CN113136125A - 一种超低导热系数的水性热阻隔涂料及其制备方法与应用 - Google Patents

一种超低导热系数的水性热阻隔涂料及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超低导热系数的水性热阻隔涂料及其制备方法与应用。所述水性热阻隔涂料包括水性树脂乳液90～120份、分散剂3～6份、润湿剂2～6份、消泡剂4～8份、防闪锈剂0.2～1份、热阻隔填料30～60份、增粘剂10～20份、增稠流变助剂3～6份、流平助剂3～6份、溶剂30～50份及成膜助剂4～10份或固化剂25～30份。采用本发明的超低导热系数、高隔热的水性热阻隔涂料配方，可制备出超低导热系数的隔热涂层，可以有效的将高温处传递的热量凭借其超低的导热系数将内部的高温隔绝，使外层保持较低的温度范围，既可保温，又能节能，同时还拥有工艺简单、隔热效果好、环保、高固含、高稳定性等优点。

Description

一种超低导热系数的水性热阻隔涂料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种水性热阻隔涂料，更具体地说，涉及一种超低导热系数的水性热阻隔涂料及其制备方法与应用，属于化工涂料技术领域。
背景技术
目前，根据涂料隔热机理和方式的不同，可以把隔热涂料分为：阻隔型隔热涂料、反射型隔热涂料及辐射型隔热涂料三类。阻隔型隔热涂料是四大类隔热涂料中隔热机理最为简单的，旨在降低涂层中的导热系数即增加涂层的热阻以实现被动式隔热的降温涂料。一般是将低导热率的组分(填料)或使涂层在干燥固化的过程中内部形成的不连续的空气组分，从而获得良好的绝热效果。常温下，静止空气的导热系数约为0.023W/(m·K)，远低于大多数隔热填料，而目前一般很难将隔热涂料的导热系数降到比较低的范围内，通常大于0.1W/(m·K)。目前的研究方向是向涂层中引入不连续空气相以降低隔热涂层的导热系数获得的阻隔型隔热涂料。涂料的特征是具有原材料价廉易得、制备工艺简单、隔热效果好等优点，因此设计发明一种超低导热系数的水性热阻隔涂料基本配方具有一定的价值。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种超低导热系数的水性热阻隔涂料及其制备方法与应用，以克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种超低导热系数的水性热阻隔涂料，其包括按照重量份数计算的如下组分：水性树脂乳液90～120份、分散剂3～6份、润湿剂2～6份、消泡剂4～8份、防闪锈剂0.2～1份、热阻隔填料30～60份、增粘剂10～20份、增稠流变助剂3～6份、流平助剂3～6份、溶剂30～50份以及成膜助剂4～10份或固化剂25～30份，其中，所述热阻隔填料包括气凝胶、空心玻璃微珠、空心陶瓷微珠、硅藻土中的任意一种或两种以上的组合。
在一些实施方案中，所述超低导热系数的水性热阻隔涂料在25℃下的导热系数为0.049～0.052W/(m*K)，在120℃下的导热系数为0.069～0.071W/(m*K)。
本发明实施例还提供了前述超低导热系数的水性热阻隔涂料的制备方法，其包括：
向溶剂中加入润湿剂、分散剂、防闪锈剂、至少部分消泡剂和热阻隔填料混合搅拌，之后再加入水性树脂乳液、增稠流变助剂、流平助剂、增粘剂和余留的消泡剂继续搅拌，最后加入成膜助剂或固化剂，获得所述超低导热系数的水性热阻隔涂料。
本发明实施例还提供了由前述超低导热系数的水性热阻隔涂料形成的超低导热系数的水性热阻隔涂层。
与现有技术相比，本发明的优点包括：
