CN112759994A - 一种隔热保温保冷涂料及其制备方法 - Google Patents

一种隔热保温保冷涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种隔热保温保冷涂料及其制备方法，涉及涂料技术领域，其原料按重量份包括：气凝胶5‑15％、云母粉5‑10％、改性钛白粉5‑20％、方解石粉5‑10％、分散剂1‑5％、润湿剂1‑5％、增稠剂1‑5％、成膜助剂1‑10％、去离子水20‑50％、玻璃空心微珠5‑10％、硅灰石粉5‑15％、硅丙乳液10‑45％；其制备方法包括以下步骤：将硅丙乳液和硅灰石粉混合，搅拌，加入气凝胶，搅拌，静置，得膏状物；将去离子水、分散剂、润湿剂、成膜助剂、云母粉、改性钛白粉和方解石粉高速搅拌混合，加入玻璃空心微珠，低速搅拌，静置，然后在搅拌条件下，将膏状物加入，最后加入增稠剂，即得。本发明所得涂层有较高的热反射率，提高保温效率、降低成本，适用于内外墙隔热保温保冷。

Description

一种隔热保温保冷涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种隔热保温保冷涂料及其制备方法。
背景技术
建筑物隔热保温是节约能源、改善居住环境和使用功能的一个重要方面。建筑能耗在人类整个能源消耗中所占比例一般在30～40％，绝大部分是采暖和空调的能耗，故建筑节能意义重大。隔热保温涂料在与建筑物的围护结构复合后，可使建筑达到保温和隔热的目的，是建筑节能实施中常用的材料。
钛白粉作为性能卓越的白色颜料，具有化学性质稳定、高白度、高遮盖率等优点，在涂料领域得到了广泛应用。然而，没有经过表面处理的钛白粉表面存在许多光活化点，具有较强的光化学活性，在紫外线作用下，光活化点十分活跃，引起化学反应，造成涂层变色，耐候性差；且未经处理的钛白粉比表面能大，极不稳定，易发生团聚，在涂料中分散性不好。因此，需要对其进行表面处理，以堵塞光活化点，提高耐候性和分散性。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种隔热保温保冷涂料及其制备方法，所得涂料涂层有较高的热反射率，提高保温效率、降低成本，适用于内外墙隔热保温保冷。
本发明提出的一种隔热保温保冷涂料，其原料按重量份包括：气凝胶5-15％、云母粉5-10％、改性钛白粉5-20％、方解石粉5-10％、分散剂1-5％、润湿剂1-5％、增稠剂1-5％、成膜助剂1-10％、去离子水20-50％、玻璃空心微珠5-10％、硅灰石粉5-15％、硅丙乳液10-45％。
优选地，所述改性钛白粉是依次在钛白粉表面包覆ZrO2包覆层、ZrO2和Al2O3共包覆层、及有机硅包覆层。
优选地，所述改性钛白粉的制备如下：将钛白粉分散到水中，加入六偏磷酸钠，调节体系pH至10.0-10.5，搅拌分散，然后滴加Zr(SO4)2溶液，维持体pH在9.5-10.0，反应熟化，离心洗涤，干燥，得物料a；将物料a分散到水中，加入六偏磷酸钠，调节体系pH至9.5-10.0，搅拌分散，然后滴加ZrOCl2溶液和NaAlO2溶液，维持体pH在8.5-9.0，反应熟化，离心洗涤，干燥，得物料b；将物料b加入到硅烷偶联剂KH560的无水乙醇溶液中，搅拌反应，离心洗涤，干燥，即得。
