CN110484045A - 一种耐久型彩色近红外反射水性路用涂料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐久型彩色近红外反射水性路用涂料,包括以下重量份的各组分:改性丙烯酸乳液30~50份;去离子水10~30份;近红外反射型二氧化钛3~20份;金红石型钛白粉10~25份;添加剂和成膜助剂4~8份;无机氧化铁红颜料1~8份。与现有技术相比,本发明中耐久型彩色近红外反射水性路用涂料可选择性地反射近红外波段的太阳光而非可见光,有效提高路表反射率,降低路表温度,实现路面彩色涂装,避免眩光等视觉安全问题;近红外反射率高,明度低,耐久型优良,可应用于透水路面等多种路面类型。
Description
技术领域
本发明涉及新型涂料领域,尤其是涉及一种耐久型彩色近红外反射水性路用涂料及其制备方法和应用。
背景技术
当前,热岛效应日益严重,已成为危害人类社会、阻碍城市发展的主要气候问题之一。在我国典型城市区域面积内,道路面积占30%~40%,路表区域热环境对城市整体热环境具有显著影响。对道路本身来说,路表夏季最高温度可达到 60~70℃,易产生一系列高温病害,危害使用寿命。
提高路表反射率,能够有效降低道路温度,不仅可避免道路高温病害,而且对缓解城市区域热岛效应具有重要意义。太阳光作为短波辐射(200-3000nm),夏季辐射量在1000W/m2左右,可分为紫外线光、可见光和近红外光。其中,可见光和近红外光辐射占总辐射量的95%以上,但过度提高可见光反射率会引发眩光现象,危害行车及行人视觉安全。此外,在轮载作用与较复杂的户外条件下,白色或浅色涂层耐污染性差、眩光安全性差,无法适应当前路用涂层的需求。
因此,亟需开发一种耐久型近红外反射率高的彩色型降温涂层,从而有效弥补以上不足,具有较高的应用价值。
CN106380983A公开了一种弹性反射隔热涂料及其制备方法。所述方法包括如下步骤:先将纤维素在水中搅拌均匀,然后加入PH调节剂,分散剂,润湿剂,第一次加入的消泡剂,杀菌剂,再将钛白粉、填料和反射粉加入,经过高速分散把粉体研磨到合适细度后,加入弹性纯丙乳液、成膜助剂、防冻剂、增稠剂及第二次加入的消泡剂、将漆调整到合适粘度,经调色后打包分装。本发明的有益效果为:本发明的配方中使用了弹性建筑乳液,是采用紫外交联技术合成的乳液,具有优异的耐污性;同时又具有优异的耐候性,稳定性,耐水和耐碱性;反射粉有很强近红外反射率,能保证有色漆有较高的反射比。该技术方案单纯的考虑到反射隔热,而并未考虑到近红外反射率提高的前提下降低视觉光污染隐患。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种耐久型彩色近红外反射水性路用涂料及其制备方法和应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
一种耐久型彩色近红外反射水性路用涂料,包括以下重量份的各组分:
进一步地,上述耐久型彩色近红外反射水性路用涂料包括以下重量份的各组分:
进一步地,所述的改性丙烯酸乳液为有机硅改性丙烯酸乳液。
进一步地,所述的近红外反射型二氧化钛为平均粒径为1微米的晶型近红外反射型二氧化钛。
进一步地,所述的金红石型钛白粉的平均粒径为200~300nm。
进一步地,所述的添加剂包括水性消泡剂、聚氨酯类流平剂和聚羧酸钠盐类分散剂。
进一步地,所述的水性消泡剂为S-10型水性消泡剂;所述的聚氨酯类流平剂为RM2020型水性流平剂;所述的聚羧酸钠盐类分散剂为SN 5040聚羧酸钠盐类分散剂。
进一步地,所述的成膜助剂为酯醇12Texanol型成膜助剂。
普通彩色路面涂料及保护剂太阳总反射率为5%~20%,近红外波段反射率为10%~25%。本发明涉及的耐久型彩色近红外反射水性路用涂料总反射率为 40%~45%,近红外波段反射率为50%~60%,远高于普通彩色路面涂料及保护剂。明度值L*为45~55,为中低亮度涂层。用于路面涂装,能够有效降低路表温度且保证视觉安全。
