CN114163886A - 一种可低温施工的保温水性涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及水性涂料的技术领域，具体涉及一种可低温施工的保温水性涂料及其制备方法，所述保温水性涂料包括如下重量百分含量的原料：分散剂0.2‑0.6%、羟乙基纤维素0.1‑0.4%、消泡剂0.1‑0.4%、润湿流平剂0.2‑0.5%、防冻剂1‑4%、成膜助剂0.8‑2%、钛白粉14‑18%、气相二氧化硅0.4‑1.2%、绢云母0.7‑1.7%、纳米镀膜陶瓷微珠4‑7%、膨胀珍珠岩1.5‑6%、漂珠7‑13%、气凝胶6‑12%、增稠剂0.3‑0.7%、防霉剂0.05‑0.25%、光稳定剂0.05‑0.25%、紫外线吸收剂0.2‑0.6%、硅烷偶联剂1.5‑4%、去离子水9‑14%，余量为羟基丙烯酸乳液；其具有使保温水性涂料能够在温度较低时进行施工的优点。

Description

一种可低温施工的保温水性涂料及其制备方法

技术领域

本申请涉及水性涂料的技术领域，尤其是涉及一种可低温施工的保温水性涂料及其制备方法。

背景技术

在一些特殊的领域和环境条件下，需要对包装结构内部的温度进行保温，以减少内部的温度向外扩散。传统的手段是采用保温岩棉的方式进行解决，但出于消防安全的考虑，岩棉已经逐步被淘汰，现有的保温方法是在基材上涂覆保温涂料。其中，保温水性涂料是一种新型的保温材料，其通过低导热系数和高热阻来实现隔热保温。

现有的保温水性涂料一般包括水性丙烯酸乳液、空心玻璃微珠或空心陶瓷微珠、分散剂、消泡剂、防腐剂和一定量的水等，将其涂覆于基材表面后，在基材表面形成由微珠连接在一起的三维网络空心结构，微珠之间形成叠加的静态空气组，能够有效阻止热量传递，起到优异的保温效果。

针对上述相关技术，发明人认为，传统的保温水性涂料一般在5℃以上的温度下进行施工，造成一些北方地区在温度较低时难以施工的问题。

发明内容

为了使保温水性涂料能够在温度较低时进行施工，本申请提供一种可低温施工的保温水性涂料及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种可低温施工的保温水性涂料，采用如下技术方案：

一种可低温施工的保温水性涂料，其包括如下重量百分含量的原料：分散剂0.2-0.6％、羟乙基纤维素0.1-0.4％、消泡剂0.1-0.4％、润湿流平剂0.2-0.5％、防冻剂1-4％、成膜助剂0.8-2％、钛白粉14-18％、气象二氧化硅0.4-1.2％、绢云母0.7-1.7％、纳米镀膜陶瓷微珠4-7％、膨胀珍珠岩1.5-6％、漂珠7-13％、气凝胶6-12％、增稠剂0.3-0.7％、防霉剂0.05-0.25％、光稳定剂0.05-0.25％、紫外线吸收剂0.2-0.6％、硅烷偶联剂1.5-4％、去离子水9-14％，余量为羟基丙烯酸乳液。

通过采用上述技术方案，本申请通过添加硅烷偶联剂的方式，可以将具有疏水功能的气凝胶改性，使其更好的混合在水性涂料体系中；纳米镀膜陶瓷微珠、膨胀珍珠岩、漂珠、气凝胶等低导热系数填充物的大量添加，代替传统的钛白粉等传统填料，极大的降低了漆膜整体的导热系数，使保温水性涂料的保温功能大大提高；本申请采用具有低温成膜特性的，增塑性羟基丙烯酸乳液，其低温成膜固化的产品特性降低了在低温条件下施工时出现漆膜缺陷的风险，具有塑化功能的乳液，可以保证施工时即使漆膜很厚也不会出现裂纹等缺陷；结合成膜助剂、润湿流平剂、分散剂等，使保温水性涂料在-15℃的温度下，其流动性和成膜性良好，使保温水性涂料能够顺利的在-15℃及以上的低温条件下进行施工。

