CN109575724A

CN109575724A - 一种水性隔热涂料

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Publication number: CN109575724A
Application number: CN201710899755.3A
Authority: CN
Inventors: 马驰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2019-04-05

Abstract

一种水性隔热涂料，通过纳米ATO(掺锑二氧化锡)浆料和纳米TiO₂粉体配合高反射与高辐射性能的颜填料，制备了一种水性纳米复合隔热涂料。乳液、颜料和填料筛选实验表明，聚合物乳液种类对涂层隔热性能几乎没有影响；颜料中，金红石型二氧化钛是性能最好的反射填料，其用量在PVC18%时，涂层隔热性能最好;绢云母具有一定的辐射隔热效果，当其质量分数为11%时，涂层性能最忧，辐射率可达0.86；纳米ATO浆料具有良好的隔热效果，其最佳用量为10%。当以质量比为1:2的添加量将纳米ATO和纳米TiO₂加入到涂料中，所得涂层在全波段(200‑2500nm)的太阳热反射比为86%，辐射率为0.86。

Description

一种水性隔热涂料

所属技术领域

本发明涉及一种隔热涂料，尤其涉及一种水性隔热涂料。

背景技术

当前，节能和新能源探索已经成为世界的重要课题。建筑能耗在人类整个能源消耗中所占的比例一般在30%-40%，它们绝大多数是采暖和空调造成的能耗，而通过门窗散失的热量约占整个建筑采暖及空调耗能的50%。因此，提高门窗的保温隔热性能是降低建筑能耗的有效途径。为节约能源，人们发明了多种节能方法，都是为了阻隔太阳光中多余的热辐射而达到降温的目的。但是有些产品有的隔热效果不佳，有的价格过于昂贵等多种原因在应用推广上有些困难。纳米材料由于具有宏观尺寸物体所没有的性质，能为新型涂料的研制带来意想不到的效果而成为研究的热点。透明隔热宝是新研发出的一种水性陶瓷类隔热保温涂料，采用最新复合陶瓷隔热技术和纳米二氧化钛材料，设计用来反射光能和辐射热能。在炎热的季节降低表面温度和内部温度；在寒冷的季节更好地保持室内温度。在使用空调的环境中降低能源消耗。不仅如此，透明隔热宝独特的环保成分――液体纳米ATO,纳米二氧化钛更能消除周围环境中的异味，解甲醛和其他有害物质。纳米隔热涂料不仅能够兼顾隔热与透光性，而且具有机械性能优异、耐老化、耐腐蚀等优点。纳米透明隔热涂料的开发应用能够很好地解决对采光玻璃既透明又隔热节能的技术要求，加上其自身的结构特点保证了该涂料的使用寿命长，因而纳米透明隔热涂料在普通玻璃、有机玻璃等透明载体表面的开发应用，不但环保节能，而且经济实用。在当今社会能源危机和环保压力日益增大的情况下，隔热涂料将具有很好的应用前景。

发明内容

本发明的目的是为了提高涂料的热反射率已达到隔热的目的，设计了一种采用ATO粒子的水性隔热涂料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

水性隔热涂料的制备原料包括：纳米ATO浆料；润湿剂;分散剂A、防霉杀菌剂、聚合物乳液；消泡剂；pH调节剂；丙二醇；金红石型TiO₂；1250目绢云母；成膜助剂；增稠剂。

水性隔热涂料的制备步骤为：在转速为500-800 r/min的高速分散机作用下，依次添加水、分散剂、润湿剂、消泡剂和杀菌防霉剂等助剂。在添加Ti0₂及绢云母粉料后，提高转速至5000r/min进行高速分散；分散30 min后，开始使用刮板细度计测试颜填料粒径。当颜填料粒了最大粒径<60μm时，降低转了转速到500r/min，添加乳液、成膜助剂及纳米浆料，使用增稠剂调节体系的斯托莫黏度值至85KU。

