CN115286965A - 一种金属屋面用防水防腐高反射隔热涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种金属屋面用防水防腐高反射隔热涂料及其制备方法，所述涂料包括以下重量份的原料：有机硅改性自交联丙烯酸聚合物乳液30‑60份；遮盖聚合物乳液10‑30份；纳米氧化锌1‑8份；高红外反射型二氧化钛5‑15份；中空隔热填料10‑20份；水性助剂5‑10份；水10‑25份。本发明的金属屋面用的高反射隔热涂料组成及其制备方法，通过喷涂，刷涂等施工方式，该创新涂料可有效降低金属屋面的温度，实现节能降耗，低碳环保等特点，符合当下的“双碳”路线图和绿色环保的发展方向，具有较高的经济价值和社会价值。
Description
技术领域
本发明属于建筑钢结构防水工程以及工业金属屋面防水防腐领域的应用技术领域，尤其涉及一种金属屋面用的高反射隔热防水涂料及其制备方法。
背景技术
随着科技的进步，“双碳”路线图的落地实施，新材料，新技术，新工艺不断涌现，利用金属材料作为屋顶覆盖物越来越普遍。据统计，目前国内现有金属屋面约有110 亿平方米，每年新增金属屋面约7000万平方米，每年金属屋面维修量高达1亿多平方米。但是金属屋面腐蚀而造成的漏水问题，以及厂房内隔热降温是众多金属屋面安装企业以及厂房业主担心和关注的问题。
如今市面上金属屋面防水的处理方式有两种：1)大多选用SBS自粘卷材，主要是改性沥青，环保性差，而且高温易变形，低温容易开裂，寿命短，通常在半年到一年左右；2)普通防水涂料，辅以无纺布或编织聚酯布做加强处理，且这种防水层对反射太阳光能量较弱，耐沾污及耐候性欠佳，短期内可以提供一定的防水和反射的效果，一旦表面被污染就很难起到反射隔热的效果，使用寿命短，一般为隔热效果较差。针对以上问题本发明创造性的结合了防水技术和反射隔热技术，联合创新，开创性的研发了一款可以有效持久防水同时又可以持久反射隔热的涂料。
发明内容
为了解决金属屋面被沾污后反射隔热效果变差的技术问题，本发明提供一种既可以长效防水的涂层，同时该图层又可以提供高反射隔热效果的一种多功能涂料，主要用于金属屋面的防水防腐以及太阳光隔热防护，具有重要的社会应用价值和广阔的应用前景。
本发明的技术方案：
一种金属屋面用的高反射隔热防水涂料，包括以下重量份的原料：
且所述的有机硅改性自交联纯丙烯酸乳液和遮盖聚合物丙烯酸乳液占聚合物乳液的比例为4:1到1:1。此处的自交联纯丙烯酸乳液是含有丙烯酸丁酯，甲基丙烯酸甲酯，丙烯酸异辛酯，丙烯酸磷酸酯，双丙酮丙烯酰胺，有机硅单体等，通过合适的单体配比和乳液聚合得到自交联有机硅改性纯丙烯酸乳液，粒径为60-200nm之间，固含量45-50％。其中各组分的比例为丙烯酸丁酯：甲基丙烯酸甲酯：丙烯酸异辛酯：双丙酮丙烯酰胺：丙烯酸磷酸酯：硅烷偶联剂单体＝(20-30)：(20-30)：(15-30)：(2-10)：(0.5-3.0)：(0.1-1.0)，根据硬度需求进行调整单体比例。
遮盖聚合物丙烯酸乳液是一种含有空心结构的乳液，这种乳液具有特殊的粒径，粒径大约250-600nm之间，主要包括苯乙烯，丙烯酸，甲基丙烯酸等单体通过乳液聚合制备而成，具有有较好的遮盖能力，有效隔绝太阳光的热量，固含量30-40％之间。其中各组分的比例为苯乙烯：丙烯酸：甲基丙烯酸＝(95-98)：(1-2)：(1-2)
本发明有机硅改性自交联纯丙烯酸乳液和遮盖聚合物丙烯酸乳液组成聚合物乳液，该自交联丙烯酸乳液具有特殊的粒径设计与分布，提供优异的成膜性能及耐水和耐盐雾等性能，而遮盖聚合物的粒径约为可见光波长的1/2，对可见光部分光波能量进行高效反射，所述的自交联纯丙烯酸乳液和遮盖聚合物丙烯酸乳液占聚合物乳液的比例为4:1到1:1。
进一步，所述的有机硅自交联纯丙烯酸乳液的粒径为60-200nm，玻璃化温度为 0-30度。所述的遮盖聚合物乳液的粒径为250-600nm，玻璃化温度为60-100度。
