CN114133820A

CN114133820A - 一种丙烯酸隔热涂料及其制备方法

Info

Publication number: CN114133820A
Application number: CN202210023311.4A
Authority: CN
Inventors: 马少卿; 张亮
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-01-10
Filing date: 2022-01-10
Publication date: 2022-03-04

Abstract

本发明涉及一种涂料及其制备方法，其特征在于，所述涂层材料包括如下重量份数的组成：改性丙烯酸乳液43‑65份、聚合物空心微球18‑36份、复合硅钛微球12‑27份、分散剂0.5‑3份、成膜助剂3‑6份。所述改性丙烯酸乳液为使用环氧树脂对丙烯酸乳液进行改性；所述空心聚合物微球为丙烯酸聚合物微球，所述成膜助剂为六亚甲基二异氰酸酯。本发明提供的涂层材料韧性高，粘接强度更高，长期使用时不开裂。

Description

一种丙烯酸隔热涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种丙烯酸隔热涂料及其制备方法。

背景技术

近年来，能源短缺和环境污染问题日益严重，如何在保证经济发展的同时提高能源的利用率已经成为全社会亟待解决的问题。建筑能耗占整个能源消耗的30％-40％。我国自2003年来不断加大对节能减排政策的推行力度，且规定从2005年起，所有新建住宅必须采取隔热保温措施，而隔热材料中的隔热反射涂料因其节能环保、价格低廉且隔热保温效果好等优点在市场上的应用越来越多。

外墙隔热反射涂料是一种近年来发展的新型功能型涂料，自身热阻大、导热系数低、且热反射率高，能有效提高材料本身反射太阳光热量及内部传导传热，将其用于建筑物的表面可达到降低建筑物内部温度，减少空调等能源消耗，从而起到反射隔热保温，节约能源的效果。如中国专利CN113652142A公开了一种水性保温隔热防腐涂料，包括有机硅改性环氧乳液、二次成膜剂、润湿剂、小泡剂、防腐剂、流平剂、填料空心玻璃微珠、水性固化剂等。再如中国专利CN1670096A公开了一种单组分高弹性水性聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液、颜填料、分散剂、成膜助剂、流平剂、消泡剂、增塑剂、增稠剂、紫外光吸收剂等。目前隔热涂层材料在各种节能建筑领域得到了广泛应用，为了提高隔热保温性能，一般采用添加玻璃微球的方法，利用密闭空腔的绝热性能减少热量的传递。但由于玻璃是典型的难容材料，与高分子成膜物存在结合力不相容的问题，致使涂层力学性能下降，长期使用时存在力开裂和脱落的现象。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供一种丙烯酸隔热涂料及其制备方法，所述涂层材料包括如下重量份数的组成：改性丙烯酸乳液43-65份、聚合物空心微球18-36份、复合硅钛微球12-27份、分散剂0.5-3份、成膜助剂3-6份；

所述环氧丙烯酸乳液为使用环氧树脂对丙烯酸乳液进行改性，首先将双酚F环氧树脂与丙烯酸反应生成如下两端含有丙烯酸单体环氧树脂改性丙烯酸酯单体，

然后将其在于甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸共聚形成的丙烯酸乳液；所述两端含有环氧树脂改性丙烯酸的单体将双酚A链条引入到聚丙烯酸酯的主链中，增加了-C-O-C、-COO-官能团，提升了聚丙烯酸酯链条的柔韧性能；

所述两端含有丙烯酸单体环氧树脂改性丙烯酸酯单体的制备过程如下：将双酚A环氧树脂与丙烯酸树脂按质量比加入反应釜中，加入催化剂N,N-二甲基苯胺和阻聚剂对羟基苯甲醚，加热条件下反应至酸值低于5mgKOH/g时终止反应，降温出料得环氧改性丙烯酸酯

所述空心聚合物微球为丙烯酸聚合物微球，具体制备过程为：以SiO₂微球作为核体，先通过对表面改性后进行蒸馏沉淀聚合获得核壳型聚合物微球，然后利用氢氟酸对核进行溶解获得空心丙烯酸聚合物微球；