水性隔热涂料的检测步骤为：测试用样板为马口铁板，测试前使用40#砂纸对其进行打磨处理，以降低铁板表面光泽。马口铁板尺寸为100mmx100mmx1mm。测试条件:为免除风力、气候等影响，实验进行时应保证门窗紧闭；调节电压，保证测试时板面温度在75℃；测试过程中，样板放置在型腔上，涂层面朝向碘钨灯；隔热涂膜厚度为300μm(涂层厚度对隔热性能有影响的试样除外)；为保证数据的稳定性，测试时问为30 min。该设备成本较低，且具有隔热效果直观、数据简单易懂的特点。在采用该设备实现对颜填料的初期筛选后，采用UV-4100型紫外-红外-可见光分光光度仪测试涂层的全波段反射能力，以验证初期筛选结果及其研究开发的产品性能。采用日本HITACHI公司生产的UV-4100型分光光度计对隔热涂料干燥后所成涂膜进行分析。分析用样板规格为50mmx50mmx5mm，底材可为任何材质。测试样板表面漆膜厚度为60μm。采用美国ACH公司生产的AE式半球辐射率测定仪对隔热涂料样板进行分析。分析用样板规格为5Ommx50mmx5mm，底材材质为石棉水泥板。测试样板表面漆膜厚度为60μm。按GB/T1865-1997《色漆和清漆人工气候老化和人工辐射暴露》测试。用湿膜制备器将涂料涂覆在洁净的水泥板上，在(23士2)℃，相对湿度50%的条件下，干燥7d以上，再将制得的试板放置于QUV-II型紫外线人工加速老化箱中进行测试，观察试板黄变、粉化和失光的情况，记录测试时问。将样品放置在铜片上面喷金，然后将样品放入Philips XL30型扫描电了显微镜的试样仓进行测试。取少量粉体和浆料，用去离了水稀释后，分别滴加在铜网上，用TECNAI 10型透射电了显微镜观察其中纳米ATO粒了的分散形态和形貌。

本发明的有益效果是：

对不同聚合物与TiO₂复合物的太阳热吸收率进行分析，确定聚合物乳液种类对涂料的热反射性能影响较小。金红石型TiO₂是反射性能最好的颜料，其最优用量18%；绢云母的辐射作用对涂层隔热性能及其他性能有一定的贡献。绢云母最优用量为体系质量的11%，所达到的最高辐射率为0.86.通过纳米ATO粒了对涂层隔热性能的分析发现，纳米ATO浆料在涂层中的最优用量为体系质量的10%。所得涂层在仿真隔热测试仪中的板底温度最低为49℃。纳米Ti0₂与纳米ATO复配对涂层隔热性能影响不大。出于对产品耐候性及成本考虑，选用纳米Ti0₂与纳米ATO质量比为2:1的添加量加入到涂料中。使用紫外-可见光-红外分光光度计对涂层的太阳热反射性能进行测试。结果表明，本文制成的隔热涂料在可见光波段具有很高的反射比为91%；在全波段的太阳热反射比为86%。

具体实施方式

实施案例1：

建筑涂料用树脂的品种有很多，性能各异，主要包括聚氨酯树脂、醇酸树脂、丙烯酸树脂和氨基树脂等。大多数有机树脂在近红外光区是透明的，在可见光区则随树脂颜色的不同而吸收一部分能量。通常，无色透明的树脂儿乎不吸收太阳光。用于太阳热反射涂料的树脂要求其对可见光和近红外光的吸收率越低越好，而常用树脂基本可以满足此要求。隔热涂料要求树脂的透明度高(达80%以上)而太阳能的吸收率低。可用于太阳热反射涂料的树脂有:丙烯酸树脂、有机硅改性聚酯树脂、醇酸树脂、有机硅改性醇酸树脂、含氟树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚氨酯树脂等。各种树脂的吸收率差别不大。鉴于树脂对涂层热反射性能没有太大的影响，选用了市场上常见的纯丙烯酸树脂作为涂料的成膜物质。这类树脂易于采购，价格相对较低，而且在建筑外墙领域应用成熟。

