CN110734686A - 一种水性反射隔热涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水性反射隔热涂料及其制备方法，所述反射隔热涂料选用碳纳米管改性环氧树脂和有机硅改性氟碳乳液复配作为成膜物质，显著增强了漆膜的柔韧性、摩擦磨损性能，提高了漆膜的附着力；选择加入硅铝包膜改性纳米二氧化钛，赋予漆膜极高的耐候性和反射隔热性能；配合纳米氧化镱、高岭土、重钙等高硬度粒子，使得高硬度粒子在涂料成膜时被包嵌在上述成膜物质形成的致密漆膜中，当漆膜表面受到外界的摩擦时，高硬度粒子承担了大部分的摩擦力，减轻了涂料膜表面的磨耗作用，全面提升了漆膜的反射隔热性、耐磨性和耐洗刷性。本发明提供的反射隔热涂料，隔热温差达到17‑20℃，反射率达到90％以上，具有较高的实用价值。

Description

一种水性反射隔热涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑涂料技术领域，尤其涉及一种水性反射隔热涂料及其制备方法。
背景技术
太阳能是人类生存和生活的必备条件，但由于物体吸收太阳的强烈辐射引起表面温度过高，会给人们的生活带来诸多问题。炎热的夏季，太阳光照射在建筑表面会使其内部温度升高，增加空调系统的负担，从而增加能源消耗和二氧化碳排放量。近年来，因搭建周期短、对承重结构要求低、可大跨度搭建等特点，彩钢屋面被广泛应用于大型厂房、办公楼和市政场馆等设施的建设。
太阳照射后，由于彩钢瓦面的迅速聚热升温而引起的温差变形，是导致彩钢屋面翘曲、空洞、渗水等问题的主要原因。将反射型隔热涂料刷在彩钢瓦的表面以提高彩钢屋面对太阳光的反射比和发射率，是解决上述问题的有效手段。但是，目前市场上隔热涂料主要采用玻璃微珠或陶瓷微珠等填料，虽然能够满足标准要求，但是隔热原理单一，阻隔性能不佳，不易存储；而且，涂料的耐磨性和耐洗刷性较差，容易磨损与磨耗，导致涂膜厚度减薄，甚至产生露底现象，进而影响了彩钢瓦面的使用寿命。
发明内容
针对现有技术中水性反射涂料存在的隔热效果不佳、耐磨性和耐洗刷性较差的问题，本发明提供一种水性反射隔热涂料及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
一种水性反射隔热涂料，包括如下重量份数的原料组分：水性树脂乳液35-40份，硅铝包膜改性纳米二氧化钛25-40份，纳米氧化镱5-10份，纤维素0.3-0.35份，消泡剂0.2-0.3份，流平剂0.3-0.5份，分散剂0.6-0.8份，润湿剂0.15-0.2份，成膜助剂1.5-2.0份，pH调节剂0.1-0.15份，杀菌剂0.1-0.2份，增稠剂0.1-0.15份，防冻剂1.2-1.8份，高岭土3-5份，重钙10-15份和去离子水20-25份；
其中，所述水性树脂乳液为碳纳米管改性环氧树脂和有机硅改性氟碳乳液。
相对于现有技术，本发明提供的水性反射隔热涂料，选用碳纳米管改性环氧树脂和有机硅改性氟碳乳液复配作为成膜物质，不但显著增强了漆膜的柔韧性、摩擦磨损性能，提高了漆膜的附着力，同时，碳纳米管改性环氧树脂和有机改性氟碳乳液相互交联，使得制备的漆膜具有较高的致密度和耐温变性能；选择加入硅铝包膜改性纳米二氧化钛，赋予漆膜极高的耐候性和极高的反射隔热性能；配合纳米氧化镱、高岭土、重钙等高硬度粒子，使得高硬度粒子在涂料成膜时被包嵌在上述成膜物质形成的致密漆膜中，当漆膜表面受到外界的摩擦时，高硬度粒子承担了大部分的摩擦力，减轻了涂料膜表面的磨耗作用，同时也保护了基材免受刮伤，全面提升了漆膜的反射隔热性、耐磨性和耐洗刷性。本发明提供的反射隔热涂料具有良好的隔热性能，隔热温差达到17-20℃，对太阳光和近红外线的反射率均达到90％以上，耐洗刷性≥20000次，耐磨性≤18mg，具有隔热效果显著、耐磨性和耐洗刷性优异，以及成本较低等优点，具有较高的实用价值。