采用本发明提供的超低导热系数、高隔热、高稳定性的水性热阻隔涂料配方，可制备出超低导热系数的隔热涂层，可以有效的将高温处传递的热量凭借其超低的导热系数将内部的高温隔绝，使外层保持较低的温度范围，既可保温，又能节能，同时还拥有工艺操作简单、隔热效果好、环保、高固含、高稳定性等优点。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案，其主要是提供一种易制备、高固含、高稳定性、环保节能的一种超低导热系数的水性热阻隔涂料基本配方。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明实施例的一个方面提供的一种超低导热系数的水性热阻隔涂料包括按照重量份数计算的如下组分：水性树脂乳液90～120份、分散剂3～6份、润湿剂2～6份、消泡剂4～8份、防闪锈剂0.2～1份、热阻隔填料30～60份、增粘剂10～20份、增稠流变助剂3～6份、流平助剂3～6份、溶剂30～50份以及成膜助剂4～10份或固化剂25～30份。
在一些实施方案中，所述热阻隔填料可以包括气凝胶、空心玻璃微珠、空心陶瓷微珠、硅藻土等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。其中，本发明优选采用空心玻璃微珠，其密度极低，容易漂浮在水性涂料液体的上方。
进一步地，所述热阻隔填料的粒径分布范围为25～100μm。
进一步地，所述热阻隔填料的真实密度为0.1～0.25g/cm3。
在一些实施方案中，所述超低导热系数的水性热阻隔涂料在25℃下的导热系数为0.049～0.052W/(m*K)，在120℃下的导热系数为0.069～0.071W/(m*K)。
在一些实施方案中，所述水性树脂乳液所含树脂可以为单组分树脂，也可以为双组分树脂，优选可以包括环氧树脂、环氧乳液、丙烯酸树脂、聚氨酯、合成树脂、硅丙树脂等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
在一些实施方案中，所述增粘剂为水性增粘剂，优选包括氯丁乳胶、改性丙烯酸氯丁乳胶、改性聚氨酯、松香及丙烯酸松香等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步地，所述分散剂包括脂肪酸类化合物、脂肪族酰胺类化合物、酯类化合物等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步地，所述润湿剂包括聚硅氧烷类化合物、磺基羧酸酯类化合物、聚氧乙烯烷基酚醚、聚氧乙烯脂肪醇醚等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步地，所述消泡剂为水性消泡剂，优选包括醚类化合物、醇类化合物、聚醚酯类化合物等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步地，所述防闪锈剂包括强碱弱酸盐，例如优选可以是磷酸盐、硅酸盐、硼酸盐、苯甲酸盐等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步地，所述增稠流变助剂包括聚氨酯类化合物、丙烯酸酯类化合物、甲基丙烯酸酯类化合物等或经改性的酯类化合物，但不限于此。
进一步地，所述流平助剂包括聚丙烯酸酯类化合物、氟改性丙烯酸共聚物类化合物、改性有机硅氧烷类化合物、改性聚酯类化合物等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步地，所述成膜助剂为丙烯酸成膜助剂，优选包括十二碳醇酯、丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯和乙二醇丁醚等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步地，所述固化剂为环氧固化剂，优选为多元伯胺类化合物、多元硫醇类化合物、多元羧酸类化合物和多元酚类化合物等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步地，所述溶剂包括但不限于水。
具体的，在一些较为具体的实施例中，所述超低导热系数的水性热阻隔涂料包括以下以重量份的组分：水性树脂乳液90～120份，分散剂3～6份，润湿剂2～6份，消泡剂4～8份，防闪锈剂0.2～1份，热阻隔填料30～60份，增粘剂10～20份，增稠流变助剂3～6份，流平助剂3～6份，成膜助剂4～10份/固化剂25～30份，去离子水30～50。
