CN110256889A - 一种宽波段反射涂料和反光器件 - Google Patents

一种宽波段反射涂料和反光器件 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有宽波段的反射涂料和反光器件。该宽波段反射涂料包括水性树脂、反射粉体和溶剂，基于反射粉体的总质量，反射粉体包括15‑25％的大粒径二氧化钛、20‑35％的小粒径二氧化钛、30‑41％的硫酸钡、2‑14％的聚四氟乙烯，大粒径二氧化钛的粒径为50‑60μm，小粒径二氧化钛的粒径为1.5‑2μm。该反光器件，包括反射涂层，反射涂层包括上述的宽波段反射涂料。本发明中的大粒径二氧化钛与小粒径二氧化钛及聚四氟乙烯的组合可以在紫外、可见、近红外和远红外波段上实现更宽的反射波段的同时，保证涂料能够拥有较好的反射率。

Description

一种宽波段反射涂料和反光器件
技术领域
本发明涉及涂料领域，尤其是涉及一种宽波段反射涂料和反光器件。
背景技术
粗糙表面上光线向各个方向无规则地反射的现象称为漫反射。例如，平行的太阳光照射到墙壁后，会向各个方向发生弥散性的反射，从而使肉眼能够观察到墙壁。漫反射这一普遍的现象在日常生活中也有很多应用，例如，投影屏、电子设备显示器、激光装置壳体、太阳能收集器等。通过漫反射材料提高发光效率并且节约能源。然而，直接的漫反射材料由于各种问题导致难于加工，所以在实际的生产应用中比较多的情况下使用涂有漫反射涂料的材料来替代。
另外，目前的研究大多集中在如何有效提升涂料的反射率，对于如何拓宽漫反射的波段则研究相对较少，而且都集中在直接对漫反射材料进行改进上。因此，有必要提供一种具有宽波段反射的涂料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提供一种具有宽波段反射的涂料和反光器件。
本发明所采取的技术方案是：
一种宽波段反射涂料，包括水性树脂、反射粉体和溶剂，基于反射粉体的总质量，反射粉体包括15-25％的大粒径二氧化钛、20-35％的小粒径二氧化钛、30-41％的硫酸钡、2-14％的聚四氟乙烯，大粒径二氧化钛的粒径为50-60μm，小粒径二氧化钛的粒径为1.5-2μm。
其中，水性树脂具体可以是本领域所熟知的多种热塑性水性树脂或热固型水性树脂中的至少一种，包括但不仅限于水性丙烯酸树脂、水性甲基丙烯酸树脂、水性聚氨酯、水性聚酯、水性聚酰胺、水性聚醚、水性聚脲、水性聚硅氧烷、水性环氧树脂、水性乙烯基树脂及其共聚物或混合物。水性树脂的质量在宽波段反射涂料各成分的总质量中所占的百分比具体可以是5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％等，也可以达到90％、80％、70％等，同时可以根据各组分的具体配方和配比进行适应性调整。反射粉体是宽波段反射涂料中起主要的反射调节的组分，基于反射粉体的总质量，反射粉体包括15-20％的大粒径二氧化钛、20-30％的小粒径二氧化钛、30-40％的硫酸钡、2-5％的聚四氟乙烯。反射粉体可以以任何合适的形式添加，例如颗粒、分散液、溶液、薄片等。
优选的，小粒径二氧化钛是复合微粒，即在二氧化钛核心(第一二氧化钛微粒)外，还包覆有其它材料形成的壳层。
进一步优选的，该小粒径二氧化钛包括第一二氧化钛微粒和依次包覆在第一二氧化钛微粒表面的铝氧化物和硅氧化物；其中，依次包覆是指以第一二氧化钛微粒为核心，从内到外依次包覆有一层(或多层)铝氧化物、一层(或多层)硅氧化物，或者第一二氧化钛微粒的核心外侧，重复包覆有铝氧化物-硅氧化物的多重层叠层，或者其它本领域技术人员能够依此理解的其它可行方式。
优选的，大粒径二氧化钛是复合微粒，即在二氧化钛核心(第二二氧化钛微粒)外，还包覆有其它材料形成的壳层。
