CN114410219A - 一种辐射冷却涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种辐射冷却涂料及其制备方法，涉及涂料技术领域。其中，所述辐射冷却涂料包括以下重量份数的组分：聚硅氧烷树脂5～7份、反光粉20～25份、疏水改性二氧化硅18～22份、纤维1～3份、溶剂40～50份、固化剂0.25～0.7份。本发明提供的技术方案中，聚硅氧烷树脂具有良好的耐腐蚀性、抗紫外性和疏水性，使所述辐射冷却涂料的使用寿命较长；同时，聚硅氧烷树脂和二氧化硅具有大量硅氧键，在8～14μm波段具有吸收峰，也就具有优异的辐射率，通过两者的协同作用，从而具有优异的辐射冷却性能；反光粉具有极好的逆反射性能，通过反光粉的添加，能够将吸收的太阳光回归反射进入极冷太空，从而有效减少太阳光在城市高层建筑之间的多次反射，进而降低热岛效应。

Description

一种辐射冷却涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，特别涉及一种辐射冷却涂料及其制备方法。

背景技术

随着社会经济的发展和人民物质水平的不断提高，建筑能耗亦日益增大。据不完全统计，全社会的能源消耗近半数来自建筑行业。此外，全球每年所使用的降温设备的能源消耗也达到总耗能量的20％以上。并且，“碳达峰”与“碳中和”已成为一个当今社会十分关注的重要主题，而建筑节能成为了社会的热点，建筑外墙辐射冷却涂料已经成为南方夏季炎热地区建筑节能的重要方向。在建筑涂料领域国内外的发展目标也是向着高效、节省能源和资源、无害化、无污染方向发展。

近年开发出的辐射冷却涂料不仅在太阳光谱区域具有极高的反射率，而且在大气窗口波段(8～14μm)具有极高的发射率，能够将吸收的太阳能通过热辐射散发至极冷太空，使建筑表面温度低于环境温度，对炎热地区的建筑节能具有很大贡献。

然而，现有的辐射冷却涂料是通过漫反射减少建筑表面吸收的太阳辐射，从而降低该建筑表面的温度，但反射的太阳辐射会照射到周围的建筑表面，使建筑群对热辐射的多次吸收不会减少，甚至可能会增加城市的热吸收，从而可能导致城市热岛效应加剧。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种辐射冷却涂料及其制备方法，旨在提供一种能降低城市热岛效应的辐射冷却涂料。

为实现上述目的，本发明提出一种辐射冷却涂料，所述辐射冷却涂料包括以下重量份数的组分：

聚硅氧烷树脂5～7份、反光粉20～25份、疏水改性二氧化硅18～22份、纤维1～3份、溶剂40～50份、固化剂0.25～0.7份。

可选地，所述反光粉包括半镀铝的玻璃微珠；和/或，

所述反光粉的粒径为400目和/或800目。

可选地，所述聚硅氧烷树脂包括聚二甲基硅氧烷或MQ硅树脂。

可选地，所述疏水改性二氧化硅的粒径为0.8～1.2μm。

可选地，所述疏水改性二氧化硅为纳米二氧化硅经聚二甲基硅氧烷改性后，得到的团聚粉末。

可选地，所述纳米二氧化硅的粒径为10～30nm。

可选地，所述纤维包括硅酸铝纤维、玻璃纤维和氧化锆纤维中的任意一种；和/或，

所述纤维的直径小于10μm。

可选地，所述溶剂包括200号溶剂油。

基于上述目的，本发明还提出一种如上所述的辐射冷却涂料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S10、将聚硅氧烷树脂和溶剂混匀，得到混合溶液；

