CN112724749A - 一种反射隔热复合型涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种反射隔热复合型涂料，其特征在于配方比例按重量份计包括：乳液25~40%；金红石型二氧化钛12~30%；胶体硅5~12%；颜填料3~8%；氟或硅聚合物填料1~3%；空心微珠1~3%；石墨烯0.5~5.0%；成膜助剂；流变助剂；防冻剂；pH调节剂；分散剂；润湿剂；消泡剂；附着力促进剂；防腐剂，去离子水。本发明的兼具耐污染性、耐久性和高反射率的反射隔热复合型涂料，对反射隔热涂料的原材料组分和用量进行了优选，对涂料各原料的加入顺序进行了优化，在保证涂料质量的前提下控制了去离子水的用量，实现了涂料的高固体份，具有高耐水性、高耐污染性和高反射率等优点。

Description

一种反射隔热复合型涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种隔热涂料及其制备方法，具体涉及一种反射隔热复合型涂料及其制备方法，属于功能涂料技术领域，尤其适用于建筑外墙、石化和工业等领域的保温隔热。

背景技术

气候变化是人类面临的全球性问题。随着各国二氧化碳排放，温室气体猛增，对生命系统形成了巨大威胁。在这一背景下，世界各国以全球协约的方式减排温室气体，我国由此提出2030年之前实现碳达峰和2060年之前实现碳中和的目标。据统计，建筑能耗约占我国社会总能耗的30％。因此，抓好建筑节能是控制温室气体排放的重要举措。建筑外墙常年直接受太阳光辐射，在其表面积累了大量热量，这些热量传入室内而引起的降温能耗十分巨大。反射隔热涂料能将太阳辐射能通过光谱反射和远红外热辐射的形式隔绝在涂装物体之外，从而达到节能降温的效果。

建筑反射隔热涂料主要是通过功能性颜填料所具有的特殊材质与功能，将太阳辐射能阻隔或通过反射、辐射发射到外部空间，使涂膜的表面温度降低，从而减少通过围护结构向建筑物内的传热。因此，功能性颜填料的选择与应用是建筑反射隔热涂料研制的关键技术。反射隔热涂膜对太阳光的反射、散射能力主要取决于颜填料与树脂折光指数的差值。因此，折光指数较高的粉体(见表1)通常作为反射隔热涂料的颜填料。阻隔型颜填料则选用隔热性能好的粉体，如空心玻璃(陶瓷)微珠等。辐射型颜填料通常选用过渡金属氧化物，如Fe2O3、MnO2、NiO、Co2O3、CuO、堇青石或石墨烯等。

表1常见粉体的折光指数

中国发明专利CN105295575B公开了一种环保隔热涂料及其制备方法。该发明采用特殊的复合隔热材料，将六钛酸钾晶须和竹纤维混合改性，再与陶瓷微粒组合作为主要隔热材料，制备的隔热涂料具有良好的隔热性能，隔热温差达20～30℃。

中国发明专利CN103666147B公开了一种反射辐射阻隔型外墙涂料。该涂料通过优选高反射率填料、空心隔热填料和热辐射填料以及控制填料的粒径，将各填料均匀分散在水基粘结剂中，同时使用有机粘结剂和无机粘结剂，并添加纳米改性剂提高涂膜的耐久性，从而减缓外墙隔热涂料隔热性能的退化。

中国发明专利CN109251576B公开了一种水性反射辐射型复合隔热涂料的制备方法及应用。该涂料由辐射隔热涂料和反射隔热涂料构成双层涂层结构，在下层喷涂辐射涂料，上层喷涂反射涂料，相比于简单共混的单层结构，可以更有效地保证金红石型钛白粉的反射效果，此外还有较高的半球发射率，具有隔热效果好、绿色环保的优点。

由此可见，反射隔热涂料是目前外墙隔热涂料的主要品种，性价比高，在增加少量原料成本的条件下取代建筑装饰涂料，并为建筑物节能减排做出贡献。

发明内容

本发明通过选择合适的树脂、颜填料及设计合理的配方可以将80％以上的太阳辐射能反射出去，但仍有一部分太阳辐射能会被涂膜吸收。这些被吸收的热量会通过热传导向内传递并不断积累，若不通过其他方式排掉将会引起涂膜及涂膜下的物体温度不断上升。涂料中通常采用的红外陶瓷粉末虽然具有较高的辐射率，但其配伍性较差，长期服役后易从涂层体系中析出，从而影响涂层的整体结构和隔热性能。此外，大气中含有较多的灰尘和悬浮物。然而，反射隔热涂料的性能优劣很大程度上取决于涂膜的太阳反射比和半球发射率，而这两个指标取决于涂料的耐沾污性和耐久性。因此，开发出一种兼具耐污染性、耐久性和高反射率的反射隔热涂料成为建筑饰面涂料的研究重点。

