CN114015338B - 一种持久耐候绝缘导热热反射涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及热反射涂料技术领域，具体公开了一种持久耐候绝缘导热热反射涂料及其制备方法。一种持久耐候绝缘导热热反射涂料，其包括以下重量份原料：基料15‑45份、固化剂3.5‑8.0份、钛白粉15‑35份、氧化锌1‑7份、二氧化硅0‑8份、氧化铝1‑12份、白云母粉1‑12份、分散剂0.1‑1.5份、防沉剂0.1‑1.5份、增稠剂0.1‑1.5份、消泡剂0.1‑1.5份、流平剂0.1‑1.5份、促进剂0.1‑1.5份、溶剂15‑50份；其制备方法为：将固化剂以外的其他原料混合均匀，包装作为主漆，将固化剂单独包装。本申请的热反射涂料导热性能与力学性能优越。

Description

一种持久耐候绝缘导热热反射涂料及其制备方法

技术领域

本申请涉及热反射涂料技术领域，更具体地说，它涉及一种持久耐候绝缘导热热反射涂料及其制备方法。

背景技术

热反射涂料可以大幅反射太阳光中的可见光和近红外光的热量，可令被涂物在太阳光照射下产生温度调节效果，广泛用于工业与民用建筑物外墙、屋顶以及工业储罐、电力设施等场合。

对于电力设施防腐工程所用的热反射涂料需要考虑的因素包括，(1)长寿命运行：一般超高压和特高压工程设计寿命都长达50年以上，防腐工程要考虑全寿命成本低的原则，同时，配电装置常年带电运行,维修难度大，长效防腐方案要尽量达到使用期内免维护的效果，为此需要防腐涂料的涂层在室外条件下至少具备20年以上的寿命。(2)力学性能要求高：要有足够的硬度抗击风沙侵袭；耐擦洗性能优良，通过擦洗可有效恢复漆膜的光泽和反射率，充分发挥反射日光辐射热的功效。(3)耐油性好：可抵抗变压器油的侵蚀，不因设备短期或长期出现的油污染而损坏漆膜，进而影响漆膜对电力设施的防腐功能。(4)绝缘性好：增加电器设备安全性，降低人身意外触电风险。(5)导热性好：不仅反射外界的太阳热辐射，同时有效传导设备内部产生的热量。

现有的热反射涂料涂敷在电力设施上可以反射太阳光，对电力设施产生一定的降温作用，但是热反射涂料导热系数热传导系数低、导热效果差，影响了涂料涂层覆盖下设备的散热功能，而且隔热作用还会导致的漆膜过早老化。

发明内容

为了提高热反射涂料的导热性能，本申请提供一种持久耐候绝缘导热热反射涂料及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种持久耐候绝缘导热热反射涂料，采用如下的技术方案：一种持久耐候绝缘导热热反射涂料，其包括以下重量份原料：基料15-45份、固化剂3.5-8.0份、钛白粉15-35份、氧化锌1-7份、二氧化硅0-8份、氧化铝1-12份、白云母粉1-12份、分散剂0.1-1.5份、防沉剂0.1-1.5份、增稠剂0.1-1.5份、消泡剂0.1-1.5份、流平剂0.1-1.5份、促进剂0.1-1.5份、溶剂15-50份。

通过采用上述技术方案，基料与固化剂以及其他外加剂配合保证涂料的基本使用性能，钛白粉作为颜料不仅能遮盖住被涂物体原来的颜色，而且能赋予涂膜鲜艳的色彩，实现亮化美化的装饰效果。同时，颜料与固化剂和基材紧密结合，融为一体，能增强涂膜的机械强度和附着力，防止开裂或脱落，并且能够增强涂膜的厚度，阻止紫外线或水分的穿透，提高涂膜的抗老化和耐久性能，延长涂膜和被保护物体的使用寿命。

