CN110628325A - 一种辐射制冷涂层 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种辐射制冷涂层，包括反射隔热层以及设置在反射隔热层上的罩面保护层，反射隔热层包括耐高温基材、耐高温辐射制冷颜填料以及其他助剂，反射隔热层对可见光以及红外光具有大于80%的反射率，并在大气窗口波段的红外发射率大于80%。本发明的辐射制冷涂层能够降低基体的温度，保证设备在高温下正常运行，节约能耗，延长高温设备的使用寿命。

Description

一种辐射制冷涂层

技术领域

本发明涉及辐射制冷技术领域，尤其涉及一种辐射制冷涂层及其制备方法。

背景技术

目前常用的热防护手段主要有两种，一种是使用铝、钛等耐高温的合金或陶瓷，另一种是在金属表面涂覆耐高温涂层，将设备表面与高温环境隔绝，以延缓或阻断设备金属表面在高温下的氧化和腐蚀。相对于第一种防护手段，涂层防护因具有成本低、施工简便等优点而备受青睐。

耐高温涂料主要分为无机耐高温涂料和有机耐高温涂料。无机耐高温涂料主要有陶瓷涂料、硅酸盐涂料、富锌底漆以及石墨烯涂料。有机耐高温涂料以硅树脂或硅树脂复配其他树脂为成膜物，添加耐高温的金属粉或金属氧化物、耐高温无机颜填料以及其他助剂后混合分散研磨而成。

但是，现有的耐高温涂料本身导热较高，使用时本身温度较高，容易出现龟裂以及附着力下降，进而导致涂层脱落。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种辐射制冷涂层及其制备方法，解决现有技术中耐高温涂层在高温下容易脱落的问题。

为达到以上目的，本发明提供一种辐射制冷涂层，包括反射隔热层以及设置在所述反射隔热层上的罩面保护层，所述反射隔热层包括耐高温基材、耐高温辐射制冷颜填料以及其他助剂，所述反射隔热层对可见光以及红外光具有大于80%的反射率，并在大气窗口波段的红外发射率大于80%，所述的辐射制冷涂层在温度为-40℃~500℃的环境中长期使用无龟裂、脱落现象。

在其中一些实施例中，所述反射隔热层的厚度为100μm~300μm，所述罩面保护层的厚度为20μm~50μm。

在其中一些实施例中，所述反射隔热层包括10~50质量份的耐高温基材、20~50质量份的耐高温辐射制冷颜填料以及1~15质量份的其他助剂。

在其中一些实施例中，所述耐高温基材选自无机硅酸盐类树脂、有机硅树脂或无机有机杂化树脂。进一步地，所述耐高温基材为无机有机杂化树脂。

在其中一些实施例中，所述耐高温基材为水性乳胶，其粒径分布为双峰分布，即所述耐高温基材包括大粒径乳胶颗粒以及小粒径乳胶颗粒，所述小粒径乳胶颗粒的粒径为50nm~200nm，所述大粒径乳胶颗粒的粒径为500nm~800nm。

在其中一些实施例中，所述耐高温辐射制冷颜填料包括硅酸铝、珠光粉、二氧化硅、重钙粉、硫酸钡、滑石粉、钛白粉、硫化锌、陶瓷粉、陶瓷微珠、玻璃微珠、氧化锆、氧化镁、氧化铁、铁黑、钴蓝等中的一种或几种，所述耐高温辐射制冷颜填料的粒径为0.1μm~5μm。

在其中一些实施例中，所述反射隔热层对可见光以及红外光具有大于90%的反射率，并在大气窗口波段的红外发射率大于90%。

在其中一些实施例中，所述罩面保护层包括耐高温罩面基材，所述耐高温罩面基材选自无机硅酸盐类树脂、有机硅树脂或无机有机杂化树脂。

在其中一些实施例中，所述罩面保护层包括二氧化钛溶胶以及硅溶胶，所述罩面保护层还包括柔性硅树脂和/或柔性偶联剂。

在其中一些实施例中，所述罩面保护层包括2~5质量份的二氧化钛溶胶、20~30质量份的硅溶胶、40~60质量份的硅树脂和/或柔性偶联剂。

在其中一些实施例中，所述二氧化钛溶胶为具有光催化活性的锐钛型二氧化钛溶胶。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：（1）辐射制冷涂层适合应用在长期处于高温环境且需要散热的设备表面，辐射制冷涂层在高温下使用时，其涂层无龟裂、脱落现象；（2）辐射制冷涂层能够降低设备的温度，保证设备在高温下正常运行，节约能耗，延长高温设备的使用寿命。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本申请的说明书和权利要求书中，当一个元件（如层、膜或区域）被称作“在”另外的元件“上”时，其可直接在所述另外的元件上或者还可存在中间元件。相反，当一个元件被称作“直接在”另外的元件“上”时，则不存在中间元件。