进一步优选的，该大粒径二氧化钛包括第二二氧化钛微粒和依次包覆在第二二氧化钛微粒表面的铝氧化物和硅氧化物；其中，依次包覆是指以第二二氧化钛微粒为核心，从内到外依次包覆有一层(或多层)铝氧化物、一层(或多层)硅氧化物，或者第二二氧化钛微粒的核心外侧，重复包覆有铝氧化物-硅氧化物的多重层叠层，或者其它本领域技术人员能够依此理解的其它可行方式。
上述第一二氧化钛微粒和第二二氧化钛微粒的差异主要在于粒径的不同，通过作为核心的第一二氧化钛微粒和第二二氧化钛微粒粒径的差异以及包覆层的有所区别，使得包覆后的大粒径二氧化钛和小粒径二氧化钛存在粒径上的巨大差异。
进一步优选的，第一二氧化钛微粒的粒径为1-1.5μm，第二二氧化钛微粒的粒径为48-50μm。
优选的，大粒径二氧化钛和小粒径二氧化钛的晶型为金红石型。
优选的，硫酸钡的粒径为50-100μm。
进一步优选的，硫酸钡的粒径为70-90μm。
优选的，基于宽波段反射涂料的总质量，水性树脂占宽波段反射涂料的20-40％、反射粉体占宽波段反射涂料的20-40％。
进一步优选的，水性树脂的质量在宽波段反射涂料总质量中的百分比下限选自20％、22％、24％、26％、28％、30％，上限选自40％、38％、36％、34％、32％；更进一步优选的，水性树脂的质量在宽波段反射涂料各组分的总质量中的百分比为30％。
进一步优选的，基于宽波段反射涂料的总质量，溶剂占宽波段反射涂料的19-40％。
优选的，还包括助剂，助剂占宽波段反射涂料各组分的总质量的百分比可以是0.01-6％或其它根据具体的配方和配比进行适应性调整后可以得到的比例。
更进一步优选的，助剂为流平剂、消泡剂、润湿剂中的至少一种。
再进一步优选的，流平剂占宽波段反射涂料各组分的总质量的百分比可以是0.1-4％，消泡剂占宽波段反射涂料各组分的总质量的百分比可以是0.1-4％，润湿剂占宽波段反射涂料各组分的总质量的百分比可以是0.1-4％。
上述宽波段反射涂料的制备方法中，包括第一二氧化钛微粒和第二二氧化钛微粒的包覆过程，该包覆过程至少可以采用以下方式实现：
将二氧化钛料浆加热到90℃左右，加入柠檬酸水溶液后调节pH到10左右，然后加入硅酸钠水溶液，反应1h后加入无机酸中和，得到包覆二氧化硅的二氧化钛微粒料浆；随后加入铝酸钠水溶液，并加入无机酸调节pH到5-9，从而在包覆二氧化硅的二氧化钛微粒表面沉积氧化铝，熟化20min左右。
一种反光器件，包括反射涂层，反射涂层包括上述的宽波段反射涂料。
本发明的有益效果是：
普通光反射涂料的反射波段为430-750nm，接近近红外区域时一般反射率都会下降，而本发明中的大粒径二氧化钛可以有效提升700-2500nm的可见光和红外光的反射效果，小粒径二氧化钛则主要对10-400nm波段的紫外线起反射作用。添加的聚四氟乙烯则可以明显提高740-1330nm波段的可见光和近红外的反射光效率，这几种组分的相互组合，能够在保证涂料能够拥有较高的反射率的同时，实现更宽的反射波段。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的宽波段反射涂料与市售光反射涂料和白色涂料在不同波段范围内的反射图谱。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
实施例1
一种宽波段反射涂料，按照涂料的总质量计包括以下组分：
其中，反射粉体占涂料总质量的40％，包括10％的大粒径二氧化钛(即占反射粉体总质量的25％)、13％的小粒径二氧化钛(即占反射粉体总质量的32.5％)、16％的硫酸钡(即占反射粉体总质量的40％)和1％的聚四氟乙烯(即占反射粉体总质量的2.5％)。
本实施例还提供一种上述宽波段反射涂料的制备方法：其中，制备小粒径二氧化钛和大粒径二氧化钛的方法具体包括(本实施例以二氧化钛微粒表面包覆二氧化硅为例)：
