CN113861787A - 一种具有防凝露功能的辐射制冷涂层及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种具有防凝露功能的辐射制冷涂层及其制备方法与应用。所述具有防凝露功能的辐射制冷涂层包括制冷材料层和防凝露罩面层；所述制冷材料层通过利用A组分制备得到；所述防凝露罩面层通过利用B组分制备得到，所述B组分包括含氟树脂、硅溶胶、醋酸丁酯、固化剂；所述制冷材料层涂覆在基底表面；所述防凝露罩面层涂覆在制冷材料层。通过在制冷材料层表面覆盖利用含有含氟树脂、硅溶胶、醋酸丁酯、固化剂的原料制备得到的防凝露罩面层，可以使所述辐射制冷涂层具有良好的防凝露功能。

Description

一种具有防凝露功能的辐射制冷涂层及其制备方法与应用
技术领域
本申请涉及一种具有防凝露功能的辐射制冷涂层及其制备方法与应用，属于涂料技术领域。
背景技术
凡温度高于绝对零度的物体，都会产生电磁辐射。随着辐射物体材质、分子结构和温度等条件的不同，其辐射波长也各不相同。在红外辐射的波段里，从辐射的本质来讲，当分子中的原子或者原子团从高能量的振动状态转变到低能量的振动状态时，产生2.5μm～25μm波段的红外辐射。由科学家对大气光谱透过特性的分析可以知道，大气层对不同波长的电磁波有不同的透射率，透射率较高的波段称为“大气窗口”。在波长为8-13.5微米的区域内，水蒸汽和二氧化碳的吸收能力较弱，这样就使大气层对8-13.5微米的红外辐射有很高的透过能力。因此，地表上物体的热能可以通过辐射换热，将自身热量以8μm～13.5μm电磁波的形式通过“大气窗口”排放到温度接近绝对零度的外部太空，使涂料不仅可以高效反射可见光及红外线，还提高了自身辐射的发射率，从而达到自身冷却的目的。
空气的成分可以看作由绝干空气、水汽、层埃三部分组成。绝对湿度为单位空气在一定压力及温度下所含的水汽的质量。饱和湿度为单位空气在该条件下所能包含的最大水汽质量。温度越高，空气中所能包含的水汽越多，饱和湿度越大。绝对湿度与饱和湿度的比值为相对湿度。如果保持空气的湿度而降低空气温度，当温度低至一定值后，水蒸气的分压力达到对应于当时空气温度的饱和压力，该条件下的空气中水汽就达到饱和。如果再进一步降低空气温度，水汽就会从空气中冷凝析出形成“露滴”。这张现象被称为“凝露”。
温度试验中产品凝露现象出现的原因是，试验箱中环境温度升高时，由于热惯性，产品表面的温度低于环境温度，当湿热的环境空气遇到低于露点的产品表面时，水汽就会凝结在表面形成露滴。并且，如果产品密封，当试验箱中环境温度降低时，产品外壳内壁温度比腔体内空气温度降温快，腔体内湿热空气也会在产品外壳内壁凝结成露滴。由于大多产品不是完全密封的，凝露现象一般出现在升温阶段。
凝露作用与产品所用材料、腔体大小、升降温速率、相对湿度有关。材料吸热性越差、腔体越大、升降温速率越快、相对湿度越大，则凝露作用就越厉害。只要破坏了凝露发生的条件的任意一个，就可以防止凝露发生。
目前辐射制冷涂料和防凝露涂料在部分领域有一定的运用，例如申请号CN201911055405.4的专利中公开了一种辐射制冷涂料的制备方法，申请号CN202110198817.4的专利中公开了一种防凝露涂料的制备方法，但是同时满足具备防凝露功能和辐射制冷的涂料目前暂未见较成熟的产品。因此，提供一种既能使辐射制冷效果得到保障，又满足长期使用、减少基体表面生锈、开裂、脱落、硬度降低、减少水雾等液体在表面的聚集效果的涂料具有较大意义。
发明内容