氧化锌与氧化铝作为填料分散在涂料中，氧化锌与氧化铝的导热系数高，使得涂料涂层的导热系数可以达到0.98w/(m·K)，将被涂物的热量向外传递，降低热量在被涂物上的积存，从而提高导热性能。

优选的，其包括以下重量份原料：基料20-40份、固化剂4.0-7.5、钛白粉20-30份、氧化锌0-5份、二氧化硅1-5份、氧化铝2-10份、白云母粉2-10份、分散剂0.1-1份、防沉剂0.1-1份、增稠剂0.1-1份、消泡剂0.1-1份、流平剂0.1-1份、促进剂0.1-1份、溶剂20-40份。

通过采用上述技术方案，进一步优化涂料的原料配比，提升涂料整体性能。

优选的，所述氧化铝为纳米氧化铝。

通过采用上述技术方案，纳米级的氧化铝比表面积高，增大与被涂物所散发的热量的接触面积，提高对热量的传递效果；另外还能提高涂层的致密性，提高涂层的力学性能。

优选的，所述纳米氧化铝经过硅烷偶联剂改性处理。

纳米氧化铝比表面积大，在涂料中容易发生团聚，纳米氧化铝团聚不仅会降低涂层的导热效果，还会对涂层的力学性能产生不利影响；经硅烷偶联剂改性的纳米氧化铝颗粒之间不易发生团聚，提高纳米氧化铝颗粒在涂料中分散的均匀性，保证涂层力学性能提高涂层导热效果。

优选的，所述纳米氧化铝经过改性处理，改性处理方法为：

在缓冲物质的辅助作用下，将盐酸多巴胺与六方氮化硼粉末在酸性环境下混合，进行平衡反应，然后离心、过滤、干燥得到聚多巴胺改性的六方氮化硼；

用硅烷偶联剂对纳米氧化铝进行改性处理，得到改性纳米氧化铝：

将改性纳米氧化铝加入到聚多巴胺改性的六方氮化硼悬浮液中，超声处理后在100-110℃条件下反应6-7h，然后过滤、洗涤、干燥，得到六方氮化硼-纳米氧化铝；改性纳米氧化铝与聚多巴胺改性的六方氮化硼的重量比为(2-5):1。

纳米氧化铝的加入会导致涂料体系出现下沉、分相的问题，经过上述改性处理，通过多巴胺与硅烷偶联剂之间的反应，使得纳米氧化铝接枝到六方氮化硼上，不仅可以提高纳米氧化铝的分散性，还可以降低纳米氧化铝在涂料体系中发生下沉的几率，提高涂刷涂料时，纳米氧化铝颗粒分布的均匀性，提高涂层的导热效果与力学性能。

优选的，所述改性纳米氧化铝与聚多巴胺改性的六方氮化硼的重量比为(3-4):1。

通过采用上述技术方案，进一步优化六方氮化硼-纳米氧化铝的结构，提高纳米氧化铝分散大的均匀性，提高导热效果与力学性能。

优选的，所述纳米氧化铝的粒径为30-50nm；所述氧化锌的粒径为8-12μm。

通过采用上述技术方案，对氧化铝与氧化锌的粒径级配进行调整，氧化铝与氧化锌不仅可以分别将被涂物上的热量进行传递，还可以彼此间发生热量的传递，降低涂层内部的温度，提高涂层耐久性。

优选的，所述基料为羟基三氟树脂、羟基四氟树脂中的一种或两种的混合物；所述固化剂为六次甲基二异氰酸酯的二聚体或三聚体中的一种，固化剂中的异氰酸酯基团与基料中的羟基物质的量比为1:(0.85-1.15)。

通过采用上述技术方案，羟基三氟树脂、羟基四氟树脂含羟基官能团与脂肪族多异氰酸酯固化剂反应配合，提高涂料涂层的持久耐候和耐油、耐盐雾等性能。在实际配置过程中基料可以选择羟基三氟树脂、羟基四氟树脂中的一种或两种的混合物。