优选地，所述改性钛白粉的制备如下：将钛白粉分散到水中，配制200-300g/L的浆料，加入占钛白粉重量0.1-0.3％的六偏磷酸钠，调节体系pH至10.0-10.5、温度为70-75℃，搅拌分散30-40min，然后滴加Zr(SO4)2溶液，以ZrO2重量计，Zr(SO4)2溶液的加入量为钛白粉重量的1-2％，在50min内添加完毕，维持体系pH在9.5-10.0，滴加完毕后反应30-40min熟化2h，离心洗涤，干燥，得物料a；将物料a分散到水中配制200-300g/L的浆料，加入占物料a重量0.1-0.3％的六偏磷酸钠，调节体系pH至9.5-10.0、温度为70-75℃，搅拌分散30-40min，然后滴加ZrOCl2溶液和NaAlO2溶液，以Al2O3重量计，NaAlO2溶液的加入量为钛白粉重量的1.5-2.5％，分别以ZrO2和Al2O3重量计，ZrOCl2溶液和NaAlO2溶液的重量比为0.2-0.3：1，在30min内滴加完毕，维持体系pH为8.5-9.0，滴加完毕后反应40-60min熟化2h，离心洗涤，干燥，得物料b；将物料b加入到硅烷偶联剂KH560的无水乙醇溶液中，KH560的用量为物料b重量的1-3％，在40-50℃下搅拌反应40-60min，离心洗涤，干燥，即得。
优选地，所述增稠剂为纤维素类增稠剂、聚丙烯酸酯类增稠剂、聚氨酯缔合类增稠剂中的任意一种。
优选地，所述成膜助剂为十二碳醇酯、乙二醇丁醚、丙二醇乙醚中的一种或多种。
本发明还提出了上述隔热保温保冷涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将硅丙乳液和硅灰石粉混合，搅拌，然后加入气凝胶，搅拌，静置，得膏状物；
S2、将去离子水、分散剂、润湿剂、成膜助剂、云母粉、改性钛白粉和方解石粉高速搅拌混合，加入玻璃空心微珠，低速搅拌，静置；
S3、在搅拌条件下，将S1的膏状物加入到S2中，最后加入增稠剂，即得。
优选地，S1中，静置24h。
优选地，S2中，高速搅拌30-40min混合，加入玻璃空心微珠，低速搅拌10-20min，静置50-60min。
有益效果：本发明提出了一种隔热保温保冷涂料，优化选择原料成分，通过涂料中气凝胶特殊的网状三维结构对冷、热空气进行阻隔，通过对钛白粉改性，使钛白粉具有反射功能，将阳光所产生的热能反射到大气中，从而达到节能的效果。本发明所得涂层有较高的热反射率，将其用于建筑工程的外围护结构，可减少热量向室内传入，在阳光直射下，该涂料可以让建筑物表面隔热降温20℃以上，提高保温效率、降低成本；该涂料适用于内外墙隔热保温保冷。
改性钛白粉制备中，先在其表面包覆一层致密ZrO2膜，封闭钛白粉表面的活性位点，提高材料的耐候性，且包覆层与钛白粉直接粘附力好；再在碱性条件下，在其表面包覆一层ZrO2和Al2O3掺杂层，在生成的疏松网状结构的Al2O3膜中间掺杂少量ZrO2，提高附着力，提高其分散性；最后再经有机硅包覆进一步钛白粉的分散性、耐候性等性能。经复合包覆后的钛白粉颗粒大小均匀，颗粒之间分散较好，光泽度和耐候性好，将其添加到涂料中能有效提高涂层耐光性和耐候性，进而提高涂层隔热效果。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种隔热保温保冷涂料，其原料按重量份包括：气凝胶5％、云母粉10％、改性钛白粉5％、方解石粉10％、分散剂5％、润湿剂1％、增稠剂1％、成膜助剂1％、去离子水20％、玻璃空心微珠10％、硅灰石粉10％、硅丙乳液22％；其中，增稠剂为羟乙基纤维素增稠剂，成膜助剂为十二碳醇酯。
其中，改性钛白粉是依次在钛白粉表面包覆ZrO2包覆层、ZrO2和Al2O3共包覆层、及有机硅包覆层；具体制备如下：将钛白粉分散到水中，配制200g/L的浆料，加入占钛白粉重量0.1％的六偏磷酸钠，调节体系pH至10.0、温度为70℃，搅拌分散30min，然后滴加Zr(SO4)2溶液，以ZrO2重量计，Zr(SO4)2溶液的加入量为钛白粉重量的1％，在50min内添加完毕，维持体系pH在9.5，滴加完毕后反应30min熟化2h，离心洗涤，干燥，得物料a；将物料a分散到水中配制200g/L的浆料，加入占物料a重量0.1％的六偏磷酸钠，调节体系pH至9.5、温度为70℃，搅拌分散30min，然后滴加ZrOCl2溶液和NaAlO2溶液，以Al2O3重量计，NaAlO2溶液的加入量为钛白粉重量的1.5％，分别以ZrO2和Al2O3重量计，ZrOCl2溶液和NaAlO2溶液的重量比为0.2：1，在30min内滴加完毕，维持体系pH为8.5，滴加完毕后反应40min熟化2h，离心洗涤，干燥，得物料b；将物料b加入到硅烷偶联剂KH560的无水乙醇溶液中，KH560的用量为物料b重量的1％，在40℃下搅拌反应40min，离心洗涤，干燥，即得。
