CN114181578A - 一种外墙保温隔热复合建筑涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种外墙保温隔热复合建筑涂料的制备方法，包括以下步骤：1)将润湿剂、分散剂、流平剂和消泡剂加入水中，搅拌溶解；2)向步骤1)所得混合料中加入钛白粉、重钙粉、空心玻璃微珠、气相二氧化硅和改性钛酸锶陶瓷粉末，进行搅拌处理；3)向步骤2)所得混合料中加入纯丙乳液、增稠剂溶液、复合成膜助剂，其中复合成膜助剂由成膜助剂、表面活性剂和醇溶剂进行混合而成；然后进行搅拌处理，得所述建筑保温隔热涂料。本发明所得建筑涂料兼具良好的保温性能和稳定性能，且涉及的制备方法简单，适合推广应用。
Description
技术领域
本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种外墙保温隔热复合建筑涂料及其制备方法。
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阻隔型、反射型以及辐射型三类。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已有较为广泛的研究，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，质量较大，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。目前市场上的涂料存在导热系数不够低或者开发难度较大等问题，寻找利用阻隔、反射和辐射等多种机理共同协作形成的复合型的保温涂料仍是亟需解决的科学难题。
发明内容
本发明的主要目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种多机理协同作用的复合型的建筑保温隔热涂料，该涂料具有优异的保温性能和稳定性能，适用于高温热工等场合。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种外墙保温隔热复合建筑涂料的制备方法，包括以下步骤：
1)将润湿剂、分散剂、流平剂和消泡剂加入水中，搅拌溶解；
2)向步骤1)所得混合料中加入钛白粉、重钙粉、空心玻璃微珠、气相二氧化硅和改性钛酸锶陶瓷粉末，进行搅拌处理；
3)向步骤2)所得混合料中加入纯丙乳液、增稠剂溶液、复合成膜助剂，其中复合成膜助剂由成膜助剂、表面活性剂和醇溶剂进行混合而成；然后进行搅拌处理，得所述建筑保温隔热涂料。
上述方案中，步骤1)中各组分及其用量包括：润湿剂0.5～1.0份，分散剂1.0～1.5份，流平剂1.3～1.7份，消泡剂1.5～2.0份。
上述方案中，步骤1)中所述搅拌溶解步骤采用的搅拌速率为600～800r/min，时间为10～15min。
上述方案中，步骤2)中各组分及其用量包括：钛白粉50～100份，重钙粉100～150份，空心玻璃微珠5～25份，气相二氧化硅5～25份，改性钛酸锶陶瓷粉末5～25份。
上述方案中，步骤2)中所述搅拌处理速率为600～800r/min，时间为10～15min。
上述方案中，所述步骤3)中所述各组分及其用量包括：纯丙乳液80～100份，增稠剂1.5～2.0份，复合成膜助剂3.0～3.5份。
上述方案中，所述复合成膜助剂中成膜助剂、表面活性剂和醇溶剂的质量比为1:(0.9～1.2):(0.5～0.6)。
上述方案中，所述增稠剂溶液由增稠剂和水按1:(1～1.2)的质量比混合而成。
上述方案中，步骤3)中所述搅拌处理速率为600-800r/min，时间为10～15min。
上述方案中，所述消泡剂为可选用有机硅消泡剂、磷酸酯消泡剂、聚醚消泡剂中的一种或几种，主要用于减少制备过程中气泡产生。
上述方案中，所述改性钛酸锶陶瓷粉末为镍掺杂的钛酸锶，通过热压烧结法制备得到，其中镍的掺杂含量为0.5-1.5％(重量百分比)。
上述方案中，所述成膜助剂为聚醋酸乙烯酯、乙二醇乙醚中的至少一种。
上述方案中，所述润湿剂为聚氧乙烯脂肪醇醚、聚氧乙烯烷基酚醚、脂肪酸酯硫酸盐中的至少一种；分散剂为三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠中的至少一种；流平剂为聚二甲基硅氧烷、丙烯酸酯类中的至少一种；
上述方案中，所述纯丙乳液的固含量为44～50％，玻璃化温度为12～22℃，粘度为300～1200Pa·s，pH值为7.5～9.0。
上述方案中，所述钛白粉中的二氧化钛含量为97％以上，pH值为6.5～8.0。
上述方案中，所述空心玻璃微珠的密度为0.125～0.6g/cm3，粒径为15～135μm。
上述方案中，所述气相二氧化硅的纯度大于99.8％，比表面积为200～250m2/g，密度为2～2.5g/cm3。
上述方案中，所述表面活性剂为脂肪酸甘油酯、十二烷基苯磺酸钠等中的一种或几种；醇溶剂可选用丙二醇等。
根据上述方案制备的建筑保温隔热涂料，按照GB/T 25261-2010标准自制保温性能测试装置测得导热系数为0.042W/(m*K)以下，具有优异的保温性能。