涂层主要由基料、填料及颜料、添加剂组成。其中,涂层基料一般可分为油性及水性两种,即树脂、水性乳液两种。由于树脂涂层老化现象严重,不透水性导致其无法应用于多孔隙透水路面,有机挥发性化合物(VOC)含量高导致其容易造成环境污染,因此,选择水性乳液涂料,有利于减小环境污染、应用范围广。采用有机硅改性,有利于提高涂料的耐污性能与耐老化性能,更适于作为环境复杂的道路涂层。
根据波长不同,太阳光分为紫外光、可见光、近红外光。其中,可见光为波长范围在400-700nm之间的太阳光,占太阳辐射的45%,近红外光为波长范围在 700-2500nm之间的太阳光,占太阳辐射的50%。可见光部分的反射率与涂料颜色息息相关,涂层颜色越浅,可见光反射率越高。而近红外波段的太阳光并非人眼视觉可以感知的,与颜色无关。为了在保证一定的反射率的条件下实现较暗的颜色,只能选择优化近红外波段反射率。根据散射理论,选择与基料折射系数(硅丙乳液折射系数=1.48)差距更大的填料,能获得更好的反射效果,而近红外型反射填料、普通二氧化钛填料、氧化铁红的折射系数分别为2.63、2.60、1.85。根据能带理论,无机填料作为半导体材料,均在能隙范围内(band gap)吸收太阳光能,产生热量。计算可得近红外型反射填料、普通二氧化钛填料、氧化铁红的能隙分别为3.05ev、 3.32ev and 1.97ev,均超过了近红外光辐射对应的能带范围(0.5~1.7ev),对近红外光均不存在强吸收现象。因此,三者共同作用,可实现暗色高反射彩色涂层,保证降温效果与视觉安全特性。
涂料的添加剂一般用量较小,以避免涂层缺陷。水性消泡剂可降低涂膜表面张力,从而达到消泡的目的。分散剂用于保证颜填料在涂料中的均匀分散,提高颜填料的润湿作用。流平剂对提高涂层的均匀性及覆盖效果具有很大的作用。
本发明中耐久型彩色近红外反射水性路用涂料的制备方法,包括以下步骤:
将水性消泡剂、聚氨酯类流平剂、聚羧酸钠盐类分散剂1:1:1混合,搅拌均匀,得到助剂A;
将有机硅丙乳液和去离子水混合,搅拌均匀,制备得到成膜基料溶液B;
将近红外型二氧化钛、金红石型钛白粉、氧化铁红按比例混合后加入成膜基料溶液B中,搅拌均匀,得到混合溶液C;
向混合溶液C中加入助剂A和成膜助剂,搅拌均匀,制得彩色成品涂料。
本发明中耐久型彩色近红外反射水性路用涂料在路面材料上的应用,将彩色近红外反射水性路用涂料涂布于路面材料表面并常温固化24~48小时,实现选择性地反射近红外波段的太阳光、降低路表温度并提高路表反射率。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
1)本发明中耐久型彩色近红外反射水性路用涂料可选择性地反射近红外波段的太阳光而非可见光,有效提高路表反射率,降低路表温度,实现路面彩色涂装,避免眩光等视觉安全问题。
2)本发明中耐久型彩色近红外反射水性路用涂料近红外反射率高,明度低,耐久型优良,可应用于透水路面等多种路面类型。
附图说明
图1为本发明实施例彩色近红外反射涂层的反射太阳光谱图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
本实施例使用以下配方实现耐久型彩色近红外反射水性路用涂料的配制:
本实施例中乳液为有机硅改性丙烯酸乳液(中国石化公司)。
本实施例中近红外反射型二氧化钛为平均粒径为1微米的晶型近红外反射型二氧化钛(ALTRIS 800,美国亨斯迈公司)。
本实施例中金红石型钛白粉为平均粒径为200~300nm的普通金红石型钛白粉(B101,澳洲科美基公司)。
本实施例中分散剂为聚羧酸钠盐类分散剂(SN 5040,中国台湾中亚),流平剂为水性氨酯类流平剂(RM 2020,美国罗门哈斯公司),消泡剂为水性消泡剂(S-10,上海文华化工颜料有限公司),成膜助剂为酯醇成膜助剂(12Texanol型,美国伊士曼公司)。其中添加剂由水性消泡剂、聚氨酯类流平剂、聚羧酸钠盐类分散剂、无水乙醇1:1:1:1混合而成。
本实施例中无机颜料为氧化铁红颜料(上海倍墨实业有限公司)。
具体制备过程如下:
(1)将水性消泡剂、聚氨酯类流平剂、聚羧酸钠盐类分散剂1:1:1混合,中速搅拌10分钟。
(2)将有机硅丙乳液和1/2无水乙醇混合,中速搅拌10分钟,制备得到成膜基料溶液。
(3)将近红外型二氧化钛、金红石型钛白粉、氧化铁红按比例混合后加入上述溶液中高速搅拌(转速150-200转/min)10-15分钟。