优选的，所述碳纳米管改性环氧树脂和有机硅改性氟碳乳液的质量比为1:8-12。
更优选的，所述碳纳米管改性环氧树脂为上海振誉生物科技有限公司生产；所述有机硅改性氟碳乳液为南京新派化工科技有限公司生产的XWF-902。
碳纳米管改性环氧乳液，可发挥碳纳米管和环氧树脂的协同增强和增韧的作用，包覆在环氧树脂表面的碳纳米管能够起到保护环氧树脂基体的作用，增强环氧树脂的耐磨性，分散于环氧树脂基体中的碳纳米管可以增强环氧树脂的韧性和耐老化性。
有机硅改性氟碳乳液XWF-902具有侧链包覆主链的结构，以及其中键能较大的C-F键、Si-O-Si键，可对聚合物内部分子起到很好的屏蔽保护作用，显著增强涂料的耐热性和耐水性。
优选的两种成膜树脂之间的配比，有利于提高漆膜的耐化学品性、耐磨性和耐热性。
优选的，所述硅铝包膜改性纳米二氧化钛的制备方法包括如下步骤：
将纳米二氧化钛分散于水中，得二氧化钛分散液；向所述二氧化钛分散液中加入分散剂，混合均匀，调节pH至9.3-9.7，得混合溶液；将所述混合溶液加热至85-90℃，加入硅酸钠溶液，调节pH至8.5-9.5，陈化1.5-2.5h，加入硫酸铝，混合均匀，调节pH至8.4-8.6，陈化3.5-4.5h，得所述硅铝包膜改性纳米二氧化钛。
优选的，所述二氧化钛分散液中二氧化钛的质量百分含量为20-30％。
优选的，所述分散剂的加入量为所述纳米二氧化钛质量的0.3-0.5％。
上述分散剂可为本领域常规的分散剂，如六偏磷酸钠等，对制备的硅铝包膜改性纳米二氧化钛的性能无明显影响。
优选的，所述硅酸钠溶液的质量浓度为35-45％，所述硅酸钠溶液的加入量为所述纳米二氧化钛质量的0.2-0.3％。
优选的，所述硫酸铝的加入量为所述纳米二氧化钛质量的2.5-3.5％。
通过硅铝包膜改性的纳米二氧化钛，由于外层包覆材料的折射率与内层二氧化钛的折射率不同，增加了太阳光以及红外线在包膜以及二氧化钛界面的反射与折射次数，提高了对热反射线的反射率，并且硅铝包膜改性后的纳米二氧化钛还可有效吸收空气中的红外辐射，并将该辐射能量反射出去，从而阻断热能通过漆膜达到彩钢瓦表面，使得涂料具有较好的隔热效果。硅铝包覆之后，可在纳米二氧化钛表面形成保护壳，有助于防止带电物质从二氧化钛中逸出，产生有害的自由基，从而提高涂料的耐候性。
所述纤维素为粘度为3000-4000mPa·S的乙基-羟乙基纤维素。
更优选的，所述纤维素为Akzo Nobel公司的EBS451FQ。
乙基-羟乙基纤维素EBS451FQ为抗酶性增强了的非离子型水溶性纤维素醚，其与本发明中优选的增稠剂和分散剂配合使用，可有效增强纳米氧化镱、高岭土、重钙以及硅铝包膜改性纳米二氧化钛在涂料体系中的分散均匀性，使上述无机粒子均匀包嵌于成膜树脂中，增强漆膜表面的的耐擦洗能力。
优选的，所述消泡剂为矿物油类消泡剂。
更优选的，所述消泡剂为日本诺普科的NXZ。
优选的消泡剂具有更好的消泡能力，更持久的抑泡时间，且对微泡极为有效，易添加且用于水性涂料的生产和使用时，不影响色彩接受度和光泽度，同时还具有改善涂料流动和流平的作用。
