CN113174177A - 一种路用热反射涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及降温涂料技术领域，公开了一种路用热反射涂料及其制备方法。由有机氟改性丙烯酸酯乳液作为成膜物质，并且其中分散有红外热反射降温填料，有机氟改性丙烯酸酯乳液由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、含氟丙烯酸酯、双丙酮丙烯酰胺在水介质中乳液共聚而成；红外热反射降温涂料的原料组成由乳液、二氧化钛、二氧化硅、云母粉、中空微珠构成。将含氟单体与丙烯酸酯进行乳液共聚，并引入双丙酮丙烯酰胺(DAAM)和己二酰肼(ADH)室温交联体系，合成了具有多功能的新型聚合物，同时加入二氧化钛、中空微珠以及云母粉等填料，赋予了热反射涂料防水、抗氧、耐酸碱、耐紫外线、耐粘污和耐磨以及降温效果好等优点。解决了现有热反射涂料的耐候性差、耐污性差、粘结力弱等问题。

Description

一种路用热反射涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及降温涂料技术领域，具体为一种路用热反射涂料及其制备方法。
背景技术
随着我国综合国力不断增强，基础设施方面投资力度不断加大，道路修建数量逐年增多，其中高速公路的发展更是日新月异。截止2020年底，我国已经拥有近15万公里的高速公路，在已建成的高速公路中有90％以上采用的是沥青混凝土路面。沥青是一种吸热材料，其对太阳辐射吸收率高达0.85-0.95。在炎热的夏季太阳光持续照射下，大量的太阳辐射热量被沥青混凝土路面吸收，从而导致沥青路面温度远远高于气温，引发严重的车辙危害，加剧城市的热岛效应，且高温路面会释放出一些有害的有机挥发物影响城市环境，造成城市大气污染。
现有技术中，在沥青路面涂布一层热反射涂料，使得热量在进入路面之前就被辐射掉。
例如，日本的长岛特殊涂料公司和日本铺道公司一起研发出一种能够降低路面温度的新型路面铺装材料——“凉顶”(Cooltop)，其中内部含有的一种微小粒子可以反射紫外线。在夏季高温天气铺上“凉顶”后，能够降低路面温度10℃左右。后来，日本交通省下属的土木研究所和长岛特殊涂料公司又开发出一种新型混合物热反射铺装路面，该铺装不易剥落，且降温效果优良。随后，广岛道路株式会社、日本油漆公司和日本LINER公司联合开发了分别用于行车道和人行道的丙烯酸树脂和水性丙烯酸树脂沥青路面热反射材料，同时用于行车道和人行道的聚氨酯树脂沥青路面热反射材料。
又如，美国劳伦斯伯克利国家实验室提出将降温材料应用于路面，通过热反射涂层铺装，路面的反射率可达50％，能显著降低路面的温度。Wan等研发了一种新型冷色路面，具有高反射率、低热导率和高发射率，可降低传统沥青路面温度17℃，降低传统水泥路面温度5℃，采用该路面可以延长道路的整体寿命，并降低维护成本。Carnielo等研究表明，热反射涂层能有效降低沥青路面温度，并减轻城市“热岛效应”。
但在他们的各项研究中，均未讨论涂层施用对环境的危害，以及耐久性等重要性能，无法满足大面积的道路长期使用，因此对于防污能力差、漆膜强度差和与路基粘附力弱而影响路面降温能力和耐久性等问题是有待解决的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种路用热反射涂料及其制备方法,以解决上述背景技术中提出的现有热反射涂料的耐候性差、抗污性差、粘结力弱以及污染环境等问题。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种路用热反射涂料，由有机氟改性丙烯酸酯乳液作为成膜物质，并且其中分散有红外热反射降温填料，所述有机氟改性丙烯酸酯乳液包含如下重量份的组分：甲基丙烯酸甲酯10-70份，丙烯酸丁酯10-70份，含氟丙烯酸酯1-20份，双丙酮丙烯酰胺1-10份，己二酸二酰肼1-10份。
优选的，所述有机氟改性丙烯酸酯乳液包含如下重量份的组分：甲基丙烯酸甲酯30-60份，丙烯酸丁酯30-60份，含氟丙烯酸酯3-15份，双丙酮丙烯酰胺3-7份，己二酸二酰肼3-7份。
进一步的，所述有机氟改性丙烯酸酯乳液还包含如下重量份的组分：十二烷基硫酸钠0.05-0.4份，OP-10为0.01-0.2份，过硫酸铵0.001-0.01份。
