CN115286968B - 一种预防纵连无砟高速铁路混凝土温度应力病害的反射隔热涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复合热功能材料浆料及其制备方法，以及包括复合热功能材料浆料的反射隔热涂料。所述复合热功能材料浆料包括50wt％～65wt％复合热功能材料和余量的水；所述复合热功能材料具有核壳结构，所述核选自硅烷改性的无机热功能材料，所述壳由选自丙烯酸及其衍生物、甲基丙烯酸及其衍生物中的一种或多种单体在引发剂引发下聚合而成；所述无机热功能材料的粒径为0.8～1.5μm；所述无机热功能材料和所述单体的质量比为1:0.6～1:1.5。本发明还提供所述反射隔热涂料在预防纵连无砟高速铁路混凝土温度应力病害中的应用。

Description

一种预防纵连无砟高速铁路混凝土温度应力病害的反射隔热 涂料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于隔热涂料技术领域，具体涉及一种预防无砟高速铁路混凝土轨道板温度应力病害的反射隔热涂料及其制备方法和应用。

背景技术

我国高铁快速发展，已经建成高铁线路2.5万多公里，基本建成了世界最大的“四纵四横高铁网”，其中应用量最大的为纵连式无砟轨道结构。纵连式无砟轨道沿线路纵向连续铺设混凝土道床和轨道板，温度荷载作用下轨道板结构的纵向变形受到约束，导致结构内部产生较大的温度应力。根据现场测试，在夏季极端高温情况下无砟轨道板内部温度场随埋深非线性变化，上表面温度梯度最大，最大数值为102.0℃/m，均发生在距轨道板上表面20mm处，远大于TB10621-2014《高速铁路设计规范》中关于高速铁路无砟轨道板的温度荷载合理范围的规定(“正温度梯度(上热下冷)宜取90℃/m、负温度梯度(上冷下热)宜取45℃/m”，即设计值为90.0，-45℃/m。)。因此，过大的温度应力造成纵连式无砟轨道在服役期内出现各种病害，例如道床上拱、混凝土开裂等，严重影响行车安全和轨道结构的耐久性。

一般采取多种措施综合防治无砟轨道混凝土温度应力病害，如：

1)设计之初做了结构断刺设计，以防止道床上拱。

2)通过锚固植筋方式，使用销钉和植筋胶将纵连轨道板、道床锚固成一体，防止道床上拱。

3)通过扣件调整，针对已经出现的道床上拱区，通过扣件中的调高垫板进行顺撬，确保线路结构满足通车要求。

4)限速处理，针对已经出现的道床上拱区，经过扣件中调高垫板的顺撬依然无法满足平顺性条件下，进行限速处理，保证通车安全性。

5)针对因道床上拱造成的混凝土开裂等病害，通过相关专用修复材料进行修复。

6)涂覆反射隔热涂料，通过对太阳辐射的反射以及自身隔热填料的阻热，实现降低涂层下部混凝土或者其他结构的热传导，达到降温的目的。

现有技术中已经出现了多种用于高铁混凝土结构的反射隔热涂料。如公开号CN107987598A、公开日2018年5月4日的中国发明专利申请“一种高速铁路无砟轨道板用反射隔热涂料及其制备方法”，其公开了一种适用于高速铁路无砟轨道板涂装的反射隔热涂料，“按重量份数计，包含30～60份的水性氟碳胶乳，1～25份的丙烯酸酯胶乳，5～35份的粒径在200nm～2μm的二氧化钛填料，3～15份的粒径为10μm～100μm的中空玻璃微珠，1～8份的表面经二氧化钛包覆改性的粒径为150nm～500nm的中空聚合物/二氧化钛复合微球，0.1～3份的具有下转换荧光效应的光转换材料，以及总质量为3～10份的流平剂、消泡剂、润湿分散剂、触变剂、增稠剂和颜料”。再如公开号CN110240818A(公开日2019年9月17日)的中国发明专利申请“一种反射隔热组合物及其制备方法和应用”，也披露了一种反射隔热组合物，包括隔热组合物和反射组合物。由隔热组合物形成隔热底层，厚度100～500μm，由反射组合物在隔热底层上形成反射面层，厚度50～200μm。各自以总重量为100份计，所述隔热组合物的原料包括：硅酸钾水溶液20～50份、中空玻璃微珠10～38份、聚合物乳液10～30份、增稠剂0.1～1份、成膜助剂0.2～1份、消泡剂0.1～1份、防冻剂1～2份和余量的水，所述反射组合物的原料包括：硅酸钾水溶液20～35份、复合陶瓷微晶体20～28份、纳米二氧化钛10～15份、聚合物乳液5～15份、成膜助剂0.2～1份、分散剂0.1～1份、增稠剂0.1～0.6份、消泡剂0.1～0.6份、防冻剂1～2份和余量的水；所述聚合物乳液选自纯丙乳液、苯丙乳液、有机硅乳液和氟碳乳液中的一种或任意重量比的多种。