上述隔热保温保冷涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将硅丙乳液和硅灰石粉混合，搅拌，然后加入气凝胶，搅拌，静置24h，得膏状物；
S2、将去离子水、分散剂、润湿剂、成膜助剂、云母粉、改性钛白粉和方解石粉高速搅拌30min混合，加入玻璃空心微珠，低速搅拌10min，静置60min；
S3、在搅拌条件下，将S1的膏状物加入到S2中，最后加入增稠剂，即得。
实施例2
本发明提出的一种隔热保温保冷涂料，其原料按重量份包括：气凝胶15％、云母粉5％、改性钛白粉10％、方解石粉5％、分散剂1％、润湿剂5％、增稠剂5％、成膜助剂10％、去离子水20％、玻璃空心微珠5％、硅灰石粉5％、硅丙乳液14％；其中，增稠剂为聚丙烯酸增稠剂，成膜助剂为乙二醇丁醚。
其中，改性钛白粉是依次在钛白粉表面包覆ZrO2包覆层、ZrO2和Al2O3共包覆层、及有机硅包覆层；具体制备如下：将钛白粉分散到水中，配制300g/L的浆料，加入占钛白粉重量0.3％的六偏磷酸钠，调节体系pH至10.5、温度为75℃，搅拌分散40min，然后滴加Zr(SO4)2溶液，以ZrO2重量计，Zr(SO4)2溶液的加入量为钛白粉重量的2％，在50min内添加完毕，维持体系pH在10.0，滴加完毕后反应40min熟化2h，离心洗涤，干燥，得物料a；将物料a分散到水中配制300g/L的浆料，加入占物料a重量0.3％的六偏磷酸钠，调节体系pH至10.0、温度为75℃，搅拌分散40min，然后滴加ZrOCl2溶液和NaAlO2溶液，以Al2O3重量计，NaAlO2溶液的加入量为钛白粉重量的2.5％，分别以ZrO2和Al2O3重量计，ZrOCl2溶液和NaAlO2溶液的重量比为0.3：1，在30min内滴加完毕，维持体系pH为9.0，滴加完毕后反应60min熟化2h，离心洗涤，干燥，得物料b；将物料b加入到硅烷偶联剂KH560的无水乙醇溶液中，KH560的用量为物料b重量的3％，在50℃下搅拌反应60min，离心洗涤，干燥，即得。
上述隔热保温保冷涂料的制备方法同实施例1。
实施例3
本发明提出的一种隔热保温保冷涂料，其原料按重量份包括：气凝胶7％、云母粉6％、改性钛白粉17％、方解石粉7％、分散剂2％、润湿剂2％、增稠剂2％、成膜助剂4％、去离子水20％、玻璃空心微珠8％、硅灰石粉10％、硅丙乳液15％；其中，增稠剂为聚氨酯增稠剂，成膜助剂为丙二醇乙醚。
其中，改性钛白粉是依次在钛白粉表面包覆ZrO2包覆层、ZrO2和Al2O3共包覆层、及有机硅包覆层；具体制备如下：将钛白粉分散到水中，配制250g/L的浆料，加入占钛白粉重量0.15％的六偏磷酸钠，调节体系pH至10.0、温度为70℃，搅拌分散30min，然后滴加Zr(SO4)2溶液，以ZrO2重量计，Zr(SO4)2溶液的加入量为钛白粉重量的1.4％，在50min内添加完毕，维持体系pH在9.5，滴加完毕后反应30min熟化2h，离心洗涤，干燥，得物料a；将物料a分散到水中配制250g/L的浆料，加入占物料a重量0.15％的六偏磷酸钠，调节体系pH至9.5、温度为70℃，搅拌分散30min，然后滴加ZrOCl2溶液和NaAlO2溶液，以Al2O3重量计，NaAlO2溶液的加入量为钛白粉重量的1.8％，分别以ZrO2和Al2O3重量计，ZrOCl2溶液和NaAlO2溶液的重量比为0.24：1，在30min内滴加完毕，维持体系pH为8.5，滴加完毕后反应40min熟化2h，离心洗涤，干燥，得物料b；将物料b加入到硅烷偶联剂KH560的无水乙醇溶液中，KH560的用量为物料b重量的1.5％，在40℃下搅拌反应50min，离心洗涤，干燥，即得。
