CN111875337A - 一种无机降温涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无机降温涂层及其制备方法，该涂层由以下重量份的原料制成：氧化镁40～70份；添加剂5～20份；填料0～30份；颜料0～5份；改性剂0～5份；去离子水30～80份。制备方法包括：将填料、颜料、改性剂和氧化镁加入到去离子水中，混合，再加入添加剂持续混合，通过喷涂、刷涂或辊涂，可在水泥、木材、石材等表面形成无机降温涂层。该无机热反射材料以氧化镁为胶凝材料，并与功能填料共同形成强烈的光散射和红外辐射。本发明的无机热反射材料原料来源广、性价比高、制备工艺简单，并具有高达96％的太阳光反射率和0.94的半球发射率，可用于建筑、工业等场合的隔热降温。

Description

一种无机降温涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及降温涂层及其制备方法领域，具体涉及一种无机降温涂层及其制备方法。
背景技术
随着能源消耗的加剧，二氧化碳等温室气体的大量排放引起全球气温的升高，并引发一系列危害，包括冰川消失、海平面升高、物种灭绝等后果。提高能源利用率、减少碳排放已成为全球共识。辐射制冷是一种不消耗电能的被动冷却过程，它通过大气传输窗口以红外发射(波长范围为8-13μm)的形式将废热辐射到深宇宙中。而具有选择性波长的辐射冷却表面，如果表面没有或很少吸收太阳辐射和环境热辐射，可以将附着在表面上的物体冷却到环境温度以下，因而是一种高效的节能减排技术。
尽管在过去几十年中，人们对辐射冷却进行了广泛的研究，但早期的工作主要集中在夜间冷却的材料和设备上，这主要是由于缺乏高太阳能反射材料。直到最近，由于超材料和纳米光子学的进步，利用微纳米结构调整了表面的太阳反射率和红外热发射率，在阳光直射下的辐射冷却才得以实现。美国专利20140131023中的现有技术使用多层结构实现了冷却效果。然而，在这些结构中，每一层的厚度需要精确地控制在几纳米之内，以有效地阻止阳光吸收。这些结构的防晒性能在应用于高曲率表面时会降低。此外，在实际应用中，大面积多层在批量制造和成本方面都面临着挑战。相比之下，漆基涂料更为方便和经济。涂料可用于高度弯曲的表面，而不会损失冷却性能，在表面上涂装涂料不需要精确控制。美国专利7503971采用低折射率材料(如二氧化硅)制成的空心球形增强阳光散射，这些粒子通常比太阳光谱波长大，尺寸在20～150μm之间。由于粒径大，光散射效率低，需要厚涂层有效阻挡阳光。
本发明以廉价的氧化镁和无机填料为主要成分，具有高性能、低成本、适应方便、适应性强等优势，可为降低温室效应提供有力的帮助。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供了一种无机降温涂层及其制备方法，工艺简单，隔热效果优异，低成本且使用方便，尚未见公开报道。
本发明采用如下技术方案：
一种无机降温涂层，由以下重量份的原料制成：
Figure BDA0002583387480000021
本发明通过氧化镁多孔胶凝材料的光散射和红外辐射形成隔热降温效果。氧化镁多为常见的无机胶凝材料，是高折射率的电介质材料，在太阳光谱的吸收极弱，而且在中红外光谱具有较高的发射率，因此可作为无机降温涂层的粘合剂和光散射介质。此外，与丙烯酸树脂、有机硅树脂、氟树脂等有机材料相比，氧化镁在紫外线下极其稳定，具有长达数十年的使用寿命，并且廉价易得、强度高，成为降温涂层的理想粘合剂。
进一步优选，所述的无机降温涂层，由以下重量份的原料制成：
Figure BDA0002583387480000022
添加填料进一步提高光散射效果，提高太阳光谱的反射率。
进一步优选，所述的无机降温涂层，由以下重量份的原料制成：
Figure BDA0002583387480000023
添加改性剂后，能够提高涂层的耐水性和耐沾污性能。
