CN110791182A - 一种铝合金门窗用保温隔热粉末涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铝合金门窗用保温隔热粉末涂料及其制备方法，由底粉和原料按比例在邦定机混合后过筛制成；所述底粉各组分按质量份为：端羧基聚酯树脂45‑50份，固化剂3.2‑3.9份，钛白粉5‑15份，陶瓷微球4‑10份，沉淀硫酸钡3‑6份，流平剂0.5‑1.5份，颜料0‑0.6份，光稳定剂0.05‑0.2份，偶联剂0.2‑0.8份；所述原料各组分按质量份为：邦定蜡粉0.1‑0.4份，中空玻璃微球2‑6份，氧化铝C 0.05‑0.1份。选用功能材料并合理搭配，使涂膜具备对光线的高反射率，可以大量的反射可见光和红外线；具有具有高耐候性，还具有优异的保温隔热性能和装饰效果。可以显著的减少建筑物夏日热能的吸收和冬季热能的损失。

Description

一种铝合金门窗用保温隔热粉末涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于粉末涂料领域，具体涉及一种用于铝合金门窗的保温隔热粉末涂料及其制备工艺。
背景技术
我国城乡建筑发展迅速，近几年每年建成的住宅建筑面积，城镇已至4～6亿㎡，农村则达7～9亿㎡，全国每年建成的房屋建筑面积已达到16～19亿㎡。目前全国城乡400亿㎡既有建筑中，90%以上属于高耗能建筑，在这些建筑中，门窗的能耗接近50%，所以建筑的节能在于门窗，现在这些高耗能建筑冬季采暖与夏季空调的使用正日益普遍，能源浪费更加严重。如果将现有门窗节能提高一些，则每年可节约大量的电力和煤炭，同时减少大量有害气体的排出，对缓解大气污染和保护生态具有重要意义。
目前在粉末涂料的保温隔热方面科技工作者做了大量的理论研究和实验探索，取得了极大的进展，但是用邦定技术还未见报道。目前比较常见的制法是干混法，这种方式简单经济，即把中空玻璃微球加在按正常工艺生产的粉末涂料底粉中，在混合机里进行混合，以干混合的方法进行生产。这种涂料在静电喷涂过程中，会出现以下问题；第一因为粉末涂料与微球是单个分散颗粒，所以两者的带电效果不同，被涂物上面喷涂上去的成分和原始成分的比例不同，影响粉末涂料的涂装质量；第二两者的比重有很大的差别，在涂装过程中，出现大量的微球被引风机中引风带走，或者微球堆积堵塞枪口的问题，最后影响粉末涂料的涂装质量；第三底粉与回收粉不一致，影响粉末涂料的利用率。涂料喷涂后，涂膜中的少量中空玻璃微球，呈散落状态，不规则的排布在涂膜中，这样粉末涂料的保温隔热性能就会大打折扣，涂膜的外观等性能也会受到影响。如果按粉末涂料传统工艺，把中空玻璃微球直接加到树脂、固化剂、颜料、填料、流平剂等成分，进行混合、熔融挤出、ACM磨微粉碎和过筛工艺进行，那么由于中空玻璃微球在熔融挤出和微粉碎工艺中，由于其强度的问题，最后使其变成玻璃粉末，很难起到隔热保温的作用。
发明内容
本发明的目的是克服现有生产技术的不足，提供一种铝合金门窗用保温隔热粉末涂料及其制备工艺。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：由底粉和原料按比例在邦定机混合后过筛制成；
所述底粉各组分按质量份为：端羧基聚酯树脂 45-50份，固化剂3.2-3.9份，钛白粉 5-15份，陶瓷微球 4-10份，沉淀硫酸钡 3-6份，流平剂 0.5-1.5份，颜料0-0.6份，光稳定剂0.05-0.2份，偶联剂0.2-0.8份；
所述原料各组分按质量份为：中空玻璃微球2- 6份，邦定蜡粉0.1-0.4份，氧化铝C0.05-0.1份；
上述铝合金门窗用保温隔热粉末涂料的制备方法，具体步骤如下：
a．将端羧基聚酯树脂、固化剂、钛白粉、陶瓷微球、沉淀硫酸钡、颜料、流平剂、光稳定剂和偶联剂投入到混料机中，搅拌均匀；
b．将上述混合好的物料通过加料器输送到挤出机进行熔融混合和分散挤出，挤出机温度控制Ι区115-105℃，Ⅱ区100-90℃；
c.熔融混合挤出的物料，经压片冷却辊压成薄片状易粉碎的物料，再经破碎机破碎成小片状物料；
d.将上述小片状物料通过ACM磨进行细粉碎，然后过180目筛网，制得底粉；
e．将底粉投到邦定釜，当釜内达到预定温度50-55℃加入邦定蜡粉，温度到60-63℃时，加中空玻璃微球，混合搅拌4-6分钟后，使发粘的底粉粒子与中空玻璃微球粘结，再加氧化铝C搅拌0.5分钟，然后迅速将粉料输送到冷却罐中，冷却至室温，最后过140目筛，制得成品。