根据本申请的一个方面，提供一种具有防凝露功能的辐射制冷涂层，通过在制冷材料层表面覆盖利用含有含氟树脂、硅溶胶、醋酸丁酯、固化剂的原料制备得到的防凝露罩面层，可以使所述辐射制冷涂层具有良好的防凝露功能。
一种具有防凝露功能的辐射制冷涂层，所述具有防凝露功能的辐射制冷涂层包括制冷材料层和防凝露罩面层；
所述制冷材料层通过利用A组分制备得到，所述A组分包括水性丙烯酸树脂、二氧化钛、重钙、片状云母粉、空心微珠、助剂、分散剂i、水；
所述防凝露罩面层通过利用B组分制备得到，所述B组分包括含氟树脂、硅溶胶、醋酸丁酯、固化剂；
所述制冷材料层涂覆在基底表面；
所述防凝露罩面层涂覆在制冷材料层表面。
可选地，所述防凝露罩面层的厚度为30~50μm。
可选地，所述防凝露罩面层的厚度为30、35、40、45、50μm中的任意一个值或任意两个值之间形成的范围值。
可选地，所述制冷材料层的厚度为500~600μm。
可选地，所述制冷材料层的厚度为500、520、540、560、580、600μm中的任意一个值或任意两个值之间形成的范围值。
可选地，所述助剂包括增塑剂、表面活性剂、增稠剂、分散剂ii、消泡剂、流平剂中的至少一种。
可选地，所述空心微珠包括中空陶瓷微珠、中空玻璃微珠中的至少一种。
所述助剂包括增塑剂、表面活性剂、增稠剂、分散剂ii、消泡剂和流平剂。
所述增塑剂、表面活性剂、增稠剂、分散剂ii、消泡剂、流平剂质量比为1~2.5:1~2.5:1~2.5:0.5~12.5:1~2.5:1~2.5。
所述增塑剂、表面活性剂、增稠剂、分散剂ii、消泡剂、流平剂质量比为1~2.5:1~2.5:1~2.5:0.5~2.5:1~2.5:1~2.5。
所述增塑剂包括邻苯二甲酸二甲酯、二甲基甲酰胺中的至少一种。
所述表面活性剂包括十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、烷基聚氧乙烯醚中的至少一种。
所述增稠剂包括羟乙基纤维素、聚丙烯酸钠中的至少一种。
所述分散剂ii包括乙烯基双硬脂酰胺、油酸钠、十二烷基硫酸钠、聚丙烯酰胺中的至少一种。
所述消泡剂包括聚二甲基硅氧烷。
所述流平剂包括广州恒宇 RM-2020。
所述分散剂i包括乙烯基双硬脂酰胺、油酸钠、十二烷基硫酸钠、聚丙烯酰胺中的至少一种。
可选地，所述含氟树脂包括聚四氟乙烯。
根据本申请的另一个方面，提供上述任一项所述的具有防凝露功能的辐射制冷涂层的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
（S1）将A组分涂覆于基底表面，得到制冷材料层；
（S2）将B组分涂覆于制冷材料层表面，得到防凝露罩面层。
可选地，所述A组分包括以下重量份的原料：
水性丙烯酸树脂 25~35重量份；
二氧化钛 10~20重量份；
重钙 10~20重量份；
片状云母粉 2~4重量份；
空心微珠 5~10重量份；
助剂 3~6份；
分散剂i0.5~12.5份；
水25~35重量份。
可选地，所述A组分包括以下重量份的原料：
水性丙烯酸树脂 28~32重量份；
二氧化钛 10~15重量份；
重钙 10~15重量份；
片状云母粉 2~4重量份；
空心微珠 5~8重量份；
助剂4~6份；
分散剂i0.5~10份；
水25~35重量份。
可选地，所述B组分包括以下重量份的原料：
含氟树脂 40~45重量份；
硅溶胶 40~45重量份；
醋酸丁酯 4~8重量份；
固化剂 6~12重量份。
可选地，所述B组分包括以下重量份的原料：
含氟树脂 40~45重量份；
硅溶胶 40~45重量份；
醋酸丁酯5~7重量份；