所述的氧化镁中氧化镁的质量含量不低于99％、铁元素的质量含量不高于0.002％、锰元素的质量含量不高于0.001％。铁元素、锰元素易形成高吸收系数的杂质，少量的铁元素和锰元素可通过光散射加剧太阳光谱的吸收，甚至可吸收3～5％的太阳辐射能。进一步优选铁元素的质量含量不高于0.0002％、锰元素的质量含量不高于0.0001％的氧化镁。
所述的添加剂为氯化镁、硫酸镁、氯化铝、硫酸铝、氯化锌、硫酸锌、磷酸中的至少一种(一种或两种以上，包括两种)。所述的添加剂可与氧化镁形成高强度胶凝材料。进一步优选硫酸镁、硫酸铝、硫酸锌、磷酸等不含氯离子的组分，避免氯离子对金属的腐蚀。进一步优选铁元素和锰元素含量低于50ppm的硫酸镁、硫酸铝、硫酸锌、磷酸中的至少一种(一种或两种以上，包括两种)。
所述的填料为氧化铝、轻质碳酸钙、氧化硅、磷酸锌、氧化锆、碳酸镁、碳酸锌、三氧化二锑、硫酸钡、氧化锌、硅酸铝、硅酸锌、硅酸镁、玻璃纤维中的至少一种(一种或两种以上，包括两种)。所述的填料可在氧化镁胶凝材料中引入高折射率填料，进一步提高光散射效果，提高太阳光谱的反射率。
所述的颜料具有反射近红外的颜料，如氧化铁红、氧化铁黄、铜铬黑、氧化铬绿、镍钛黄、氧化亚铜等无机颜料中的至少一种(一种或两种以上，包括两种)。
所述的改性剂为可再分散胶粉、甲基硅酸钠、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷中的至少一种(一种或两种以上，包括两种)。可再分散胶粉能够提高涂层的强度和耐弯曲性能。而甲基硅酸钠、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷则能实现疏水效果，提高涂层的耐水性和耐沾污性能。
进一步优选，所述的无机降温涂层，由以下重量份的原料制成：
Figure BDA0002583387480000031
该配方下得到的无机降温涂层，耐沾污性等级达到1级，并且使得本发明无机热反射材料具有高达96％的太阳光反射率和0.94的半球发射率，性能十分优异，可用于建筑、工业等场合的隔热降温。
所述的无机降温涂层的制备方法，包括以下步骤：
将填料、颜料、改性剂和氧化镁加入到去离子水中，混合均匀，再加入添加剂持续混合，通过喷涂、刷涂或辊涂，可在水泥、木材、石材等基底表面形成无机降温涂层。
所述的无机降温涂层的制备方法，所述的无机降温涂层的厚度为500～2000μm。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
一、利用氧化镁胶凝材料的高孔隙率、高折射率、低吸光系数等特点，可实现高性能、长寿命、低成本的隔热降温材料。
二、本发明的无机热反射材料具有高达0.96的太阳光反射比和0.94的半球发射率，可在强太阳辐射下实现低于环境温度的降温效果。
三、本发明的无机热反射材料原料来源广、性价比高、制备工艺简单，并具有高达96％的太阳光反射率和0.94的半球发射率，可用于建筑、工业等场合的隔热降温。
具体实施方式
实施例1
室温25℃下将50g氧化镁(无锡泽辉)、5g氧化锆(东方锆业)、5g硫酸钡(广东欣美)加入到50g的去离子水中，高速搅拌1h至分散均匀。再加入5g硫酸镁(湖南谈成)，搅拌20min，经400目的滤网过滤，得到无机热反射涂料。将该涂料刮涂在光滑的铝板上，形成1000μm厚的无机热反射发材料。
实施例2
室温25℃下将40g氧化镁(无锡泽辉)、5g氧化锆(东方锆业)、15g氧化锌(无锡泽辉)、5g甲基三乙氧基硅烷(湖北新四海)加入到30g的去离子水中，高速搅拌1h至分散均匀。再加入10g硫酸锌(湖南谈成)，搅拌20min，经400目的滤网过滤，得到无机热反射涂料。将该涂料刮涂在光滑的铝板上，形成1000μm厚的无机热反射发材料(即无机降温涂层)。
实施例3
室温25℃下将70g氧化镁(无锡泽辉)、5g三氧化二锑(闪星锑业)、5g硫酸钡(广东欣美)、5g氧化铝(山东铝业)、3g甲基硅酸钠(湖北新四海)加入到80g的去离子水中，高速搅拌2h至分散均匀。再加入5g硫酸镁(湖南谈成)，搅拌20min，经400目的滤网过滤，得到无机热反射涂料。将该涂料刮涂在光滑的铝板上，形成1000μm厚的无机热反射发材料(即无机降温涂层)。
