CN113248997A - 一种掺杂纳米材料的保温隔热建筑涂料的制备方法 - Google Patents

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张冰
曾明
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Abstract

本发明公开了一种掺杂纳米材料的保温隔热建筑涂料的制备方法，包括以下步骤：将润湿剂、分散剂、流平剂、一半的消泡剂加入去离子水中，搅拌至溶解；加入钛白粉、填料、纳米STO陶瓷粉末、空心玻璃微珠和纳米二氧化硅，快速搅拌至充分混匀；加入纯丙乳液、剩余的消泡剂、pH稳定剂、成膜助剂、增稠剂，搅拌至均匀后得到保温隔热涂料。采用的纳米STO陶瓷具有较高的红外反射率，实现了可观的隔热效果，涂层导热系数为0.035W/(m*K)。

Description

一种掺杂纳米材料的保温隔热建筑涂料的制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种掺杂纳米材料的保温隔热建筑涂料的制备方法。
背景技术
当今社会，越来越广泛的城市化和急剧增加的人口给建筑环境带来了经济、社会学、能源和环境等方面的巨大挑战。城市环境恶化和热岛效应在许多大城市已经成为了一个普遍的问题，温度的升高提升了用以冷却的能源需求。实施小气候改善和节能策略，比如应用降温材料来减少建筑物对空调的需求，已经成为了促进社会可持续发展的重要事项。
在任何类型建筑中，在温暖的气候条件下减少太阳能的吸收是被动冷却的策略目标。降温材料的适用范围取决于外部环境和内部热量，向内部空间传递的热量减少幅度主要由太阳辐射强度、内外温差、建筑结构特点等决定。而在炎热的气候条件下，如何在不增加空调使用量的情况下抑制建筑物的热增量来保持舒适的环境至关重要。采用低导热系数或高近红外反射的隔热材料是缓解热岛现象的有效途径，也是当前的热门研究课题。
目前建筑保温隔热涂料分为三类：阻隔型、反射型以及辐射型。阻隔型建筑保温隔热涂料隔热机理比较简单，通过热传递的阻抗作用实现被动的降温效果，其中应用最多的是复合硅酸盐隔热保温涂料。该类型保温隔热涂料性能优异，生产设备简单，生产量大，被很多企业选择。但硅酸盐型保温涂料干燥周期长，漆膜使用寿命短。辐射型保温隔热涂料依靠高辐射率的功能性填料达到保温隔热效果，通过辐射将建筑物吸收的热量以一定的波长发射出去达到降温效果，红外辐射保温隔热涂料为其主要代表。
然而，虽然对保温隔热材料研究已经非常全面，但是目前市场上的涂料在实际应用上仍存在各种问题，比如具有高反射率的玻璃空心微珠虽然保温隔热效果显著，但其堆积密度小，体积较大，容易引起涂料的后增稠，导致贮存稳定性降低，并且添加量过高时会影响表面平整度，降低耐沾污性能，从而导致隔热性能降低。挤塑聚苯板薄抹灰外墙外保温系统和膨胀聚苯板外墙外保温系统基本占据国内外墙外保温市场70％以上的份额，是市场上应用较为成熟的外保温系统。但XPS板和EPS板用作外墙保温层时需要用特殊粘结剂和耦合剂将板材粘结在外墙上，再经过多道工序处理，施工技术难度较大，并且其弹性、变形系数大，与砖墙结合困难，施工不当易造成开裂脱落、形成板缝、空鼓等，带来事故隐患。
未来的建筑保温隔热涂料的发展方向应该集中于多功能复合型、水性环保型、纳米型等，科学研究应着力在利用阻隔、反射、辐射等多机理共同作用、无毒无味不易燃的水性涂料，同时随着纳米技术的发展，人们发现纳米技术可以用来改善传统建筑材料，常见的有利用纳米二氧化钛、氧化锆制备的保温性能良好的纳米复合保温隔热涂料。但是目前研究得到的涂料存在导热系数不够低或者开发难度较大等问题，比如SiO2气凝胶在配制时容易破坏纳米多孔结构从而破坏其隔热性能。因此寻找合适的纳米结构功能填料仍然是当前亟需解决的科学问题。