固化剂8~12重量份。
可选地，所述B组分包括以下重量份的原料：
含氟树脂 42~45重量份；
硅溶胶 40~42重量份；
醋酸丁酯5~7重量份；
固化剂8~12重量份。
可选地，所述A组分通过以下步骤得到：取m%配方量的水，加入分散剂i、二氧化钛、重钙、片状云母粉，搅拌I；加入水性丙烯酸树脂及剩余的水，搅拌II；加入助剂，搅拌III；加入空心微珠，搅拌IV；
m取值为30~70。
可选地，搅拌I的转速为1600~1800r/min，时间为30~40min；
搅拌II的转速为1000~1200r/min，时间为15~25min；
搅拌III的转速为1600~1800r/min，时间为5~10min；
搅拌IV的转速为600~800r/min，时间为5~10min。
可选地，所述B组分通过以下步骤得到：将含氟树脂与硅溶胶混合，搅拌i，加入醋酸丁酯和固化剂，搅拌ii。
可选地，所述搅拌i的转速为600~800r/min；时间为5~10min；
所述搅拌ii的转速为1600~1800r/min；时间为5~10min。
根据本申请的另一个方面，提供上述任一项所述的防凝露功能的辐射制冷涂层或上述任一项所述的制备方法制备得到的防凝露功能的辐射制冷涂层在物体表面隔热/降温中的应用；
所述物体的材质选自水泥、混凝土、瓷砖、金属中的任一种。
作为一种实施方案，本申请提供一种具有防凝露功能的辐射制冷涂层，通过在制冷材料层A组分表明覆盖含有含氟树脂、硅溶胶、醋酸丁酯、固化剂的防凝露罩面层B组分，可以使所述辐射制冷涂层具有良好的防凝露功能。
一种具有防凝露功能的辐射制冷涂层，所述具有防凝露功能的辐射制冷涂层包括制冷材料层A组分和防凝露罩面层B组分；
所述防凝露罩面层B组分覆盖于所述制冷材料层A组分；
所述防凝露罩面层B组分含有含氟树脂、硅溶胶、醋酸丁酯、固化剂。
可选地，所述防凝露罩面层B组分的厚度为30~50μm。
可选地，所述制冷材料层A组分的厚度为500~600μm。
所述制冷材料层A组分含有基料、填料、助剂、空心微珠、溶剂。
可选地，所述助剂包括增塑剂、表面活性剂、增稠剂、分散剂ii、消泡剂、流平剂中的至少一种。
可选地，所述增塑剂包括邻苯二甲酸二甲酯、二甲基甲酰胺中的至少一种。
所述表面活性剂包括十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、烷基聚氧乙烯醚中的至少一种。
所述增稠剂包括高分子羟乙基纤维素、聚丙烯酸钠中的至少一种。
所述分散剂ii包括乙烯基双硬脂酰胺。
所述消泡剂包括聚二甲基硅氧烷。
所述流平剂包括广州恒宇 RM-2020。
所述助剂中，所述增塑剂、表面活性剂、增稠剂、分散剂ii、消泡剂、流平剂质量比为1~2.5:1~2.5:1~2.5:1~2.5:1~2.5:1~2.5。
所述空心微珠包括中空陶瓷微珠、中空玻璃微珠中的至少一种。
可选地，所述基料包括苯乙烯单体和丙烯酸酯单体的共聚物、丙烯酸酯单体的聚合物；丙烯酸单体、甲基丙烯酸单体、甲基丙烯酸甲酯单体、丙烯酸酯类单体的共聚物；有机硅丙烯酸酯共聚物中的至少一种。
可选地，所述填料包括二氧化钛、重钙、片状云母粉中的至少一种。
所述填料中，所述二氧化钛、重钙、片状云母粉的比例为10~20:10~20:2~4。
作为一种实施方案，本申请提供上述任一项所述的具有防凝露功能的辐射制冷涂层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
（S1）获得制冷材料层A组分；
(S2）获得防凝露罩面层B组分；