本发明的辐射制冷涂层包括反射隔热层以及设置在反射隔热层上的罩面保护层。

反射隔热层包括耐高温基材、耐高温辐射制冷颜填料以及其他助剂。

耐高温基材为无机耐高温基材或有机耐高温基材。无机耐高温基材可以是但不限于无机硅酸盐类树脂，所述无机硅酸盐类树脂包括但不限于无机磷酸盐类、无机陶瓷树脂。有机耐高温基材可以是但不限于有机硅树脂、无机有机杂化树脂。其中，有机硅树脂可以是但不限于聚烷基有机硅树脂、聚芳基有机硅树脂、聚烷基芳基有机硅树脂、各类改性有机硅树脂。

在一些实施例中，耐高温基材为水性乳胶，优选水性乳胶颗粒的粒径为双峰分布，也即耐高温基材包括大粒径乳胶颗粒和小粒径乳胶颗粒，小粒径乳胶颗粒的粒径为50nm~200nm，大粒径乳胶颗粒的粒径为500nm~800nm。采用双峰分布的水性乳胶作为耐高温基材，有利于提高辐射制冷涂层的对可见光以及红外光的反射率，还有利于提高辐射制冷涂层在大气窗口波段（7μm~14μm）的红外发射率。

耐高温辐射制冷颜填料用于提高反射隔热层对热的反射以及赋予反射隔热层被动降温的功能。耐高温辐射制冷颜填料对可见光以及红外光具大于80%的反射率，同时其大气窗口（7μm~14μm）红外发射率大于80%，耐高温辐射制冷颜填料包括但不限于硅酸铝、珠光粉、二氧化硅、重钙粉、硫酸钡、滑石粉、钛白粉、硫化锌、陶瓷粉、陶瓷微珠、玻璃微珠、氧化锆、氧化镁、铁黑、氧化铁、钴蓝等中的一种或几种，且耐高温辐射制冷颜填料的粒径为0.1μm~5μm。耐高温辐射制冷颜填料优选为陶瓷粉、钛白粉、氧化硅、硫酸钡、氧化锆、氧化镁中的一种或几种。若需制备有色的反射隔热层，则耐高温辐射制冷颜填料包括铁黑，氧化铁，钴蓝等中的一种或几种，当粒径范围优选为0.5μm ~1μm时，其反射和发射效果较为优异。

其他助剂包括但不限于成膜助剂、消泡剂、润湿分散剂、流平剂、增稠剂等。

在一些实施例中，反射隔热层包括10~50质量份的耐高温基材、20~50质量份的耐高温辐射制冷颜填料以及1~15质量份的其他助剂。

在一个实施例中，反射隔热层的制备方法为：

A1，将20~50质量份的耐高温辐射制冷颜填料，1~5质量份的成膜助剂，0.1~5质量份的消泡剂、润湿分散剂和流平剂分散均匀在水中形成浆料，利用球磨机使浆料中的填料进一步分散，得到粉料细度合适的第一体系；

A2，向第一体系中加入10~50质量份的耐高温基材和0.1~5质量份的增稠剂，分散均匀得到第二体系；

A3，将第二体系涂覆（刷涂、辊涂或喷涂）于基材，干燥后制得反射隔热层。

反射隔热层的热反射率可达到90%以上，大气窗口（7μm~14μm）红外发射率可达到90%以上，可以有效地防止高温设备的涂层长期在高温环境中使用时，容易开裂脱落的问题。

在一些实施例中，罩面保护层包括耐高温罩面基材，耐高温罩面基材为无机耐高温基材或有机耐高温基材。无机耐高温基材可以是但不限于无机硅酸盐类树脂，所述无机硅酸盐类树脂包括但不限于无机磷酸盐类树脂、无机陶瓷树脂。有机耐高温基材可以是但不限于有机硅树脂、无机有机杂化树脂。其中，有机硅树脂可以是但不限于聚烷基有机硅树脂、聚芳基有机硅树脂、聚烷基芳基有机硅树脂、各类改性有机硅树脂。