进一步，所述的高红外反射二氧化钛为红外高反射颜料大粒径钛白粉，粒径为500-1000nm，比普通金红石钛白粉粒径更大，可以反射一部分红外热量，大大提高了太阳光反射率和发射率。
进一步，所述的中空隔热填料是中空玻璃微珠，粒径分布为30-90um，平均粒径在60um,可以提供优异的太阳光反射率，同时能有效阻隔热量的传递，导热系数低至 0.05W/(m·K)降低热量的传导，同时抗压强度高，适合喷涂等。
进一步，所述纳米氧化锌折射率为2.46，辐射率高达92％。
本发明还提供一种所述的金属屋面用的高反射隔热防水涂料的制备方法，包括以下具体步骤：在分散缸中加入去离子水和分散剂，消泡剂，润湿剂，开动搅拌转速在1500rpm，搅拌均匀，然后依次加入纳米氧化锌,高红外反射二氧化钛，将其分散好之后，测试细度25um以下,然后将转速调整至600-800rpm后，缓慢加入中空玻璃微珠，进一步分散，分散好后，再慢慢的加入丙烯酸乳液和遮盖聚合物乳液，搅拌均匀后，测试其细度达到要求保准，同时开始添加氨水，防闪锈助剂，成膜助剂，以及增稠剂，防霉杀菌剂等，调整到粘度70-90KU，过滤包装即得到成品。
本发明使用自制的有机硅改性的自交联功能的丙烯酸乳液跟具有核壳结构的空心遮盖聚合物进行合理搭配，自交联丙烯酸乳液可使成膜更加致密，提供更好的附着力，更优优异的颜填料结合力，更好的耐水，耐盐雾性能，是防水防腐的前提保障。遮盖聚合物的粒径是精心设计的丙烯酸聚合物，其粒径是光波的一半，可以反射太阳光谱中的少量可见光部分，起到遮盖和反射作用。同时特殊设计的大粒径钛白粉区别于普通的金红石钛白粉，普通金红石钛白粉粒径只有280nm左右，而该发明中使用的高反射型金红石钛白粉粒径更大(原料来自泛能拓(原亨斯曼的产品)的ATIRIS系列钛白粉)，更好的反射红外能量，提供更高的太阳光反射率和发射率，起到更好的隔热效果和抗沾污效果。而特殊的中空玻璃微珠进一步的反射太阳光的同时，还可提供更低的导热系数(来自3M的中空玻璃微珠)，降低漆膜表面温度，阻隔热量的传导，从而是厂房内的温度更低。纳米氧化锌和钛白粉同样具有较好的折射率，可提供优异的太阳光反射率和反射率，高折射率，同时提供更加致密的漆膜和防腐性能。在上述各组成成分及配比的整体协同作用下，和按照本发明提供的制备方法中的加料顺序加料，可保证各组分的性能发挥最佳的配合作用，本发明的金属屋面用的高反射隔热防水涂料的防水防腐和太阳光隔热防护性能达到最佳平衡，即达到有优异的防水性能的同时，还可以反射隔热和阻隔隔热联袂起作用，有效降低金属屋面的温度，高效延长金属屋面的使用年限，节能降耗，绿色环保，为客户节省费用，为社会带来效益。
具体实施方式
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，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
按照表1进行设计实施例和对比例设计，其中实施例3个，对比例3个。
表1发明实施例和对比例列表
所述有机硅改性自交联纯丙烯酸乳液中各组分的质量比例为丙烯酸丁酯：甲基丙烯酸甲酯：丙烯酸异辛酯：双丙酮丙烯酰胺：丙烯酸磷酸酯：硅烷偶联剂单体＝25：22： 28：5：2：0.2；粒径为70nm，玻璃化温度为2度。
所述的遮盖聚合物乳液的粒径为280nm，玻璃化温度为80度，各组分的比例为苯乙烯：丙烯酸：甲基丙烯酸＝96：1：1.2。
本发明提供的一种金属屋面用防水防腐高反射隔热涂料及其制备方法，所述组合物含有一种创新的有机硅改性的自交联纯丙烯酸乳液，该乳液具有特殊的性能，是本发明的核心点所在，该特性的丙烯酸乳液提供优异的颜填料包裹性能，提供优异的附着力，耐水性，耐盐雾性能。
所述的遮盖聚合物乳液，该聚合物乳液的特点是含有较大的粒径，成膜后可以保持空心结构，具有反射部分可见光的作用外，还可以期待阻隔热量的传递等作用，是一种高效的丙烯酸乳液有效的丙烯酸乳液；