CN201210090736.3公开了一种新型隔热保温材料及其涂料的制备方法，制备出一种表面包覆二氧化钛的纳米级中空二氧化硅粒子，粒径在100nm以下，热气流很难传导并且可以大量反射紫外线。虽然解决了现有的保温隔热涂料采用的中空微珠、钛白粉等材料粒径较大，隔热效果有限的问题，但是该方案制备过程较为复杂且难以大批量生产，因此很难实际应用到项目工程上。
CN201210050385.3公开了一种热反射反射隔热无机复合材料及其制备方法和应用，以氧化铝、氧化钛、氧化硅为基质，掺杂稀土元素，通过液相法、液相包覆法和固相混合法制备。虽然解决了大部分涂料化学性质稳定性较差，不可长期保存的问题，但是该涂料成本较高且无机涂料附着力较差，仅适用于水泥混凝土墙面。
CN201110298877.X公开了一种复合氧化锡锑隔热材料及其制备方法，涉及的复合氧化锡锑隔热材料由空心微珠、四氯化锡和三氯化锑按一定比例配置而成。虽然解决了现有的复合反射隔热涂料存在材料之间不能很好的结合、隔热效果不能达到最佳的缺点，但是该涂料毒性较大、化学性质不够稳定。
发明内容
本发明目的在于提供一种掺杂新型纳米材料的建筑保温隔热涂料的制备方法，添加的新型纳米材料实现了优异的保温隔热效果。
为实现上述目的，采用技术方案如下：
一种掺杂纳米材料的保温隔热建筑涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将润湿剂、分散剂、流平剂、一半的消泡剂加入去离子水中，搅拌至溶解；
(2)加入钛白粉、填料、纳米STO陶瓷粉末、空心玻璃微珠和纳米二氧化硅，快速搅拌至充分混匀；
(3)加入纯丙乳液、剩余的消泡剂、pH稳定剂、成膜助剂、增稠剂，搅拌至均匀后得到保温隔热涂料。
按上述方案，上述原料按质量份数计如下：
0.5～1.0质量份润湿剂、1.0～1.5质量份分散剂、1.3～1.7质量份流平剂、3～4质量份消泡剂、200～250质量份去离子水；
50～100质量份钛白粉、100～150质量份填料、10～20质量份纳米STO陶瓷粉末、10～20质量份空心玻璃微珠、10～20质量份纳米二氧化硅；
80～100质量份纯丙乳液、1.5～2.0质量份pH稳定剂、3.0～3.5质量份成膜助剂、1～1.5质量份增稠剂。
按上述方案，成膜助剂加入之前与表面活性剂及丙二醇按质量比1:1:0.5混合均匀；增稠剂加入之前与去离子水按质量比1：1混合均匀。
按上述方案，所述消泡剂为磷酸酯类疏水性消泡剂。
按上述方案，所述成膜助剂为聚醋酸乙烯酯、乙二醇乙醚中的一种或混合。
相对于现有技术，本发明有益效果如下：
采用的纳米STO陶瓷具有较高的红外反射率，实现了可观的隔热效果，涂层导热系数为0.035W/(m*K)。
具体实施方式
以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
实施例1：
(1)将1.0质量份润湿剂、1.0质量份分散剂、1.3质量份流平剂、2.0质量份消泡剂加入200质量份去离子水中，中速搅拌(600r/min)10min至全部溶解。
(2)等全部溶解后加入100质量份钛白粉、150质量份普通填料，以及20质量份纳米STO陶瓷粉末，再加入10质量份空心玻璃微珠和15质量份纳米二氧化硅，快速搅拌(1400r/min)，搅拌20min至充分混匀。
(3)加入80质量份纯丙乳液，2.0质量份消泡剂，1.5质量份pH稳定剂，3.0质量份成膜助剂(成膜助剂加入之前与表面活性剂及丙二醇1:1:0.5混合均匀后加入)，1质量份增稠剂(增稠剂加入之前与去离子水1：1混合均匀后加入)，然后调整转速至600r/min，搅拌15min至均匀后得到保温隔热涂料，40～50℃干燥4～6h，涂膜厚度为0.7mm。