作为优选：所述保温水性涂料包括如下百分含量的原料：分散剂0.3-0.5％、羟乙基纤维素0.2-0.3％、消泡剂0.2-0.3％、润湿流平剂0.3-0.4％、防冻剂2-3％、成膜助剂1-1.5％、钛白粉15-17％、气相二氧化硅0.5-1.0％、绢云母1-1.5％、纳米镀膜陶瓷微珠5-6％、膨胀珍珠岩2-4％、漂珠9-11％、气凝胶8-10％、增稠剂0.4-0.6％、防霉剂0.1-0.2％、光稳定剂0.1-0.2％、紫外线吸收剂0.3-0.4％、硅烷偶联剂2-3％、去离子水10-13％，余量为羟基丙烯酸乳液。

通过采用上述技术方案，通过对保温水性涂料的原料配比进行进一步优化，可以使其耐冲击和耐擦洗次数均提高，并且进一步降低其导热系数，提高保温水性涂料的保温性能。

作为优选：所述成膜助剂为丙二醇、已二醇、十二碳醇酯、DPM和DPnB中的一种或几种。

通过采用上述技术方案，成膜助剂选择此规定种类时，其成膜效果较优，使保温水性涂料适宜在低温环境下进行施工。

作为优选：所述气凝胶为二氧化硅气凝胶。

通过采用上述技术方案，二氧化硅气凝胶的比表面积最大可达600m²/g，其密度最低可至40kg/m³，具有大的比表面积和高的孔洞率，用于保温材料时，有助于降低保温材料的导热系数。

作为优选：所述硅烷偶联剂分子结构中含有环氧基、氨基和脲基中的一种或几种。

通过采用上述技术方案，硅烷偶联剂的分子结构中含有此类极性官能团时，此类官能团可以与水分子之间产生氢键，可以在对气凝胶进行改性的同时，提高其亲水性，使其在水性涂料中均匀混合。

作为优选：所述气象二氧化硅表面经过疏水改性。

通过采用上述技术方案，疏水性气相二氧化硅具有低吸湿性、很好的分散性，即使对于极性体系也有流变调节能力；在液体体系中，疏水性气相二氧化硅可以达到高添加量，而对体系的粘度影响很小，在加工使用中是最适宜的流变助剂，其应用在涂料中，可以提高涂料的耐划伤性。

作为优选：所述润湿流平剂包括如下重量份的原料：5-7份的酯醇十二、4-6份的聚醚改性硅氧烷、3-5份的十二烷基硫酸钠和7-9份的烷基酚聚氧乙烯醚。

通过采用上述技术方案，酯醇十二、聚醚改性硅氧烷、十二烷基硫酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚进行此范围内的比例配比，可以极大的提高保温水性涂料与基材的润湿性，提高其流平性，使保温水性涂料能够在低温下进行施工。

