CN109825144B

CN109825144B - 一种水性常温自交联自清洁隔热涂料的制备方法

Info

Publication number: CN109825144B
Application number: CN201910144071.1A
Authority: CN
Inventors: 孔令涛; 董清龙; 董洋; 巴于磊
Original assignee: Jiangxi Longhai Chemical Co ltd
Current assignee: Jiangxi Longhai Chemical Co ltd
Priority date: 2019-02-27
Filing date: 2019-02-27
Publication date: 2021-02-12
Anticipated expiration: 2039-02-27
Also published as: CN109825144A

Abstract

本发明公开了一种水性常温自交联自清洁隔热涂料的制备方法，该隔热涂料旨在解决现有涂料难以同时具备较好的隔热性和自清洁性的技术问题；该自交联自清洁隔热涂料制备方法的具体步骤为，利用各自的原料和步骤，先分别制备有机硅改性丙烯酸树脂和改性纳米TiO₂粉体，并将改性纳米TiO₂粉体制备成水性纳米复合隔热浆料，之后再将有机硅改性丙烯酸树脂和水性纳米复合隔热浆料与助剂和去离子水均匀混合，即得到水性常温自交联自清洁隔热涂料。该隔热涂料制备工艺简单，并同时具备极佳的隔热性和自清洁性，且耐候性能和透光性能优良，而且对紫外线也具有较好的屏蔽作用。

Description

一种水性常温自交联自清洁隔热涂料的制备方法

技术领域

本发明涉及玻璃用涂料技术领域，尤其涉及一种水性常温自交联自清洁隔热涂料的制备方法。

背景技术

涂料在人们的日常生活和工业生产中随处可见，广泛应用于各个领域，涂料形成的涂膜可对物体起到装饰、保护和标志作用，虽然目前市面上的大部分涂料制作简单、售价便宜，但同时功能较为单一，只能简单的作为装饰之用，而在一些特殊的作业环境中，简单的涂料并不能满足人们的所需。同时，随着科学技术的快速发展，人们对涂料的性能要求(如防雾化、防腐蚀、防锈、防菌、绝缘、耐高低温冷热循环、耐高湿热、耐沾污等)越来越高。

目前，随着社会的不断发展，人们的生活水平不断提高，人们对能源的需求量也是越来越大，但同时能源的大量释放却又会引起各种环境问题，如温室效应、酸雨等。据统计，空调风扇等制冷设备的能耗占世界全年总能耗的20％以上，建筑能耗约占世界全年总能耗的30％～40％，因此，世界各地的人们对建筑节能和环保方面表达出了更高的期望。现今，由于采暖和空调能耗的40％～50％是通过门窗的传热引起的，而现代建筑和汽车广泛使用大面积玻璃窗和玻璃幕墙，因此具有热反射性能的玻璃表面涂料在玻璃幕墙建筑物和汽车玻璃领域具有广泛的用途和前景。将隔热涂料应用于高楼大厦的建筑玻璃、透明顶棚以及汽车玻璃等场合，为此人们也提出了更高的要求，期望该涂料不仅有良好的隔热性能，还要求其能保证室内采光度不受影响，同时考虑到高楼大厦外墙玻璃清洗困难，清洗成本高等问题，人们又希望该涂料还应具有自清洁功能。关于上述性能要求的隔热涂料，单独具有隔热性能和自清洁性能的涂料确实有不少，但就目前技术来说，同时具备隔热性和自清洁性的涂料却基本没有，而且要求其达到较高的性能更是难以实现。

发明内容

(1)要解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种水性常温自交联自清洁隔热涂料的制备方法，该隔热涂料旨在解决现有涂料难以同时具备较好的隔热性和自清洁性的技术问题；该隔热涂料制备工艺简单，并同时具备极佳的隔热性和自清洁性，且耐候性能和透光性能优良，而且对紫外线也具有较好的屏蔽作用。

(2)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了这样一种水性常温自交联自清洁隔热涂料的制备方法，具体步骤为：