上述隔热保温保冷涂料的制备方法同实施例1。
实施例4
本发明提出的一种隔热保温保冷涂料，其原料按重量份包括：气凝胶10％、云母粉5％、改性钛白粉10％、方解石粉5％、分散剂1％、润湿剂1％、增稠剂1％、成膜助剂3％、去离子水20％、玻璃空心微珠6％、硅灰石粉7％、硅丙乳液31％；其中，增稠剂为聚氨酯增稠剂，成膜助剂为十二碳醇酯。
其中，改性钛白粉是依次在钛白粉表面包覆ZrO2包覆层、ZrO2和Al2O3共包覆层、及有机硅包覆层；具体制备如下：将钛白粉分散到水中，配制250g/L的浆料，加入占钛白粉重量0.2％的六偏磷酸钠，调节体系pH至10.0、温度为70℃，搅拌分散30min，然后滴加Zr(SO4)2溶液，以ZrO2重量计，Zr(SO4)2溶液的加入量为钛白粉重量的1.7％，在50min内添加完毕，维持体系pH在10.0，滴加完毕后反应30min熟化2h，离心洗涤，干燥，得物料a；将物料a分散到水中配制250g/L的浆料，加入占物料a重量0.2％的六偏磷酸钠，调节体系pH至9.5、温度为70℃，搅拌分散30min，然后滴加ZrOCl2溶液和NaAlO2溶液，以Al2O3重量计，NaAlO2溶液的加入量为钛白粉重量的2.2％，分别以ZrO2和Al2O3重量计，ZrOCl2溶液和NaAlO2溶液的重量比为0.27：1，在30min内滴加完毕，维持体系pH为9.0，滴加完毕后反应40min熟化2h，离心洗涤，干燥，得物料b；将物料b加入到硅烷偶联剂KH560的无水乙醇溶液中，KH560的用量为物料b重量的2％，在50℃下搅拌反应50min，离心洗涤，干燥，即得。
上述隔热保温保冷涂料的制备方法同实施例1。
对比例
与实施例4相比，区别仅在于，隔热保温保冷涂料的原料中采用的改性钛白粉是依次在钛白粉表面包覆ZrO2包覆层、Al2O3包覆层、及有机硅包覆层；具体制备如下：将钛白粉分散到水中，配制250g/L的浆料，加入占钛白粉重量0.2％的六偏磷酸钠，调节体系pH至10.0、温度为70℃，搅拌分散30min，然后滴加Zr(SO4)2溶液，以ZrO2重量计，Zr(SO4)2溶液的加入量为钛白粉重量的1.7％，在50min内添加完毕，维持体系pH在10.0，滴加完毕后反应30min熟化2h，离心洗涤，干燥，得物料a；将物料a分散到水中配制250g/L的浆料，加入占物料a重量0.2％的六偏磷酸钠，调节体系pH至9.5、温度为70℃，搅拌分散30min，然后滴加NaAlO2溶液，以Al2O3重量计，NaAlO2溶液的加入量为钛白粉重量的2.2％，在30min内滴加完毕，维持体系pH为9.0，滴加完毕后反应40min熟化2h，离心洗涤，干燥，得物料b；将物料b加入到硅烷偶联剂KH560的无水乙醇溶液中，KH560的用量为物料b重量的2％，在50℃下搅拌反应50min，离心洗涤，干燥，即得。
将本发明实施例1-4和对比例的涂料涂布到基层上制得涂层(120μm厚)，对涂层的性能进行检测：
1.太阳光反射比：按GB/T25261-2010进行测试；
2.耐候性：将涂层自然晾干后，采用高压紫外光灯(光源为1kW)于密闭空间中照射进行耐候性试验，样品距离紫外光源500mm，照射24h后记录涂层色差。
检测结果见表1。
表1实施例1-4和对比例的涂料的性能数据
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例
太阳光反射比％ 88 90 91 91 86
色差 8.0 7.4 7.1 7.2 8.5