S20、在搅拌条件下向所述混合溶液中加入反光粉、纤维和疏水改性二氧化硅，并搅拌使其混匀，得到溶液A；

S30、向所述溶液A中加入固化剂，并搅拌使其混匀，得到辐射冷却涂料。

本发明提供的技术方案中，所述辐射冷却涂料包括以下重量份数的组分：聚硅氧烷树脂5～7份、反光粉20～25份、疏水改性二氧化硅15～20份、纤维1～3份、溶剂40～50份、固化剂0.25～0.7份；聚硅氧烷树脂具有良好的耐腐蚀性、抗紫外性和疏水性，使所述辐射冷却涂料的使用寿命较长；同时，聚硅氧烷树脂和二氧化硅具有大量硅氧键，在8～14μm波段具有吸收峰，也就具有优异的辐射率，通过两者的协同作用，从而具有优异的辐射冷却性能；反光粉具有极好的逆反射性能，通过反光粉的添加，能够将吸收的太阳光回归反射进入极冷太空，从而有效减少太阳光在城市高层建筑之间的多次反射，进而降低热岛效应。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅为本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明提供的辐射冷却涂料的制备方法的一实施例的流程示意图；

图2为实施例1-4制得的辐射冷却涂料的疏水角示意图；

图3为对比例1-3制得的辐射冷却涂料的疏水角示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。此外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有的辐射冷却涂料是通过漫反射减少建筑表面吸收的太阳辐射，从而降低该建筑表面的温度，但漫反射是向各个方向反射，因此反射的太阳辐射会照射到周围的建筑表面，使建筑群对热辐射的多次吸收不会减少，甚至可能会增加城市的热吸收，从而可能导致城市热岛效应加剧。

鉴于此，本发明提出一种冷却辐射涂料，能够将吸收的太阳光的大部分回归反射进入太空，从而降低城市热岛效应。在一实施例中，所述辐射冷却涂料包括以下重量份数的组分：

聚硅氧烷树脂5～7份、反光粉20～25份、疏水改性二氧化硅18～22份、纤维1～3份、溶剂40～50份、固化剂0.25～0.7份。

本发明提供的技术方案中，聚硅氧烷树脂具有良好的耐腐蚀性、抗紫外性和疏水性，使所述辐射冷却涂料的使用寿命较长；同时，聚硅氧烷树脂和二氧化硅具有大量硅氧键，在8～14μm波段具有吸收峰，也就具有优异的辐射率，通过两者的协同作用，从而使所述辐射冷却涂料具有优异的辐射冷却性能；反光粉具有极好的逆反射性能，通过反光粉的添加，能够将吸收的太阳光回归反射进入极冷太空，从而有效减少太阳光在城市高层建筑之间的多次反射，进而降低热岛效应。

反光粉指的是一种由玻璃微珠粉体材料生产而成的物质，分为三种折射率。本发明不限制所述反光粉的具体结构，为了使其逆反射性能较好，在本实施例中，所述反光粉为半镀铝的玻璃微珠。较优地，所述反光粉为后半表面镀铝的高折射率玻璃微珠。

在另一实施例中，所述反光粉的粒径为400和/或800目。也即，所述反光粉的粒径可以为400目，也可以为800目，还可以为粒径为400目和800目的反光粉的复配。优选地，当所述反光粉为粒径为400目和/或800目的后半表面镀铝的高折射率玻璃微珠时，其逆反射性能更佳。更优选地，所述反光粉为粒径为400目和800目的后半表面镀铝的高折射率玻璃微珠的复配，如此，其逆反射性能最佳。

聚硅氧烷树脂具有良好的耐腐蚀性、抗紫外性和疏水性，使所述辐射冷却涂料的使用寿命较长，在本实施例中，所述聚硅氧烷包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)或MQ硅树脂，这两种树脂均具有低表面能的表面，使辐射冷却涂料成膜后为低表面能疏水涂层，如此，能进一步提高所述辐射冷却涂料的耐腐蚀性、抗紫外性和疏水自清洁效果，从而进一步提高辐射冷却涂料的使用寿命。需要说明的是，当聚硅氧烷树脂为PDMS时，固化剂的添加量为PDMS质量的10％。当聚硅氧烷树脂为MQ硅树脂时，固化剂的添加量为PDMS质量的5％。