第二方面，本申请提供一种持久耐候绝缘导热热反射涂料的制备方法，采用如下的技术方案：

上述任一持久耐候绝缘导热热反射涂料的制备方法，包括以下步骤：

S1.按重量份将稀释剂、基料、分散剂、防沉剂、增稠剂、消泡剂、流平剂、促进剂混合均匀，得到混合料A；

S2.向混合料A中按重量份加入钛白粉、氧化锌、二氧化硅、氧化铝、白云母粉，混合均匀，得到混合料B；

S3.将混合料B研磨至细度为30μm以下，过滤、包装作为主漆；固化剂单独包装通过采用上述技术方案，先进行主漆的配置，然后将主漆与固化剂分别包装，使用时进行混合，以保证涂料使用时的质量。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、本申请采用合适比例的基料与固化剂以及其他外加剂，并加入氧化锌与氧化铝填料，使得涂料涂层的导热系数可以达到0.35-1.32w/(m·K)，硬度可以达到3-4H，击穿强度可以达到22-46MV/m，涂料导热性能、力学性能、绝缘性能优越。

2、本申请中优选采用六方氮化硼与纳米氧化铝进行接枝改性，提高了纳米氧化铝的分散性，制得的涂料涂层的导热系数达到1.19-1.32w/(m·K)，进一步提高涂料的导热性能。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

原料和/或中间体的制备例

原料

基料：羟基三氟树脂型号HK-2X，数均分子量20000，羟值50(mgKOH/g)；

固化剂：六次甲基二异氰酸酯的二聚体、六次甲基二异氰酸酯的三聚体；

钛白粉为金红石型钛白粉；

分散剂为改性聚氨酯高分子量分散剂；

防沉剂：聚乙烯蜡；

增稠剂为有机膨润土；

消泡剂：聚硅氧烷化合物；

流平剂：聚醚改性聚二甲基硅氧烷化合物；

促进剂：硅烷偶联剂KH570；

制备例

制备例1

硅烷偶联剂改性纳米氧化铝的制备：

将200g粒径为30nm的纳米氧化铝粉末和4kg硅烷偶联剂KH550添加到100kg无水乙醇中，混合均匀并超声处理3h，得到混合溶液，然后将8kg去离子水添加到混合溶液中，在80℃下搅拌4h，离心、过滤，留取固形物，用去离子水和无水乙醇分别洗涤三次固形物，在80℃下真空干燥24h，得到硅烷偶联剂改性纳米氧化铝。

制备例2

六方氮化硼-纳米氧化铝的制备：

A1.将484g缓冲物质三羟甲基氨基甲烷添加到300L去离子水中，并加入0.1mol/L的盐酸将pH值调节至8.5；边搅拌边加入800g盐酸多巴胺，然后边搅拌边加入2kg六方氮化硼粉末，超声处理3h，然后60℃下平衡反应24h，离心、过滤留取固形物，并用去离子水洗涤，直到滤液变为无色；最后，将产物在真空下于60℃干燥24h，获得聚多巴胺改性的六方氮化硼；

A2.将200g聚多巴胺改性的六方氮化硼加入到50L二甲基甲酰胺中超声处理1h，形成聚多巴胺改性的六方氮化硼悬浮液，将100g硅烷偶联剂改性纳米氧化铝加入聚多巴胺改性的六方氮化硼悬浮液中，再对其超声处理1h，然后在110℃下搅拌反应6h，离心、过滤留取固形物，并用去离子水和无水乙醇洗涤五次，在60℃真空干燥24h，得到六方氮化硼-纳米氧化铝。