(S3)将所述防凝露罩面层B组分覆盖于所述制冷材料层A组分之上；
可选地，所述防凝露罩面层B组分由含氟树脂、硅溶胶、醋酸丁酯、固化剂。
可选地，所述含氟树脂为聚四氟乙烯。
可选地，所述硅溶胶中的SiO2颗粒含量为25~35wt%。
可选地，所述固化剂为万华6875。
可选地，所述防凝露罩面层B组分含有以下重量份的原料：
含氟树脂40~45重量份；
硅溶胶40~45重量份；
醋酸丁酯4~8重量份；
固化剂6~12重量份。
可选地，所述防凝露罩面层B组分通过以下步骤得到：将含氟树脂与硅溶胶混合，慢速搅拌均匀I，加入醋酸丁酯和固化剂，快速搅拌均匀II。
可选地，所述制冷材料层A组分含有以下重量份的原料：
水性丙烯酸树脂 25~35重量份；
二氧化钛 10~20重量份；
重钙 10~20重量份；
片状云母粉 2~4重量份；
空心微珠 5~10重量份；
助剂 3~6份；
水 25~35重量份。
可选地，所述制冷材料层A组分通过以下步骤得到：在部分水m%中加入分散剂i、二氧化钛、重钙、片状云母粉，高速搅拌I；加入水性丙烯酸树脂及剩余1-m%水，中速搅拌II；加入其它助剂后，高速搅拌III；加入空心微珠，慢速搅拌IV。
m取值为30~70。
本申请能产生的有益效果包括：
（1）本申请所提供的具有防凝露功能的辐射制冷涂层，通过在制冷材料层表面覆盖利用含有含氟树脂、硅溶胶、醋酸丁酯、固化剂的原料制备得到的防凝露罩面层，可以使所述辐射制冷涂层具有良好的防凝露功能。
（2）本申请所提供的具有防凝露功能的辐射制冷涂层，通过利用含有特定组分的A组分制备得到的制冷材料层和利用含有含氟树脂、硅溶胶、醋酸丁酯、固化剂的B组分制备得到的防凝露罩面层进行组合使用，不仅可以具有良好的防凝露功能，而且还具有优异的降温/隔热作用。
（3）本申请所提供的具有防凝露功能的辐射制冷涂层的制备方法，通过配方的摸索（包括原料种类和用量），从而实现所述具有防凝露功能的辐射制冷涂层的降温/隔热作用和防凝露功能的提高。
（4）本申请所提供的具有防凝露功能的辐射制冷涂层的制备方法，通过对A组分和/或B组分制备过程中的原料添加顺序和/或搅拌条件进行调整，有利于提高具有防凝露功能的辐射制冷涂层的性能。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买。
本申请实施例中，所述硅溶胶中的SiO2颗粒含量为30wt%；
水性丙烯酸树脂中烯酸酯单体聚合物含量为50wt%。
实施例1
制冷材料层原料A组分制备方法
（1）按重量计，将15Kg水和0.5Kg分散剂（乙烯基双硬脂酰胺）、12Kg二氧化钛、13Kg重钙、3Kg片状云母粉加入至容器中，以1650r/min的转速搅拌35min；
（2）加入30Kg水性丙烯酸树脂和15Kg水，以1100r/min的转速搅拌20min；
（3）加入5.5Kg助剂以1680r/min的转速搅拌8min；
所述助剂包括1Kg增塑剂（邻苯二甲酸二甲酯）、1Kg表面活性剂（0.5Kg十二烷基硫酸钠、0.5Kg十二烷基苯磺酸钠）、1Kg增稠剂（聚丙烯酸钠）、0.5Kg分散剂（乙烯基双硬脂酰胺）、1Kg消泡剂（聚二甲基硅氧烷）、1Kg流平剂（广州恒宇 RM-2020）；
（4）加入6Kg空心玻璃微珠，以680r/min的转速搅拌8min，得到制冷材料层A组分。
防凝露罩面层原料B组分的制备方法
（1）按重量计，将42Kg的含氟树脂（具体为聚四氟乙烯）和42Kg的硅溶胶加入至容器中以680r/min的转速搅拌8min；
（2）加入6Kg醋酸丁酯和10Kg固化剂（具体为万华6875固化剂），以1680r/min的转速搅拌8min，得到防凝露罩面层B组分。