本发明中1质量份＝1g/mL。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)利用气相二氧化硅、空心玻璃微珠与改性钛酸锶的阻隔、反射和辐射等多种机理共同协作形成了复合型的保温涂料，具有优异的保温性能，同时可有效兼顾良好的使用性能和稳定性能；
2)采用的辐射型填料为掺杂镍元素的改性钛酸锶，镍掺杂改性后的晶体中存在Ni3+和Ni2+能级，可形成激活能极小的吸收带，增强钛酸锶的辐射性能，红外发射率达到0.93；且引入的改性钛酸锶结构稳定性好，热膨胀系数小，抗氧化能力强，可进一步促进有效应用在高温热工场合。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下实施例中，采用的纯丙乳液由生达新材料公司生产，固含量为48％，玻璃化温度为12-22℃，粘度为300-1200，pH值为7.5-9.0；
采用的钛白粉为灿森化工新材料有限公司生产的日本石原A-100钛白粉，二氧化钛含量为98％，比重为3.9g/cm3，pH值为6.5-8.0；
采用的空心玻璃微珠为3M中空玻璃微球，其组成为碱石灰硼硅酸盐玻璃，颜色为纯白色，密度为0.125-0.6g/cm3，粒径为15-135微米；
采用的气相二氧化硅为湖北汇富纳米材料股份有限公司生产的气相SiO2，为硅化合物在高温氢氧火焰中水解生成的纳米级白色粉末，纯度大于99.8％，比表面积为200-250m2/g，密度为2.2g/cm3。
采用的改性钛酸锶陶瓷粉末由合肥科晶材料技术有限公司提供，为采用热压烧结法制备的镍掺杂钛酸锶陶瓷粉末，其中镍的掺杂含量为1.5wt％。
以下实施例中，按照GB/T 25261-2010标准自制保温性能测试装置测试所得保温隔热复合建筑涂料的导热系数。
实施例1
一种保温隔热复合建筑涂料，其制备方法包括如下步骤：
1)将1.0质量份聚氧乙烯脂肪醇醚润湿剂、1.0质量份三(2-乙基己基)磷酸、1.3质量份聚二甲基硅氧烷流平剂、2.0质量份有机硅消泡剂加入200质量份去离子水中，中速搅拌(600r/min)10min至全部溶解；
2)向步骤1)所得产物中加入100质量份钛白粉、150质量份重钙粉，再加入15质量份的空心玻璃微珠、15质量份的气相二氧化硅和15质量份改性钛酸锶陶瓷粉末，快速搅拌(1400r/min)，搅拌20min至充分混匀；
3)向步骤2)所得产物中加入80质量份纯丙乳液，1.5质量份邻苯二甲酸二丙烯酯增稠剂溶液，3.0质量份复合成膜助剂，其中，它由成膜助剂(己二醇丁醚醋酸酯)与表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠)及丙二醇按1:1:0.5的质量比混合均匀得到，增稠剂溶液由增稠剂与去离子水按1：1的质量比混合均匀得到；然后调整转速至600r/min，搅拌15min至均匀，稳定后得到保温隔热涂料，涂膜厚度为0.7mm。
经过隔热保温测试测得涂料导热系数为0.021W/(m*K)，将其进行热循环实验(首先在50℃温度条件下热烘3小时，再在20℃水中浸泡18小时)三次无异常。
实施例2
一种保温隔热复合建筑涂料，其制备方法包括如下步骤：
1)将0.8质量份聚氧乙烯脂肪醇醚、1.0质量份三(2-乙基己基)磷酸、1.5质量份聚二甲基硅氧烷、1.5质量份有机硅消泡剂加入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100质量份钛白粉、150质量份重钙，再加入15质量份的空心玻璃微珠、20质量份的气相二氧化硅和15质量份改性钛酸锶陶瓷粉末，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质量份邻苯二甲酸二丙烯酯增稠剂溶液，3.5质量份复合成膜助剂，其中，复合成膜助剂由己二醇丁醚醋酸酯与表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠)及丙二醇按1:1:0.5的质量比混合均匀得到，增稠剂溶液由增稠剂与去离子水按1:1的质量比混合均匀得到；然后调整转速至800r/min，搅拌15min至均匀，稳定后得到保温隔热涂料，涂膜厚度为0.6mm。
经过隔热保温测试测得涂料导热系数为0.035W/(m*K)，将其进行热循环实验(首先在50℃温度条件下热烘3小时，再在20℃水中浸泡18小时)三次无异常。
实施例3
一种保温隔热复合建筑涂料，其制备方法包括如下步骤：
1)将0.5质量份聚氧乙烯脂肪醇醚、1.5质量份三(2-乙基己基)磷酸、1.5质量份聚二甲基硅氧烷、1.8质量份有机硅消泡剂加入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100质量份钛白粉、150质量份重钙，再加入20质量份的空心玻璃微珠、15质量份的气相二氧化硅和10质量份改性钛酸锶陶瓷粉末，快速搅拌(1400r/min)，搅拌20min至充分混匀；
3)加入90质量份纯丙乳液，1.5质量份邻苯二甲酸二丙烯酯增稠剂溶液，3.0质量份复合成膜助剂，其中，复合成膜助剂由己二醇丁醚醋酸酯与表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠)及丙二醇按1:1:0.5的质量比混合均匀得到，增稠剂溶液由增稠剂与去离子水按1:1的质量比混合均匀得到；然后调整转速至700r/min，搅拌10min至均匀，稳定后得到保温隔热涂料，涂膜厚度为0.4mm。