进一步的，所述红外热反射降温填料包含如下重量份的组分：乳液15-45份，二氧化钛5-15份，二氧化硅1-8份，云母粉4-12份，中空微珠1-8份。
优选的，所述红外热反射降温填料包含如下重量份的组分：乳液25-35份，二氧化钛8-12份，二氧化硅3-6份，云母粉6-9份，中空微珠3-6份。
进一步的，所述二氧化钛为金红石型二氧化钛粉体；所述二氧化硅为沉淀相二氧化硅；所述中空微珠目数600-1250目。
优选的，所述有机氟改性丙烯酸酯乳液的制备方法，所述有机氟改性丙烯酸酯乳液采取核壳乳液聚合方式，包括如下步骤：
S1、将核乳液40-60℃预乳化5-15min以上，另取圆底烧瓶升温至62-82℃，通N2，同时加入15-35％的预乳化液，每20-40min滴加0.4-0.6ml引发剂，再反应20-40min，观察蓝光出现时间，然后滴加剩余预乳化液，滴加时间为不间断2-4h，滴加完成后，再反应20-40min；
S2、将壳乳液进行预乳化，乳化完成后在滴加完核单体20-40min后开始滴加，滴加时间0.5-2.5h，滴加完成后，再反应0.5-1.5h，等温度降至室温，用氨水调节Ph＝8-9,后加入己二酸二酰肼水溶液；
优选的，所述红外热反射降温涂料的制备方法，包括如下步骤：
S3、将步骤S1和S2中的助剂加水分散后，依次加入二氧化钛、云母粉、二氧化硅以及中空微珠进行高速分散，分散均匀后加入合成好的乳液并加入增稠剂以及消泡剂消泡得到热反射涂料。
本发明的有益效果集中体现在：
1.丙烯酸酯耐候性好，可采用乳液聚合制备成水性体系，在国外已作为热反射涂料的主要成膜物质，但其存在防污能力差、漆膜强度差、与路基粘附力弱等缺点，影响路面的降温能力和耐久性。本发明从以上缺点出发，将含氟丙烯酸酯单体与丙烯酸酯进行乳液共聚，并引入双丙酮丙烯酰胺(DAAM)和己二酰肼(ADH)室温交联体系，合成了具有多功能的新型聚合物。
其中，引入了含氟丙烯酸酯共聚单体。由于氟原子电负性大，原子半径小，C-F键短，键能高达500KJ/mol，这些特点赋予了含氟树脂防水、抗氧、耐酸、耐碱、耐紫外线、耐粘污和耐磨等优点。
从技术角度，氟共聚单体以及自交联体系的引入使丙烯酸酯具有防污，拒水、耐磨的能力，且增强了路基的粘附力。方法简单可操作性强，水体系避免了传统成膜物质的有机溶剂，属于低VOC绿色环保材料。
2.本发明将具有显著耐候能力、防污性高和粘结力强的有机氟改性丙烯酸酯水性乳液与具有高折射系数的颜填料进行混合，辅以增稠剂、分散剂、润湿剂等各种助剂制备热反射涂料，用于沥青路面、建筑屋顶和墙面节能降温，减缓城市“热岛效应”，解决了现有热反射涂料的耐候性差、耐污性差、粘结力弱等问题。
附图说明
图1为本发明填料对降温值的影响示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面用具体的实例来详细说明本发明的技术方案。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种路用热反射涂料，由有机氟改性丙烯酸酯乳液作为成膜物质，并且其中分散有红外热反射降温填料，所述有机氟改性丙烯酸酯乳液包含如下重量份的组分：甲基丙烯酸甲酯10-70份，丙烯酸丁酯10-70份，含氟丙烯酸酯1-20份，双丙酮丙烯酰胺1-10份，己二酸二酰肼1-10份。
该有机氟改性丙烯酸酯乳液的另一种分量为，所述有机氟改性丙烯酸酯乳液包含如下重量份的组分：甲基丙烯酸甲酯30-60份，丙烯酸丁酯30-60份，含氟丙烯酸酯3-15份，双丙酮丙烯酰胺3-7份，己二酸二酰肼3-7份。
进一步的，所述有机氟改性丙烯酸酯乳液还包含如下重量份的组分：十二烷基硫酸钠0.05-0.4份，OP-10为0.01-0.2份，过硫酸铵0.001-0.01份。
所述红外热反射降温填料包含如下重量份的组分：乳液15-45份，二氧化钛5-15份，二氧化硅1-8份，云母粉4-12份，中空微珠1-8份。
该红外热反射降温填料的另一种分量为，所述红外热反射降温填料包含如下重量份的组分：乳液25-35份，二氧化钛8-12份，二氧化硅3-6份，云母粉6-9份，中空微珠3-6份。在该优选配方下，涂料降温效果更佳。
进一步的，所述二氧化钛为金红石型二氧化钛粉体；所述二氧化硅为沉淀相二氧化硅；所述中空微珠目数600-1250目。