在本实施例中，所述疏水改性二氧化硅的粒径为0.8～1.2μm，如此，可增加所述辐射冷却涂料表面的粗糙度，通过低表面能和粗糙表面的共同作用，能达到疏水自清洁效果，减少玷污。

进一步地，所述疏水改性二氧化硅可以为由普通二氧化硅经疏水改性得到的，也可以是由纳米二氧化硅改性得到的。而纳米二氧化硅与普通二氧化硅相比，光吸收、耐腐蚀性、耐热性更好，因此，较优地，所述疏水改性二氧化硅为纳米二氧化硅经疏水改性后，得到的团聚粉末。进一步地，用于疏水改性的改性剂为聚二甲基硅氧烷(PDMS)。可以理解的是，纳米二氧化硅的粒径为1～100nm，但其容易团聚，将改性后的纳米二氧化硅的团聚粉末通过球磨或其他粉碎方法以实现其粒径为0.8～1.2μm。较优地，所述纳米二氧化硅的粒径为10～30nm。更优地，所述纳米二氧化硅的粒径为20nm。

其中，所述纤维包括硅酸铝纤维、玻璃纤维和氧化锆纤维中的任意一种。进一步地，所述纤维的直径小于50μm，如此，纤维的强度较高，从而使制得的辐射冷却涂料的强度较高。

在本实施例中，所述溶剂包括200号溶剂油。200号溶剂油，又称松香水，是用石油的直馏馏分经除臭、切割、加氢精制而成，其具有适当的挥发速度，对树脂的溶解能力强，便于辐射冷却涂料的制备。

基于上述目的，本发明还提出一种如上所述的辐射冷却涂料的制备方法，结合图1所述，在一实施例中，所述制备方法包括以下步骤：

步骤S10、将聚硅氧烷树脂和溶剂混匀，得到混合溶液。

具体实施时，在250～350r/min下，将聚硅氧烷树脂和溶剂依次倒入密闭容器中搅拌8～12min，以使其混合均匀，得到混合溶液。较优地，在300r/min下搅拌10min以使其混合均匀。

步骤S20、在搅拌条件下向所述混合溶液中加入反光粉、纤维和疏水改性二氧化硅，并搅拌使其混匀，得到溶液A。

具体实施时，在450～550r/min下，向混合溶液中加入反光粉、纤维和疏水改性二氧化硅，在密闭条件下搅拌25～35min，以使其混合均匀，得到溶液A。较优地，在500r/min下搅拌30min以使其混合均匀。

其中，所述疏水改性二氧化硅可以为购买所得，也可以为自己制备得到，只要为纳米二氧化硅经PDMS改性后得到，且粒径为0.8～1.2μm即可。为了节省成本，在本实施例中，为自行制得，因此，在步骤S20之前，还包括以下步骤：

步骤S11、将纳米二氧化硅和PDMS混合，然后置于烘箱中于140～160℃下保温50～70min，将其中的固体物质取出后，用正己烷洗涤，得到疏水改性二氧化硅团聚粉末；

步骤S12、将所述疏水改性二氧化硅团聚粉末粉碎过筛，以得到粒径为0.8～1.2μm的疏水改性二氧化硅。

其中，纳米二氧化硅与PDMS的质量之比为2：1。

步骤S30、向所述溶液A中加入固化剂，并搅拌使其混匀，得到辐射冷却涂料。

具体实施时，向所述溶液A中加入固化剂，并继续搅拌3～6min使其混匀，得到辐射冷却涂料。

需要说明的是，本发明制得的辐射冷却涂料在使用时，采用喷涂的涂覆方式，涂覆到屋顶、外墙或金属等表面，待其固化成膜。进一步地，使用喷枪喷涂至建筑表面，且涂覆厚度为0.3～2mm。

以下结合具体实施例和附图对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

(1)辐射冷却涂料包括以下重量份数的组分：MQ硅树脂5份、400目反光粉25份、粒径为1μm左右的疏水改性二氧化硅18份、硅酸铝纤维1份、200号溶剂油48.75份、固化剂0.25份；其中，疏水改性二氧化硅为粒径为20nm的二氧化硅经PDMS改性后，再粉碎过筛得到的；反光粉为后半表面镀铝的高折射率的玻璃微珠。