实施例4
室温25℃下将40g氧化镁(无锡泽辉)、5g氧化锆(东方锆业)、5g氧化锌(无锡泽辉)、5g氧化铁黄(浙江华源)、5g甲基三乙氧基硅烷(湖北新四海)加入到30g的去离子水中，高速搅拌1h至分散均匀。再加入10g硫酸铝(淄博光正)，搅拌20min，经400目的滤网过滤，得到无机热反射涂料。将该涂料刮涂在光滑的铝板上，形成1000μm厚的无机热反射发材料(即无机降温涂层)。
实施例5
室温25℃下将60g氧化镁(无锡泽辉)、5g氧化锆(东方锆业)、5g氧化锌(无锡泽辉)、5g氧化铁红(浙江华源)、3g可再分散胶粉(瓦克化学)加入到70g的去离子水中，高速搅拌1h至分散均匀。再加入10g硫酸铝(淄博光正)，搅拌30min，经400目的滤网过滤，得到无机热反射涂料。将该涂料刮涂在光滑的铝板上，形成1000μm厚的无机热反射发材料(即无机降温涂层)。
对比例1
室温25℃下将50g氧化镁(无锡泽辉)加入到50g的去离子水中，高速搅拌1h至分散均匀。再加入5g硫酸镁(湖南谈成)，搅拌20min，经400目的滤网过滤，得到无机涂料。将该涂料刮涂在光滑的铝板上，形成1000μm厚的无机热反射发材料。
太阳光反射比、半球发射率的测试方法参照《GB/T 25261-2018建筑用反射隔热涂料》。耐沾污性能的测试方法依据《GB/T 9780-2005建筑涂料涂层耐沾污性试验方法》。
实施例1-5和对比例1的性能如表所示。
技术方案 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 对比例1
太阳光反射比 0.91 0.95 0.96 0.86 0.76 0.87
半球发射率 0.92 0.93 0.94 0.94 0.94 0.90
耐沾污性等级 3级 1级 1级 1级 1级 3级
因此，本发明制备的无机热反射材料具有极高的太阳光反射比和优异的半球发射率，原料来源广、性价比高、制备工艺简单，具有良好的应用前景。

Claims (9)

1.一种无机降温涂层，其特征在于，由以下重量份的原料制成：
Figure RE-FDA0002688547300000011
2.根据权利要求1所述的无机降温涂层，其特征在于，由以下重量份的原料制成：
Figure RE-FDA0002688547300000012
3.根据权利要求1所述的无机降温涂层，其特征在于，由以下重量份的原料制成：
Figure RE-FDA0002688547300000013
4.根据权利要求1、2或3所述的无机降温涂层，其特征在于，所述的添加剂为氯化镁、硫酸镁、氯化铝、硫酸铝、氯化锌、硫酸锌、磷酸中的至少一种。
5.根据权利要求1、2或3所述的无机降温涂层，其特征在于，所述的填料为氧化铝、轻质碳酸钙、氧化硅、磷酸锌、氧化锆、碳酸镁、碳酸锌、三氧化二锑、硫酸钡、氧化锌、硅酸铝、硅酸锌、硅酸镁、玻璃纤维中的至少一种。
6.根据权利要求1、2或3所述的无机降温涂层，其特征在于，所述的颜料为具有反射近红外的颜料。
7.根据权利要求1、2或3所述的无机降温涂层，其特征在于，所述的改性剂为可再分散胶粉、甲基硅酸钠、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷中的至少一种。
8.根据权利要求1～7任一项所述的无机降温涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将填料、可选择性添加的颜料、可选择性添加的改性剂和氧化镁加入到去离子水中，混合均匀，再加入添加剂持续混合，通过喷涂、刷涂或辊涂，在基底表面形成无机降温涂层。
9.根据权利要求8所述的无机降温涂层的制备方法，其特征在于，所述的无机降温涂层的厚度为500～2000μm。
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