在另一些实施例中，罩面保护层包括二氧化钛溶胶以及硅溶胶，罩面保护层还包括柔性硅树脂和/或柔性偶联剂。二氧化钛溶胶、硅溶胶为无机成分，将其加入罩面保护层中，可以解决普通的有机物罩面易被分解的问题。其中二氧化钛溶胶为具有光催化活性的锐钛型二氧化钛溶胶，其可以分解环境中的部分无机物、甲醛等有机物，起到净化空气的作用。此外，二氧化钛溶胶可以吸收利用紫外线，阻止紫外光加速底漆的老化，所述的罩面保护层对紫外线的阻隔率达到80%以上。柔性硅树脂和/或柔性偶联剂有利于增加罩面的韧性，可以解决普通无机罩面层脆性的问题。该罩面保护层还具有较好的自洁能力。

进一步地，罩面保护层中包括2~5质量份的二氧化钛溶胶、20~30质量份的硅溶胶、40~60质量份的硅树脂和/或柔性偶联剂。

在一个实施例中，罩面保护层的制备方法为：

B1，将20~30质量份的硅溶胶、2~5质量份的纳米二氧化钛溶胶加入水中，混合均匀，得第三体系；

B2，向第三体系中加入40~60质量份的柔性硅树脂和/或柔性偶联剂、0.5~1质量份的消泡剂和润湿剂，混合均匀得第四体系；

B3，将第四体系涂覆（刷涂、辊涂或喷涂）于反射隔热层100上，干燥后制得罩面保护层。

在一些实施例中，反射隔热层的厚度为100μm~300μm，罩面保护层的厚度为20μm~50μm。

本发明的辐射制冷涂层的耐温范围为-40℃~500℃。进一步地，所述辐射制冷涂层的耐温范围为常温~500℃，更进一步的所述辐射制冷涂层的耐温范围为200℃~500℃。换而言之，本发明提供的辐射制冷涂层耐受的温度可以高达500℃，以保证涂层在高达500℃的高温环境中长期使用时不出现龟裂、脱落等现象。

本发明的辐射制冷涂层可以应用于高温电机、变压器、发动机外壳、高温炉的排烟管道等。本发明的辐射制冷涂层能够降低基体的温度，保证设备在高温下正常运行，节约能耗，延长高温设备的使用寿命。

【实施例1】

（1）制备反射隔热层：将20质量份的二氧化钛、20质量份的耐高温辐射制冷颜填料（SiO₂，粒径2μm）、3质量份的成膜助剂、0.5质量份的消泡剂、0.5质量份的润湿分散剂和0.5质量份的流平剂低速分散均匀在水中得到浆料，利用球磨机研磨至合适的细度，得到第一体系；向第一体系中加入30质量份的有机硅树脂和3质量份的增稠剂，分散均匀得到第二体系；将第二体系涂覆于镀锌板上，干燥后在镀锌板表面制得厚度为150μm的反射隔热层。

（2）制备罩面保护层：将20质量份的硅溶胶、5质量份的纳米二氧化钛溶胶加入水中，混合均匀，得第三体系；向第三体系中加入50质量份的十八烷基三甲氧基硅烷、1质量份的消泡剂和润湿剂，混合均匀得第四体系；将第四体系涂覆（刷涂、辊涂或喷涂）于步骤（1）的反射隔热层上，干燥后制得厚度为20μm的罩面保护层。

【实施例2】

实施例2与实施例1的区别在于反射隔热层的厚度为200μm。

【实施例3】

实施例3与实施例1的区别在于反射隔热层的厚度为250μm。

【实施例4】

实施例4与实施例1的区别在于反射隔热层的厚度为300μm。

【实施例5】

（1）制备反射隔热层：将20质量份的氧化铝、20质量份的耐高温辐射制冷颜填料（SiO₂，粒径2μm）、3质量份的成膜助剂、0.5质量份的消泡剂、0.5质量份的润湿分散剂和0.5质量份的流平剂低速分散均匀在水中，利用球磨机研磨至合适的细度，得到第一体系；向第一体系中加入10~50质量份的无机有机硅杂化树脂和0.1~5质量份的增稠剂，分散均匀得到第二体系；将第二体系涂覆于镀锌板上，干燥后在镀锌板表面制得厚度为150μm的反射隔热层。