制备例3

与制备例2不同的是，制备例3的A2中聚多巴胺改性的六方氮化硼为500g，反应温度为100℃，反应时间为7h。

制备例4

与制备例2不同的是，制备例4的中聚多巴胺改性的六方氮化硼为300g。

制备例5

与制备例2不同的是，制备例5的中聚多巴胺改性的六方氮化硼为400g。

实施例

实施例1-5

一种持久耐候绝缘导热热反射涂料，其制备方法为：

S1.按表1中的配比将稀释剂、基料、分散剂、防沉剂、增稠剂、消泡剂、流平剂、促进剂混合均匀，得到混合料A；

S2.向混合料A中加入钛白粉、氧化锌、二氧化硅、氧化铝、白云母粉，混合均匀，得到混合料B；

S3.将混合料B研磨至细度为25μm，过滤、包装作为主漆；固化剂单独包装。

表1实施例1-5中原料配比表(kg)

其中，氧化锌、二氧化硅、氧化铝的粒径均为10μm；溶剂为重量比为1：1：1：1：1的二甲苯、乙酸丁酯、乙二醇丁醚乙酸酯、丙二醇单丁醚、甲基异丁基酮的混合物。

实施例6

与实施例3不同的是，实施例6中基料为环氧树脂。

实施例7

与实施例3不同的是，实施例7中六次甲基二异氰酸酯的三聚体为29.7kg。

实施例8

与实施例3不同的是，实施例8中六次甲基二异氰酸酯的三聚体为7.4kg。

实施例9

与实施例3不同的是，实施例9中氧化铝的粒径为40nm。

实施例10-13

与实施例3不同的是，实施例10-13中氧化铝与氧化锌粒径的不同，详见表2。

表2实施例3与实施例9-13中氧化铝与氧化锌粒径级配表

实施例3

实施例9

实施例10

实施例11

实施例12

实施例13

氧化铝

10μm

40nm

30nm

50nm

40nm

100nm

氧化锌

10μm

10μm

12μm

8μm

40μm

10μm

实施例14

与实施例9不同的是，实施例14中用等量来自制备例1的硅烷偶联剂改性纳米氧化铝替换氧化铝。

实施例15-18

与实施例9不同的是，实施例15-18中分别用等量来自制备例2-5的六方氮化硼-纳米氧化铝替换氧化铝。

对比例

对比例1

与实施例1不同的是，对比例1中用等量氧化铝替换氧化锌。

对比例2

与实施例1不同的是，对比例2中用等量氧化锌替换氧化铝。

对比例3

与实施例1不同的是，对比例3中用等量钛白粉替换氧化锌与氧化铝。

性能检测试验

检测方法/试验方法

将实施例1-18与对比例1-3中制得的涂料以同样的工艺涂敷在同样的样板上，然后进行如下性能检测：

导热系数：按照ASTM E1461—2013中的方法进行导热系数测定，检测结果见表3；

硬度：按照GB/T 6739—2006中的方法进行硬度检测，检测结果见表3；

击穿强度：按照ASTM D149—2009中的方法进行击穿强度检测，检测结果见表3：

太阳光反射比：按照ASTM C1549方法进行太阳光反射检测，检测结果见表3：

耐盐雾性：按照GB/T 1771-2007中的方法进行耐盐雾性检测，盐雾检测的试液有浓度为50g/L的硫酸溶液、浓度为50g/L的氢氧化钠溶液、质量百分浓度为3％的氯化钠溶液，处理时间为240h，检测结果见表4。

表3性能检查结果

表4耐盐雾实验检查结果

结合实施例1-18和对比例1-3，并结合表3与表4可以看出，实施例1-18中制得的涂料的涂层的导热系数、硬度、击穿强度均明显优于对比例1-3，实施例1-18中制得的涂料的涂层的太阳光反射性能与耐盐雾性能与对比例1-3相当，这说明本申请制得的涂料的耐久性优越，且导热效果优良，适用于电力设施的涂敷。