现有技术中的反射隔热涂料应用于高铁纵连混凝土结构上存在以下问题：

1)反射隔热涂料太厚，对行车产生安全隐患。目前已有的反射隔热涂料大多通过增加反射隔热厚度来弥补其隔热性能不佳，从而造成厚度在300μm以上。在列车风的往复作用下以及混凝土结构的高频振动下，反射隔热层易出现开裂、脱落，甚至成片卷起后撞坏动车组底部转向架，影响行车安全。

2)光污染影响司机瞭望，不利于高铁安全运营。市售的反射隔热涂料多为建筑物外表涂饰，为追求较高光反射率，涂层固化后，以白色为主，光泽效果好，形成镜面反射。如果将高光泽的涂料涂刷在纵连轨道结构上，镜面反射形成的强光线将严重影响高铁司机视觉，妨碍司机瞭望线路状况和观察行车信号，不利于高铁行车安全。

3)隔热效果不能满足设计要求，达不到涂刷反射隔热的目的。根据无砟轨道设计原理，混凝土结构正温度梯度应该控制90℃/m以内。一般的反射隔热涂料一般为聚合物基料与粉料(无机热功能材料和填料)直接混合制备的，基料与粉料之间没有化学键的连接，涂料容易产生乳液与填料分层、沉淀，往往需要现场再进行搅拌。但是高铁只有4小时天窗作业时间，现场经常出现因搅拌不均匀，使涂刷厚度不足或不均匀。现场实际测量，混凝土结构正温度梯度远超过90℃/m，说明阻热效果不佳。

4)反射隔热涂料力学性能差，不能满足高铁长寿命需要。为保证良好的阻热效果，无机热功能材料添加量大，造成反射隔热涂料物理性能衰减严重，特别是附着力、拉伸强度、断裂伸长率远低于高铁应用要求。涂料涂刷后，在动载荷、大体积混凝土微伸缩变化等复杂环境下，常出现脱落、开裂等问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种预防纵连无砟高速铁路混凝土温度应力病害的反射隔热涂料及其制备方法和应用。

为此，本发明采用了如下的技术方案：

一种复合热功能材料浆料，包括50wt％～65wt％复合热功能材料和余量的水；所述复合热功能材料具有核壳结构，所述核选自硅烷改性的无机热功能材料，所述壳由选自丙烯酸及其衍生物、甲基丙烯酸及其衍生物中的一种或多种单体在引发剂引发下聚合而成；所述无机热功能材料的粒径为0.8～1.5μm；所述无机热功能材料和所述单体的质量比为1:0.6～1:1.5。

优选地，所述硅烷改性的无机热功能材料是硅烷偶联剂接枝改性的金红石型钛白粉和中远红外辐射率＞0.85的陶瓷粉。

优选地，以金红石型钛白粉和中远红外辐射率＞0.85的陶瓷粉总质量为基准，所述硅烷偶联剂的质量占比为0.5wt％～2.0wt％。

更优选地，所述硅烷偶联剂为KH-570。

更优选地，所述金红石型钛白粉和中远红外辐射率＞0.85的陶瓷粉的质量比为3:1～3:2。

进一步优选地，所述金红石型钛白粉选自杜邦科慕R-706氯化法金红石型钛白粉或日本石原TIPAQUE A-100钛白粉；所述中远红外辐射率＞0.85的陶瓷粉为郑州优波科新材料股份有限公司FT-2复合陶瓷粉。