有机氟改性丙烯酸酯乳液的制备方法，所述有机氟改性丙烯酸酯乳液采取核壳乳液聚合方式，包括如下步骤：
S1、将核乳液40-60℃预乳化5-15min以上，另取圆底烧瓶升温至62-82℃，通N2，同时加入15-35％的预乳化液，每20-40min滴加0.4-0.6ml引发剂，再反应20-40min，观察蓝光出现时间，然后滴加剩余预乳化液，滴加时间为不间断2-4h，滴加完成后，再反应20-40min；
S2、将壳乳液进行预乳化，乳化完成后在滴加完核单体20-40min后开始滴加，滴加时间0.5-2.5h，滴加完成后，再反应0.5-1.5h，等温度降至室温，用氨水调节Ph＝8-9,后加入己二酸二酰肼水溶液。
优选的制备条件可选为，S1、将核乳液50℃预乳化10min以上，另取圆底烧瓶升温至72℃，通N2，同时加入约1/4的预乳化液，每半个小时滴加0.5ml引发剂，反应0.5h，观察蓝光出现时间，后滴加剩余预乳化液，滴加时间3h，滴加完成后，反应0.5h；
S2、将壳乳液进行预乳化，乳化完成后在滴加完核单体半小时后开始滴加，滴加时间1.5h，滴加完成后，反应1h，等温度降至室温，用氨水调节Ph＝8-9,后加入己二酸二酰肼水溶液。
红外热反射降温涂料的制备方法，包括如下步骤：
S3、将分散剂、防腐剂、润湿剂等加水分散后，依次加入二氧化钛、云母粉、二氧化硅以及中空微珠进行高速分散，分散均匀后加入S1和S2中合成好的乳液并加入增稠剂增稠以及消泡剂消泡得到热反射涂料。
该路用热反射涂料同时具有自洁性、耐久性及非常优异的降温效果(如图1所示，将涂布了涂层的样板，与未处理样板对比，降温值最大能达到31℃，与同条件下测得的其他产品相比具有更好的降温效果。)，加强了热反射涂料的实用性，此外还具有成本较低且环保的特点。

Claims (7)

1.一种路用热反射涂料，由有机氟改性丙烯酸酯乳液作为成膜物质，并且其中分散有红外热反射降温填料，其特征在于，所述有机氟改性丙烯酸酯乳液包含如下重量份的组分：甲基丙烯酸甲酯10-70份，丙烯酸丁酯10-70份，含氟丙烯酸酯1-20份，双丙酮丙烯酰胺1-10份，己二酸二酰肼1-10份。
2.根据权利要求1所述一种路用热反射涂料，其特征在于，所述有机氟改性丙烯酸酯乳液包含如下重量份的组分：甲基丙烯酸甲酯30-60份，丙烯酸丁酯30-60份，含氟丙烯酸酯3-15份，双丙酮丙烯酰胺3-7份，己二酸二酰肼3-7份。
3.根据权利要求1或2所述一种路用热反射涂料，其特征在于，所述有机氟改性丙烯酸酯乳液还包含如下重量份的组分：十二烷基硫酸钠0.05-0.4份，OP-10为0.01-0.2份，过硫酸铵0.001-0.01份。
4.根据权利要求3所述一种路用热反射涂料，其特征在于，所述红外热反射降温填料包含如下重量份的组分：乳液15-45份，二氧化钛5-15份，二氧化硅1-8份，云母粉4-12份，中空微珠1-8份。
5.根据权利要求3任一项所述一种路用热反射涂料，其特征在于，所述红外热反射降温涂料包含如下重量份的组分：乳液25-35份，二氧化钛8-12份，二氧化硅3-6份，云母粉6-9份，中空微珠3-6份。
6.根据权利要求4或5所述一种路用热反射涂料，其特征在于，所述二氧化钛为金红石型二氧化钛粉体；所述二氧化硅为沉淀相二氧化硅；所述中空微珠目数600-1250目。
7.根据权利要求6所述一种路用热反射涂料的制备方法，其特征在于，所述有机氟改性丙烯酸酯乳液采取核壳乳液聚合方式，包括如下步骤：
S1、将核乳液40-60℃预乳化5-15min以上，另取圆底烧瓶升温至62-82℃，通N2，同时加入15-35％的预乳化液，每20-40min滴加0.4-0.6ml引发剂，再反应20-40min，观察蓝光出现时间，然后滴加剩余预乳化液，滴加时间为不间断2-4h，滴加完成后，再反应20-40min；
S2、将壳乳液进行预乳化，乳化完成后在滴加完核单体20-40min后开始滴加，滴加时间0.5-2.5h，滴加完成后，再反应0.5-1.5h，等温度降至室温，用氨水调节Ph＝8-9,后加入己二酸二酰肼水溶液；
S3、将步骤S1和S2中的助剂加水分散后，依次加入二氧化钛、云母粉、二氧化硅以及中空微珠进行高速分散，分散均匀后加入合成好的乳液并加入增稠剂以及消泡剂消泡得到热反射涂料。
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