CN112552756A - 保温隔热涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种保温隔热涂料，其中所述碱土金属复合盐以料浆形式加入所述丙烯酸乳液中，且所述碱土金属复合盐中硬硅钙石的质量分数为4％；所述钛白粉为金红石型钛白粉。本发明还提供一种保温隔热涂料的制备方法，经过机械分散和超声波分散、低速搅拌、高速搅拌、球磨处理得到保温隔热涂料成品。本发明以碱土金属复合盐和钛白粉作为隔热功能填料，以丙烯酸乳液作为成膜物质，辅以多种功能助剂制备保温隔热涂料。原材料易得、成本低，涂料制备工艺简单，涂层隔热性能良好，可实现建筑节能。
Description
技术领域
本发明涉及建筑涂料技术领域，尤其涉及一种保温隔热涂料及其制备方法。
背景技术
建筑物能源消耗约占社会总能源消耗的30％-40％，建筑外墙保温技术是建筑节能的重要手段。目前，我国建筑节能呈现三大现状。
一是我国建筑能耗约占社会总能耗33％。我国建筑能耗总量逐年上升，能源消费量比例已从20世纪70年代末的10％，上升至27.45％。随着城市化进程加快和人民生活质量改善，我国建筑耗能比例最终还将上升至35％左右。
二是我国高耗能建筑比例大，加剧能源危机。我国每年建成的建筑面积高达16-20亿m2，超过所有发达国家年建成建筑面积总和，而97％以上是高能耗建筑。由于隔热保温性能差，在我国达到节能50％的建筑，采暖耗能每平方米约为欧洲国家1.5倍。
三是我国建筑节能状况落后，有待改善。我国建筑用能浪费极其严重，建筑能耗增长速度远远超过能源生产可能增长速度。因此，建筑节能势在必行，优化建筑物保温隔热体系迫在眉睫。
建筑外墙保温隔热涂料发展的趋势是：从单一阻隔型、反射型、辐射型三种保温隔热涂料向多种功能复合型保温隔热涂料发展或向涂层复合方向发展。其次，研制红外发射性保温隔热涂料也成为建筑保温隔热涂料的一种发展趋势。因而，寻找合适的高发射率隔热填料成为研发高性能外墙保温隔热涂料的关键。
发明内容
本本发明的一个目的是提供一种保温隔热涂料，并提供至少后面将说明的优点。
本发明的另一个目的是提供一种保温隔热涂料制备方法，以碱土金属复合盐和钛白粉作为隔热功能填料，以丙烯酸乳液作为成膜物质，辅以多种功能助剂制备保温隔热涂料。原材料易得、成本低，涂料制备工艺简单，涂层隔热性能良好，可实现建筑节能。
本发明提供一种保温隔热涂料，其包括按重量份计的以下组分：
丙烯酸乳液35份，碱土金属复合盐0-12份，高岭土1-7份，钛白粉0-30份，水10-20份；
其中，
所述碱土金属复合盐以料浆形式加入所述丙烯酸乳液中，且所述碱土金属复合盐中硬硅钙石的质量分数为4％；
所述钛白粉为金红石型钛白粉。
优选的是，所述的保温隔热涂料中，
所述碱土金属复合盐为9份；
所述钛白粉为30份。
优选的是，所述的保温隔热涂料中，还包括按重量份计的以下组分：
1-2份润湿剂，1-2份分散剂，0.1-0.5份消泡剂，2-4份成膜助剂，0.2-0.4份防霉剂，0.3-0.6份流平剂，1-3份增稠剂。
优选的是，所述成膜助剂为质量比2～4:1的酮醇酯有机化合物和二亚烷基二醇苯基醚的混合物。
本发明还提供一种保温隔热涂料的制备方法，其包括以下步骤：
将水、碱土金属复合盐、高岭土、钛白粉、一半重量的消泡剂、一半重量的润湿剂和一半重量的分散剂搅拌均匀后进行机械分散和超声波分散制得料浆；
将所述料浆、另一半重量的分散剂、另一半重量的润湿剂、另一半重量的消泡剂、成膜助剂、防霉剂和流平剂加入至丙烯酸乳液中进行低速搅拌之后进行高速搅拌得到半成品涂料，其中，低速搅拌转速为300-500r/min，低速搅拌分两次进行，间隔时间为18min，头次低速搅拌时间为5min，二次低速搅拌时间为8min，高速搅拌转速为1480r/min；