（2）制备罩面保护层：将有机硅涂覆于步骤（1）的反射隔热层，形成厚度为20μm的罩面保护层。

【实施例6】

（1）制备反射隔热层：将20质量份的二氧化钛、20质量份的耐高温辐射制冷颜填料（SiO₂，粒径2μm）、3质量份的成膜助剂、0.5质量份的消泡剂、0.5质量份的润湿分散剂和0.5质量份的流平剂低速分散均匀在水中得到浆料，利用球磨机研磨至合适的细度，得到第一体系；向第一体系中加入30质量份的水性乳胶和3质量份的增稠剂，分散均匀得到第二体系，其中，水性乳胶中的乳胶颗粒为双峰分布，小粒径乳胶颗粒的粒径为50nm~200nm，大粒径乳胶颗粒的粒径为500nm~800nm；将第二体系涂覆于镀锌板上，干燥后在镀锌板表面制得厚度为150μm的反射隔热层。

【实施例7】

（1）制备反射隔热层：将20质量份的二氧化钛、20质量份的耐高温辐射制冷颜填料（SiO₂，粒径2μm）、3质量份的成膜助剂、0.5质量份的消泡剂、0.5质量份的润湿分散剂和0.5质量份的流平剂低速分散均匀在水中得到浆料，利用球磨机研磨至合适的细度，得到第一体系；向第一体系中加入30质量份的水性乳胶和3质量份的增稠剂，分散均匀得到第二体系，其中，水性乳胶中的乳胶颗粒为单峰分布，乳胶颗粒的粒径为100nm~500nm；将第二体系涂覆于镀锌板上，干燥后在镀锌板表面制得厚度为150μm的反射隔热层。

（2）制备罩面保护层：将20质量份的硅溶胶、5质量份的纳米二氧化钛溶胶加入水中，混合均匀，得第三体系；向第三体系中加入50质量份的十八烷基三甲氧基硅烷、1质量份的消泡剂和润湿剂，混合均匀得第四体系；将第四体系涂覆（刷涂、辊涂或喷涂）于步骤（1）的反射隔热层上，干燥后制得厚度为20μm的罩面保护层。

【对比例1】

（1）将20质量份的二氧化钛、20质量份的粒径为5μm~40μm的纳米二氧化硅填料、3质量份的成膜助剂、0.5质量份的消泡剂、0.5质量份的润湿分散剂和0.5质量份的流平剂低速分散均匀在水中，利用球磨机研磨至合适的细度，得到第一体系；向第一体系中加入10~50质量份的耐高温基材和0.1~5质量份的增稠剂，分散均匀得到第二体系；将第二体系涂覆于基材上，干燥后在基材表面制得耐高温层。

（2）将20质量份的硅溶胶、5质量份的纳米二氧化钛溶胶加入水中，混合均匀，得第三体系；向第三体系中加入50质量份的十八烷基三甲氧基硅烷、1质量份的消泡剂和润湿剂，混合均匀得第四体系；将第四体系涂覆（刷涂、辊涂或喷涂）于耐高温层上，干燥后制得罩面保护层。

【对比例2】

对比例2与实施例1的区别在于，制备罩面保护层时，未添加纳米二氧化钛溶胶。

【对比例3】

对比例3与实施例1的区别在于，制备反射隔热层时，未添加辐射制冷填料。

对各实施例以及对比例在步骤（1）中制得的反射隔热层进行反射率R的测试以及红外发射率E测试。测试方法如下：

将设有反射隔热层的样品放进光度计，例如Perkin Elmer， Lambda 950型UV/Vis/NIRSpectrometer（紫外/可见/近红外分光光度计）中，测量波长范围为300nm~2500nm波段中样品的反射率R；

将设有反射隔热层的样品放进反射计，例如SOC-100 Hemispherical DirectionalReflectometer（SOC-100半球形定向反射计），测试7μm~14μm波长的红外发射率E。

对各实施例以及对比例依据步骤（1）和（2）制得的样品进行附着力、耐热性、耐盐雾性、耐汽油、柔韧性、耐冲击性的测试。

附着力的测试方法为：在150mm×70mm×4mm的喷砂钢板上依次制备反射隔热层以及罩面保护层，养护168h；按GB/T 9286-1998的规定进行，用单刃刀具沿样板长边的平行和垂直方向各平行切割3道，每道间隔为3mm，网格数为4格，进行胶带撕离试验。

耐热性的测试方法：参照GB/T1735—2009在4块薄钢板上依次制备反射隔热层以及罩面保护层，待涂料实干后，将3块涂料样板放置于400℃的鼓风恒温箱或高温炉内24h，将样板拿出，与原始样板对比，同时检查有无起层、皱皮、鼓泡、开裂、变色等现象。

