乙醇胺、2-氨基-1-丙醇中的至少一种。
8.一种如权利要求1所述纳米透明隔热剂的制备方法，其特征在于：所述制备方法，步骤如下：
a)将纳米透明隔热剂放入烘箱，在40～50℃条件下干燥5h，将干燥好的纳米粉料加入溶有硅烷偶联剂的乙醇溶液中，超声波分散1h，制得预分散液；
b)将预分散液加入带有回流冷凝器和搅拌器的反应器中，升温至80～90℃，搅拌，回流反应24h，过滤出料，在70～80℃下真空干燥，得改性纳米粉体；
c)在高速分散机中加入去离子水、高分子润湿分散剂，搅拌均匀，加入改性纳米粉体，高速分散30min，调pH值为7.5～8.0，移至纳米砂磨机循环研磨8～10h，经激光粒度仪检测，当分散体的粒径为D50≤70nm、D90≤100nm、为合格，调粘消泡，得固含量为15.0～25.0％的所述纳米透明隔热剂。
9.一种如权利要求1所述的PEEK改性醇酸全屏蔽红外线和紫外线水性透明隔热涂料的制备方法，其特征在于：所述制备方法，步骤如下：
按配方重量比计把去离子水、助溶剂、底材促进剂或基材润湿剂加入到容器中，然后加入PEEK改性水性醇酸树脂，低速搅拌下缓慢加入纳米透明隔热剂、纳米光催化剂、透明纳米色浆，搅拌至均匀，再按配方要求加入消泡剂、成膜助剂、增稠剂、pH调节剂，搅拌，过滤，得所述的一种PEEK改性醇酸全屏蔽红外线和紫外线水性透明隔热涂料。
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