步骤一、制备有机硅改性丙烯酸树脂

将含不饱和双键的单体和反应型乳化剂分散于无水乙醇中并搅拌均匀，再向其加入一定量的引发剂搅拌至完全溶解，之后将该体系置于70～80℃的水浴中回流反应30～40min，再向其中滴加含C＝C双键的硅烷偶联剂，滴加速度控制在0.5～1滴/s，滴加完成后继续恒温反应4～5h，得到有机硅改性丙烯酸树脂；

步骤二、制备改性纳米TiO₂粉体

将钛酸酯Ti(OR)₄分散于无水乙醇中，搅拌均匀后再向其加入去离子水和催化剂，常温下搅拌20～40min，再向其中逐滴加入硅烷偶联剂A，并将其升温至65～80℃，恒温搅拌3～4h，得到硅烷偶联剂改性纳米TiO₂溶胶，之后对改性纳米TiO₂溶胶干燥并用无水乙醇离心干燥3次，干燥后即得到锐钛型改性纳米TiO2粉末；

步骤三、制备水性纳米复合隔热浆料

将步骤二制得的改性纳米TiO₂粉体和隔热粉体分别加入到含有硅烷偶联剂B和分散剂的去离子水中，并加入消泡剂，切搅拌均匀，之后将其转移到纳米砂磨机中，先用粒径为1mm～2mm的氧化锆珠进行初磨1～2h，再用粒径为0.5mm～0.6mm的氧化锆珠进行细磨2～3h，即得到水性纳米复合隔热浆料；

步骤四、制备水性常温自交联自清洁隔热涂料

依次将步骤一制得的有机硅改性丙烯酸树脂、步骤三制得的水性纳米复合隔热浆料、助剂加入到反应釜中并搅拌均匀，再向其中加入去离子水进行稀释，即得到水性常温自交联自清洁隔热涂料，在步骤的原料中，按质量百分比计，有机硅改性丙烯酸树脂占30～50％、水性纳米复合隔热浆料占20～30％、助剂占1～5％、去离子水占20～45％。

优选地，在步骤一中，所述的含不饱和双键的单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯中的一种或者几种的混合物。

优选地，在步骤一中，所述的反应型乳化剂为ER-10、ER-20、ER-30、ER-40、SR-10、SR-20、SR-30、SR-40中的一种或几种的混合物。

优选地，在步骤一中，所述的引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰、过硫酸铵、过硫酸钾中的一种或几种的混合物。

优选地，在步骤一中，所述的含C＝C双键的硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基乙烯基二乙氧基硅烷、甲基乙烯基二甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种的混合物。

优选地，在步骤二中，所述的钛酸酯Ti(OR)₄其结构为

其中，R为-CH3、-CH2CH3、-CH2CH2CH3、-CH(CH3)2、-CH2CH2CH2CH3中的一种或几种的混合物。

优选地，在步骤二中，所述的催化剂为冰醋酸、盐酸、硝酸中的一种或几种的混合物。

优选地，在步骤二中，所述的硅烷偶联剂A为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基乙烯基二乙氧基硅烷、甲基乙烯基二甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种的混合物。

优选地，在步骤三中，所述的隔热粉体为金红石型纳米TiO₂粉体、纳米氧化锡锑粉体、纳米氧化铟锡粉体、纳米六硼化镧粉体、纳米SiO₂气凝胶粉体、纳米氧化铝锌粉体以及纳米铯钨青铜粉体中的一种或者几种的混合物。

优选地，在步骤三中，所述的硅烷偶联剂B为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基乙烯基二乙氧基硅烷、甲基乙烯基二甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷以及γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种的混合物。

优选地，在步骤三中，所述的分散剂为埃夫卡EFKA FA 4610AN、罗门哈斯731A、瓦克AK-1000、瓦克AK-500、BYK-182、BYK-190中的一种或几种的混合物。