经过隔热保温测试测得加入纳米STO后的涂料导热系数为0.035W/(m*K)。
实施例2：
(1)将0.8质量份润湿剂、1.0质量份分散剂、1.5质量份流平剂、1.5质量份消泡剂加入250质量份去离子水中，中速搅拌(700r/min)10min至全部溶解。
(2)等全部溶解后加入50质量份钛白粉、150质量份普通填料，以及15质量份纳米STO陶瓷粉末，再加入15质量份的空心玻璃微珠和10质量份纳米二氧化硅，快速搅拌(1400r/min)，搅拌20min至充分混匀。
(3)加入100质量份纯丙乳液，2.0质量份消泡剂，2.0质量份pH稳定剂，3.5质量份成膜助剂，(成膜助剂加入之前与表面活性剂及丙二醇1:1:0.5混合均匀)，1.5质量份增稠剂，(增稠剂加入之前与去离子水1：1混合均匀)，然后调整转速至800r/min，搅拌15min至均匀后得到保温隔热涂料，40～50℃干燥4～6h，涂膜厚度为0.6mm。
经过隔热保温测试测得加入纳米STO后的涂料导热系数为0.06W/(m*K)。
实施例3：
(1)将0.5质量份润湿剂、1.5质量份分散剂、1.5质量份流平剂、1.8质量份消泡剂加入200质量份去离子水中，中速搅拌(800r/min)15min至全部溶解。
(2)等全部溶解后加入70质量份钛白粉、130质量份普通填料，以及10质量份纳米STO陶瓷粉末，再加入10质量份的空心玻璃微珠和20质量份纳米二氧化硅，快速搅拌(1400r/min)，搅拌15min至充分混匀。
(3)加入90质量份纯丙乳液，1.5质量份消泡剂，1.5质量份pH稳定剂，3.0质量份成膜助剂，(成膜助剂加入之前与表面活性剂及丙二醇1:1:0.5混合均匀)，1.2质量份增稠剂，(增稠剂加入之前与去离子水1：1混合均匀)，然后调整转速至700r/min，搅拌10min至均匀后得到保温隔热涂料，40～50℃干燥4～6h，涂膜厚度为0.4mm。
经过隔热保温测试测得加入纳米STO后的涂料导热系数为0.12W/(m*K)。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种掺杂纳米材料的保温隔热建筑涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将润湿剂、分散剂、流平剂、一半的消泡剂加入去离子水中，搅拌至溶解；
(2)加入钛白粉、填料、纳米STO陶瓷粉末、空心玻璃微珠和纳米二氧化硅，快速搅拌至充分混匀；
(3)加入纯丙乳液、剩余的消泡剂、pH稳定剂、成膜助剂、增稠剂，搅拌至均匀后得到保温隔热涂料。
2.如权利要求1所述掺杂纳米材料的保温隔热建筑涂料的制备方法，其特征在于上述原料按质量份数计如下：
0.5～1.0质量份润湿剂、1.0～1.5质量份分散剂、1.3～1.7质量份流平剂、3～4质量份消泡剂、200～250质量份去离子水；
50～100质量份钛白粉、100～150质量份填料、10～20质量份纳米STO陶瓷粉末、10～20质量份空心玻璃微珠、10～20质量份纳米二氧化硅；
80～100质量份纯丙乳液、1.5～2.0质量份pH稳定剂、3.0～3.5质量份成膜助剂、1～1.5质量份增稠剂。
3.如权利要求1所述掺杂纳米材料的保温隔热建筑涂料的制备方法，其特征在于成膜助剂加入之前与表面活性剂及丙二醇按质量比1:1:0.5混合均匀；增稠剂加入之前与去离子水按质量比1：1混合均匀。
4.如权利要求1所述掺杂纳米材料的保温隔热建筑涂料的制备方法，其特征在于所述消泡剂为磷酸酯类疏水性消泡剂。
5.如权利要求1所述掺杂纳米材料的保温隔热建筑涂料的制备方法，其特征在于所述成膜助剂为聚醋酸乙烯酯、乙二醇乙醚中的一种或混合。
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