所述的纳米氧化锌，具有较高的折射系数，具有良好反射太阳光的特点；
所述的高红外反射二氧化钛，相比于普通的金红石型钛白粉具有较大的粒径，具有较反射近红外线的能力，如原亨斯迈的ATIRIS550,ATIRIS800等型号的产品；
所述的中空玻璃微珠是指粒径在30-90um之间的中空玻璃微珠，该微珠具有良好的隔热效果，能有效阻断热量的传递，还具有较好的抗压效果，如3M的HS32，K1等产品；
所述的pH调节剂为无机或有机中和剂；如KOH溶液，DMEA，AMP-95等；
所述的分散剂为聚丙烯酸盐类分散剂；如DispexAA4140，BYK-190等；
所述的消泡剂选自：有机硅类消泡剂、矿物油类消泡剂或其组合；如FoamstarST2410星形聚合物类和FoamasterMONXZ矿物油类；
所述的成膜助剂选自：标准大气压下沸点大于250℃的醇醚类成膜助剂，如醇酯十二Texanol；
一种金属屋面用高反射隔热防水涂料制备方法如下：
在分散缸中加入去离子水29份和分散剂1份，消泡剂0.2份，润湿剂0.2份，开动搅拌转速在1500rpm左右，搅拌均匀，然后依次加入纳米氧化锌,高红外反射钛白粉，将其分散好之后，测试细度25um以下,然后将转速调整至600-800rpm后，缓慢加入中空玻璃微珠，进一步分散，分散好后，再慢慢的加入丙烯酸乳液和遮盖聚合物乳液，搅拌均匀后，测试其细度达到要求保准，同时开始添加氨水0.2份，防闪锈助剂1份，成膜助剂1份，以及增稠剂0.2份，防霉杀菌剂0.2份等，调整到粘度70-90KU，过滤包装即得到成品。
本发明的设计原理如下：金属屋面使用的高反射隔热防水防腐涂料，包括自交联纯丙烯酸乳液，遮盖聚合物乳液，纳米氧化锌，高反射金红石钛白粉，中空隔热填料，其他水性涂料助剂等。将具有特殊粒径设计的自交联丙烯酸乳液跟具有核壳结构的空心遮盖聚合物进行合理搭配，自交联丙烯酸乳液可使成膜更加致密，提供更好的附着力，更优优异的颜填料结合力，更好的耐水，耐盐雾性能。遮盖聚合物可以反射太阳光谱中的可见光部分，起到遮盖和反射作用。同时特殊粒径的金红石钛白粉区别于普通的金红石钛白粉，该金红石钛白粉粒径更大，能更好的反射部分红外光能量，提供更高的太阳光反射率，起到更好的隔热效果和抗沾污效果。特殊的中空玻璃微珠可以提供更低的导热系数，更进一步的反射太阳光，阻隔热量的传导，降低漆膜表面温度。纳米氧化锌同样可以很好的反射太阳光，高反射率，高折射率，同时提供更加致密的漆膜和防腐性能。这些效果统计起来能高效延长金属屋面的使用年限，节能降耗，绿色环保，为客户节省费用，为社会带来效益。
与现有的金属屋面防水涂料技术相比，本发明提供的一种金属屋面用反射隔热防水防腐涂料，具有附着力强、优异的热反射、隔热、防水、耐沾污、耐老化、耐酸、耐腐蚀、防霉、防菌、防藻、无毒等优点。
针对性能测试对比，包括如下性能测试，该金属屋面防水涂料除具有防水和防腐的性能外，还具有优异的热反射隔热，阻隔隔热等性能，降低室内温度，节能降耗，是未来发展的趋势。
所提到的防水和防腐性能按照水性丙烯酸测试标准HG/T4758-2014。所提到的反射隔热相关性能测试标准根据石油和化工设备用保温隔热涂料测试标准HG/T 5182-2017进行检测。
表1：创新实施例和普通防水涂料对比案例
从测试结果可以看出，本发明的热反射隔热防水涂料采用自交联丙烯酸乳液，遮盖聚合物，空心玻璃微珠隔热填料，高反射金红石钛白粉，纳米氧化锌等，在提供优异的成膜效果同时，还能对400-2500mm范围的可见光和近红外光进行高反射，有效阻止太阳光的热量累积，降低涂层的表面温度，同时提供更低的导热系数阻隔热量的传递，还具有质轻、隔音、热稳定性好，抗开裂等优点，使得90％以上太阳辐射能量不被金属屋顶吸收，达到厂房内气温恒定，节省电费，节能降耗的效果。本发明的金属屋顶用隔热防水涂料的导热系数居于0.05-0.08W/m·K之间，大大保证了涂层的隔热效果，厂房节能达到20％以上。比传统的防水涂料耐盐雾和耐水性能更好，同时具有更高的反射隔热太阳光折射率，以及更低的导热系数和更高的隔热温差，尤其是污染后的太阳光反射率区别更加明显。相比对比例和市售的产品来说，数据更加明显，发明例具有显著的优势，提供优异的耐水，耐腐蚀和耐候的性能外，还能具有更好的反射太阳光的性能和隔热性能。