优选地，在步骤三中，所述的消泡剂为有机硅乳液消泡剂；所述的氧化锆珠为95锆。

优选地，在步骤四中，所述的助剂为爽滑耐磨助剂、流平剂、流变助剂、缔合型增稠剂、抗紫外助剂中的一种或者几种的混合物。

(3)有益效果

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明的技术方案突破性地以有机硅改性丙烯酸树脂、水性纳米复合隔热浆料、助剂和去离子水等原料复配而成，并通过新创性的处理工艺，简单方便地制备得到该水性常温自交联自清洁隔热涂料。该隔热涂料通过采用对远红外有强吸收和反射的粉体以及对近红外有强吸收和反射的粉体进行有效复配，配合本发明的有效组合制备了分散性好、稳定性佳、耐候性佳、能有效屏蔽紫外线且具有优异的隔热性和自清洁功能的涂料，将本发明的隔热涂料涂覆到玻璃上后，能阻隔红外光和紫外光，但并不影响可见光的透过，可长时间保持玻璃表面的清洁。同时，该隔热涂料制备工艺简单，而且成本低廉，易于实现工业化生产，且具有无毒、使用安全、耐候性好、自清洁、隔热、透光性好等优点，可广泛应用于玻璃幕墙和汽车玻璃等领域。

附图说明

为了更清楚的说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术中描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施方式，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为对实施例1、实施例2和实施例3分别制得的水性常温自交联自清洁隔热涂料样品1、样品2和样品3进行各性能检测的结果图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明具体实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，以进一步阐述本发明，显然，所描述的具体实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的样式。

实施例1

该具体实施方式为制备水性常温自交联自清洁隔热涂料，具体步骤如下：

步骤一、制备有机硅改性丙烯酸树脂

分别称取10g丙烯酸、20g甲基丙烯酸羟乙酯和1g反应型乳化剂ER-10分散于65g无水乙醇中并搅拌均匀，再向其加入0.2g偶氮二异丁腈引发剂，搅拌至完全溶解，将体系于70～80℃的水浴中回流反应30～40min，再向其滴加4g乙烯基三乙氧基硅烷，滴加速度控制在0.5～1滴/s，滴加完后继续恒温反应4～5h，得到有机硅改性丙烯酸树脂。

步骤二、制备改性纳米TiO₂粉体

称取20g钛酸四丁酯分散于70g无水乙醇中，搅拌均匀后再向其加入5g去离子水和1g冰醋酸，常温下搅拌20～40min，再向其逐滴加入3g乙烯基三乙氧基硅烷，并将体系升温至65～80℃，恒温搅拌3～4h，得到改性纳米TiO₂溶胶，将溶胶干燥并用无水乙醇离心干燥3次，干燥后得到锐钛型改性纳米TiO₂粉末。

步骤三、制备水性纳米复合隔热浆料

分别称取15g上述制得的锐钛型改性纳米TiO₂粉体和15g氧化铟锡粉体及2g金红石型纳米二氧化钛粉体加入到含有1gγ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和4g埃夫卡EFKAFA 4610AN分散剂的去离子水中，加入一定量的有机硅乳液消泡剂，搅拌均匀后，将其转移到纳米砂磨机中，先采用粒径为1mm～2mm的氧化锆珠进行初磨1～2h，再换为粒径为0.5mm～0.6mm的氧化锆珠进行细磨2～3h，得到水性纳米复合隔热浆料。

步骤四、制备水性常温自交联自清洁隔热涂料

依次称取30g上述制备的有机硅改性丙烯酸树脂、30g水性纳米复合隔热浆料、0.5g流平剂，1.5g爽滑耐磨助剂，2.0g紫外光吸收剂加入到反应釜中并搅拌均匀，再向其加入36g去离子水搅拌均匀，即得到水性常温自交联自清洁隔热涂料样品1。

实施例2

步骤一、制备有机硅改性丙烯酸树脂

分别称取10g甲基丙烯酸甲酯、20g丙烯酸和1g反应型乳化剂ER-20分散于65g无水乙醇中并搅拌均匀，再向其加入0.2g偶氮二异丁腈引发剂，搅拌至完全溶解，将体系于70～80℃的水浴中回流反应30～40min，再向其滴加4g乙烯基三乙氧基硅烷，滴加速度控制在0.5～1滴/s，滴加完后继续恒温反应4～5h，得到有机硅改性丙烯酸树脂。