实施案例2：

由于乳液对隔热涂层的热反射性能影响不大，因此隔热涂层的热反射性能主要由颜填料决定。折光指数是涂料用颜料对太阳热反射的关键参数。颜填料的折光指数越高，反射性能越好。这是因为颜料对可见光和近红外辐射的反射能力取决于涂层的散射率。在几种常用的颜填料中，金红石型钛白粉的折光指数最高，达到2.80。因此，选用金红石型Ti0₂作为颜料。将金红石型Ti0₂与纯丙烯酸乳液相配合，在助剂的辅助下制成涂料。采用白制仿真隔热测试仪，对金红石型Ti0₂不同PVC(颜料体积浓度)下的涂料进行热反射性能测定及遮盖率测定，结果可见，随着金红石型Ti0₂在涂料体系中PVC值的增大，涂层的降温效应与遮盖率不断增加在PVC值达到18%时，涂层隔热效果最好；当PVC值超过18%后，无论是降温效果还是遮盖率均出现了下降的趋势。这是由于金红石型Ti0₂在涂料中的应用存在一个最优的PVC值，超过该点后，它在涂层中即产生团聚，导致涂料热反射率与遮盖率的下降。

实施案例3：

绢云母属云母类矿物，是层状结构的硅酸盐，结构由两层硅氧四面体夹着一层铝氧八面体构成的复式硅氧层，四面体的顶氧(活性氧)与附加阴离了(OH )位于两层六面网的中央，构成活性结晶水基团。它可制成极薄的片状，径厚比大，富弹性，耐高温(600℃以上)，耐化学品腐蚀性强，对紫外线具有极佳的屏蔽作用。绢云母外表呈丝绢光泽，手感细腻润滑。使用金红石型TiO₂(PVC=18%)与绢云母相配合，以纯丙烯酸乳液作为基料，在各种助剂的辅助作用下制成涂料。研究了绢云母不同用量对涂料性能的影响，结果可见，随着绢云母添加量的增加，涂层的光泽度降低，其隔热性能、耐水性能出现先降低后增强的趋势。当绢云母添加量小于5%时，涂层的隔热效果弱于不添加绢云母的涂层;当其添加量大于5%后，涂层的隔热性能逐渐上升，在11%时达到最大值。在绢云母含量超过11%之后，涂层隔热性能变化较小，其光泽度不变，耐水性则开始下降。因此，绢云母的添加量以11%为佳。采用AE型半球辐射率测试仪对不同绢云母含量的漆膜进行辐射性能测试，结果表明，涂料中绢云母的用量由2%增加到11%时，涂料的隔热效果随之提高。对比黑体辐射率，含11%绢云母的涂料其辐射率稍逊。绢云母组成中的金属及非金属氧化物的存在，有效地提高了绢云母的法向发射率，从而进一步提高了涂层的辐射率。

实施案例4：

纳米ATO粒了由于其白身的半导体结构，使得晶格中含有大量的载流了，从而能够有效地反射近红外区的太阳热辐射能量。因此，选用纳米ATO粉体作为隔热填料。将制备的纳米ATO浆料应用到涂料中，使用仿真涂层反射隔热测试仪测定其隔热效果，结果可见，纳米ATO浆料在质量分数为10%时，涂层的隔热效果最优。当纳米ATO浆料的质量分数小于10%时，涂层的隔热性能随着纳米ATO浆料添加量的增加而提高;在超过10%之后，涂层的隔热性能出现下降趋势。原因可能是由于ATO粉体本身呈蓝灰色，添加到涂层中，必然会对涂层的色泽产生影响。添加量越大，涂层的颜色越偏向于蓝黑色。而深色的物质对太阳热辐射能的吸收能力较强，颜色越深，吸收的热量越多。因此，ATO粉体白身的近红外光反射能力会与涂层颜色的热辐射吸收能力构成竞争效应。当反射能力大于吸收能力时，涂层表现出良好的隔热效应;当反射能力小于吸收能力时，涂层的隔热效应开始变差。

实施案例5：

由于锐钛矿型纳米Ti0₂白身晶格不完整，具有极强的氧化性，会分解涂层中的聚合物成分，造成涂层耐老化性能变差。而金红石型纳米Ti0₂由于具有正四方体金红石结构，因此，对可见光的反射率很高。故选择金红石型纳米Ti0₂。对所选用的金红石型纳米Ti0₂进行透射电镜观测可知，所选用的金红石型Ti0₂为纳米级，粒径为30nm。在纳米ATO浆料用量为10%的基础上，将金红石型纳米ATO与纳米Ti0₂以不同的比例添加到涂料中，采用仿真隔热测试仪测试其隔热效果，同时进行人工加速老化试验，结果可知，加入纳米ATO和纳米Ti0₂后，其隔热性能与单独加入10% ATO浆料的隔热效果相近。但随着纳米Ti0₂添加量的增加，涂层的隔热性能及耐老化性能有所增加，但是增加幅度相应较小。考虑到纳米Ti0₂对涂层耐候性的影响及涂料体系的成本，选取m(纳米ATO):m(纳米Ti0₂)=1:2为最优配比。