第二方面，本申请提供一种可低温施工的保温水性涂料的制备方法，采用如下技术方案：

一种可低温施工的保温水性涂料的制备方法，其包括如下步骤：

S1：将部分水，分散剂、消泡剂、润湿流平剂、防冻剂、防霉剂、成膜助剂、羟乙基纤维素进行搅拌，混合均匀；

S2：然后继续加入钛白粉，绢云母，气象二氧化硅，然后继续搅拌，得混合料A；

S3：将4-6％的去离子水、纳米镀膜陶瓷微珠、膨胀珍珠岩进行搅拌混合，制成膏状半成品1；

S4：将3-5％的去离子水、硅烷偶联剂和气凝胶进行混合，制成半成品2；

S5：将紫外线吸收剂和光稳定剂进行搅拌混合，制成半成品3；

S6：在混合料A中，在搅拌条件下，依次加入羟基丙烯酸乳液、半成品1和半成品2，搅拌均匀后，然后加入半成品3，继续搅拌至均匀，得混合料B；

S7：在混合料B中加入漂珠，进行搅拌均匀后，加入增稠剂调节黏度，即得保温水性涂料。

通过采用上述技术方案，将漂珠在添加增稠剂之前加入，有助于漂珠在保温水性涂料中的均匀混合；将硅烷偶联剂与气凝胶进行混合搅拌，可以对气凝胶进行表面改性，降低气凝胶与其他原料之间的表面张力，改善其疏水性能，更好的混合在水性涂料体系中。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1、本申请通过添加硅烷偶联剂的方式，可以将具有疏水功能的气凝胶改性，使其更好的混合在水性涂料体系中；纳米镀膜陶瓷微珠、膨胀珍珠岩、漂珠、气凝胶等低导热系数填充物的大量添加，代替传统的钛白粉等传统填料，极大的降低了漆膜整体的导热系数，使保温水性涂料的保温功能大大提高；本申请采用具有低温成膜特性的，增塑性羟基丙烯酸乳液，其低温成膜固化的产品特性降低了在低温条件下施工时出现漆膜缺陷的风险，具有塑化功能的乳液，可以保证施工时即使漆膜很厚也不会出现裂纹等缺陷；结合成膜助剂、润湿流平剂、分散剂等，使保温水性涂料在-15℃的温度下，其流动性和成膜性良好，使保温水性涂料能够顺利的在-15℃的低温下进行施工。

2、将漂珠在添加增稠剂之前加入，有助于漂珠在保温水性涂料中的均匀混合；将硅烷偶联剂与气凝胶进行混合搅拌，可以对气凝胶进行表面改性，降低气凝胶与其他原料之间的表面张力，改善其疏水性能，更好的混合在水性涂料体系中。

3、本申请实施例1-8及对比例1-6的保温水性涂料的外观及颜色、涂膜外观、耐碱性、耐酸性、耐水性和耐温变性均合格，其中，对比例2的保温水性涂料的耐水性不合格；其密度均在1.0-1.2g/mL范围内，为1.10±0.5g/mL；固体份均在50±0.5％左右；铅笔硬度均为HB；稀释率均为32±2；太阳光反射比均为0.86±0.1；可见光反射比均为0.91±0.2；耐玷污性为8.7±0.2；膜厚均在1.4±0.05mm；本申请的保温水性涂料的耐冲击最大可达到38MPa，耐擦洗均在15320次以上，同时，其导热系数均在0.19以下，最小可达到0.13，说明本申请的保温水性涂料在零下15度的温度下进行施工时，其各项性能良好，符合正常施工的要求。

具体实施方式

以下结合具体内容对本申请作进一步详细说明。

原料

本申请中的分散剂的生长厂家为广州市中旷化工有限公司，型号为K-5040；消泡剂的生产厂家为东莞森卓新材料有限公司，型号为SZ311-322-D；防冻剂的生产厂家为济南玺林化工有限公司，工业级；增稠剂的生产厂家为广州市中万新材料有限公司；防霉剂的生产厂家为常州市润洋化工有限公司；光稳定剂的生产厂家为济南洪旺化工有限公司；紫外吸收剂的生产厂家为青岛杰百奥助剂有限公司，型号为JADEADD BP-4；其余原料均为普通市售产品。

制备例

制备例1

一种润湿流平剂，其制备步骤如下：

将6kg的酯醇十二、5kg的聚醚改性硅氧烷、4kg的十二烷基硫酸钠、8kg的烷基酚聚氧乙烯醚OP-10进行混合均匀，即得润湿流平剂。

实施例

实施例1-4

实施例1-4的一种可低温施工的保温水性涂料，其各原料及各原料如表1所示，其制备步骤如下：

S1：将部分水，分散剂、消泡剂、润湿流平剂、防冻剂、防霉剂、成膜助剂、羟乙基纤维素加入搅拌罐内，调整转速到300r/min，充分搅拌30min；

S2：然后将钛白粉，绢云母，气象二氧化硅等填料依次加入搅拌罐内，伴随着填料的加入，逐渐加快分散的速度，保证在加料的过程中无粉料堆积，粉料全部添加完成后，将转速定格在800r/min，高速分散60min，得混合料A；