本发明提供了一种反射隔热复合型涂料，其特征在于配方比例按重量份计包括：

乳液25～40％；

金红石型二氧化钛12～30％；

胶体硅5～12％；

颜填料3～8％；

氟或硅聚合物填料1～3％；

空心微珠1～3％；

石墨烯0.5～5.0％；

成膜助剂0.5～5.0％；

流变助剂0.2～2.0％；

防冻剂0.4～1.0％；

pH调节剂0.1～1.0％；

分散剂0.1～0.5％；

润湿剂0.2～0.5％；

消泡剂0.1～0.5％；

附着力促进剂0.1～0.5％；

防腐剂0.1～0.4％；

余量为去离子水。

所述的乳液的固含量≥60％，粘度≥1000cps，其配方按重量份计包括苯乙烯-丙烯酸乳液45～70％、弹性乳液10～30％和有机硅改性丙烯酸乳液5～25％。

所述的金红石型二氧化钛的粒径D50≤0.5μm；所述的颜填料为SiO2、ZnO、BaSO4、高白硅酸铝、硅藻土、云母粉、滑石粉和重钙粉中的一种或几种，其平均粒径D50≤20μm；所述的氟或硅聚合物填料为粒径为1～10μm的球形填料。

所述的成膜助剂为三甲基戊二醇、单异丁酸酯和醇脂12中的一种或几种按任意比例混合而成。

所述的流变助剂由改性脲溶液、聚丙烯酸酯和聚氨酯类增稠剂组成。

所述的pH调节剂为含羟基和氨基或胺基的有机化合物。

所述的分散剂为聚羧酸钠盐。

所述的润湿剂为辛基酚聚氧乙烯醚；所述的消泡剂为聚硅氧烷聚合物；所述的附着力促进剂为聚醚改性聚硅氧烷溶液；所述的防冻剂为丙二醇。

上述反射隔热复合型涂料的制备方法，包括如下步骤：

(1)配置填料浆料：将部分去离子水、成膜助剂、pH调节剂、分散剂、润湿剂、消泡剂和防腐剂倒入搅拌容器内，利用搅拌桨对其进行剪切预分散，转速为10～200r/min，搅拌均匀后加入金红石型二氧化钛、硅体胶、颜填料和石墨烯，对其进行300～1000r/min的快速分散20～60min，再降低搅拌桨的转速至200～500r/min，加入空心微珠，搅拌5～20min，当浆料细度小于40μm后得到填料浆料；

(2)配置涂料：在步骤(1)所述的填料浆料中加入乳液、附着力促进剂和防冻剂，再加入氟或硅聚合物填料，在200～500r/min下搅拌不少于40min，当涂料细度小于40μm后调整搅拌桨的转速至不大于150r/min，加入流变助剂和剩余的去离子水，搅拌5～20min后获得反射隔热复合型涂料。

有益效果：

(1)本发明设计了一种兼具耐污染性、耐久性和高反射率的反射隔热复合型涂料，对反射隔热涂料的原材料组分和用量进行了优选，对涂料各原料的加入顺序进行了优化，在保证涂料质量的前提下控制了去离子水的用量，实现了涂料的高固体份，具有高耐水性、高耐污染性和高反射率等优点。

(2)本发明将高辐射率的石墨烯加入到涂料配方中，能将涂膜吸收的热能转化为光能辐射掉，相比于传统的红外陶瓷粉等辐射型功能填料，能实现更好的辐射制冷效果，同时由于其保留了石墨的层状结构而使涂层具有阻隔型，能大幅提高涂层阻挡腐蚀离子渗入涂层/基底界面的能力，且其机械强度高、化学稳定性好，能与涂膜中其他的颜填料连接成一个整体，增强涂层的整体强度和防裂性能，能有效防止涂膜在日照、雨水、风沙和冷热变化等作用下的开裂。