本发明实施例的另一个方面还提供了前述超低导热系数的水性热阻隔涂料的制备方法，其包括：
向溶剂中加入润湿剂、分散剂、防闪锈剂、至少部分消泡剂和热阻隔填料混合搅拌，之后再加入水性树脂乳液、增稠流变助剂、流平助剂、增粘剂和余留的消泡剂继续搅拌，最后加入成膜助剂或固化剂，获得所述超低导热系数的水性热阻隔涂料。
具体的，在一些较为具体的实施例中，所述超低导热系数的水性热阻隔涂料的制备方法具体包括：
将30～50份的水置于高速分散下，加入2～6份润湿剂、3～6份分散剂、0.2～1份防闪锈剂，2～3份消泡剂和30～60份热阻隔填料，调整分散转速加入90～120份水性树脂乳液，3～6份增稠流变助剂、3～6份流平助剂，10～20份水性增粘剂乳液和2～3份消泡剂后，再加入4～10份成膜助剂/25～30份固化剂，得到超低导热系数的水性热阻隔涂料。
其中，在所述制备方法的过程中，不同的涂料组分必须按照一定顺序进行添加，使得这种阻隔型涂料处于一种稳定的状态，可方便于施工事宜。
本发明实施例的另一个方面还提供了由前述超低导热系数的水性热阻隔涂料形成的涂层。
本案发明人通过调配不同热阻隔填料不同组分的比例，很好的控制得到超低的导热系数，提高了涂层的隔热性能，能够将由120℃涂布3.5-4.5mm后表面温度降低到50℃以下。
综上所述，采用本发明提供的超低导热系数的水性热阻隔涂料基本配方，可制备出超低导热系数、高隔热、高稳定性的阻隔涂料，可以有效的将高温处传递的热量凭借其自身超低的导热系数将内部的高温隔绝，使外层保持较低的温度范围，既可保温，又能节能，同时还拥有工艺操作简单、隔热效果好、环保、高固含、高稳定性等优点。
以下结合若干实施例对本发明的技术方案作进一步的解释说明，但本发明并不局限于此。但是，应当理解，在本发明范围内，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
下面实施例中所述的试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1
一种超低导热系数的水性热阻隔涂料基本配方为：水性丙烯酸树脂乳液100份、分散剂(脂肪酸类化合物)4份、润湿剂(聚硅氧烷类化合物)2份、防闪锈剂(磷酸盐)0.5份、消泡剂(醚类化合物)5份、热阻隔填料(空心玻璃微珠和硅藻土)40份、水性增粘剂乳液(氯丁乳胶)10份、成膜助剂(十二碳醇酯)4份、增稠流变助剂(聚氨酯类化合物)4份、流平助剂(聚丙烯酸酯类化合物)3份、水50份。
所述水性热阻隔涂料的制备方法包括：在50份的水置于高速分散下，加入2份润湿剂、4份分散剂、0.5份防闪锈剂和2.5份消泡剂，35份空心玻璃微珠和5份硅藻土，调整分散转速加入100份水性丙烯酸树脂乳液，4份增稠流变助剂、3份流平助剂和消泡剂2.5份，10份水性增粘剂乳液和4份成膜助剂，得到超低导热系数的水性热阻隔涂料。
本实施例所获水性热阻隔涂料在25℃下的导热系数为0.051W/(m*K)，120℃下导热系数为0.069W/(m*K)，3.5-4.5mm厚度下可将120℃隔绝至50℃以下。
实施例2
一种超低导热系数的水性热阻隔涂料基本配方为：水性环氧树脂乳液100份、分散剂(脂肪族酰胺类化合物)4份、润湿剂(磺基羧酸酯类化合物)2份、防闪锈剂(硅酸盐)0.5份、消泡剂(醇类化合物)4份、热阻隔填料(空心玻璃微珠)40份、水性增粘剂乳液(改性丙烯酸氯丁乳胶)10份、增稠流变助剂(丙烯酸酯类化合物)4份、流平助剂(氟改性丙烯酸共聚物类化合物)3份、水50份和固化剂(多元伯胺类化合物)25份。
所述水性热阻隔涂料的制备方法包括：在50份的水置于高速分散下，加入2份润湿剂、4份分散剂、0.5份防闪锈剂和消泡剂2份，40份空心玻璃微珠，调整分散转速加入100份水性树脂乳液，4份增稠流变助剂、3份流平助剂、消泡剂2份和10份水性增粘剂乳液，得到超低导热系数的水性热阻隔涂料的A组分。