S3：将4-6％的去离子水、纳米镀膜陶瓷微珠、膨胀珍珠岩在150r/min的低速搅拌下依次加入另一搅拌罐内，制成膏状半成品1；

S4：将3-5％的去离子水、硅烷偶联剂和气凝胶在250r/min的速度下，投入到塑料桶内，搅拌30分钟，制成半成品2；

S5：将紫外线吸收剂和光稳定剂加入到搅拌罐内，用小型搅拌设备搅拌均匀，制成半成品3；

S6：在混合料A中，在搅拌条件下，依次加入羟基丙烯酸乳液、半成品1和半成品2，搅拌均匀后，提高转速，然后缓慢的加入半成品3，继续搅拌至均匀，得混合料B；

S7：在混合料B中加入漂珠，在200r/min的转速下进行搅拌20min，然后加入增稠剂调节黏度，即得保温水性涂料。

其中，实施例1的成膜助剂为丙二醇；实施例2的成膜助剂为己二醇；实施例3的成膜助剂为十二碳醇酯；实施例4的成膜助剂为DPM；润湿流平剂来自制备例1，实施例1-2采用硅烷偶联剂为N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，实施例3-4采用KH560。

表1实施例1-4的各原料及各原料用量(kg)

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
					分散剂	0.2	0.3	0.5	0.6
羟乙基纤维素	0.4	0.3	0.2	0.1
					消泡剂	0.1	0.2	0.3	0.4
润湿流平剂	0.3	0.3	0.3	0.3
					防冻剂	4	3	2	1
成膜助剂	0.8	1	1.5	2
					钛白粉	18	17	15	14
气相二氧化硅	0.4	0.5	1	1.2
					绢云母	1.7	1.5	1	0.7
纳米镀膜陶瓷微珠	4	5	6	7
					膨胀珍珠岩	6	4	2	1.5
漂珠	7	9	11	13
					气凝胶	12	10	8	6
增稠剂	0.3	0.4	0.6	0.7
					防霉剂	0.25	0.2	0.1	0.05
光稳定剂	0.05	0.1	0.2	0.25
					紫外线吸收剂	0.6	0.4	0.3	0.2
硅烷偶联剂	1.5	2	3	4
					去离子水	9	10	13	14
羟基丙烯酸乳液	33.4	34.8	34	33