(3)本发明所述的涂料流动性好、均匀性好、防沉降性能优良，经涂覆固化后的导热系数低，经测试，厚度仅为100μm的涂膜的全波段反射率达到了0.88，全波段发射率达到了0.89，涂层隔热温差达20℃以上，反射隔热效果明显，其超级隔热效果可以让建筑物的室内温度维持在人体适宜的范围内，节省空调费用。

具体实施方式

实施例1

反射隔热复合型涂料，其特征在于配方比例按重量份计见表2：

表2实施例1的反射隔热复合型涂料的配方

其中，消泡剂选用德固赛迪高消泡剂TEGO Foamex 843。

制备步骤如下：

(1)配置填料浆料：将240g去离子水、25g成膜助剂、6g pH调节剂、2g分散剂、4g润湿剂、4g消泡剂和4g防腐剂倒入搅拌容器内，利用搅拌桨对其进行剪切预分散，转速为150r/min，搅拌均匀后加入180g金红石型二氧化钛、80g硅体胶、5g滑石粉、10g重钙粉、25g云母粉和25g石墨烯，对其进行600r/min的快速分散30min，再降低搅拌桨的转速至300r/min，加入20g空心玻璃微珠，搅拌15min，当浆料细度小于40μm后得到填料浆料；

(2)配置涂料：在步骤(1)所述的填料浆料中加入180g苯乙烯-丙烯酸乳液、50g弹性乳液、40g有机硅改性丙烯酸乳液、4g附着力促进剂和4g防冻剂，再加入20g氟或硅聚合物填料，在400r/min下搅拌60min，当涂料细度小于40μm后调整搅拌桨的转速至80r/min，加入1.5g改性脲溶液、3g聚丙烯酸酯、2.5g聚氨酯类增稠剂和65g去离子水，搅拌10min后获得反射隔热复合型涂料。

经测试，涂料细度为30μm，涂料稳定性好，涂膜的全波段反射率为0.88，全波段发射率为0.89，涂层隔热温差为26.5℃。

实施例2

反射隔热复合型涂料，其特征在于配方比例按重量份计见表3：

表3实施例2的反射隔热复合型涂料的配方

其中，消泡剂选用德固赛迪高消泡剂TEGO Foamex 843。

制备方法如下：

(1)配置填料浆料：将200g去离子水、25g成膜助剂、6g pH调节剂、2g分散剂、3g润湿剂、4g消泡剂和4g防腐剂倒入搅拌容器内，利用搅拌桨对其进行剪切预分散，转速为180r/min，搅拌均匀后加入160g金红石型二氧化钛、60g硅体胶、10g硫酸钡、15g高白硅酸铝、20g云母粉和15g石墨烯，对其进行800r/min的快速分散40min，再降低搅拌桨的转速至300r/min，加入25g空心陶瓷微珠，搅拌20min，当浆料细度小于40μm后得到填料浆料；

(2)配置涂料：在步骤(1)所述的填料浆料中加入200g苯乙烯-丙烯酸乳液、70g弹性乳液、80g有机硅改性丙烯酸乳液、5g附着力促进剂和4g防冻剂，再加入25g氟或硅聚合物填料，在400r/min下搅拌60min，当涂料细度小于40μm后调整搅拌桨的转速至100r/min，加入2.5g改性脲溶液、2.5g聚丙烯酸酯、2.0g聚氨酯类增稠剂和60g去离子水，搅拌10min后获得反射隔热复合型涂料。

经测试，涂料细度为35μm，涂料稳定性好，涂膜的全波段反射率为0.87，全波段发射率为0.86，涂层隔热温差为25.2℃。

实施例3

反射隔热复合型涂料，其特征在于配方比例按重量份计见表4：

表4实施例3的反射隔热复合型涂料的配方

其中，消泡剂选用德固赛迪高消泡剂TEGO Foamex 843。

制备方法如下：

(1)配置填料浆料：将182g去离子水、30g成膜助剂、5g pH调节剂、3g分散剂、3g润湿剂、3g消泡剂和2g防腐剂倒入搅拌容器内，利用搅拌桨对其进行剪切预分散，转速为180r/min，搅拌均匀后加入200g金红石型二氧化钛、100g硅体胶、10g氧化锌、15g硅藻土、15g云母粉和30g石墨烯，对其进行800r/min的快速分散30min，再降低搅拌桨的转速至300r/min，加入15g空心玻璃微珠，搅拌20min，当浆料细度小于40μm后得到填料浆料；