在所述半成品涂料中加入增稠剂，之后进行球磨处理，得到保温隔热涂料成品，所述球磨时间为10-11h。
优选的是，所述的保温隔热涂料的制备方法中，
所述机械分散的转速为140-170r/min；
所述超声波分散的超声波功率为200-240W，频率为220-270KHz；
所述机械分散和所述超声波分散间隔进行，每次分散时间为12-14min，每两次分散之间具有一静止时间，所述静止时间为6-8min。
优选的是，所述的保温隔热涂料的制备方法中，所述增稠剂分三次加入，第一次加入总重量的三分之一，第二次加入总重量的二分之一，第三次加入总重量的六分之一。
本发明的保温隔热涂料及制备方法相比现有技术具有如下有益效果：
以碱土金属复合盐和钛白粉作为隔热功能填料，以丙烯酸乳液作为成膜物质，辅以多种功能助剂制备保温隔热涂料；
原材料易得、成本低，涂料制备工艺简单，涂层隔热性能良好，可实现建筑节能；
丙烯酸乳液透明性好，折光指数低，同时具有良好的耐水性、耐候性和附着力，安全环保，施工简便；
碱土金属复合盐以料浆形式添加至涂料中，粒子形貌完整，分散较好，进而具有较好的隔热性能；
金红石型钛白粉折射率高，分散在涂料中能有效提高涂料的热反射率。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的保温隔热涂料的制备方法的一个实施例的流程图；
图2为采用不同添加状态的碱土金属复合盐制得的保温隔热涂料的隔热性能测试结果图；
图3为采用不同添加状态的碱土金属复合盐制得的保温隔热涂料中的碱土金属复合盐的微观形貌SEM图；
图4为采用不同添加量的碱土金属复合盐制得的保温隔热涂料的隔热性能测试结果图；
图5为采用不同钛白粉制得的保温隔热涂料的隔热性能测试结果图；
图6为采用不同添加量的钛白粉制得的保温隔热涂料的隔热性能测试结果图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
保温隔热涂料是由成膜物质、颜料、填料、溶剂(或水)及助剂所组成。其中，成膜物质是涂膜的主要成分，是使保温隔热涂料牢固附着于被涂物表面上形成连续薄膜的主要物质，决定着保温隔热涂料的基本特性(即：装饰性能)；颜料在保温隔热涂料中的主要作用是使涂膜具有所需要的各种色彩和一定的遮盖力，其掺量和晶型对涂膜的隔热性能也有一定影响；填料又称体质颜料，主要是碱土金属盐类，有较好的红外光谱热效应，其添加方式和掺量对涂膜的隔热性能有重要的影响，并可提高涂膜的耐久性及硬度、降低涂膜的收缩率等；助剂主要作用是改善涂料及涂膜的某些性能，虽然一般用量很小，但对涂料性能却有显著影响；溶剂(或水)主要作用是调节涂料的粘度及固体含量。
从环保角度考虑，乳液最好是水性的，并应考虑耐水、耐污、耐候性等性能。
反射太阳光能力的强弱主要用材料的折光指数来表征。合成树脂的折光指数为1.45～1.50，含氟聚合物的折光指数1.34～1.42。因此，选择不同的有机树脂，涂层的太阳热反射效果不会发生显著的改变。
用于保温隔热涂料的合成树脂要求对可见光和近红外光的吸收越小越好，因此要求树脂透明度高，对太阳热的吸收率低。本发明选用三种典型有机树脂：有机硅-丙烯酸树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂，分别和TiO2制备成混合料，三种不同的有机树脂和TiO2制备成的混合料对太阳热吸收率差别不大，具体如表1所示。
表1合成树脂乳液和TiO2制备成混合料的太阳热吸收率
| 有机树脂 | 颜料 | 吸收率α |
| 有机硅-丙烯酸树脂 | TiO2 | 0.22 |
| 丙烯酸树脂 | TiO2 | 0.24 |