将A组分涂刷于基材表面，厚度500μm，得到制冷材料层，将B组分涂刷在制冷材料层表面，厚度30μm，干燥24h，得到具有防凝露功能的辐射制冷涂层。
对比例1
基本与实施例1相同，不同之处在于B组分按CN202110198817.4中实施例1制备方法制得。具体为：
配方以重量份计包括如下组分：聚四氟乙烯树脂10份，环氧树脂2份，羟基硅油0.5份，硅烷偶联剂0.5份，四氯化碳87份，双氰胺0.02份，正硅酸乙酯0.001份，二丁基锡二月硅酸酯0.002份。
制备方法如下：首先将聚四氟乙烯树脂与四氯化碳混合后静置5h，采用电动工具搅拌1min，混合均匀；然后加入环氧树脂、羟基硅油、硅烷偶联剂、双氰胺、正硅酸乙酯和二丁基锡二月硅酸酯，搅拌混合2min，得到所述B组分。
对比例2
与实施例1相比，区别在于：仅将A组分涂刷于基材表面，厚度500μm，得到制冷材料层，而不涂覆B组分。
实施例2
基本与实施例1相同，不同之处在于制备A组分时填料为：10Kg二氧化钛、15Kg重钙、3Kg片状云母粉。
实施例3
基本与实施例1相同，不同之处在于制备A组分时填料为：15Kg二氧化钛、10Kg重钙、3Kg片状云母粉。
实施例4
基本与实施例1相同，不同之处在于制备A组分时填料为：12Kg二氧化钛、12Kg重钙、4Kg片状云母粉。
实施例5
基本与实施例1相同，不同之处在于制备A组分时填料为：13Kg二氧化钛、13Kg重钙、2Kg片状云母粉。
实施例6
基本与实施例1相同，不同之处在于制备A组分时填料为：13.5Kg二氧化钛、12.5Kg重钙、2Kg片状云母粉。
实施例7
基本与实施例1相同，不同之处在于制备A组分时填料为：11Kg二氧化钛、13Kg重钙、4Kg片状云母粉。
实施例8
基本与实施例1相同，不同之处在于A组分的制备方法为：
（1）按重量计，将15Kg水和0.5Kg分散剂（乙烯基双硬脂酰胺）、12Kg二氧化钛、13Kg重钙、3Kg片状云母粉加入至容器中，以1650r/min的转速搅拌35min；
（2）加入35Kg水性丙烯酸树脂和10Kg水，以1100r/min的转速搅拌20min；
（3）加入5.5Kg助剂以1680r/min的转速搅拌8min；
其中，助剂组成与实施例1相同；
（4）加入6Kg空心玻璃微珠，以680r/min的转速搅拌8min，得到制冷材料层A组分。
实施例9
基本与实施例1相同，不同之处在于B组分的制备方法为：
（1）按重量计，将45Kg的含氟树脂（聚四氟乙烯）和45Kg的硅溶胶加入至容器中以680r/min的转速搅拌8min；
（2）加入4Kg醋酸丁酯和6Kg固化剂（具体为万华6875），以1680r/min的转速搅拌8min，得到防凝露罩面层B组分。
效果验证：
（1）防凝露效果测试
在国网重庆市电力公司500KV 玉屏变电站选取3个智能控制柜，在其表面分别涂刷实施例1（5013智能控制柜）的涂料（制冷材料层厚度500μm，防凝露罩面层厚度30μm）、对比例1（5012智能控制柜）的涂料（制冷材料层厚度500μm，防凝露罩面层厚度30μm）、对比例2（5011智能控制柜）的涂料（制冷材料层厚度500μm），进行全天24h智能控制柜柜内温度测试，得到结果如下表1所示。
表1 500kV智能控制柜柜内温度测试
Figure 450985DEST_PATH_IMAGE001