步骤二、制备改性纳米TiO₂粉体

步骤三、制备水性纳米复合隔热浆料

分别称取15g上述制得的锐钛型改性纳米TiO2粉体和15g氧化锡锑粉体及2g金红石型纳米二氧化钛粉体加入到含有1g乙烯基三乙氧基硅烷和4g BYK-190分散剂的去离子水中，加入一定量的有机硅乳液消泡剂，搅拌均匀后，将其转移到纳米砂磨机中，先采用粒径为1mm～2mm的氧化锆珠进行初磨1～2h，再换为粒径为0.5mm～0.6mm的氧化锆珠进行细磨2～3h，得到水性纳米复合隔热浆料。

步骤四、制备水性常温自交联自清洁隔热涂料

依次称取50g上述制备的有机硅改性丙烯酸树脂、20g水性纳米复合隔热浆料、1.0g流平剂，1.5g爽滑耐磨助剂，1.5g紫外光吸收剂加入到反应釜中并搅拌均匀，再向其加入26g去离子水搅拌均匀，即得到水性常温自交联自清洁隔热涂料样品2。

实施例3

步骤一、制备有机硅改性丙烯酸树脂

分别称取10g甲基丙烯酸甲酯、15g丙烯酸、5g丙烯酸羟乙酯和1g反应型乳化剂ER-10分散于65g无水乙醇中并搅拌均匀，再向其加入0.2g偶氮二异丁腈引发剂，搅拌至完全溶解，将体系于70～80℃的水浴中回流反应30～40min，再向其滴加4gγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，滴加速度控制在0.5～1滴/s，滴加完后继续恒温反应4～5h，得到有机硅改性丙烯酸树脂。

步骤二、制备改性纳米TiO₂粉体

称取20g钛酸四丁酯分散于70g无水乙醇中，搅拌均匀后再向其加入5g去离子水和0.5g盐酸，常温下搅拌20～40min，再向其逐滴加入3gγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，并将体系升温至65～80℃，恒温搅拌3～4h，得到改性纳米TiO₂溶胶，将溶胶干燥并用无水乙醇离心干燥3次，干燥后得到锐钛型改性纳米TiO₂粉末。

步骤三、制备水性纳米复合隔热浆料

分别称取15g上述制得的锐钛型改性纳米TiO2粉体和15g氧化锡锑粉体及2g纳米六硼化镧粉体加入到含有1g乙烯基三乙氧基硅烷和4g BYK-190分散剂的去离子水中，加入一定量的有机硅乳液消泡剂，搅拌均匀后，将其转移到纳米砂磨机中，先采用粒径为1mm～2mm的氧化锆珠进行初磨1～2h，再换为粒径为0.5mm～0.6mm的氧化锆珠进行细磨2～3h，得到水性纳米复合隔热浆料。

步骤四、制备水性常温自交联自清洁隔热涂料

依次称取40g上述制备的有机硅改性丙烯酸树脂、25g水性纳米复合隔热浆料、1.0g流平剂，1.5g爽滑耐磨助剂，1.5g紫外光吸收剂加入到反应釜中并搅拌均匀，再向其加入31g去离子水搅拌均匀，即得到水性常温自交联自清洁隔热涂料样品3。

实验检测

分别对实施例1、实施例2和实施例3制得的水性常温自交联自清洁隔热涂料样品1、样品2和样品3进行各性能检测，其性能如表1和图1所示：

表1

以上描述了本发明的主要技术特征和基本原理及相关优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性具体实施方式的细节，而且在不背离本发明的构思或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将上述具体实施方式看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照各实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种水性常温自交联自清洁隔热涂料的制备方法，其特征在于，具体步骤为：