| 环氧树脂 | TiO2 | 0.25 |
鉴于上述分析，本发明选择丙烯酸乳液，其透明性好，折光指数较低；同时它具有良好的耐水性、耐候性和附着力，安全环保，施工简便，丙烯酸乳液的物理参数如表2所示。
表2丙烯酸乳液的物理参数
| 项目 | 指标 |
| 外观 | 乳白色 |
| 玻璃化温度(Tg) | 14～23℃ |
| PH值(酸碱度) | 7.5～9.0 |
| 粘度(mpa.a) | 500～1500 |
| 固含量(wt％) | 48～50 |
在乳液、固含量保持不变的条件下，碱土金属复合盐分别以料浆和固体粉末(过120目筛)的形式加入涂料体系，硬硅钙石的添加量均为4％，研究不同添加状态对涂膜隔热性能的影响，隔热性能的测试结果如图2所示，碱土金属复合盐以料浆的方式添加到涂料中比以固体粉末形式添加到涂料中的隔热性能好。
用日本电子公司生产的JSM-6490LV型扫描电子显微镜(SEM)对涂料中分散的碱土金属复合盐的微观形貌进行分析，微观形貌分析的SEM如图3所示，以料浆形式添加到乳液中的碱土金属复合盐粒子形貌完整，且分散较好。而干燥后的碱土金属复合盐研磨时由于机械力作用易导致粒子结构破坏，因此以固体形式添加由于不具备碱土金属复合盐粒子的中空结构，在涂料中不能起到保温隔热的作用。
在乳液、固含量保持不变的条件下，添加不同掺量(0、3％、6％、9％、12％)的碱土金属复合盐制备成涂料，涂料隔热性能测试结果如图4所示。随着碱土金属复合盐添加量增多，温度值降低，涂层的隔热性能提高，但随着掺量的增加，隔热性能提升幅度趋缓；当添加量大于9％之后，温度值趋近于66℃，涂层的隔热性能趋于稳定。
碱土金属复合盐中空粒子分散在涂料中，涂料固化后在涂层中形成微气泡，使得涂层隔热性能得以提高。随着掺量增加，引入的微气泡越多，涂层的隔热性能就越好。碱土金属复合盐中空粒子具有比表面积大、易自发聚集的特点，若不断增加碱土金属复合盐掺量，但又不能有效的改善分散状态，中空粒子的自发聚集将导致涂层中微气泡分布不均匀，使得涂层隔热性能得不到明显提高。可见，碱土金属复合盐能够提高涂层隔热性能。随着碱土金属复合盐的掺量增加，涂层隔热性能逐步提高，掺量大于9％时隔热性能趋于稳定。
钛白粉作为一种品质优良的白色粉末颜料，是水性乳胶漆的重要组成部分,它不仅赋予被涂物体表面光亮洁白的色彩,而且能够改善涂膜性能，提高涂膜的机械强度和防腐性能,减少涂膜的透气性和透水性，并对隔热性能有一定的作用。
钛白粉有金红石型、锐钛矿型、板钛矿型三种结晶体。其中板钛矿型钛白粉无工业价值，而金红石型钛白粉和锐钛矿型钛白粉都在涂料产品中用做颜料。
分别对金红石型钛白粉和锐钛矿型钛白粉的性能进行测试，测试结果如表3所示。
表3金红石型钛白粉与锐钛矿型钛白粉的性能比较
金红石型钛白粉晶体结构紧密，相对密度大，遮盖力比锐钛型钛白粉好，约为100：77，因此反射光辐射的能力也比锐钛矿型钛白粉强，隔热性能好。另外，抗粉化性和光稳定性均优于锐钛矿型钛白粉。
在配方、其他组分均保持不变的条件下，分别用金红石型钛白粉和锐钛矿型钛白粉做颜料配制成涂料，涂料隔热性能测试结果如图5所示。相同条件下，添加两种晶型的钛白粉温度值均降低，其中，1号样的温度值均低于2号样的温度值。两种晶型的钛白粉均可提高涂膜的隔热性能，其中，添加金红石型钛白粉涂膜的隔热性能明显优于添加锐钛矿型钛白粉涂膜的隔热性能。
在乳液、固含量保持不变的条件下，添加不同掺量(0、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％)的金红石型钛白粉制备成涂料，测试结果如图6所示。钛白粉的掺量为10％时，温度值急剧降低；继续增加钛白粉掺量，温度值下降幅度趋缓；当钛白粉掺量为30％时，温度值为64.78℃；之后，继续增加掺量，温度值反而略有增大。