所述复合硅钛微球为SiO₂/TiO₂纳米级复合微球，具体制备方法为：将纳米级二氧化钛分散在乙醇、水、氨的混合溶液中，然后滴加正硅酸乙酯，反应2-3h后干燥，最终获得复合硅钛微球。采用此方法制备的纳米级复合硅钛微球一方面解决了纳米级二氧化钛的团聚问题；另一方面通过二氧化钛的表面改性，使二氧化钛的表面形成乙醇二氧化硅薄膜，使表面形成大量的羟基结构，进而提高了其与丙烯酸乳液的键合能力，提高了漆膜的界面粘接强度，进而提高了力学性能；

所述分散剂为壬基酚聚氧乙烯醚或十二烷基酚聚氧乙烯醚中的至少一种；

所述成膜助剂为六亚甲基二异氰酸酯，该成膜助剂结构两端各含有一个-NCO基团，该基团一方面可与改性丙烯酸乳液中的羟基反应使各丙烯酸酯链条交联到一起；另一方面，-NCO还能与复合硅钛微球表面的羟基作用，形成-CONH-键，使微球颗粒键合到胶膜上，提高了其粘接强度；

本发明还提供一种所述丙烯酸隔热涂料的制备方法，包括如下制备过程：

(1)将改性丙烯酸乳液、分散剂按质量比依次加入反应釜中，剧烈搅拌，获得预混乳液；

(2)向步骤(1)获得的预混乳液中按质量比依次加入空心聚合物微球、复合硅钛微球，然后将温度升高到50-55℃，缓慢滴加成膜助剂，滴加完毕后保温反应1-2h，降温获得丙烯酸隔热涂料；

本发明的有益效果在于：(1)聚合物空心微球代替传统空心玻璃微珠，采用SiO2对纳米二氧化钛进行改性，获得反射型复合硅钛微球，通过对纳米二氧化钛的改性和聚合物空心微球的改性，有效提高了填料体系与成膜物的相互作用，提高了其力学性能；(2)通过环氧树脂改性丙烯酸酯单体、配方优化和方法的改性，制备出的涂层材料韧性高，粘接强度更高，长期使用时不开裂。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明实施例中所述改性丙烯酸乳液、空心聚合物微球和复合硅钛微球均为实验室自制，原料制备实施例如下：

实施例1：

本实施例提供一种改性丙烯酸乳液的制备方法：

(1)将双酚F环氧树脂156g与丙烯酸79g依次加入反应釜中，添加催化剂N，N-二甲基苯胺2.3g，升高温度到90℃，反应过程中持续测量酸值，当酸值小于5mgKOH/g时，降温终止反应得环氧改性丙烯酸单体；

(2)取引发剂过硫酸铵1.6g用去离子水92g充分溶解得引发剂溶液；将甲基丙烯酸甲酯10g、丙烯酸丁酯12.8g、甲基丙烯酸8.6g、2-全氟辛基乙基甲基丙烯酸酯53.2g、环氧改性丙烯酸单体23.5g；去离子水340g和十二烷基二苯醚二磺酸钠4.8g加入反应釜中，剧烈搅拌进行预乳化30min；在另一反应釜中加入去离子水220g和pH缓冲剂碳酸氢钠8.4g，升高温度到80℃后加入1/3的引发剂和10％的预乳化单体，保温反应至体系呈蓝色，得种子乳液；将剩余预乳化单体和引发剂溶液，逐滴加入到种子乳液中，滴加完毕后，升高温度到85℃，保温反应2h，反应完毕后降至室温，用氨水调节pH值为7-8，得改性丙烯酸乳液。

实施例2.