(4)加入剩余无水乙醇及一开始制备的添加剂(水性消泡剂、聚氨酯类流平剂、聚羧酸钠盐类分散剂)及成膜助剂,采用高速搅拌机搅拌15-30分钟(转速 150-200转/min),制得彩色所需涂料。
(5)将以上涂料涂布于路面材料表面并常温固化24-48小时,得到彩色近红外反射水性路用涂料。
检测数据如下:
光学性能上,近红外反射率接近60%,而亮度指数L*在60以下,参考《建筑反射隔热涂料》(JG/T235-2014),属于中低亮度涂层。路用耐久性能上,参考《公路工程质量检验评定标准》(JTG F80/1-2012),高速公路及一级公路要求在标准温度20℃条件下,BPN值大于45,满足抗滑性要求。参考《稀浆混合料湿轮磨耗试验》(T0752-2011)中微表处的磨耗WTAT值应小于540g/m2,此实施例试验结果远小于此。
实施例2
本实施例使用以下配方实现耐久型彩色近红外反射水性路用涂料的配制:
本实施例中材料型号与来源于实施例1相同,具体制备过程与实施例1相同。
检测数据如下:
光学性能上,近红外反射率接近60%,而亮度指数L*在60以下,参考《建筑反射隔热涂料》(JG/T235-2014),属于中低亮度涂层。路用耐久性能上,参考《公路工程质量检验评定标准》(JTG F80/1-2012),高速公路及一级公路要求在标准温度20℃条件下,BPN值大于45,满足抗滑性要求。参考《稀浆混合料湿轮磨耗试验》(T0752-2011)中微表处的磨耗WTAT值应小于540g/m2,此实施例试验结果远小于此。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改,并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于上述实施例,本领域技术人员根据本发明的揭示,不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种耐久型彩色近红外反射水性路用涂料,其特征在于,包括以下重量份的各组分:
2.根据权利要求1所述的一种耐久型彩色近红外反射水性路用涂料,包括以下重量份的各组分:
3.根据权利要求1所述的一种耐久型彩色近红外反射水性路用涂料,其特征在于,所述的改性丙烯酸乳液为有机硅改性丙烯酸乳液。
4.根据权利要求1所述的一种耐久型彩色近红外反射水性路用涂料,其特征在于,所述的近红外反射型二氧化钛为平均粒径为1微米的晶型近红外反射型二氧化钛。
5.根据权利要求1所述的一种耐久型彩色近红外反射水性路用涂料,其特征在于,所述的金红石型钛白粉的平均粒径为200~300nm。
6.根据权利要求2所述的一种耐久型彩色近红外反射水性路用涂料,其特征在于,所述的添加剂包括水性消泡剂、聚氨酯类流平剂和聚羧酸钠盐类分散剂。
7.根据权利要求6所述的一种耐久型彩色近红外反射水性路用涂料,其特征在于,所述的水性消泡剂为S-10型水性消泡剂;所述的聚氨酯类流平剂为RM 2020型水性流平剂;所述的聚羧酸钠盐类分散剂为SN 5040聚羧酸钠盐类分散剂。
8.根据权利要求2所述的一种耐久型彩色近红外反射水性路用涂料,其特征在于,所述的成膜助剂为酯醇12Texanol型成膜助剂。
9.一种权利要求1中耐久型彩色近红外反射水性路用涂料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
将水性消泡剂、聚氨酯类流平剂、聚羧酸钠盐类分散剂1:1:1混合,搅拌均匀,得到助剂A;
将有机硅丙乳液和去离子水混合,搅拌均匀,制备得到成膜基料溶液B;
将近红外型二氧化钛、金红石型钛白粉、氧化铁红按比例混合后加入成膜基料溶液B中,搅拌均匀,得到混合溶液C;
向混合溶液C中加入助剂A和成膜助剂,搅拌均匀,制得彩色成品涂料。
10.一种权利要求1中耐久型彩色近红外反射水性路用涂料在路面材料上的应用,其特征在于,将彩色近红外反射水性路用涂料涂布于路面材料表面并常温固化24~48小时,实现选择性地反射近红外波段的太阳光、降低路表温度并提高路表反射率。
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