优选的，所述流平剂为聚氨酯类流平剂。
更优选的，所述流平剂为陶氏公司生产的RM-2020。
优选的流平剂具有近乎牛顿流体型的流变特性，可以明显减轻施工时的飞溅，同时改善拖刷感以及成膜性，最终确保漆膜具有完美的流平效果，而且其具有疏水作用，可以在漆膜干燥之后保持甚至提升漆膜的耐水性。
优选的，所述分散剂为聚丙烯酸铵盐类分散剂。
更优选的，所述分散剂为诺普科公司生产的SN-DISPERSANT 5027。
优选的分散剂，具有降低研磨料粘度、改善涂料的储存稳定性、增加光泽和流平性等特点，同时还能有效提高漆膜的耐水性，对本发明中纳米氧化镱、高岭土、重钙以及硅铝包膜改性纳米二氧化钛具有良好的分散作用，与本发明中的增稠剂、润湿剂相容性好，三者协同可有效改善漆膜的耐水性、对基材的润湿性和施工性。
优选的，所述润湿剂为聚氧乙烯烷基酚醚、聚氧乙烯脂肪醇醚或聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物中至少一种。
更优选的，所述润湿剂为科莱恩公司生产的LCN 407。
优选的润湿剂与本发明中增稠剂配伍使用，可增强纳米氧化镱、高岭土、重钙以及硅铝包膜改性纳米二氧化钛与体系的相容性，同时，还能改善涂料的抗刮擦性能。
优选的，所述成膜助剂为醇酯-12。
更优选的，所述成膜助剂为美国伊士曼的醇酯-12。
优选的成膜助剂可改善漆膜的成膜性能，提高漆膜的致密性和光泽度。
优选的，所述pH调节剂为AMP-95。
AMP-95，化学名称为2-氨基-2-甲基-1-丙醇，是一种多功能胺助剂。优选的pH值调节剂不但具有调节pH值的效果，而且本身是有机物质，具有一定的辅助成膜的特性。
优选的，所述杀菌剂为2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮。
优选的杀菌剂与微生物接触后，能迅速地不可逆地抑制其生长，从而导致微生物细胞的死亡，杀生效率高，降解性好，具有不产生残留、操作安全、配伍性好、稳定性强、使用成本低等特点，可显著延长涂料的存储期限。
优选的，所述防冻剂为丙二醇。
优选的，所述增稠剂为聚氨酯类增稠剂。
更优选的，所述增稠剂为陶氏公司生产的RM-8W。
优选的增稠剂，可增强涂料的流变性和抗流挂性，提供涂料均匀的成膜性能，改善涂料的可施工性。
本发明还提供了上述水性反射隔热涂料的制备方法，所述制备方法至少包括以下步骤：
步骤a，按照上述水性反射隔热涂料的设计配比称取各组分，将称取的纤维素、分散剂、润湿剂、防冻剂、pH调节剂、成膜助剂、杀菌剂和去离子水混合均匀，得第一浆料；
步骤b，向所述第一浆料中依次加入称取的铝硅包膜改性纳米二氧化钛、高岭土、重钙和纳米氧化镱，混和均匀，研磨至细度≤55μm，得第二浆料；
步骤c，向所述第二浆料中加入称取的水性树脂乳液、消泡剂和流平剂，混合均匀，加入增稠剂，调节粘度至25℃的斯托默粘度计为99-105KU，得所述水性反射隔热涂料。
上述制备方法操作简单，无复杂工序，也无需特殊的设备，成本低，适合工业化大规模生产，制备的水性反射隔热涂料具有硬度高、耐水性和耐磨性等性能优异的优点，尤其适用于作为彩钢瓦涂料，可阻止热射线透过涂料到达彩钢瓦表面，从而有效避免因彩钢瓦迅速聚热升温而引起的彩钢屋面翘曲、空洞、渗水等问题的出现，具有广阔的市场前景。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本发明实施例提供一种水性反射隔热涂料，包括如下重量份数的原料组分：水性树脂乳液35份，硅铝包膜改性纳米二氧化钛40份，纳米氧化镱8份，纤维素0.3份，消泡剂0.2份，流平剂0.5份，分散剂0.7份，润湿剂0.15份，成膜助剂1.8份，pH调节剂0.15份，杀菌剂0.15份，增稠剂0.1份，防冻剂1.2份，高岭土4份，重钙15份和去离子水25份；