本实施例提供一种空心聚合物微球的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将硅烷偶联剂MPS 13g、SiO₂微球100g、500mL乙醇加入反应釜中，30-40℃下，剧烈搅拌8h，然后静置3h后过滤，再用乙醇洗涤3次，放入真空烘箱中干燥至恒重，的表面改性SiO2微球；

(2)向反应釜中依次加入10g表面改性的SiO2微球，2000mL乙腈，超声分散直至形成白色悬浮液，然后加入丙烯酸20mL，二乙烯基苯5mL，偶氮二异丁腈0.2g，超声溶解后，加热回流1h后，旋蒸除去乙腈后，离心分离，真空烘箱中干燥至恒重，得聚丙烯酸包覆的SiO2微球；

(3)将上述制备的微球12g份散到500mL乙醇中，然后加入100mL 2％的氢氟酸，超声3h后，用乙醇洗涤至中性，40℃下干燥至恒重，得空心聚合物微球。

实施例3

本实施例提供一种复合硅钛微球的制备方法：将2000mL无水乙醇，320mL去离子水，120mL氨水加入反应釜中，40℃下匀速搅拌，缓慢加入100g纳米二氧化钛，持续搅拌滴加160mL正硅酸乙酯，反应3h后，离心分离，洗涤、120℃干燥至恒重，研磨后500℃下煅烧2h，得复合硅钛微球。

实施例4：

本实施例提供一种高性能涂层材料及其制备方法，所述涂层材料包括如下重量份数的组成：改性丙烯酸乳液45份、聚合物空心微球23份、复合硅钛微球15份、壬基酚聚氧乙烯醚1份、六亚甲基二异氰酸酯3份；

所述高性能涂层材料的制备方法，包括如下制备过程：

(1)将改性丙烯酸乳液45g、壬基酚聚氧乙烯醚1g依次加入反应釜中，剧烈搅拌，获得预混乳液；

(2)向步骤(1)获得的预混乳液中按质量比依次加入空心聚合物微球23g、复合硅钛微球15g，然后将温度升高到50℃，缓慢滴加3g成膜助剂六亚甲基二异氰酸酯，滴加完毕后保温反应2h，降温获得高性能涂层乳液；

实施例5：

本实施例提供一种高性能涂层材料及其制备方法，所述涂层材料包括如下重量份数的组成：改性丙烯酸乳液50份、聚合物空心微球28份、复合硅钛微球20份、壬基酚聚氧乙烯醚1份、六亚甲基二异氰酸酯4份；

所述高性能涂层材料的制备方法同实施例4；

实施例6：

本实施例提供一种高性能涂层材料及其制备方法，所述涂层材料包括如下重量份数的组成：改性丙烯酸乳液55份、聚合物空心微球33份、复合硅钛微球25份、十二烷基酚聚氧乙烯醚1份、六亚甲基二异氰酸酯4份；

所述高性能涂层材料的制备方法同实施例4；

实施例7：

本实施例提供一种高性能涂层材料及其制备方法，所述涂层材料包括如下重量份数的组成：改性丙烯酸乳液60份、聚合物空心微球33份、复合硅钛微球25份、十二烷基酚聚氧乙烯醚1份、六亚甲基二异氰酸酯4份；

所述高性能涂层材料的制备方法同实施例4；

对比例1：

本实施例提供一种涂层材料，为实施例4的对比例，所述涂层材料包括如下重量份数的组成：改性丙烯酸乳液45份、空心玻璃微珠23份、复合硅钛微球15份、壬基酚聚氧乙烯醚1份、六亚甲基二异氰酸酯3份；所述改性丙烯酸乳液、复合硅钛微球为实施例1、实施例3制备所得；所述涂层材料的制备方法同实施例4。

对比例2：

本实施例提供一种能涂层材料，为实施例4的对比例，所述涂层材料包括如下重量份数的组成：改性丙烯酸乳液45份、空心玻璃微珠23份、纳米二氧化钛15份、壬基酚聚氧乙烯醚1份、六亚甲基二异氰酸酯3份；所述改性丙烯酸乳液、复合硅钛微球为实施例1、实施例3制备所得；所述涂层材料的制备方法同实施例4；