所述端羧基聚酯树脂酸值为20-30。
所述固化剂为TGIC，所述钛白粉为金红石型钛白粉，所述颜料为酞青蓝，所述偶联剂为W-6050。
本发明技术原理：根据热量传递的方式和特点，针对性的选择相应的材料，解决相应的热量传递问题。热的传递有三种方式：传导、对流和辐射。太阳光线主要是分红外、可见以及紫外三大区，其中红外占太阳光中50%的能量，可见光占45%的能量，紫外光占5%的能量。太阳光透过物体的表面后，能量就会以热的形式传递。所以门窗保温隔热粉末涂料的主要原理就是首先阻止太阳光的能量穿透过表面，其次对穿透过的热有阻隔作用。众所周知，如果一个波的波长远大于物体的粒径就会绕过物体，对于光来讲，物体就是透明的，如果波长远小于物体的粒径，就会发生衍射，只有当物体的粒径跟波的波长在同一数量级时，才能发生反射。(当粒径跟波长不在同一数量级，发生瑞利散射，在同一数量级，会发生菲涅耳反射，此时反射效率最高）。配方中选用的陶瓷微球的粒径为2000-3000nm，跟太阳光中可见光(380-760nm）和近红外(760-2500nm）的波长在同一数量级，能最大程度的反射。
对于不能反射的光线，将会有被涂料散射和穿透涂料表面两种方式，对涂料来讲，如果颜、填料和树脂的折射率差距越大其透射率越低，金红石型钛白粉（λ=2.76）与树脂（λ=1.52）的差距最大，对于阻止光的穿透效果最好，另外其热力学稳定性也很好。所以在门窗保温隔热粉末涂料中，金红石型钛白粉是不可取代的。
而穿透过涂料表面的光线，会转化为热，并且以传导的形式传递，此时涂料的隔热效果与涂料的导热系数相关，导热系数越低，其阻隔热的效果越好。可以通过添加空心结构的玻璃微球去明显的降低导热系数。该微球是内部为1/3个大气压的中空结构，导热系数为0.043W/m.K左右，由于其空心结构多，光线在内外壁多次进行反射，增大了涂膜的传热热阻，所以能最好的降低涂膜的导热系数。
成膜组分选择对可见光和近红外吸收率低，结构上的醚基、羰基和羟基极少，耐候性极佳的端羧基聚酯(酸值20-30)；固化剂为有三个环氧基团与羧基反应活性高的TGIC，这种搭配具备极佳的耐候性能。
综上所述，成膜成分为端羧基聚酯(酸值20-30)和TGIC；反射材料为陶瓷微球；阻止材料为金红石型钛白粉；隔热材料为中空玻璃微球。
本发明的制作工艺机理：粉末涂料的邦定（banding粘结）技术是指将云母粉或金属粉邦定在粉末的底粉上，使涂层具备金属效果；本技术是将中空玻璃微球邦定在粉末的底粉上，固化成膜后，可制备含中空玻璃微球的保温隔热粉末涂料, 是由干混法和热处理法所构成。
具体工艺如下：将粉末涂料底粉加入到具有控温夹套的邦定釜中,利用机械的高速旋转，在短时间由于搅拌桨和被混物料之间运动速度不同产生摩擦，通过摩擦生热使底粉温度升高。当温度接进树脂的玻璃化温度（Tg）时，底粉软化发粘，然后把邦定蜡粉和中空玻璃微先后加入到高速旋转的粉体中，使它粘结在软化的粉末涂料底粉粒子的表面，再加入氧化铝C，迅速放料冷却处理，这就是粉末涂料的邦定技术。通过这种方法把中空玻璃微球与粉末涂料底粉粒子完整的粘结在一起，形成一个完美的整体，充分发挥中空玻璃微球在粉末涂料保温隔热性能。
本发明的有益效果是：选用功能材料并合理搭配，使涂膜具备对光线的高反射率，可以大量的反射可见光和红外线；中空玻璃微球组成的三维网络空心结构或是一个个叠夹的静态空气组，可促使进入涂膜内部热量发生二次反射和散射，经过反复反射和散射后，绝大部分的热量都会被阻隔于涂层外，而进入涂层内部的少部分热量也只能沿着骨架传递，增加了热量传导的难度，延缓了窗框吸收热量的能力，从而实现保温隔热的目的。涂膜不但具有具有高耐候性，还具有优异的保温隔热性能和装饰效果。该涂料用在铝合金门窗上，可以显著的减少建筑物夏日热能的吸收和冬季热能的损失，从而达到室内环境舒适和节能降耗的目的。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
实施例1：
一种铝合金门窗用保温隔热粉末涂料的制备方法：包括以下步骤：
a．将酸值为25的端羧基聚酯树脂47 kg、TGIC 3.5kg、金红石型钛白粉10kg、陶瓷微球6kg、沉淀硫酸钡5 kg、流平剂1 kg、光稳定剂0.1 kg、酞青蓝0.4kg 和偶联剂W-6050 0.7㎏依次投入到混料机中，300转/分钟，混合15分钟，搅拌均匀。
