CN110746876A - 一种保温涂层材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种保温涂层材料及其制备方法，属于涂层制备技术领域。所述的保温涂层材料，由保温涂料制备形成，所述保温涂料，以重量份为单位，包括以下原料：主料78‑136份、丙烯酸聚合物空心球43‑82份、水95‑158份、增稠剂2‑4份、颜料3‑12份、填充剂2‑18份、分散剂3‑6份、消泡剂2‑5份、防腐剂1‑3份、HSH‑280聚醚多元醇12‑20份、PEG‑1500聚乙二醇4‑8份、200‑300目可膨胀石墨3‑5份、纳米氧化锌4‑9份。本发明与现有技术相比，保温涂层材料的热导率明显降低、极限氧指数明显提高，分别至少降低了40％和提高了39.40％，说明本发明的涂层材料性能更加优异。

Description

一种保温涂层材料及其制备方法
【技术领域】
本发明属于涂层制备技术领域，具体涉及一种保温涂层材料及其制备方法。
【背景技术】
使建筑物具有隔热保温作用不仅能够节约能源，还能提高居住质量。据统计，建筑能耗在整个能源消耗中所占比例一般在30-40％，而且大多数是在取暖和降温方面的能耗，而隔热保温涂料作为建筑节能的一个重要部分，已成为行业研究的热门课题，受到世界各国的重视。然而，现有的涂料的保温效果仍然较差，不能满足人们的需要。
中国发明专利文献“保温涂料及其制备方法和保温涂层(专利号：ZL201510355482.7)”公开了一种保温涂料及其制备方法和保温涂层。保温涂料按照质量份数包括如下组分：15-30份的主料、3-22份的丙烯酸聚合物空心球、15-40份的水及0.5-1.5份的增稠剂，其中，主料为弹性伸长率在800％以上、玻璃化温度为-10℃以下的聚合物树脂。该保温涂料的防水效果较好，但是存在保温及阻燃效果较差的问题。
【发明内容】
本发明提供一种保温涂层材料及其制备方法，以解决在中国发明专利文献“保温涂料及其制备方法和保温涂层(专利号：ZL201510355482.7)”公开的保温涂层材料配方基础上，如何通过优化组分、用量、方法，提高涂层的保温及阻燃效果的技术问题。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种保温涂层材料，由保温涂料制备而成，所述保温涂料，以重量份为单位，包括以下原料：主料78-136份、丙烯酸聚合物空心球43-82份、水95-158份、增稠剂2-4份、颜料3-12份、填充剂2-18份、分散剂3-6份、消泡剂2-5份、防腐剂1-3份、HSH-280聚醚多元醇12-20份、PEG-1500聚乙二醇4-8份、200-300目可膨胀石墨3-5份、纳米氧化锌4-9份。
进一步地，所述主料为水性聚氨酯树脂，弹性伸长率为1000％以上、玻璃化温度为-8℃以下。
进一步地，所述丙烯酸聚合物空心球为甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯的共聚物空心球，粒径为1-16μm。
进一步地，所述增稠剂为羟乙基纤维素。
进一步地，所述颜料为吲哚啉。
进一步地，所述填充剂为200-300目碳酸钙。
进一步地，所述分散剂为sn-5040分散剂。
进一步地，所述消泡剂为对甲苯磺酰肼。
进一步地，所述防腐剂为苯并异噻唑啉酮。
本发明还提供一种保温涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将PEG-1500聚乙二醇熔融成液状后，与HSH-280聚醚多元醇、主料、丙烯酸聚合物空心球、水、颜料、填充剂、分散剂一起加入到反应釜中，在转速为400-600r/min下搅拌45-60min，接着在速度为90-120mL/min下加入发泡剂，在转速为500-700r/min下搅拌8-12min，制得均匀物料；
S2：将增稠剂加入步骤S1制得的均匀物料中，在转速为300-400r/min下搅拌4-6min，接着加入200-300目可膨胀石墨、纳米氧化锌、防腐剂，在转速为400-600r/min下搅拌10-15min，使物料混合均匀，制得保温涂料；
S3：将步骤S2制得的保温涂料涂覆厚度为0.8-2mm，干燥后，制得保温涂层材料。
本发明具有以下有益效果：
(1)由实施例1-3和对比例6(现有技术)的数据可见，采用实施例1-3的工艺制备的保温涂层材料，热导率明显降低、极限氧指数明显提高，分别至少降低了40％和提高了39.40％；同时由实施例1-3的数据可见，实施例1为最优实施例。
(2)由实施例1和对比例1-5的数据可见，HSH-280聚醚多元醇、PEG-1500聚乙二醇、可膨胀石墨、纳米氧化锌在制备保温涂层材料中起到了协同作用，协同降低了热导率和提高了极限氧指数，这是：