其中，所述水性树脂乳液为碳纳米管改性环氧树脂和有机硅改性氟碳乳液。
其中，所述碳纳米管改性环氧树脂为上海振誉生物科技有限公司生产；所述有机硅改性氟碳乳液为南京新派化工科技有限公司生产的XWF-902；所述纳米氧化镱为北京德科岛金科技有限公司生产；所述纤维素为Akzo Nobel公司的EBS451FQ；所述消泡剂为日本诺普科的NXZ；所述流平剂为陶氏公司生产的RM-2020；所述分散剂为诺普科公司生产的SN-DISPERSANT 5027；所述润湿剂为科莱恩公司生产的LCN 407；所述成膜助剂为美国伊士曼的醇酯-12；所述pH调节剂为美国陶氏公司的AMP-95；杀菌剂为2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮，陶氏的RS；所述增稠剂为陶氏公司生产的RM-8W；防冻剂为中国石化生产的丙二醇；所述高岭土为山西金宇的煅烧高岭土DB80；所述重钙为广福的重质碳酸钙CC-700。
上述硅铝包膜改性纳米二氧化钛的制备方法包括如下步骤：
将纳米二氧化钛分散于水中，得浓度为30wt％的二氧化钛分散液；向所述二氧化钛分散液中加入纳米二氧化钛质量0.4wt％的分散剂，混合均匀，用AMP-95调节pH至9.3，得混合溶液；将所述混合溶液加热至88℃，加入浓度为40wt％的硅酸钠溶液，加入量为纳米二氧化钛质量的0.25wt％，用1mol/L的硫酸调节pH至9.5，陈化2h，加入纳米二氧化钛质量3.5wt％的硫酸铝，混合均匀，用1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH至8.6，陈化4h，得所述硅铝包膜改性纳米二氧化钛。
上述水性反射隔热涂料的制备步骤如下：
步骤a，按照上述水性反射隔热涂料的设计配比称取各组分，将称取的纤维素、分散剂、润湿剂、防冻剂、pH调节剂、成膜助剂、杀菌剂和去离子水混合均匀，得第一浆料；
步骤b，向所述第一浆料中依次加入称取的铝硅包膜改性纳米二氧化钛、高岭土、重钙和纳米氧化镱，混和均匀，研磨至细度≤55μm，得第二浆料；
步骤c，向所述第二浆料中加入称取的水性树脂乳液、消泡剂和流平剂，混合均匀，加入增稠剂，调节粘度至25℃的斯托默粘度计为99-105KU，得所述水性反射隔热涂料。
实施例2
本发明实施例提供一种水性反射隔热涂料，包括如下重量份数的原料组分：水性树脂乳液38份，硅铝包膜改性纳米二氧化钛25份，纳米氧化镱10份，纤维素0.33份，消泡剂0.3份，流平剂0.4份，分散剂0.8份，润湿剂0.18份，成膜助剂2.0份，pH调节剂0.1份，杀菌剂0.2份，增稠剂0.13份，防冻剂1.5份，高岭土3份，重钙12份和去离子水23份；
其中，所述水性树脂乳液为碳纳米管改性环氧树脂和有机硅改性氟碳乳液。
上述硅铝包膜改性纳米二氧化钛的制备方法包括如下步骤：