对比例3：

本实施例提供一种能涂层材料，为实施例4的对比例，所述涂层材料包括如下重量份数的组成：改性丙烯酸乳液45份、聚合物空心微球23份、复合硅钛微球15份、壬基酚聚氧乙烯醚1份、酯醇十二3份；所述改性丙烯酸乳液、复合硅钛微球为实施例1、实施例3制备所得；所述涂层材料的制备方法同实施例4；

对比例4：

本实施例提供一种传统涂层材料，为实施例4的对比例，所述涂层材料包括如下重量份数的组成：丙烯酸乳液45份、空心玻璃微珠23份、纳米二氧化钛15份、壬基酚聚氧乙烯醚1份、酯醇十二3份；所述改性丙烯酸乳液、复合硅钛微球为实施例1、实施例3制备所得；所述涂层材料的制备方法同实施例4；所述丙烯酸乳液为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、丙烯酸的共聚物，共聚方法同实施例1步骤2。

对上述实施例和对比例制备的隔热涂层材料，分别制备成涂层材料测试其隔热效果和力学性能，具体如下：

隔热温差测试：将涂料涂在10mm×10mm的铁板上做成样板，相同条件下测试样板的隔热效果；

附着力和柔韧性测试：参照GB12441-2005饰面型防火涂料；

涂膜力学性能测试：将涂料均匀涂于混凝土样板表面，制成厚度为1-2mm的涂层，测试涂层的力学性能，方法采用GB/T 528-2009硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定；相关测试结果如表1：

表1.隔热涂层材料性能比较

由上述实施例和对比例的性能分析可知，本发明与现有技术相比，制备的涂层材料的隔热效果相当，力学性能较优，应用效果更好。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种丙烯酸隔热涂料，其特征在于，所述涂料包括如下重量份数的组成：改性丙烯酸乳液43-65份、聚合物空心微球18-36份、复合硅钛微球12-27份、分散剂0.5-3份、成膜助剂3-6份；

所述改性丙烯酸乳液为使用环氧树脂对丙烯酸乳液进行改性，首先将双酚F环氧树脂与丙烯酸反应生成如下两端含有丙烯酸单体环氧树脂改性丙烯酸酯单体，

然后将其再与甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸共聚形成丙烯酸乳液；

所述两端含有丙烯酸单体环氧树脂改性丙烯酸酯单体的制备过程如下：将双酚A环氧树脂与丙烯酸树脂按质量比加入反应釜中，加入催化剂N,N-二甲基苯胺和阻聚剂对羟基苯甲醚，加热条件下反应至酸值低于5mgKOH/g时终止反应，降温出料得环氧改性丙烯酸酯。

2.根据权利要求1所述的一种丙烯酸隔热涂料，其特征在于，所述空心聚合物微球为丙烯酸聚合物微球，具体制备过程为：以SiO₂微球作为核体，先通过对表面改性后进行蒸馏沉淀聚合获得核壳型聚合物微球，然后利用氢氟酸对核进行溶解获得空心丙烯酸聚合物微球。

3.根据权利要求1所述的一种丙烯酸隔热涂料，其特征在于，所述复合硅钛微球为SiO₂/TiO₂纳米级复合微球，具体制备方法为：将纳米级二氧化钛分散在乙醇、水、氨的混合溶液中，然后滴加正硅酸乙酯，反应2-3h后干燥，最终获得复合硅钛微球。

4.根据权利要求1所述的丙烯酸隔热涂料，其特征在于，所述分散剂为壬基酚聚氧乙烯醚或十二烷基酚聚氧乙烯醚中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的丙烯酸隔热涂料，其特征在于，所述成膜助剂为六亚甲基二异氰酸酯。

6.权利要求1-5中任一项所述的丙烯酸隔热涂料的制备方法，包括如下制备过程：

(2)向步骤(1)获得的预混乳液中按质量比依次加入空心聚合物微球、复合硅钛微球，然后将温度升高到50-55℃，缓慢滴加成膜助剂，滴加完毕后保温反应1-2h，降温获得高性能涂层乳液。