(2)配置涂料：在步骤(1)所述的填料浆料中加入160g苯乙烯-丙烯酸乳液、80g弹性乳液、60g有机硅改性丙烯酸乳液、3g附着力促进剂和3g防冻剂，再加入20g氟或硅聚合物填料，在400r/min下搅拌60min，当涂料细度小于40μm后调整搅拌桨的转速至100r/min，加入4g改性脲溶液、4g聚丙烯酸酯、3g聚氨酯类增稠剂和50g去离子水，搅拌10min后获得反射隔热复合型涂料。

经测试，涂料细度为26μm，涂料稳定性好，涂膜的全波段发射率为0.86，全波段发射率为0.89，涂层隔热温差为26.2℃。

表3本发明实施例与传统的硅丙乳液/红外陶瓷粉末复合涂料的性能对比

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种反射隔热复合型涂料，其特征在于配方比例按重量份计包括：

乳液25~40%；

金红石型二氧化钛12~30%；

胶体硅5~12%；

颜填料3~8%；

氟或硅聚合物填料1~3%；

空心微珠1~3%；

石墨烯0.5~5.0%；

成膜助剂0.5~5.0%；

流变助剂0.2~2.0%；

防冻剂0.4~1.0%；

pH调节剂0.1~1.0%；

分散剂0.1~0.5%；

润湿剂0.2~0.5%；

消泡剂0.1~0.5%；

附着力促进剂0.1~0.5%；

防腐剂0.1~0.4%；

余量为去离子水。

2.根据权利要求1所述的反射隔热复合型涂料，其特征在于：所述的乳液的固含量≥60%，粘度≥1000cps，其配方按重量份计包括苯乙烯-丙烯酸乳液45~70%、弹性乳液10~30%和有机硅改性丙烯酸乳液5~25%。

3.根据权利要求1所述的反射隔热复合型涂料，其特征在于：所述的金红石型二氧化钛的粒径D₅₀≤0.5μm；所述的颜填料为SiO₂、ZnO、BaSO₄、高白硅酸铝、硅藻土、云母粉、滑石粉和重钙粉中的一种或几种，其平均粒径D₅₀≤20μm；所述的氟或硅聚合物填料为粒径为1~10μm的球形填料。

4.根据权利要求1所述的反射隔热复合型涂料，其特征在于：所述的成膜助剂为三甲基戊二醇、单异丁酸酯和醇脂12中的一种或几种按任意比例混合而成。

5.根据权利要求1所述的反射隔热复合型涂料，其特征在于：所述的流变助剂由改性脲溶液、聚丙烯酸酯和聚氨酯类增稠剂组成。

6.根据权利要求1所述的反射隔热复合型涂料，其特征在于：所述的pH调节剂为含羟基和氨基或胺基的有机化合物。

7.根据权利要求1所述的反射隔热复合型涂料，其特征在于：所述的分散剂为聚羧酸钠盐。

8.根据权利要求1所述的反射隔热复合型涂料，其特征在于：所述的润湿剂为辛基酚聚氧乙烯醚；所述的消泡剂为聚硅氧烷聚合物；所述的附着力促进剂为聚醚改性聚硅氧烷溶液；所述的防冻剂为丙二醇。

9.一种权利要求2所述的反射隔热复合型涂料，其特征在于，包括如下步骤：

（1）配置填料浆料：将部分去离子水、成膜助剂、pH调节剂、分散剂、润湿剂、消泡剂和防腐剂倒入搅拌容器内，利用搅拌桨对其进行剪切预分散，转速为10~200r/min，搅拌均匀后加入金红石型二氧化钛、硅体胶、颜填料和石墨烯，对其进行300~1000r/min的快速分散20~60min，再降低搅拌桨的转速至200~500r/min，加入空心微珠，搅拌5~20min，当浆料细度小于40μm后得到填料浆料；

（2）配置涂料：在步骤（1）所述的填料浆料中加入乳液、附着力促进剂和防冻剂，再加入氟或硅聚合物填料，在200~500r/min下搅拌不少于40min，当涂料细度小于40μm后调整搅拌桨的转速至不大于150r/min，加入流变助剂和剩余的去离子水，搅拌5~20min后获得反射隔热复合型涂料。