实施例5

一种可低温施工的保温水性涂料，与实施例3的不同之处在于，其润湿流平剂的添加量为0.2kg，同时，羟基丙烯酸乳液的添加量为34.9kg，其余步骤与实施例3均相同。

实施例6

一种可低温施工的保温水性涂料，与实施例3的不同之处在于，其润湿流平剂的添加量为0.4kg，同时，羟基丙烯酸乳液的添加量为34.7kg，其余步骤与实施例3均相同。

实施例7

一种可低温施工的保温水性涂料，与实施例3的不同之处在于，其润湿流平剂的添加量为0.5kg，同时，羟基丙烯酸乳液的添加量为34.6kg，其余步骤与实施例3均相同。

实施例8

一种可低温施工的保温水性涂料，与实施例3的不同之处在于，其成膜助剂为DPnB，其余步骤与实施例3均相同。

对比例

对比例1

一种可低温施工的保温水性涂料，与实施例3的不同之处在于，其润湿流平剂中的酯醇十二的添加量为0，其余步骤与实施例3均相同。

对比例2

一种可低温施工的保温水性涂料，与实施例3的不同之处在于，其润湿流平剂中的聚醚改性硅氧烷的添加量为0，其余步骤与实施例3均相同。

对比例3

一种可低温施工的保温水性涂料，与实施例3的不同之处在于，其润湿流平剂中的十二烷基硫酸钠的添加量为0，其余步骤与实施例3均相同。

对比例4

一种可低温施工的保温水性涂料，与实施例3的不同之处在于，其润湿流平剂中的烷基酚聚氧乙烯醚的添加量为0，其余步骤与实施例3均相同。

对比例5

一种可低温施工的保温水性涂料，与实施例3的不同之处在于，其S4中未进行搅拌，其余步骤与实施例3均相同。

对比例6

一种可低温施工的保温水性涂料，与实施例3的不同之处在于，其漂珠在加入增稠剂调节好粘度后再加入，其余步骤与实施例3均相同。

性能检测试验

检测方法/试验方法

按照实施例1-8和对比例1-6的制备方法制备保温水性涂料，然后按照如下检测方法进行检测，其检测结果如表3所示。

其中，各保温水性涂料的检测项目及标准如表2所示。

表2检测项目及要求标准

检测项目	标准要求
		外观及颜色(GB/T 9761-1988)	湿漆分散均匀，无沉淀，无结块，无分层
密度(DEN PYN P01，25℃)	1.0-1.2g/mL
		固体份(T/S 1HR P01)	45-55％
铅笔硬度(GB/T 6739)	不低于HB
		稀释率	30-50
耐冲击	20-50MPa
		耐擦洗	≥10000次
涂膜外观	漆膜均匀，无缩孔，无桔皮
		耐碱性	48h无异常
耐酸性	48h无异常
		耐水性	168h无异常
太阳光反射比	≥0.85
		可见光反射比	≥0.85
耐温变性(5次循环)	漆膜无异常，无起皮，无脱落
		导热系数	≤0.2
耐玷污性	≤20
		膜厚	1-2mm

经检测，本申请实施例1-8及对比例1-6的保温水性涂料的外观及颜色、涂膜外观、耐碱性、耐酸性、耐水性和耐温变性均合格，其中，对比例2的保温水性涂料的耐水性不合格；其密度均在1.0-1.2g/mL范围内，为1.10±0.5g/mL；固体份均在50±0.5％左右；铅笔硬度均为HB；稀释率均为32±2；太阳光反射比均为0.86±0.1；可见光反射比均为0.91±0.2；耐玷污性为8.7±0.2；膜厚均在1.5±0.5mm；本申请的保温水性涂料均符合检测标准，其余检测数据见表3。

表3实施例1-8和对比例1-6的检测结果

	耐冲击(MPa)	耐擦洗(次)	导热系数
				实施例1	35	16800	0.16
实施例2	36	16850	0.15
				实施例3	37	16890	0.14
实施例4	35	16810	0.17
				实施例5	32	15320	0.19
实施例6	38	17350	0.13
				实施例7	38	17800	0.13
实施例8	37	16880	0.13
				对比例1	23	12300	0.24
对比例2	22	12100	0.25
				对比例3	26	12740	0.23
对比例4	25	12670	0.22
				对比例5	30	15660	0.27
对比例6	31	15680	0.26

从实施例1-8和对比例1-4，以及表3的检测数据可以看出，本申请的保温水性涂料的耐冲击最大可达到38MPa，耐擦洗均在15320次以上，同时，其导热系数均在0.19以下，最小可达到0.13，说明本申请的保温水性涂料在零下15度的温度下进行施工时，其各项性能良好，符合正常施工的要求。

从实施例3和实施例5—7的检测数据可以看出，其润湿流平剂的添加量逐渐增多时，其耐擦洗次数逐渐增大，但其耐冲击和导热系数在其添加量到达0.4kg以上时，无明显变化。

从实施例3和对比例1-4的检测数据可以看出，润湿流平剂中的原料具有相互协同的作用，缺少其中任何一个原料时，其耐冲击、耐擦洗的下降幅度均较大，同时其导热系数增加至不符合检测标准；这是由于润湿流平剂的效果缺少各物质之间的相互协同时，其润湿流平效果较差，容易在涂层中产生较多裂纹，从而影响其耐冲击、耐擦洗和导热系数。结合对比例5-6，S4中不进行搅拌，或者其漂珠在增稠剂之后加入，均导致保温水性涂料的导热系数不达标，这是因为S4中不进行搅拌，硅烷偶联剂不能对气凝胶进行表面改性，漂珠在增稠剂之后加入，其由于保温水性涂料的粘度较大，导致漂珠不能在涂料中分布均匀，从而导致涂料的导热系数增大的幅度较大。