在施工时，在A组分中添加25份的环氧固化剂为B组分，混合均匀，即可使用。
本实施例所获水性热阻隔涂料在25℃下的导热系数为0.049W/(m*K)，3.5-4.5mm厚度下可将120℃隔绝至50℃以下。
实施例3
一种超低导热系数的水性热阻隔涂料基本配方为：水性环氧树脂乳液100份、分散剂(酯类化合物)3份、润湿剂(聚氧乙烯烷基酚醚)3份、防闪锈剂(硼酸盐)0.5份、消泡剂(聚醚酯类化合物)6份、热阻隔填料(空心玻璃微珠和空心陶瓷微珠)30份、水性增粘剂乳液(改性聚氨酯)15份、增稠流变助剂(甲基丙烯酸酯类化合物)3份、流平助剂(改性有机硅氧烷类化合物)3份、水50份，固化剂(多元硫醇类化合物)30份。
所述水性热阻隔涂料的制备方法包括：在50份的水置于高速分散下，加入3份润湿剂、3份分散剂、0.5份防闪锈剂和消泡剂3份，20份空心玻璃微珠，10份空心陶瓷微珠，调整分散转速加入100份水性树脂乳液，3份增稠流变助剂、3份流平助剂、3份消泡剂和15份水性增粘剂乳液，得到超低导热系数的水性热阻隔涂料的A组分。
在施工时，在A组分中添加30份的环氧固化剂为B组分，混合均匀，即可使用。
本实施例所获水性热阻隔涂料的25℃下的导热系数为0.060W/(m*K)，3.5-4.5mm厚度下可将120℃隔绝至50℃以下。
实施例4
一种超低导热系数的水性热阻隔涂料基本配方为：水性聚氨酯乳液120份、分散剂(脂肪族酰胺类化合物)5份、润湿剂(聚氧乙烯脂肪醇醚)4份、防闪锈剂(苯甲酸盐)0.1份、消泡剂(聚醚酯类化合物)5份、热阻隔填料(空心玻璃微珠和硅藻土)45份、水性增粘剂乳液(松香)20份、成膜助剂(丙二醇丁醚)6份、增稠流变助剂(丙烯酸酯类化合物)6份、流平助剂(改性聚酯类化合物)4份、水30份。
所述水性热阻隔涂料的制备方法包括：在30份的水置于高速分散下，加入4份润湿剂、5份分散剂、0.1份防闪锈剂和2.5份消泡剂，40份空心玻璃微珠和5份硅藻土，调整分散转速加入120份水性聚氨酯乳液，6份增稠流变助剂、4份流平助剂和消泡剂2.5份，20份水性增粘剂乳液和6份成膜助剂，得到超低导热系数的水性热阻隔涂料。
本实施例所获水性热阻隔涂料在25℃下的导热系数为0.059W/(m*K)，3.5-4.5mm厚度下可将120℃隔绝至50℃以下。
实施例5
一种超低导热系数的水性热阻隔涂料基本配方为：水性硅丙树脂乳液90份、分散剂(脂肪酸类化合物)6份、润湿剂(聚氧乙烯烷基酚醚)6份、防闪锈剂(硅酸盐)1份、消泡剂(醚类化合物)8份、热阻隔填料(空心玻璃微珠和硅藻土)60份、水性增粘剂乳液(丙烯酸松香)18份、成膜助剂(丙二醇甲醚醋酸酯)10份、增稠流变助剂(聚氨酯类化合物)4份、流平助剂(改性聚酯类化合物)6份、水40份。
所述水性热阻隔涂料的制备方法包括：在40份的水置于高速分散下，加入6份润湿剂、6份分散剂、1份防闪锈剂和4份消泡剂，35份空心玻璃微珠和25份硅藻土，调整分散转速加入90份水性硅丙树脂乳液，4份增稠流变助剂、6份流平助剂和消泡剂4份，18份水性增粘剂乳液和10份成膜助剂，得到超低导热系数的水性热阻隔涂料。
本实施例所获水性热阻隔涂料在25℃下的导热系数为0.059W/(m*K)，3.5-4.5mm厚度下可将120℃隔绝至50℃以下。
对比例1
本对比例与实施例1相比，不同之处在于：未加入热阻隔填料。其所获涂料的导热系数为0.255W/(m*K)。
基于上述，本发明所采用的技术配方，可制备出低导热系数的水性热阻隔涂层，可以有效的将高温处传递的热量利用其超低的导热系数将内部的高温隔绝使外层保持超低的温度范围，既可保温，又能节能，同时还拥有工艺操作简单、环保、隔热效果好、高固含、高稳定性等优点。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，保护范围并不仅局限于该实施例，凡属于本发明思路下的技术方案应当属于本发明的保护范围。同时应当指出，对于本技术领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种超低导热系数的水性热阻隔涂料，其特征在于包括按照重量份数计算的如下组分：水性树脂乳液90～120份、分散剂3～6份、润湿剂2～6份、消泡剂4～8份、防闪锈剂0.2～1份、热阻隔填料30～60份、增粘剂10～20份、增稠流变助剂3～6份、流平助剂3～6份、溶剂30～50份以及成膜助剂4～10份或固化剂25～30份，其中，所述热阻隔填料包括气凝胶、空心玻璃微珠、空心陶瓷微珠、硅藻土中的任意一种或两种以上的组合。