(2)在300r/min下，将聚硅氧烷树脂和溶剂依次倒入密闭容器中搅拌10min，得到混合溶液；在500r/min下，向上述混合溶液中加入反光粉、纤维和疏水改性二氧化硅，在密闭条件下搅拌30min，得到溶液A。向上述溶液A中加入固化剂，并继续搅拌5min使其混匀，得到辐射冷却涂料。

实施例2

(1)辐射冷却涂料包括以下重量份数的组分：MQ硅树脂6份、400目反光粉20份、粒径为1μm左右的疏水改性二氧化硅20份、硅酸铝纤维2份、200号溶剂油48.7份、固化剂0.3份；其中，疏水改性二氧化硅为粒径为10nm的二氧化硅经PDMS改性后的团聚粉末，再粉碎过筛得到的；反光粉为后半表面镀铝的高折射率的玻璃微珠。

(2)在350r/min下，将聚硅氧烷树脂和溶剂依次倒入密闭容器中搅拌8min，得到混合溶液；在450r/min下，向上述混合溶液中加入反光粉、纤维和疏水改性二氧化硅，在密闭条件下搅拌35min，得到溶液A。向上述溶液A中加入固化剂，并继续搅拌6min使其混匀，得到辐射冷却涂料。

实施例3

(1)辐射冷却涂料包括以下重量份数的组分：PDMS树脂7份、反光粉23份(其中，400目反光粉15份、800目反光粉8份)、粒径为1μm左右的疏水改性二氧化硅22份、玻璃纤维3份、200号溶剂油48.3份、固化剂0.7份；其中，疏水改性二氧化硅为粒径为20nm的二氧化硅经PDMS改性后的团聚粉末，再粉碎过筛得到的；反光粉为后半表面镀铝的高折射率的玻璃微珠。

(2)在250r/min下，将聚硅氧烷树脂和溶剂依次倒入密闭容器中搅拌12min，得到混合溶液；在550r/min下，向上述混合溶液中加入反光粉、纤维和疏水改性二氧化硅，在密闭条件下搅拌25min，得到溶液A。向上述溶液A中加入固化剂，并继续搅拌3min使其混匀，得到辐射冷却涂料。

实施例4

(1)辐射冷却涂料包括以下重量份数的组分：MQ硅树脂5份、反光粉25份(其中，400目反光粉17份、800目反光粉8份)、粒径为1μm左右的疏水改性二氧化硅18份、硅酸铝纤维1份、200号溶剂油48.75份、固化剂0.25份；其中，疏水改性二氧化硅为粒径为30nm的二氧化硅经PDMS改性后的团聚粉末，再粉碎过筛得到的；反光粉为后半表面镀铝的高折射率的玻璃微珠。

(2)与实施例1的步骤(2)相同。

对比例1

除了将反光粉的份数修改为16份，其余步骤与实施例2一样。

即辐射冷却涂料包括以下重量份数的组分：MQ硅树脂6份、400目反光粉16份、粒径为1μm左右的疏水改性二氧化硅20份、硅酸铝纤维2份、200号溶剂油48.7份、固化剂0.3份；其中，疏水改性二氧化硅为粒径为10nm的二氧化硅经PDMS改性后的团聚粉末，再粉碎过筛得到的；反光粉为后半表面镀铝的高折射率的玻璃微珠。

对比例2

除了将聚硅氧烷树脂的份数修改为8份，其余步骤与实施例1相同。

即辐射冷却涂料包括以下重量份数的组分：MQ硅树脂8份、400目反光粉25份、粒径为1μm左右的疏水改性二氧化硅18份、硅酸铝纤维1份、200号溶剂油48.75份、固化剂0.25份；其中，疏水改性二氧化硅为粒径为20nm的二氧化硅经PDMS改性后，再粉碎过筛得到的；反光粉为后半表面镀铝的高折射率的玻璃微珠。