1)可膨胀石墨作为填料型无机阻燃剂，它们对水性聚氨酯树脂具有良好的阻燃效果，但它阻燃时，所需添加量大，同时，大量的无机填料填充到水性聚氨酯树脂分子链间，会降低水性聚氨酯树脂分子链间的作用力。添加膨胀型阻燃剂会引起水性聚氨酯树脂的分子链间的作用力降低，从而使水性聚氨酯树脂体系的粘度、交联度降低，不利于涂层材料保温性能的提高。而在材料中适当添加纳米氧化锌，一方面使可膨胀石墨和纳米氧化锌协同作用可以加速材料分解，在基体表面迅速生成致密的膨胀型炭层，显著提高了保温涂层材料的阻燃性能；另一方面，采用纳米氧化锌颗粒，颗粒粒径小，也大大降低了对水性聚氨酯树脂的交联性、发泡性影响。
2)制备保温涂层材料时，采用HSH-280聚醚多元醇与PEG-1500聚乙二醇羟基发生反应，引入阻燃基团，提高保温涂层材料的阻燃性能。然而，如果直接引入一些无机阻燃剂，往往会提高保温涂层材料的热导率。本发明通过将PEG-1500聚乙二醇接枝到HSH-280聚醚多元醇分子链上，保持了PEG-1500聚乙二醇的独立性；再通过PEG-1500聚乙二醇和纳米氧化锌，以及纳米氧化锌和可膨胀石墨的协同作用，向保温涂层材料中加入阻燃剂——可膨胀石墨，提高了保温涂层材料的极限氧指数。
【具体实施方式】
为便于更好地理解本发明，通过以下实例加以说明，这些实例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。
在实施例中，所述的保温涂层材料，由保温涂料制备形成，所述保温涂料，以重量份为单位，包括以下原料：主料78-136份、丙烯酸聚合物空心球43-82份、水95-158份、增稠剂2-4份、颜料3-12份、填充剂2-18份、分散剂3-6份、消泡剂2-5份、防腐剂1-3份、HSH-280聚醚多元醇12-20份、PEG-1500聚乙二醇4-8份、200-300目可膨胀石墨3-5份、纳米氧化锌4-9份。
所述主料为水性聚氨酯树脂，弹性伸长率为1000％以上、玻璃化温度为-8℃以下。
所述丙烯酸聚合物空心球为甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯的共聚物空心球，粒径为1-16μm。
所述增稠剂为羟乙基纤维素。
所述颜料为吲哚啉。
所述填充剂为200-300目碳酸钙。
所述分散剂为sn-5040分散剂。
所述消泡剂为对甲苯磺酰肼。
所述防腐剂为苯并异噻唑啉酮。
所述的保温涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将PEG-1500聚乙二醇熔融成液状后，与HSH-280聚醚多元醇、主料、丙烯酸聚合物空心球、水、颜料、填充剂、分散剂一起加入到反应釜中，在转速为400-600r/min下搅拌45-60min，接着在速度为90-120mL/min下加入发泡剂，在转速为500-700r/min下搅拌8-12min，制得均匀物料；
S2：将增稠剂加入步骤S1制得的均匀物料中，在转速为300-400r/min下搅拌4-6min，接着加入200-300目可膨胀石墨、纳米氧化锌、防腐剂，在转速为400-600r/min下搅拌10-15min，使物料混合均匀，制得保温涂料；
S3：将步骤S2制得的保温涂料涂覆厚度为0.8-2mm，干燥后，制得保温涂层材料。
下面通过更具体实施例对本发明进行说明。
实施例1
一种保温涂层材料，由保温涂料制备形成，所述保温涂料，以重量份为单位，包括以下原料：主料123份、丙烯酸聚合物空心球67份、水143份、增稠剂3份、颜料8份、填充剂10份、分散剂5份、消泡剂4份、防腐剂2份、HSH-280聚醚多元醇18份、PEG-1500聚乙二醇7份、300目可膨胀石墨4份、纳米氧化锌7份。
所述主料为水性聚氨酯树脂，弹性伸长率为1200％、玻璃化温度为-23℃。
所述丙烯酸聚合物空心球为甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯的共聚物空心球，粒径为12μm。
所述增稠剂为羟乙基纤维素。
所述颜料为吲哚啉。
所述填充剂为300目碳酸钙。
所述分散剂为sn-5040分散剂。
所述消泡剂为对甲苯磺酰肼。
所述防腐剂为苯并异噻唑啉酮。
所述的保温涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将PEG-1500聚乙二醇熔融成液状后，与HSH-280聚醚多元醇、主料、丙烯酸聚合物空心球、水、颜料、填充剂、分散剂一起加入到反应釜中，在转速为600r/min下搅拌46min，接着在速度为120mL/min下加入发泡剂，在转速为700r/min下搅拌8min，制得均匀物料；
S2：将增稠剂加入步骤S1制得的均匀物料中，在转速为400r/min下搅拌4min，接着加入300目可膨胀石墨、纳米氧化锌、防腐剂，在转速为600r/min下搅拌10min，使物料混合均匀，制得保温涂料；