金红石型钛白粉折射率高，分散在涂层中能有效提高涂层的热反射率，但随着钛白粉掺量的增大，钛白粉微粒会自发附聚，有效反射表面反而降低。所以，当钛白粉掺量小于10％时，温度值降低比较明显，涂层隔热性能提高；之后再增加钛白粉掺量，粒子的自发附集使涂层有效反射表面增加不多，温度值减少不明显，涂层热反射能力提高不显著；当钛白粉掺量超过30％后，钛白粉粒子自发附聚严重，有效反射表面减少，温度值反而增大，导致涂层隔热效果下降。
可见，添加适量的金红石型钛白粉能提高涂层隔热性能，但添加过量的钛白粉不利于涂层隔热性的提高。
本发明提供一种保温隔热涂料，其包括按重量份计的以下组分：
丙烯酸乳液35份，碱土金属复合盐0-12份，高岭土1-7份，钛白粉0-30份，水10-20份；
其中，
所述碱土金属复合盐以料浆形式加入所述丙烯酸乳液中，且所述碱土金属复合盐中硬硅钙石的质量分数为4％；
所述钛白粉为金红石型钛白粉。
在本发明提供的所述的保温隔热涂料的一个实施例中，
所述碱土金属复合盐为9份；
所述钛白粉为30份。
在本发明提供的所述的保温隔热涂料的一个实施例中，还包括按重量份计的以下组分：
1-2份润湿剂，1-2份分散剂，0.1-0.5份消泡剂，2-4份成膜助剂，0.2-0.4份防霉剂，0.3-0.6份流平剂，1-3份增稠剂。
优选的是，所述成膜助剂为质量比2～4:1的酮醇酯有机化合物和二亚烷基二醇苯基醚的混合物。
本发明还提供一种保温隔热涂料的制备方法，其包括以下步骤：
将水、碱土金属复合盐、高岭土、钛白粉、一半重量的消泡剂、一半重量的润湿剂和一半重量的分散剂搅拌均匀后进行机械分散和超声波分散制得料浆；
将所述料浆、另一半重量的分散剂、另一半重量的润湿剂、另一半重量的消泡剂、成膜助剂、防霉剂和流平剂加入至丙烯酸乳液中进行低速搅拌之后进行高速搅拌得到半成品涂料，其中，低速搅拌转速为300-500r/min，低速搅拌分两次进行，间隔时间为18min，头次低速搅拌时间为5min，二次低速搅拌时间为8min，高速搅拌转速为1480r/min；
在所述半成品涂料中加入增稠剂，之后进行球磨处理，得到保温隔热涂料成品，所述球磨时间为10-11h。
在本发明提供的所述的保温隔热涂料的制备方法的一个实施例中，
所述机械分散的转速为140-170r/min；
所述超声波分散的超声波功率为200-240W，频率为220-270KHz；
所述机械分散和所述超声波分散间隔进行，每次分散时间为12-14min，每两次分散之间具有一静止时间，所述静止时间为6-8min。
在本发明提供的所述的保温隔热涂料的制备方法的一个实施例中，所述增稠剂分三次加入，第一次加入总重量的三分之一，第二次加入总重量的二分之一，第三次加入总重量的六分之一。
根据国家标准《建筑用反射隔热涂料》GB/T 25261-2010的规定，对平涂型保温隔热涂料的太阳光反射比和半球发射率均进行了测试，结果如表4所示。
表4平涂型保温隔热涂料的太阳光反射比和半球发射率
| 项目 | 指标 | 实测值 |
| 太阳光反射比(白色)(％) | ≥80 | 85 |
| 半球发射率(％) | ≥80 | 86 |
从上表的测试结果可以看出：平涂型保温隔热涂料的太阳光反射比为85％，满足《建筑用反射隔热涂料》GB/T 25261-2010中规定涂层太阳光反射比≥80％的要求；半球发射率为86％，满足《建筑用反射隔热涂料》GB/T 25261-2010中规定涂层半球发射率≥80％的要求。可见，本发明提供的隔热保温涂料具有高反射率和高发射率，具有很好的热反射隔热效果。