2.根据权利要求1所述的超低导热系数的水性热阻隔涂料，其特征在于：所述水性树脂乳液所含树脂包括单组分树脂和/或双组分树脂，优选包括水性环氧树脂、水性环氧乳液、水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯、水性硅丙树脂中的任意一种或两种以上的组合。
3.根据权利要求1所述的超低导热系数的水性热阻隔涂料，其特征在于：所述超低导热系数的水性热阻隔涂料在25℃下的导热系数为0.049～0.052W/(m*K)，在120℃下的导热系数为0.069～0.071W/(m*K)以下。
4.根据权利要求1所述的超低导热系数的水性热阻隔涂料，其特征在于：所述热阻隔填料的密度为0.1～0.25g/cm3；和/或，所述热阻隔填料的粒径为25～100μm。
5.根据权利要求1所述的超低导热系数的水性热阻隔涂料，其特征在于：所述增粘剂为水性增粘剂，优选包括氯丁乳胶、改性丙烯酸氯丁乳胶、改性聚氨酯、松香及丙烯酸松香中的任意一种或两种以上的组合。
6.根据权利要求1所述的超低导热系数的水性热阻隔涂料，其特征在于：所述分散剂包括脂肪酸类化合物、脂肪族酰胺类化合物、酯类化合物中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述润湿剂包括聚硅氧烷类化合物、磺基羧酸酯类化合物、聚氧乙烯烷基酚醚、聚氧乙烯脂肪醇醚中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述消泡剂为水性消泡剂，优选包括醚类化合物、醇类化合物、聚醚酯类化合物中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述防闪锈剂包括强碱弱酸盐，优选包括磷酸盐、硅酸盐、硼酸盐、苯甲酸盐中的任意一种或两种以上的组合。
7.根据权利要求1所述的超低导热系数的水性热阻隔涂料，其特征在于：所述增稠流变助剂包括聚氨酯类化合物、丙烯酸酯类化合物、甲基丙烯酸酯类化合物中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述流平助剂包括聚丙烯酸酯类化合物、氟改性丙烯酸共聚物类化合物、改性有机硅氧烷类化合物、改性聚酯类化合物中的任意一种或两种以上的组合。
8.根据权利要求1所述的超低导热系数的水性热阻隔涂料，其特征在于：所述成膜助剂为丙烯酸成膜助剂，优选包括十二碳醇酯、丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯和乙二醇丁醚中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述固化剂为环氧固化剂，优选包括多元伯胺类化合物、多元硫醇类化合物、多元羧酸类化合物和多元酚类化合物中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述溶剂包括水。
9.权利要求1-8中任一项所述超低导热系数的水性热阻隔涂料的制备方法，其特征在于包括：
向溶剂中加入润湿剂、分散剂、防闪锈剂、至少部分消泡剂和热阻隔填料混合搅拌，之后再加入水性树脂乳液、增稠流变助剂、流平助剂、增粘剂和余留的消泡剂继续搅拌，最后加入成膜助剂或固化剂，获得所述超低导热系数的水性热阻隔涂料。
10.由权利要求1-8中任一项所述的超低导热系数的水性热阻隔涂料形成的涂层。
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