(1)取300g第一二氧化钛微粒初品(粒径在1-1.5μm)，加入到1000mL去离子水中(所得浓度约为300g/L)，高速搅拌打浆，加热到90-95℃，用氢氧化钠调节pH为8.5形成二氧化钛水悬浮液。
(2)在搅拌条件下向二氧化钛水悬浮液中滴加150g/L的原硅酸溶液(以SiO2计)和10％的氢氧化钠，使悬浮液pH值保持在7.5-8.0之间。滴加过程中，加入的硅的质量为二氧化钛质量的1.5％，在90min内滴加完毕。本发明实施例采用边滴加边搅拌的方式，以促进其加速溶解。
(3)滴加结束后，熟化120min。熟化可以采用蒸汽进行熟化，显然，本发明实施例的熟化方式不限于蒸汽。
(4)并流加入500g/L的硅氧烷，其加入质量为二氧化钛质量的1％，在此过程中维持pH为6.0-8.0，90min内加完硅氧烷。
(5)熟化60min，调节pH到7.0，再熟化30min。
(6)过滤、洗涤、干燥、气流粉碎，即得小粒径二氧化钛。
大粒径二氧化钛的制备，与小粒径二氧化钛基本相同，唯一不同的是：大粒径二氧化钛制备采用第二二氧化钛微粒初品(粒径在48-50μm)。需要说明的是，本发明实施例中，大粒径二氧化钛以及的制备，还可以用其他的硅氧化物、或者铝氧化物包覆在二氧化钛的表面。
通过上述方法制得的小粒径二氧化钛的粒径为1.5-2μm，而大粒径二氧化钛为50-60μm。硫酸钡的粒径为50-100μm。而本发明中的水性树脂选择的是聚氨酯分散体，溶剂选择去离子水。
该宽波段反射涂料的具体制备方法包括如下步骤：
(1)在60-80℃的去离子水中加入聚氨酯分散体，保温，高速搅拌均匀以充分溶解。
(2)降温至室温后加入剩余组分，搅拌均匀，即得宽波段反射涂料。
实施例2
一种宽波段反射涂料，与实施例1的区别在于，各组分的具体比例不同，具体如下：
其中，反射粉体占涂料总质量的37％，包括8％的大粒径二氧化钛(即占反射粉体总质量的21.6％)、12％的小粒径二氧化钛(即占反射粉体总质量的32.4％)、15％的硫酸钡(即占反射粉体总质量的40.6％)和2％的聚四氟乙烯(即占反射粉体总质量的5.4％)。
实施例3
一种宽波段反射涂料，与实施例1的区别在于，所述水性树脂选择环氧树脂，同时，包括16％的去离子水以及1％的流平剂、1％的消泡剂和1％的润湿剂。
实施例4
全光谱反射率对比试验
按照实施例1、2以及对比例1-5的配方进行反射涂料的制备，测试制得产品在不同波段的光反射率，结果如下：
表1.全光谱反射率对比试验结果
对比例1-5的具体配比如下：
表2.对比例涂料配比
对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 对比例5
大粒径二氧化钛 10 23
小粒径二氧化钛 20
常规二氧化钛 40 20
硫酸钡 40 16 15 15
聚四氟乙烯 1 2 2
水性树脂 40 30 40 40 40
水 20 20 20 23 23
其中，对比例1和对比例5中的常规二氧化钛是未经二氧化硅包覆处理的二氧化钛微粒，粒径为25-30μm。
图1是本发明的一个实施例的宽波段反射涂料与市售光反射涂料和白色涂料在不同波段范围内的反射图谱。从图1结合表1的结果可以看出，本发明所提供的宽波段反射涂料相比于对比例和现有产品，其总体的反射率提升了4％左右，同时在紫外、可见、近红外和远红外波段上都表现出了非常好的反射性能，具有非常宽的反射波段范围。相较于对比例，能够达到全光谱的反射率提升。
实施例5
一种宽波段反射涂料，与实施例1的区别在于，各组分的配比如下：
其中，反射粉体占涂料总质量的25％，包括6％的大粒径二氧化钛(即占反射粉体总质量的24％)、8％的小粒径二氧化钛(即占反射粉体总质量的32％)、9％的硫酸钡(即占反射粉体总质量的36％)和2％的聚四氟乙烯(即占反射粉体总质量的8％)。
实施例6
本发明的实施例6提供一种宽波段反射涂料，与实施例1的区别在于，各组分的具体比例不同，具体如下：