在国家尚无标准、又无保温隔热涂料保温性能实验室检测方法的情况下，参照行业标准《居住建筑节能检测标准》JGJ/T 132-2009的规定，本发明进行了室外试点工程应用实测的方法来采集数据：对490mm厚实心砖气体墙体的内外表面，分别涂饰保温隔热涂料后，测试裸墙、内涂和外涂保温隔热涂料的热通量，建筑物室内外形成稳态传热后、墙体两侧温度基本保持不变的情况下，外墙内涂、外侧外涂该涂料后，墙体内热通量与裸墙相比均有明显降低。保温隔热涂料可通过改变墙体表面换热效应，影响墙体热通量而提高其保温隔热效果。
本发明提供的保温隔热涂料干膜厚度不超过0.4mm，墙体内涂涂料等效热阻值≥0.88(㎡·K)/W、墙体外涂涂料等效热阻值≥0.78(㎡·K)/W。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (7)
1.一种保温隔热涂料，其特征在于，包括按重量份计的以下组分：
丙烯酸乳液35份，碱土金属复合盐0-12份，高岭土1-7份，钛白粉0-30份，水10-20份；
其中，
所述碱土金属复合盐以料浆形式加入所述丙烯酸乳液中，且所述碱土金属复合盐中硬硅钙石的质量分数为4％；
所述钛白粉为金红石型钛白粉。
2.如权利要求1所述的保温隔热涂料，其特征在于，
所述碱土金属复合盐为9份；
所述钛白粉为30份。
3.如权利要求1或2所述的保温隔热涂料，其特征在于，还包括按重量份计的以下组分：
1-2份润湿剂，1-2份分散剂，0.1-0.5份消泡剂，2-4份成膜助剂，0.2-0.4份防霉剂，0.3-0.6份流平剂，1-3份增稠剂。
4.如权利要求3所述的保温隔热涂料，其特征在于，所述成膜助剂为质量比2～4:1的酮醇酯有机化合物和二亚烷基二醇苯基醚的混合物。
5.一种保温隔热涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将水、碱土金属复合盐、高岭土、钛白粉、一半重量的消泡剂、一半重量的润湿剂和一半重量的分散剂搅拌均匀后进行机械分散和超声波分散制得料浆；
将所述料浆、另一半重量的分散剂、另一半重量的润湿剂、另一半重量的消泡剂、成膜助剂、防霉剂和流平剂加入至丙烯酸乳液中进行低速搅拌之后进行高速搅拌得到半成品涂料，其中，低速搅拌转速为300-500r/min，低速搅拌分两次进行，间隔时间为18min，头次低速搅拌时间为5min，二次低速搅拌时间为8min，高速搅拌转速为1480r/min；
在所述半成品涂料中加入增稠剂，之后进行球磨处理，得到保温隔热涂料成品，所述球磨时间为10-11h。
6.如权利要求5所述的保温隔热涂料的制备方法，其特征在于，
所述机械分散的转速为140-170r/min；
所述超声波分散的超声波功率为200-240W，频率为220-270KHz；
所述机械分散和所述超声波分散间隔进行，每次分散时间为12-14min，每两次分散之间具有一静止时间，所述静止时间为6-8min。
7.如权利要求6所述的保温隔热涂料的制备方法，其特征在于，所述增稠剂分三次加入，第一次加入总重量的三分之一，第二次加入总重量的二分之一，第三次加入总重量的六分之一。
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| CN102229765A (zh) * | 2011-04-28 | 2011-11-02 | 贵州大学 | 一种建筑外墙复合隔热薄层乳胶涂料 |
| CN108504236A (zh) * | 2018-04-17 | 2018-09-07 | 邹奇峰 | 一种水性金属防腐隔热涂料及其制备方法 |
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