本发明的涂料主要用于金属屋面的防水隔热防护，使用时喷涂专用防锈底漆，后喷涂本涂料进行覆盖。本发明的主要是解决目前的防水和隔热双功能下的环保解决方案，由于防水和隔热性能的需求，一般的涂料很难同时满足两方面的性能需求，对材料提出更高的要求。所以通过将具有特殊设计的丙烯酸乳液，以及高反射的金红石钛白粉，纳米氧化锌，以及低导热系数的中空玻璃微球，进行密切搭配，找到协同效应，从而实现优异防水性能的同时，能保证优异的隔热性能，同时具有优异的耐水性，防腐蚀性，反射隔热性能，阻隔隔热性能以及优异的抗沾污性能，提供一款优良的的金属防水隔热材料，有效延长金属屋面的使用年限，具有明显的经济效益和社会效益。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围。
Claims (8)
1.一种金属屋面用的高反射隔热防水涂料，其特征在于，包括以下重量份的原料：
且所述的有机硅改性自交联纯丙烯酸乳液和遮盖聚合物丙烯酸乳液占聚合物乳液的比例为4:1到1:1。
2.根据权利要求1所述的金属屋面用的高反射隔热防水涂料，其特征在于，所述的有机硅改性自交联纯丙烯酸乳液的粒径为60-200nm，玻璃化温度为0-30度，包括丙烯酸丁酯，甲基丙烯酸甲酯，丙烯酸异辛酯，丙烯酸磷酸酯，双丙酮丙烯酰胺，硅烷偶联剂单体等，通过乳液聚合而得到。
3.根据权利要求2所述的金属屋面用的高反射隔热防水涂料，其特征在于，所述的有机硅改性自交联纯丙烯酸乳液中各组分的比例为丙烯酸丁酯：甲基丙烯酸甲酯：丙烯酸异辛酯：双丙酮丙烯酰胺：丙烯酸磷酸酯：硅烷偶联剂单体＝(20-30)：(20-30)：(15-30)：(2-10)：(0.5-3.0)：(0.1-1.0)，根据硬度需求进行调整单体比例。
4.根据权利要求1所述的金属屋面用的高反射隔热防水涂料，其特征在于，所述的遮盖聚合物乳液的粒径为250-600nm，玻璃化温度为60-100度，主要包括苯乙烯，丙烯酸，甲基丙烯酸等单体通过乳液聚合制备而成，其中各组分的比例为苯乙烯：丙烯酸：甲基丙烯酸＝(95-98)：(1-2)：(1-2)。
5.根据权利要求1所述的金属屋面用的高反射隔热防水涂料，其特征在于所述的高红外反射二氧化钛为红外高反射颜料大粒径钛白粉，粒径为500-1000nm。
6.根据权利要求1所述的金属屋面用的高反射隔热防水涂料，其特征在于，所述的中空隔热填料是中空玻璃微珠，粒径分布为30-90um，平均粒径在60um,导热系数低至0.05W/(m·K)。
7.根据权利要求1所述的金属屋面用高反射隔热防水涂料，其特征在于，所述纳米氧化锌折射率为2.46，辐射率高达92％。
8.一种权利要求1-7任一项所述的金属屋面用的高反射隔热防水涂料的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：在分散缸中加入去离子水和分散剂，消泡剂，润湿剂，开动搅拌转速在1500rpm，搅拌均匀，然后依次加入纳米氧化锌,高红外反射二氧化钛，将其分散好之后，测试细度25um以下,然后将转速调整至600-800rpm后，缓慢加入中空玻璃微珠，进一步分散，分散好后，再慢慢的加入丙烯酸乳液和遮盖聚合物乳液，搅拌均匀后，测试其细度达到要求保准，同时开始添加氨水，防闪锈助剂，成膜助剂，以及增稠剂，防霉杀菌剂等，调整到粘度70-90KU，过滤包装即得到成品。
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