上述具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可低温施工的保温水性涂料，其特征在于：其包括如下重量百分含量的原料：分散剂0.2-0.6%、羟乙基纤维素0.1-0.4%、消泡剂0.1-0.4%、润湿流平剂0.2-0.5%、防冻剂1-4%、成膜助剂0.8-2%、钛白粉14-18%、气相二氧化硅0.4-1.2%、绢云母0.7-1.7%、纳米镀膜陶瓷微珠4-7%、膨胀珍珠岩1.5-6%、漂珠7-13%、气凝胶6-12%、增稠剂0.3-0.7%、防霉剂0.05-0.25%、光稳定剂0.05-0.25%、紫外线吸收剂0.2-0.6%、硅烷偶联剂1.5-4%、去离子水9-14%，余量为羟基丙烯酸乳液。

2.根据权利要求1所述的一种可低温施工的保温水性涂料，其特征在于：所述保温水性涂料包括如下百分含量的原料：分散剂0.3-0.5%、羟乙基纤维素0.2-0.3%、消泡剂0.2-0.3%、润湿流平剂0.3-0.4%、防冻剂2-3%、成膜助剂1-1.5%、钛白粉15-17%、气相二氧化硅0.5-1.0%、绢云母1-1.5%、纳米镀膜陶瓷微珠5-6%、膨胀珍珠岩2-4%、漂珠9-11%、气凝胶8-10%、增稠剂0.4-0.6%、防霉剂0.1-0.2%、光稳定剂0.1-0.2%、紫外线吸收剂0.3-0.4%、硅烷偶联剂2-3%、去离子水10-13%，余量为羟基丙烯酸乳液。

3.根据权利要求1所述的一种可低温施工的保温水性涂料，其特征在于：所述成膜助剂为丙二醇、已二醇、十二碳醇酯、DPM和DPnB中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的一种可低温施工的保温水性涂料，其特征在于：所述气凝胶为二氧化硅气凝胶。

5.根据权利要求1所述的一种可低温施工的保温水性涂料，其特征在于：所述硅烷偶联剂分子结构中含有环氧基、氨基和脲基中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的一种可低温施工的保温水性涂料，其特征在于：所述气象二氧化硅表面经过疏水改性。

7.根据权利要求1所述的一种可低温施工的保温水性涂料，其特征在于：所述润湿流平剂包括如下重量份的原料：5-7份的酯醇十二、4-6份的聚醚改性硅氧烷、3-5份的十二烷基硫酸钠和7-9份的烷基酚聚氧乙烯醚。

8.一种权利要求1-7任一所述的一种可低温施工的保温水性涂料的制备方法，其特征在于：其包括如下步骤：

S1：将部分水，分散剂、消泡剂、润湿流平剂、防冻剂、防霉剂、成膜助剂、羟乙基纤维素进行搅拌，混合均匀；

S2：然后继续加入钛白粉，绢云母，气象二氧化硅，然后继续搅拌，得混合料A；

S3：将4-6%的去离子水、纳米镀膜陶瓷微珠、膨胀珍珠岩进行搅拌混合，制成膏状半成品1；

S4：将3-5%的去离子水、硅烷偶联剂和气凝胶进行混合，制成半成品2；

S5：将紫外线吸收剂和光稳定剂进行搅拌混合，制成半成品3；

S6：在混合料A中，在搅拌条件下，依次加入羟基丙烯酸乳液、半成品1和半成品2，搅拌均匀后，然后加入半成品3，继续搅拌至均匀，得混合料B；

S7：在混合料B中加入漂珠，进行搅拌均匀后，加入增稠剂调节黏度，即得保温水性涂料。