步骤一、制备有机硅改性丙烯酸树脂

将含不饱和双键的单体和反应型乳化剂分散于无水乙醇中并搅拌均匀，再向其加入一定量的引发剂搅拌至完全溶解，之后将该体系置于70～80℃的水浴中回流反应30～40min，再向其中滴加含C=C双键的硅烷偶联剂，滴加速度控制在0.5～1滴/s，滴加完成后继续恒温反应4～5h，得到有机硅改性丙烯酸树脂；

其中，所述的含不饱和双键的单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯中的一种或者几种的混合物；所述的反应型乳化剂为ER-10、ER-20、ER-30、ER-40、SR-10、SR-20、SR-30、SR-40中的一种或几种的混合物；所述的引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰、过硫酸铵、过硫酸钾中的一种或几种的混合物；所述的含C=C双键的硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基乙烯基二乙氧基硅烷、甲基乙烯基二甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种的混合物；

步骤二、制备改性纳米TiO₂粉体

将钛酸酯Ti(OR)₄分散于无水乙醇中，搅拌均匀后再向其加入去离子水和催化剂，常温下搅拌20～40 min，再向其中逐滴加入硅烷偶联剂A，并将其升温至65～80℃，恒温搅拌3～4 h，得到硅烷偶联剂改性纳米TiO₂溶胶，之后对改性纳米TiO₂溶胶干燥并用无水乙醇离心干燥3次，干燥后即得到锐钛型改性纳米TiO₂粉末；

其中，所述的钛酸酯Ti(OR)₄其结构为

，其中，R为-CH₃、-CH₂CH₃、-CH₂CH₂CH₃、-CH(CH₃)₂、-CH₂CH₂CH₂CH₃中的一种或几种的混合物；

步骤三、制备水性纳米复合隔热浆料

其中，所述的隔热粉体为金红石型纳米TiO₂粉体、纳米氧化锡锑粉体、纳米氧化铟锡粉体、纳米六硼化镧粉体、纳米SiO₂气凝胶粉体、纳米氧化铝锌粉体以及纳米铯钨青铜粉体中的一种或者几种的混合物；

步骤四、制备水性常温自交联自清洁隔热涂料

依次将步骤一制得的有机硅改性丙烯酸树脂、步骤三制得的水性纳米复合隔热浆料、助剂加入到反应釜中并搅拌均匀，再向其中加入去离子水进行稀释，即得到水性常温自交联自清洁隔热涂料，在步骤的原料中，按质量百分比计，有机硅改性丙烯酸树脂占30～50%、水性纳米复合隔热浆料占20～30%、助剂占1～5%、去离子水占20～45%；

其中，所述的助剂为爽滑耐磨助剂、流平剂、流变助剂、缔合型增稠剂、抗紫外助剂中的一种或者几种的混合物。

2.根据权利要求1所述的一种水性常温自交联自清洁隔热涂料的制备方法，其特征在于，在步骤二中，所述的催化剂为冰醋酸、盐酸、硝酸中的一种或几种的混合物。

3.根据权利要求1所述的一种水性常温自交联自清洁隔热涂料的制备方法，其特征在于，在步骤二中，所述的硅烷偶联剂A为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基乙烯基二乙氧基硅烷、甲基乙烯基二甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种的混合物。

4.根据权利要求1所述的一种水性常温自交联自清洁隔热涂料的制备方法，其特征在于，在步骤三中，所述的硅烷偶联剂B为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基乙烯基二乙氧基硅烷、甲基乙烯基二甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷以及γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种的混合物。

5.根据权利要求1所述的一种水性常温自交联自清洁隔热涂料的制备方法，其特征在于，在步骤三中，所述的分散剂为埃夫卡 EFKA FA 4610 AN、罗门哈斯731A、瓦克AK-1000、瓦克 AK-500、BYK-182、BYK-190中的一种或几种的混合物。

6.根据权利要求1所述的一种水性常温自交联自清洁隔热涂料的制备方法，其特征在于，在步骤三中，所述的消泡剂为有机硅乳液消泡剂；所述的氧化锆珠为95锆。