表1表明：应用实施例1涂层后5013智能控制柜柜内全天温度差最小（对比例2温差为8.7℃、对比例1为6℃、实施例1为5.1℃）且湿度差最小（对比例2湿度差为13.4%、对比例1为8.5%、实施例1为7.9%），能最好的控制凝露现象的产生。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种具有防凝露功能的辐射制冷涂层，其特征在于，所述具有防凝露功能的辐射制冷涂层包括制冷材料层和防凝露罩面层；
所述制冷材料层通过利用A组分制备得到，所述A组分包括水性丙烯酸树脂、二氧化钛、重钙、片状云母粉、空心微珠、助剂、分散剂i、水；
所述防凝露罩面层通过利用B组分制备得到，所述B组分包括含氟树脂、硅溶胶、醋酸丁酯、固化剂；
所述制冷材料层涂覆在基底表面；
所述防凝露罩面层涂覆在制冷材料层表面。
2.根据权利要求1所述的具有防凝露功能的辐射制冷涂层，其特征在于，所述防凝露罩面层的厚度为30~50μm；
所述制冷材料层的厚度为500~600μm。
3.根据权利要求1所述的具有防凝露功能的辐射制冷涂层，其特征在于，所述空心微珠包括中空陶瓷微珠、中空玻璃微珠中的至少一种；
所述助剂包括增塑剂、表面活性剂、增稠剂、分散剂ii、消泡剂和流平剂；
所述增塑剂、表面活性剂、增稠剂、分散剂ii、消泡剂、流平剂质量比为1~2.5:1~2.5:1~2.5:0.5~12.5:1~2.5:1~2.5；
所述分散剂i包括乙烯基双硬脂酰胺、油酸钠、十二烷基硫酸钠、聚丙烯酰胺中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的具有防凝露功能的辐射制冷涂层，其特征在于，所述含氟树脂包括聚四氟乙烯。
5.权利要求1~4任一项所述的具有防凝露功能的辐射制冷涂层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
（S1）将A组分涂覆于基底表面，得到制冷材料层；
（S2）将B组分涂覆于制冷材料层表面，得到防凝露罩面层。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述A组分包括以下重量份的原料：
水性丙烯酸树脂 25~35重量份；
二氧化钛 10~20重量份；
重钙 10~20重量份；
片状云母粉 2~4重量份；
空心微珠 5~10重量份；
助剂 3~6份；
分散剂i0.5~12.5份；
水 25~35重量份。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述B组分包括以下重量份的原料：
含氟树脂 40~45重量份；
硅溶胶 40~45重量份；
醋酸丁酯 4~8重量份；
固化剂 6~12重量份。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述A组分通过以下步骤得到：取m%配方量的水，加入分散剂i、二氧化钛、重钙、片状云母粉，搅拌I；加入水性丙烯酸树脂及剩余的水，搅拌II；加入助剂，搅拌III；加入空心微珠，搅拌IV；
m取值为30~70。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述B组分通过以下步骤得到：将含氟树脂与硅溶胶混合，搅拌i，加入醋酸丁酯和固化剂，搅拌ii。
10.权利要求1~4任一项所述的防凝露功能的辐射制冷涂层或根据权利要求5~9任一项所述的制备方法制备得到的防凝露功能的辐射制冷涂层在物体表面隔热/降温中的应用；
所述物体的材质选自水泥、混凝土、瓷砖、金属中的任一种。
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