优选地，所述丙烯酸及其衍生物单体选自丙烯酸、丙烯酸饱和脂肪醇酯、丙烯酸羟乙酯和丙烯酸羟丙酯中的一种或多种。

还优选地，所述甲基丙烯酸及其衍生物单体选自甲基丙烯酸、甲基丙烯酸饱和脂肪醇酯、甲基丙烯酸羟乙酯和丙烯酸羟丙酯中的一种或多种。

更优选地，所述壳由选自丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯和甲基丙烯酸羟乙酯中的多种单体聚合而成。

进一步优选地，按总质量为100份计，所述单体包括：

优选地，所述引发剂为过硫酸钾，以所述单体总质量为基准，过硫酸钾的质量占比为0.5％～1％。

本发明提供一种上述复合热功能材料的制备方法，包括如下步骤：

I.按照配比准备各组分；

II.无机热功能材料的研磨处理

无机热功能材料和研磨介质按照质量比1:1混合均匀，然后转移入研磨设备中，研磨至所述无机热功能材料粒径为0.8～1.5μm；其中，所述研磨介质由去离子水、十二烷基苯磺酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)按照质量比100∶3～5∶1～2配制而成；

III.无机热功能材料的接枝改性

研磨后的无机热功能材料浆料中加入质量百分比浓度10％～20％的稀硫酸调节pH至3.5～4.5；在搅拌下加入KH-570，继续搅拌，20～-80℃下反应1～3h，反应完毕，降至室温，用质量百分比浓度10％～20％的氢氧化钡水溶液调节反应体系pH至6.7～7.5，得到硅烷改性的无机热功能材料；

IV.聚合和包覆

单体搅拌均匀，备用；过硫酸钾加入水中，配制成质量百分比浓度5％的引发剂溶液，备用；将步骤III制备得到的所述硅烷改性的无机热功能材料和余量的水加入配置有冷凝装置、温度监测装置和搅拌装置的反应容器，在150～300转/min搅拌下升温到60～70℃，在200～400转/min搅拌下加入1/5所述单体，再加入1/3所述引发剂溶液，开启冷凝装置；调节转速至500～1000转/min，待反应体系温度升到65～75℃时开始滴加剩余的所述单体和所述引发剂溶剂，控制滴加速度，使反应体系温度保持在80～85℃，2～4h滴加完毕；继续反应0.5～1h，冷却；反应体系降温至25～35℃后，用氨水调节pH＝6.5～8，即得。

优选地，所述步骤II中，所述研磨设备选自陶瓷研磨机，采用氧化锆磨球。

优选地，所述步骤III中，稀硫酸调节pH至4。

优选地，所述步骤III中，反应温度为50～60℃。

本发明还提供一种预防纵连无砟高速铁路混凝土温度应力病害的反射隔热涂料，所述反射隔热涂料包括本发明所述复合热功能材料浆料；以所述复合热功能材料浆的质量为基准，还包括2wt％～6wt％的涂料表面状态调节材料，0.1wt％～0.5wt％的消泡剂，0.3wt％～0.8wt％流平剂，0.3wt％～0.8wt％的成膜助剂，0.2wt％～0.6wt％份增稠剂和0.6wt％～2wt％的红外反射冷颜料色浆。

优选地，所述反射隔热涂料，以所述复合热功能材料浆的质量为基准，还包括2.1wt％～5.5％wt的涂料表面状态调节材料，0.15wt％～0.45wt％的消泡剂，0.3wt％～0.75wt％流平剂，0.3wt％～0.75wt％的成膜助剂，0.25wt％～0.5wt％份增稠剂和0.7wt％～1.6wt％的红外反射冷颜料色浆。

优选地，所述涂料表面状态调节材料为符合HG/T 4526《消光用二氧化硅》的气相二氧化硅；更优选德固赛OK520、瓦克V15或卡博特M5。

优选地，所述消泡剂选自有机硅消泡剂；更优选为德国毕克化学的BYK-024或BYK-025有机硅消泡剂。

优选地，所述流平剂选自丙烯酸酯流平剂；更优选为德国毕克化学的BYK-381丙烯酸酯流平剂。

优选地，所述成膜助剂为醇脂十二；更优选为美国伊士曼公司的TEXANOL醇脂十二。

优选地，所述增稠剂选自聚氨酯类增稠剂；更优选万华化学Vesmody U902非离子聚氨酯增稠剂。

所述红外反射冷颜料色浆选自美国Ferro公司的Cool

系列红外反射冷颜料。

本发明还有一个目的，在于提供上述反射隔热涂料的制备方法，包括如下步骤：

A.按照配比准备各组分；

B.将所述复合热功能材料加入带搅拌装置的容器中，开启搅拌装置，200～500转/min下加入所述涂料表面状态调节材料，待分散均匀后，加入所述消泡剂、流平剂、成膜助剂、增稠剂和色浆，搅拌均匀后，静置消泡、100～200目滤网过滤，包装，即得。