S3：将步骤S2制得的保温涂料涂覆厚度为1.2mm，干燥后，制得保温涂层材料。
实施例2
一种保温涂层材料，由保温涂料制备形成，所述保温涂料，以重量份为单位，包括以下原料：主料82份、丙烯酸聚合物空心球44份、水98份、增稠剂2份、颜料10份、填充剂4份、分散剂6份、消泡剂2份、防腐剂1份、HSH-280聚醚多元醇14份、PEG-1500聚乙二醇4份、200目可膨胀石墨3份、纳米氧化锌5份。
所述主料为水性聚氨酯树脂，弹性伸长率为1000％、玻璃化温度为-8℃。
所述丙烯酸聚合物空心球为甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯的共聚物空心球，粒径为2μm。
所述增稠剂为羟乙基纤维素。
所述颜料为吲哚啉。
所述填充剂为200目碳酸钙。
所述分散剂为sn-5040分散剂。
所述消泡剂为对甲苯磺酰肼。
所述防腐剂为苯并异噻唑啉酮。
所述的保温涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将PEG-1500聚乙二醇熔融成液状后，与HSH-280聚醚多元醇、主料、丙烯酸聚合物空心球、水、颜料、填充剂、分散剂一起加入到反应釜中，在转速为400r/min下搅拌60min，接着在速度为90mL/min下加入发泡剂，在转速为500r/min下搅拌12min，制得均匀物料；
S2：将增稠剂加入步骤S1制得的均匀物料中，在转速为300r/min下搅拌6min，接着加入200目可膨胀石墨、纳米氧化锌、防腐剂，在转速为400r/min下搅拌15min，使物料混合均匀，制得保温涂料；
S3：将步骤S2制得的保温涂料涂覆厚度为1mm，干燥后，制得保温涂层材料。
实施例3
一种保温涂层材料，由保温涂料制备形成，所述保温涂料，以重量份为单位，包括以下原料：主料129份、丙烯酸聚合物空心球80份、水147份、增稠剂4份、颜料11份、填充剂17份、分散剂6份、消泡剂5份、防腐剂3份、HSH-280聚醚多元醇18份、PEG-1500聚乙二醇7份、300目可膨胀石墨5份、纳米氧化锌8份。
所述主料为水性聚氨酯树脂，弹性伸长率为1100％、玻璃化温度为-12℃。
所述丙烯酸聚合物空心球为甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯的共聚物空心球，粒径为6μm。
所述增稠剂为羟乙基纤维素。
所述颜料为吲哚啉。
所述填充剂为200目碳酸钙。
所述分散剂为sn-5040分散剂。
所述消泡剂为对甲苯磺酰肼。
所述防腐剂为苯并异噻唑啉酮。
所述的保温涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将PEG-1500聚乙二醇熔融成液状后，与HSH-280聚醚多元醇、主料、丙烯酸聚合物空心球、水、颜料、填充剂、分散剂一起加入到反应釜中，在转速为500r/min下搅拌52min，接着在速度为120mL/min下加入发泡剂，在转速为600r/min下搅拌11min，制得均匀物料；
S2：将增稠剂加入步骤S1制得的均匀物料中，在转速为300r/min下搅拌6min，接着加入300目可膨胀石墨、纳米氧化锌、防腐剂，在转速为500r/min下搅拌13min，使物料混合均匀，制得保温涂料；
S3：将步骤S2制得的保温涂料涂覆厚度为1.7mm，干燥后，制得保温涂层材料。
对比例1
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备保温涂层材料的原料中缺少HSH-280聚醚多元醇、PEG-1500聚乙二醇、可膨胀石墨、纳米氧化锌。
对比例2
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备保温涂层材料的原料中缺少HSH-280聚醚多元醇。
对比例3
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备保温涂层材料的原料中缺少PEG-1500聚乙二醇。
对比例4
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备保温涂层材料的原料中缺少可膨胀石墨。
对比例5
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备保温涂层材料的原料中缺少纳米氧化锌。
对比例6
采用中国发明专利文献“保温涂料及其制备方法和保温涂层(专利号：ZL201510355482.7)”中的实施例1-4的工艺制备保温涂层材料。