将纳米二氧化钛分散于水中，得浓度为20wt％的二氧化钛分散液；向所述二氧化钛分散液中加入纳米二氧化钛质量0.5wt％的分散剂，混合均匀，用AMP-95调节pH至9.5，得混合溶液；将所述混合溶液加热至85℃，加入浓度为45wt％的硅酸钠溶液，加入量为纳米二氧化钛质量的0.2wt％，用1mol/L的硫酸调节pH至8.5，陈化2.5h，加入纳米二氧化钛质量2.5wt％的硫酸铝，混合均匀，用1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH至8.4，陈化3.5h，得所述硅铝包膜改性纳米二氧化钛。
上述各组分的牌号、以及水性反射隔热涂料的制备步骤与实施例1相同，此处不再赘述。
实施例3
本发明实施例提供一种水性反射隔热涂料，包括如下重量份数的原料组分：水性树脂乳液40份，硅铝包膜改性纳米二氧化钛35份，纳米氧化镱5份，纤维素0.35份，消泡剂0.25份，流平剂0.3份，分散剂0.6份，润湿剂0.2份，成膜助剂1.5份，pH调节剂0.13份，杀菌剂0.1份，增稠剂0.15份，防冻剂1.8份，高岭土5份，重钙10份和去离子水20份；
其中，所述水性树脂乳液为碳纳米管改性环氧树脂和有机硅改性氟碳乳液。
上述硅铝包膜改性纳米二氧化钛的制备方法包括如下步骤：
将纳米二氧化钛分散于水中，得浓度为25wt％的二氧化钛分散液；向所述二氧化钛分散液中加入纳米二氧化钛质量0.3wt％的分散剂，混合均匀，用AMP-95调节pH至9.7，得混合溶液；将所述混合溶液加热至90℃，加入浓度为35wt％的硅酸钠溶液，加入量为纳米二氧化钛质量的0.3wt％，用1mol/L的硫酸调节pH至9.0，陈化1.5h，加入纳米二氧化钛质量3wt％的硫酸铝，混合均匀，用1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH至8.5，陈化4.5h，得所述硅铝包膜改性纳米二氧化钛。
上述各组分的牌号、以及水性反射隔热涂料的制备步骤与实施例1相同，此处不再赘述。
对比例1
本对比例提供一种水性反射隔热涂料，水性反射隔热涂料的各原料组分以及制备方法均与实施例3相同，不同的是将实施例3中的铝硅包膜改性纳米二氧化钛替换为纳米二氧化钛。
对比例2
本对比例提供一种水性反射隔热涂料，水性反射隔热涂料的各原料组分以及制备方法均与实施例3相同，不同的是将实施例3中的碳纳米管改性环氧树脂替换为苯丙乳液。
对以上实施例1-3和对比例1-2制备的水性反射隔热涂料进行性能测试(依据标准：JG/T 235-2014，GB/T 9755-2014)，结果见表1。
表1
Figure BDA0002268597550000101
将实施例1-3中的润湿剂替换为其他型号的聚氧乙烯烷基酚醚、聚氧乙烯脂肪醇醚或聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物中至少一种，基本可达到与实施例1-3中相当的技术效果。
综上所述，本发明提供的反射隔热涂料能对太阳光进行高反射，降低建筑屋顶屋面的温度，即使在阴天和夜晚涂料也能辐射热量，降低屋顶面温度，同时，在炎热的夏天，在阳光直射的情况下，总的隔热降温可以达到18℃以上，即使在下雨阴天也可以降温达到5℃以上，确保了物体内部空间能保持持久恒温的状态，提高居住舒适度，节能效果显著，节约室内空调耗电20-70％，且环保无污染，施工方便，使用时间长。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水性反射隔热涂料，其特征在于，包括如下重量份数的原料组分：水性树脂乳液35-40份，硅铝包膜改性纳米二氧化钛25-40份，纳米氧化镱5-10份，纤维素0.3-0.35份，消泡剂0.2-0.3份，流平剂0.3-0.5份，分散剂0.6-0.8份，润湿剂0.15-0.2份，成膜助剂1.5-2.0份，pH调节剂0.1-0.15份，杀菌剂0.1-0.2份，增稠剂0.1-0.15份，防冻剂1.2-1.8份，高岭土3-5份，重钙10-15份和去离子水20-25份；