对比例3

除了将粒径为1μm左右的疏水改性纳米二氧化硅修改为粒径为1μm左右的未经过改性的纳米二氧化硅之外，其余步骤与实施例1相同。

即辐射冷却涂料包括以下重量份数的组分：MQ硅树脂5份、400目反光粉25份、粒径为1μm左右的未经过改性的二氧化硅18份、硅酸铝纤维1份、200号溶剂油48.75份、固化剂0.25份；其中，未经过改性的粒径为20nm的二氧化硅；反光粉为后半表面镀铝的高折射率的玻璃微珠。

将实施例1-4以及对比例1-3制得的辐射冷却涂料使用喷枪喷涂于金属表面，且涂覆厚度为0.3～2mm，待成膜后，测试其性能，其测试结果如表1所示，注：表1中的“逆反射系数”为观测角＝0.2°、入射角＝-4°时的逆反射系数，单位：cd/(lx·m²)。

表1辐射冷却涂料性能测试结果

由表1、以及图2(图2A为实施例1，图2B为实施例2，图2C为实施例3，图2D为实施例4)和图3(图3E为对比例1，图3F为对比例2，图3G为对比例3)可以看出，实施例1-4制得的辐射冷却涂料的太阳光反射率为91.3％以上，逆反射系数为195以上，半球发射率(即辐射率)为87.3％以上，且疏水角为148.9°以上。

此外，将实施例1与实施例4对比，说明将400目和800目反光粉复配，制得的辐射冷却涂料的逆反射效果更好；将实施例1与对比例1对比，说明当反光粉的添加量不在本发明的范围内时，逆反射效果降低；将实施例1和对比例2对比，对比例2制得的辐射冷却涂料的粗糙度和疏水角降低，说明聚硅氧烷树脂的添加量比本发明提供的范围高时，疏水角降低，且综合性能降低；将实施例1与对比例3相比可以看出，说明未经改性的纳米二氧化硅直接制得的辐射冷却涂料的综合性能降低。

也即，在本发明提供的辐射冷却涂料的配比范围内，制得的辐射冷却涂料的辐射冷却效果、疏水自清洁效果和逆反射效果均好，综合性能优异。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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，均应包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种辐射冷却涂料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：

聚硅氧烷树脂5～7份、反光粉20～25份、疏水改性二氧化硅18～22份、纤维1～3份、溶剂40～50份、固化剂0.25～0.7份。

2.如权利要求1所述的辐射冷却涂料，其特征在于，所述反光粉包括半镀铝的玻璃微珠；和/或，

所述反光粉的粒径为400目和/或800目。

3.如权利要求1所述的辐射冷却涂料，其特征在于，所述聚硅氧烷树脂包括聚二甲基硅氧烷或MQ硅树脂。

4.如权利要求1所述的辐射冷却涂料，其特征在于，所述疏水改性二氧化硅的粒径为0.8～1.2μm。

5.如权利要求1所述的辐射冷却涂料，其特征在于，所述疏水改性二氧化硅为纳米二氧化硅经聚二甲基硅氧烷改性后，得到的团聚粉末。

6.如权利要求5所述的辐射冷却涂料，其特征在于，所述纳米二氧化硅的粒径为10～30nm。

7.如权利要求1所述的辐射冷却涂料，其特征在于，所述纤维包括硅酸铝纤维、玻璃纤维和氧化锆纤维中的任意一种；和/或，

所述纤维的直径小于10μm。

8.如权利要求1所述的辐射冷却涂料，其特征在于，所述溶剂包括200号溶剂油。

9.一种如权利要求1至8任意一项所述的辐射冷却涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10、将聚硅氧烷树脂和溶剂混匀，得到混合溶液；

S20、在搅拌条件下向所述混合溶液中加入反光粉、纤维和疏水改性二氧化硅，并搅拌使其混匀，得到溶液A；

S30、向所述溶液A中加入固化剂，并搅拌使其混匀，得到辐射冷却涂料。

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