结合实施例1与对比例1-3，并结合表3可以看出，实施例1中制得的涂料的导热系数、硬度、击穿强度均优于对比例1-3，对比例1与对比例2的原料中分别不含有氧化锌与氧化铝，对比例3原料中氧化锌与氧化铝均不包含，对比例1-3中涂料涂层的导热系数相较实施例1大幅下降，这可能时因为氧化锌与氧化铝共同作用、相互配合提高了涂料涂层的导热效果。

结合实施例3与实施例7-8，并结合表3可以看出，实施例3中涂料涂层的导热系数高于实施例7-8，这说明基料与固化剂在本申请设置的范围内制得的涂料在导热方面表现的更优。

结合实施例3与实施例9-13，并结合表3可以看出，氧化铝与氧化锌的粒径变化会影响涂料涂层的导热系数，在本申请设定的粒径范围内，涂料涂层在导热方面表现更优。

结合实施例9与实施例14-18，并结合表3可以看出，对纳米氧化铝进行改性处理，可以提高涂料涂层的导热系数，这有可能是因为改性处理后的纳米氧化铝分散性提高且不易下沉，使得纳米氧化铝在涂层中均匀分布，提高了导热效果。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (4)

1.一种持久耐候绝缘导热热反射涂料，其特征在于，其包括以下重量份原料：基料15-45份、固化剂3.5-8.0份、钛白粉15-35份、氧化锌1-7份、二氧化硅0-8份、氧化铝1-12份、白云母粉1-12份、分散剂0.1-1.5份、防沉剂0.1-1.5份、增稠剂0.1-1.5份、消泡剂0.1-1.5份、流平剂0.1-1.5份、促进剂0.1-1.5份、溶剂15-50份；

所述氧化铝为纳米氧化铝；

所述纳米氧化铝经过改性处理，改性处理方法为：

在缓冲物质的辅助作用下，将盐酸多巴胺与六方氮化硼粉末在酸性环境下混合，进行平衡反应，然后离心、过滤、干燥得到聚多巴胺改性的六方氮化硼；

用硅烷偶联剂对纳米氧化铝进行改性处理，得到硅烷偶联剂改性纳米氧化铝：

将硅烷偶联剂改性纳米氧化铝加入到聚多巴胺改性的六方氮化硼悬浮液中，超声处理后在100-110℃条件下反应6-7h，然后过滤、洗涤、干燥，得到六方氮化硼-纳米氧化铝；改性纳米氧化铝与聚多巴胺改性的六方氮化硼的重量比为(2-5):1；

所述纳米氧化铝的粒径为30-50nm；所述氧化锌的粒径为8-12μm；

所述基料为羟基三氟树脂、羟基四氟树脂中的一种或两种的混合物；所述固化剂为六次甲基二异氰酸酯的二聚体或三聚体中的一种，固化剂中的异氰酸酯基团与基料中的羟基物质的量比为1:(0.85-1.15)。

2.根据权利要求1所述的一种持久耐候绝缘导热热反射涂料，其特征在于，其包括以下重量份原料：基料20-40份、固化剂4.0-7.5份、钛白粉20-30份、氧化锌2-5份、二氧化硅1-5份、氧化铝2-10份、白云母粉2-10份、分散剂0.1-1份、防沉剂0.1-1份、增稠剂0.1-1份、消泡剂0.1-1份、流平剂0.1-1份、促进剂0.1-1份、溶剂20-40份。

3.根据权利要求1所述的一种持久耐候绝缘导热热反射涂料，其特征在于，所述改性纳米氧化铝与聚多巴胺改性的六方氮化硼的重量比为(3-4):1。

4.一种权利要求1-3任一所述的持久耐候绝缘导热热反射涂料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.按重量份将稀释剂、基料、分散剂、防沉剂、增稠剂、消泡剂、流平剂、促进剂混合均匀，得到混合料A；

S2.向混合料A中按重量份加入钛白粉、氧化锌、二氧化硅、氧化铝、白云母粉，混合均匀，得到混合料B；

S3.将混合料B研磨至细度为30µm以下，过滤、包装作为主漆；固化剂单独包装。