其中，所述水性树脂乳液为碳纳米管改性环氧树脂和有机硅改性氟碳乳液。
2.如权利要求1所述的水性反射隔热涂料，其特征在于，所述碳纳米管改性环氧树脂和有机硅改性氟碳乳液的质量比为1:8-12。
3.如权利要求1或2所述的水性反射隔热涂料，其特征在于，所述硅铝包膜改性纳米二氧化钛的制备方法包括如下步骤：
将纳米二氧化钛分散于水中，得二氧化钛分散液；向所述二氧化钛分散液中加入分散剂，混合均匀，调节pH至9.3-9.7，得混合溶液；将所述混合溶液加热至85-90℃，加入硅酸钠溶液，调节pH至8.5-9.5，陈化1.5-2.5h，加入硫酸铝，混合均匀，调节pH至8.4-8.6，陈化3.5-4.5h，得所述硅铝包膜改性纳米二氧化钛。
4.如权利要求3所述的水性反射隔热涂料，其特征在于，所述二氧化钛分散液中二氧化钛的质量百分含量为20-30％；和/或
所述分散剂的加入量为所述纳米二氧化钛质量的0.3-0.5％。
5.如权利要求3所述的水性反射隔热涂料，其特征在于，所述硅酸钠溶液的质量浓度为35-45％，所述硅酸钠溶液的加入量为所述纳米二氧化钛质量的0.2-0.3％；和/或
所述硫酸铝的加入量为所述纳米二氧化钛质量的2.5-3.5％。
6.如权利要求1所述的水性反射隔热涂料，其特征在于，所述纤维素为粘度为3000-4000mPa·S的乙基-羟乙基纤维素；和/或
所述消泡剂为矿物油类消泡剂；和/或
所述流平剂为聚氨酯类流平剂。
7.如权利要求1所述的水性反射隔热涂料，其特征在于，所述分散剂为聚丙烯酸铵盐类分散剂；和/或
所述润湿剂为聚氧乙烯烷基酚醚、聚氧乙烯脂肪醇醚或聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物中至少一种。
8.如权利要求1所述的水性反射隔热涂料，其特征在于，所述成膜助剂为醇酯-12；和/或
所述pH调节剂为AMP-95；和/或
所述杀菌剂为2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮。
9.如权利要求1所述的水性反射隔热涂料，其特征在于，所述防冻剂为丙二醇；和/或
所述增稠剂为聚氨酯类增稠剂。
10.一种水性反射隔热涂料的制备方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
步骤a，按照权利要求1-9任一项所述水性反射隔热涂料的设计配比称取各组分，将称取的纤维素、分散剂、润湿剂、防冻剂、pH调节剂、成膜助剂、杀菌剂和去离子水混合均匀，得第一浆料；
步骤b，向所述第一浆料中依次加入称取的铝硅包膜改性纳米二氧化钛、高岭土、重钙和纳米氧化镱，混和均匀，研磨至细度≤55μm，得第二浆料；
步骤c，向所述第二浆料中加入称取的水性树脂乳液、消泡剂和流平剂，混合均匀，加入增稠剂，调节粘度至25℃的斯托默粘度计为99-105KU，得所述水性反射隔热涂料。
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