经过隔热保温测试测得涂料导热系数为0.042W/(m*K)；将其进行热循环实验(首先在50℃温度条件下热烘3小时，再在20℃水中浸泡18小时)三次无异常。
对比例1
一种复合型的建筑保温隔热涂料，其制备方法包括如下步骤：
1)将0.5质量份聚氧乙烯脂肪醇醚、1.5质量份三乙基己基磷酸、1.5质量份聚二甲基硅氧烷、1.8质量份有机硅消泡剂加入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100质量份钛白粉、150质量份重钙，再加入20质量份的空心玻璃微珠、15质量份的气相二氧化硅，快速搅拌(1400r/min)，搅拌20min至充分混匀；
3)加入90质量份纯丙乳液，1.5质量份邻苯二甲酸二丙烯酯增稠剂溶液，3.0质量份复合成膜助剂，其中，复合成膜助剂由己二醇丁醚醋酸酯与表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠)及丙二醇按1:1:0.5的质量比混合均匀得到，增稠剂溶液由增稠剂与去离子按1:1的质量比混合均匀得到；然后调整转速至700r/min，搅拌10min至均匀，稳定后得到保温隔热涂料，涂膜厚度为0.4mm。
经过隔热保温测试测得涂料导热系数为0.056W/(m*K)，将其进行热循环实验(首先在50℃温度条件下热烘3小时，再在20℃水中浸泡18小时)三次后有轻微开裂。
上述实施例仅是为了清楚地说明所做的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或者变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种外墙保温隔热复合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、流平剂和消泡剂加入水中，搅拌溶解；
2)向步骤1)所得混合料中加入钛白粉、重钙粉、空心玻璃微珠、气相二氧化硅和改性钛酸锶陶瓷粉末，进行搅拌处理；
3)向步骤2)所得混合料中加入纯丙乳液、增稠剂溶液、复合成膜助剂，其中复合成膜助剂由成膜助剂、表面活性剂和醇溶剂进行混合而成；然后进行搅拌处理，得所述建筑保温隔热涂料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中各组分及其用量包括：润湿剂0.5～1.0份，分散剂1.0～1.5份，流平剂1.3～1.7份，消泡剂1.5～2.0份；步骤2)中各组分及其用量包括：钛白粉50～100份，重钙粉100～150份，空心玻璃微珠5～25份，气相二氧化硅5～25份，改性钛酸锶陶瓷粉末5～25份；步骤3)中所述各组分及其用量包括：纯丙乳液80～100份，增稠剂1.5～2.0份，复合成膜助剂3.0～3.5份。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述搅拌溶解步骤采用的搅拌速率为600～800r/min，时间为10～15min；步骤2)中所述搅拌处理速率为600～800r/min，时间为10～15min；步骤3)中所述搅拌处理速率为600～800r/min，时间为10～15min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述复合成膜助剂中成膜助剂、表面活性剂和醇溶剂的质量比为1:(0.9～1.2):(0.5～0.6)；所述增稠剂溶液由增稠剂和水按1:(1～1.2)的质量比混合而成。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述消泡剂为可选用有机硅消泡剂、磷酸酯消泡剂、聚醚消泡剂中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述改性钛酸锶陶瓷粉末为镍掺杂钛酸锶，其中镍的掺杂含量为0.5-1.5wt％。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述成膜助剂为聚醋酸乙烯酯、乙二醇乙醚中的至少一种；所述润湿剂为聚氧乙烯脂肪醇醚、聚氧乙烯烷基酚醚、脂肪酸酯硫酸盐中的至少一种；分散剂为三(2-乙基己基)磷酸、十二烷基硫酸钠中的至少一种；流平剂为聚二甲基硅氧烷、丙烯酸酯类流平剂中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纯丙乳液的固含量为44～50％，玻璃化温度为12～22℃，粘度为300～1200Pa·s，pH值为7.5～9.0。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，空心玻璃微珠的密度为0.125～0.6g/cm3，粒径为15～135μm；所述气相二氧化硅的比表面积为200～250m2/g，密度为2～2.5g/cm3。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为脂肪酸甘油酯、十二烷基苯磺酸钠中的一种或几种；醇溶剂为丙二醇。
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