b．将混合好的物料通过加料器输送到挤出机进行熔融混合和分散挤出，挤出机温度控制Ι区115-105℃，Ⅱ区100-90℃。
c．熔融混合挤出的物料，经压片冷却辊压成薄片状易粉碎的物料，在经破碎机破碎成小片状的物料。
d. 将小片状物料经输料器到ACM磨进行细粉碎后，通过180目筛网后，制得底粉。
e．将底粉投到邦定釜，当釜内达到预定温度52℃加入邦定蜡粉0.2 kg，温度到61℃时，加中空玻璃微球3.5 kg，混合搅拌4分钟后，使发粘的底粉粒子与中空玻璃微球粘结，再加氧化铝C 0.06 kg搅拌0.5分钟，然后迅速将粉料输送到冷却罐中，冷却至室温，最后过140目筛，制得成品。
施工工艺： 采用静电喷涂，190°C/20分钟，烘烤固化。
实施例2：制备方法同实施例1只是各组份重量为：
所述底粉各组分重量为：酸值为22的端羧基聚酯树脂46 kg、TGIC 3.4 kg、金红石型钛白粉9 kg、陶瓷微球6 kg、沉淀硫酸钡4 kg、流平剂0.9 kg、光稳定剂0.1 kg、酞青蓝0.3kg、偶联剂W-6050 0.7 kg
原料各组分按重量为：邦定蜡粉0.2㎏、中空玻璃微球3.5kg、氧化铝C 0.08 kg。
实施例3：制备方法同实施例1只是各组份重量为：
所述底粉各组分重量为：酸值为27端羧基聚酯树脂45 kg、TGIC 3.3 kg、金红石型钛白粉9 kg、陶瓷微球6 kg、沉淀硫酸钡3 kg、流平剂0.8 kg、光稳定剂0.1 kg、酞青蓝0.2 kg、偶联剂0.7 kg
原料各组分按重量为：邦定蜡粉0.2 kg、中空玻璃微球3.5kg、氧化铝C 0.08 kg。
用以上配方和工艺制得的粉末涂料，经静电喷涂，190°C/20分钟，烘烤固化，涂膜检测结果如下表：
Figure 885571DEST_PATH_IMAGE001
由上涂膜的检测结果可看出，本涂料具备以下特点：
1．具备一般户外粉末涂料所要求的物理和化学性能，耐候性能优异。
2．较高的反射比，在炎热夏季有效的反射光线，使门窗表面温度大为降低；另外由于较少的阳光照射，使成膜成分的化学键断链机会减少，间接延长了涂膜的耐候性能。
3．较低的隔热系数，在寒冷的冬季，有效的阻止室内外能量的传递，达到隔热保温的作用。
今后随着国家对环保节能要求的日益提高，本专利涂料作为符合时代发展的产品一定具有良好的生存和发展空间，应用领域会得到进一步的拓展。

Claims (4)

1.一种铝合金门窗用保温隔热粉末涂料，其特征在于由底粉和原料按比例在邦定机混合后过筛制成；
所述底粉各组分按质量份为：端羧基聚酯树脂 45-50份，固化剂3.2-3.9份，钛白粉 5-15份，陶瓷微球 4-10份，沉淀硫酸钡 3-6份，流平剂 0.5-1.5份， 颜料0-0.6份，光稳定剂0.05-0.2份，偶联剂0.2-0.8份；
所述原料各组分按质量份为：邦定蜡粉0.1-0.4份，中空玻璃微球2- 6份，氧化铝C0.05-0.1份。
2.如权利要求1所述的一种铝合金门窗用保温隔热粉末涂料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
a．将端羧基聚酯树脂、固化剂、钛白粉、陶瓷微球、沉淀硫酸钡、颜料、流平剂、光稳定剂和偶联剂投入到混料机中，搅拌均匀；
b．将上述混合好的物料通过加料器输送到挤出机进行熔融混合和分散挤出，挤出机温度控制Ι区115-105℃，Ⅱ区100-90℃；
c.熔融混合挤出的物料，经压片冷却辊压成薄片状易粉碎的物料，再经破碎机破碎成小片状物料；
d.将上述小片状物料通过ACM磨细粉碎，然后过180目筛网，制得底粉；
e．将底粉投到邦定釜，当釜内达到预定温度50-55℃加入邦定蜡粉，温度到60-63℃时，加中空玻璃微球，混合搅拌4-6分钟后，使发粘的底粉粒子与中空玻璃微球粘结，再加氧化铝C搅拌0.5分钟，然后迅速将粉料输送到冷却罐中，冷却至室温，最后过140目筛，制得成品。
3.如权利要求1所述的一种铝合金门窗用保温隔热粉末涂料，其特征在于：所述端羧基聚酯树脂酸值为20-30。
4.如权利要求1所述的一种铝合金门窗用保温隔热粉末涂料，其特征在于：所述固化剂为TGIC，所述钛白粉为金红石型钛白粉，所述偶联剂为W-6050。
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