Claims

1.一种水性隔热涂料，制备原料包括：纳米ATO浆料；润湿剂;分散剂A、防霉杀菌剂、聚合物乳液；消泡剂；pH调节剂；丙二醇；金红石型TiO₂；1250目绢云母；成膜助剂；增稠剂。

2.根据权利要求1所述的水性隔热涂料，其特征是水性隔热涂料的制备步骤为：在转速为500-800 r/min的高速分散机作用下，依次添加水、分散剂、润湿剂、消泡剂和杀菌防霉剂等助剂，在添加Ti0₂及绢云母粉料后，提高转速至5000r/min进行高速分散；分散30 min后，开始使用刮板细度计测试颜填料粒径，当颜填料粒了最大粒径<60μm时，降低转了转速到500r/min，添加乳液、成膜助剂及纳米浆料，使用增稠剂调节体系的斯托莫黏度值至85KU。

3.根据权利要求1所述的水性隔热涂料，其特征是水性隔热涂料的检测步骤为：测试用样板为马口铁板，测试前使用40#砂纸对其进行打磨处理，以降低铁板表面光泽，马口铁板尺寸为100mmx100mmx1mm，测试条件:为免除风力、气候等影响，实验进行时应保证门窗紧闭；调节电压，保证测试时板面温度在75℃；测试过程中，样板放置在型腔上，涂层面朝向碘钨灯；隔热涂膜厚度为300μm(涂层厚度对隔热性能有影响的试样除外)；为保证数据的稳定性，测试时问为30 min，该设备成本较低，且具有隔热效果直观、数据简单易懂的特点，在采用该设备实现对颜填料的初期筛选后，采用UV-4100型紫外-红外-可见光分光光度仪测试涂层的全波段反射能力，以验证初期筛选结果及其研究开发的产品性能，采用日本HITACHI公司生产的UV-4100型分光光度计对隔热涂料干燥后所成涂膜进行分析，分析用样板规格为50mmx50mmx5mm，底材可为任何材质，测试样板表面漆膜厚度为60μm，采用美国ACH公司生产的AE式半球辐射率测定仪对隔热涂料样板进行分析，分析用样板规格为5Ommx50mmx5mm，底材材质为石棉水泥板，测试样板表面漆膜厚度为60μm ，按GB/T1865-1997《色漆和清漆人工气候老化和人工辐射暴露》测试，用湿膜制备器将涂料涂覆在洁净的水泥板上，在(23士2)℃，相对湿度50%的条件下，干燥7d以上，再将制得的试板放置于QUV-II型紫外线人工加速老化箱中进行测试，观察试板黄变、粉化和失光的情况，记录测试时问，将样品放置在铜片上面喷金，然后将样品放入Philips XL30型扫描电了显微镜的试样仓进行测试，取少量粉体和浆料，用去离了水稀释后，分别滴加在铜网上，用TECNAI 10型透射电了显微镜观察其中纳米ATO粒了的分散形态和形貌。

4.根据权利要求1所述的水性隔热涂料，其特征是对不同聚合物与TiO₂复合物的太阳热吸收率进行分析，确定聚合物乳液种类对涂料的热反射性能影响较小，金红石型TiO₂是反射性能最好的颜料，其最优用量18%；绢云母的辐射作用对涂层隔热性能及其他性能有一定的贡献，绢云母最优用量为体系质量的11%，所达到的最高辐射率为0.86.通过纳米ATO粒了对涂层隔热性能的分析发现，纳米ATO浆料在涂层中的最优用量为体系质量的10%，所得涂层在仿真隔热测试仪中的板底温度最低为49℃，纳米Ti0₂与纳米ATO复配对涂层隔热性能影响不大，出于对产品耐候性及成本考虑，选用纳米Ti0₂与纳米ATO质量比为2:1的添加量加入到涂料中，使用紫外-可见光-红外分光光度计对涂层的太阳热反射性能进行测试，结果表明，本文制成的隔热涂料在可见光波段具有很高的反射比为91%；在全波段的太阳热反射比为86%。