采用EN12664测定法测试实施例1-3和对比例1-6制备的保温涂层材料的热导率；另外采用标准EN4589-2测试实施例1-3和对比例1-6制备的保温涂层材料的阻燃性能(测定极限氧指数)，测试结果如下表所示。
Figure BDA0002233534200000071
Figure BDA0002233534200000081
由上表可知：(1)由实施例1-3和对比例6(现有技术)的数据可见，采用实施例1-3的工艺制备的保温涂层材料，热导率明显降低、极限氧指数明显提高，分别至少降低了40％和提高了39.40％；同时由实施例1-3的数据可见，实施例1为最优实施例。
(2)由实施例1和对比例1-5的数据可见，HSH-280聚醚多元醇、PEG-1500聚乙二醇、可膨胀石墨、纳米氧化锌在制备保温涂层材料中起到了协同作用，协同降低了热导率和提高了极限氧指数，这是：
1)可膨胀石墨作为填料型无机阻燃剂，它们对水性聚氨酯树脂具有良好的阻燃效果，但它阻燃时，所需添加量大，同时，大量的无机填料填充到水性聚氨酯树脂分子链间，会降低水性聚氨酯树脂分子链间的作用力。添加膨胀型阻燃剂会引起水性聚氨酯树脂的分子链间的作用力降低，从而使水性聚氨酯树脂体系的粘度、交联度降低，不利于涂层材料保温性能的提高。而在材料中适当添加纳米氧化锌，一方面使可膨胀石墨和纳米氧化锌协同作用可以加速材料分解，在基体表面迅速生成致密的膨胀型炭层，显著提高了保温涂层材料的阻燃性能；另一方面，采用纳米氧化锌颗粒，颗粒粒径小，也大大降低了对水性聚氨酯树脂的交联性、发泡性影响。
2)制备保温涂层材料时，采用HSH-280聚醚多元醇与PEG-1500聚乙二醇羟基发生反应，引入阻燃基团，提高保温涂层材料的阻燃性能。然而，如果直接引入一些无机阻燃剂，往往会提高保温涂层材料的热导率。本发明通过将PEG-1500聚乙二醇接枝到HSH-280聚醚多元醇分子链上，保持了PEG-1500聚乙二醇的独立性；再通过PEG-1500聚乙二醇和纳米氧化锌，以及纳米氧化锌和可膨胀石墨的协同作用，向保温涂层材料中加入阻燃剂——可膨胀石墨，提高了保温涂层材料的极限氧指数。
以上内容不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种保温涂层材料，其特征在于，由保温涂料制备形成，所述保温涂料，以重量份为单位，包括以下原料：主料78-136份、丙烯酸聚合物空心球43-82份、水95-158份、增稠剂2-4份、颜料3-12份、填充剂2-18份、分散剂3-6份、消泡剂2-5份、防腐剂1-3份、HSH-280聚醚多元醇12-20份、PEG-1500聚乙二醇4-8份、200-300目可膨胀石墨3-5份、纳米氧化锌4-9份。
2.根据权利要求1所述的保温涂层材料，其特征在于，所述主料为水性聚氨酯树脂，弹性伸长率为1000％以上、玻璃化温度为-8℃以下。
3.根据权利要求1所述的保温涂层材料，其特征在于，所述丙烯酸聚合物空心球为甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯的共聚物空心球，粒径为1-16μm。
4.根据权利要求1所述的保温涂层材料，其特征在于，所述增稠剂为羟乙基纤维素。
5.根据权利要求1所述的保温涂层材料，其特征在于，所述颜料为吲哚啉。
6.根据权利要求1所述的保温涂层材料，其特征在于，所述填充剂为200-300目碳酸钙。
7.根据权利要求1所述的保温涂层材料，其特征在于，所述分散剂为sn-5040分散剂。
8.根据权利要求1所述的保温涂层材料，其特征在于，所述消泡剂为对甲苯磺酰肼。
9.根据权利要求1所述的保温涂层材料，其特征在于，所述防腐剂为苯并异噻唑啉酮。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的保温涂层材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将PEG-1500聚乙二醇熔融成液状后，与HSH-280聚醚多元醇、主料、丙烯酸聚合物空心球、水、颜料、填充剂、分散剂一起加入到反应釜中，在转速为400-600r/min下搅拌45-60min，接着在速度为90-120mL/min下加入发泡剂，在转速为500-700r/min下搅拌8-12min，制得均匀物料；
S2：将增稠剂加入步骤S1制得的均匀物料中，在转速为300-400r/min下搅拌4-6min，接着加入200-300目可膨胀石墨、纳米氧化锌、防腐剂，在转速为400-600r/min下搅拌10-15min，使物料混合均匀，制得保温涂料；
S3：将步骤S2制得的保温涂料涂覆厚度为0.8-2mm，干燥后，制得保温涂层材料。
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