耐盐雾性的测试方法：在薄钢板上依次制备反射隔热层以及罩面保护层，待涂料实干后，参照GB/T 1771-2007测试样品的耐盐雾性，要求240 h后不起泡、不起皱、不脱落、不开裂。

耐汽油的测试方法：在薄钢板上依次制备反射隔热层以及罩面保护层，待涂料实干后，参照GB/T 1734，将样品浸于RH-75汽油中24h，取出放置1h后观察，要求样品不起泡，不变软。

柔韧性的测试方法：在120mm×25mm×0.2~0.3mm马口铁上制备罩面保护层，干漆膜厚度≤30μm，养护7d后，按GB/T 1734规定进行，双手将试板漆膜朝上，紧压于规定直径的轴棒上，在2~3秒内，绕轴棒弯曲试板，弯曲后，用4倍放大镜观察漆膜是否产生网纹，裂纹及剥落等破坏现象。

耐冲击性的测试方法：在120mm×50mm×0.3mm马口铁上依次制备反射隔热层以及罩面保护层，养护7d，按GB/T 1734规定进行，将涂漆试板漆膜朝上平放在铁砧上，重锤固定在某一高度，自由落于试板上，记录重锤落于试板上的位置，用4倍放大镜观察，漆膜有无裂纹，皱纹及剥落现象。

表1记录了各实施例以及对比例的各项测试结果。

表1

以上描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (11)

1.一种辐射制冷涂层，其特征在于，包括反射隔热层以及设置在所述反射隔热层上的罩面保护层，所述反射隔热层包括耐高温基材、耐高温辐射制冷颜填料以及其他助剂，所述反射隔热层对可见光以及红外光具有大于80%的反射率，并在大气窗口波段的红外发射率大于80%。

2.根据权利要求1所述的辐射制冷涂层，其特征在于，所述反射隔热层的厚度为100μm~300μm，所述罩面保护层的厚度为20μm~50μm。

3.根据权利要求1所述的辐射制冷涂层，其特征在于，所述反射隔热层包括10~50质量份的耐高温基材、20~50质量份的耐高温辐射制冷颜填料以及1~15质量份的其他助剂。

4.根据权利要求1所述的辐射制冷涂层，其特征在于，所述耐高温基材选自无机硅酸盐类树脂、有机硅树脂或无机有机杂化树脂。

5.根据权利要求4所述的辐射制冷涂层，其特征在于，所述耐高温基材为水性乳胶，其粒径分布为双峰分布，即所述耐高温基材包括大粒径乳胶颗粒以及小粒径乳胶颗粒，所述小粒径乳胶颗粒的粒径为50nm~200nm，所述大粒径乳胶颗粒的粒径为500nm~800nm。

6.根据权利要求1所述的辐射制冷涂层，其特征在于，所述耐高温辐射制冷颜填料包括硅酸铝、珠光粉、二氧化硅、重钙粉、硫酸钡、滑石粉、钛白粉、硫化锌、陶瓷粉、陶瓷微珠、玻璃微珠、氧化锆、氧化镁、氧化铁、铁黑、钴蓝中的一种或几种，所述耐高温辐射制冷颜填料的粒径为0.1μm~5μm。

7.根据权利要求1-6任一所述的辐射制冷涂层，其特征在于，所述反射隔热层对可见光以及红外光具有大于90%的反射率，并在大气窗口波段的红外发射率大于90%。

8.根据权利要求1-6任一所述的辐射制冷涂层，其特征在于，所述罩面保护层包括耐高温罩面基材，所述耐高温罩面基材选自无机硅酸盐类树脂、有机硅树脂或无机有机杂化树脂。

9.根据权利要求1-6任一所述的辐射制冷涂层，其特征在于，所述罩面保护层包括二氧化钛溶胶以及硅溶胶，所述罩面保护层还包括柔性硅树脂和/或柔性偶联剂。

10.根据权利要求9所述的辐射制冷涂层，其特征在于，所述罩面保护层包括2~5质量份的二氧化钛溶胶、20~30质量份的硅溶胶、40~60质量份的硅树脂和/或柔性偶联剂。

11.根据权利要求9所述的辐射制冷涂层，其特征在于，所述二氧化钛溶胶为具有光催化活性的锐钛型二氧化钛溶胶。