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种隔热保温保冷涂料，其特征在于，其原料按重量份包括：气凝胶5-15％、云母粉5-10％、改性钛白粉5-20％、方解石粉5-10％、分散剂1-5％、润湿剂1-5％、增稠剂1-5％、成膜助剂1-10％、去离子水20-50％、玻璃空心微珠5-10％、硅灰石粉5-15％、硅丙乳液10-45％。
2.根据权利要求1所述的隔热保温保冷涂料，其特征在于，所述改性钛白粉是依次在钛白粉表面包覆ZrO2包覆层、ZrO2和Al2O3共包覆层、及有机硅包覆层。
3.根据权利要求2所述的隔热保温保冷涂料，其特征在于，所述改性钛白粉的制备如下：将钛白粉分散到水中，加入六偏磷酸钠，调节体系pH至10.0-10.5，搅拌分散，然后滴加Zr(SO4)2溶液，维持体pH在9.5-10.0，反应熟化，离心洗涤，干燥，得物料a；将物料a分散到水中，加入六偏磷酸钠，调节体系pH至9.5-10.0，搅拌分散，然后滴加ZrOCl2溶液和NaAlO2溶液，维持体pH在8.5-9.0，反应熟化，离心洗涤，干燥，得物料b；将物料b加入到硅烷偶联剂KH560的无水乙醇溶液中，搅拌反应，离心洗涤，干燥，即得。
4.根据权利要求3所述的隔热保温保冷涂料，其特征在于，所述改性钛白粉的制备如下：将钛白粉分散到水中，配制200-300g/L的浆料，加入占钛白粉重量0.1-0.3％的六偏磷酸钠，调节体系pH至10.0-10.5、温度为70-75℃，搅拌分散30-40min，然后滴加Zr(SO4)2溶液，以ZrO2重量计，Zr(SO4)2溶液的加入量为钛白粉重量的1-2％，在50min内添加完毕，维持体系pH在9.5-10.0，滴加完毕后反应30-40min熟化2h，离心洗涤，干燥，得物料a；将物料a分散到水中配制200-300g/L的浆料，加入占物料a重量0.1-0.3％的六偏磷酸钠，调节体系pH至9.5-10.0、温度为70-75℃，搅拌分散30-40min，然后滴加ZrOCl2溶液和NaAlO2溶液，以Al2O3重量计，NaAlO2溶液的加入量为钛白粉重量的1.5-2.5％，分别以ZrO2和Al2O3重量计，ZrOCl2溶液和NaAlO2溶液的重量比为0.2-0.3：1，在30min内滴加完毕，维持体系pH为8.5-9.0，滴加完毕后反应40-60min熟化2h，离心洗涤，干燥，得物料b；将物料b加入到硅烷偶联剂KH560的无水乙醇溶液中，KH560的用量为物料b重量的1-3％，在40-50℃下搅拌反应40-60min，离心洗涤，干燥，即得。
5.根据权利要求1所述的隔热保温保冷涂料，其特征在于，所述增稠剂为纤维素类增稠剂、聚丙烯酸酯类增稠剂、聚氨酯缔合类增稠剂中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的隔热保温保冷涂料，其特征在于，所述成膜助剂为十二碳醇酯、乙二醇丁醚、丙二醇乙醚中的一种或多种。
7.一种基于权利要求1-6任一项所述的隔热保温保冷涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将硅丙乳液和硅灰石粉混合，搅拌，然后加入气凝胶，搅拌，静置，得膏状物；
S2、将去离子水、分散剂、润湿剂、成膜助剂、云母粉、改性钛白粉和方解石粉高速搅拌混合，加入玻璃空心微珠，低速搅拌，静置；
S3、在搅拌条件下，将S1的膏状物加入到S2中，最后加入增稠剂，即得。
8.根据权利要求7所述的隔热保温保冷涂料的制备方法，其特征在于，S1中，静置24h。
9.根据权利要求7所述的隔热保温保冷涂料的制备方法，其特征在于，S2中，高速搅拌30-40min混合，加入玻璃空心微珠，低速搅拌10-20min，静置50-60min。
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