其中，反射粉体占涂料总质量的20％，包括5％的大粒径二氧化钛(即占反射粉体总质量的25％)、6％的小粒径二氧化钛(即占反射粉体总质量的30％)、8％的硫酸钡(即占反射粉体总质量的40％)和1％的聚四氟乙烯(即占反射粉体总质量的5％)。
实施例7
本发明的实施例7提供一种宽波段反射涂料，与实施例1的区别在于，各组分的配比如下：
其中，反射粉体占涂料总质量的20％，包括5％的大粒径二氧化钛(即占反射粉体总质量的25％)、6％的小粒径二氧化钛(即占反射粉体总质量的30％)、8％的硫酸钡(即占反射粉体总质量的40％)和1％的聚四氟乙烯(即占反射粉体总质量的5％)。
实施例8
本发明的实施例8提供一种宽波段反射涂料，与实施例1的区别在于，各组分的具体比例不同，具体如下：
其中，反射粉体占涂料总质量的30％，包括7％的大粒径二氧化钛(即占反射粉体总质量的23.3％)、10％的小粒径二氧化钛(即占反射粉体总质量的33.3％)、12％的硫酸钡(即占反射粉体总质量的40％)和1％的聚四氟乙烯(即占反射粉体总质量的3.4％)。
实施例9
本发明的实施例9提供一种宽波段反射涂料，与实施例1的区别在于，各组分的具体比例不同，具体如下：
其中，反射粉体占涂料总质量的30％，包括7％的大粒径二氧化钛(即占反射粉体总质量的23.3％)、10％的小粒径二氧化钛(即占反射粉体总质量的33.3％)、12％的硫酸钡(即占反射粉体总质量的40％)和1％的聚四氟乙烯(即占反射粉体总质量的3.4％)。
实施例10
本发明的实施例10提供一种宽波段反射涂料，与实施例1的区别在于，各组分的具体比例不同，具体如下：
其中，反射粉体占涂料总质量的30％，包括10％的大粒径二氧化钛(即占反射粉体总质量的33.3％)、7％的小粒径二氧化钛(即占反射粉体总质量的23.3％)、12％的硫酸钡(即占反射粉体总质量的40％)和1％的聚四氟乙烯(即占反射粉体总质量的3.4％)。
以上是对本发明的较佳实施例进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种宽波段反射涂料，其特征在于，包括水性树脂、反射粉体和溶剂，基于所述反射粉体的总质量，所述反射粉体包括15-25％的大粒径二氧化钛、20-35％的小粒径二氧化钛、30-41％的硫酸钡、2-14％的聚四氟乙烯，所述大粒径二氧化钛的粒径为50-60μm，所述小粒径二氧化钛的粒径为1.5-2μm。
2.根据权利要求1所述的宽波段反射涂料，其特征在于，所述小粒径二氧化钛包括第一二氧化钛微粒和依次包覆在所述第一二氧化钛微粒表面的铝氧化物和硅氧化物。
3.根据权利要求1所述的宽波段反射涂料，其特征在于，所述大粒径二氧化钛包括第二二氧化钛微粒和依次包覆在所述第二二氧化钛微粒表面的铝氧化物和硅氧化物。
4.根据权利要求1所述的宽波段反射涂料，其特征在于，所述大粒径二氧化钛和所述小粒径二氧化钛的晶型为金红石型。
5.根据权利要求1所述的宽波段反射涂料，其特征在于，所述硫酸钡的粒径为50-100μm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的宽波段反射涂料，其特征在于，基于所述宽波段反射涂料的总质量，所述水性树脂占20-40％、所述反射粉体占20-40％。
7.根据权利要求6所述的宽波段反射涂料，其特征在于，所述水性树脂为水性丙烯酸树脂、聚氨酯分散体、水性环氧树脂、水性聚脲、水性聚酯中的至少一种。
8.根据权利要求6所述的宽波段反射涂料，其特征在于，还包括助剂，所述助剂为流平剂、消泡剂、润湿剂中的至少一种。
9.一种反光器件，其特征在于，包括反射涂层，所述反射涂层包括权利要求1-8任一项所述的宽波段反射涂料。
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