此外，本发明还提供上述反射隔热涂料在预防纵连无砟高速铁路混凝土温度应力病害中的应用。

具体地，所述应用是指将所述反射隔热涂料涂覆在纵连无砟高速铁路混凝土板上，涂覆2遍，干膜总厚度为100～150μm。

本发明的反射隔热涂料属于薄涂型，干膜厚度仅100～150μm；涂膜的降温效果主要依靠热功能材料对太阳热辐射的高反射及涂膜自身的高热辐射，即吸收的太阳辐射少，向外辐射的热多。通过实验筛选，本发明优选金红石型钛白粉和复合陶瓷粉郑州优波科新材料股份有限公司生产的中远红外辐射率＞0.85的FT-2复合陶瓷粉。

通过将无机的热功能材料研磨，减小热功能材料粒径的同时使粒径分布变宽。为防止研磨过程中带入铁质杂质影响涂膜的反射效果，采用陶瓷研磨机、二氧化锆磨球等设备进行湿法研磨。为防止研磨过程中细化的粉体再集结，有利于粉体的分散和缩短研磨时间，加入研磨助剂，形成表面活性剂包覆无机热功能材料粉体。

一般反射隔热涂料的热功能材料是分散在聚合物成膜基料中，与成膜基料之间没有化学键的作用；随着热功能材料加入量的增加，反射隔热涂料与基材的附着力、断裂伸长率和拉伸强度都会降低。为此本发明设计在热功能材料粒子表面进行接枝改性，使接枝物具有与丙烯酸和丙烯酸酯单体能进行自由基聚合反应的基团。接枝后的热功能材料表面含有大量的甲基丙烯酰氧基，与加入的丙烯酸类单体进行水介质的自由基乳液聚合反应。聚合反应以无机热功能材料为核心进行，形成聚合物树脂包覆无机热功能材料粒子的乳液。在热功能材料研磨过程中加入的助剂，即表面活性剂，也是聚合反应中的乳化剂。这些表面活性剂将接枝的热功能材料粒子和新加入的反应单体包覆起来形成胶束，当引发剂产生的自由基进入该胶束后，即发生聚合反应。通过原位聚合反应，热功能材料不仅被聚合物成膜基料包覆，而且与聚合物之间还有化学键结构，从而使无机热功能材料与有机成膜聚合物成为整体，无机热功能材料的添加不影响涂料成膜后的各种力学性能。

本发明的聚合反应采用自由基乳液聚合，要求反应体系为中性。接枝改性的热功能材料浆料pH＝4左右，不适合聚合反应，必须对浆料进行中和处理。本发明的一个创新点是采用硫酸中和，而不是盐酸。这是因为盐酸中的氯离子较难除去，含有氯离子的涂料长期附着在混凝土表面，会对混凝土造成伤害，影响轨道结构的耐久性。采用硫酸和氢氧化钡中和，生成的BaSO₄(硫酸钡)沉淀物难溶于水，留在体系中不会对反射隔热涂料和混凝土结构产生不良影响。

针对发射隔热涂料引起的镜面反射影响高铁司机视觉问题，本发明通过气相二氧化硅实现涂料表面光线的漫反射。气相二氧化硅粒径小，密度小，加入涂料中呈悬浮状态，在涂料涂布施工后气相二氧化硅密集于涂膜表面。这种涂膜表面上的气相二氧化硅粒子对光线产生漫反射，涂料原来的平面反射大部分成为漫反射，反射光则变得柔和。此外，二氧化硅本身耐候性、耐腐蚀性、耐水性较好，有利于材料的长期服役。

基于本发明，形成了无砟高速铁路道床用反射隔热材料技术指标，见表1所示。

表1无砟高速铁路道床用反射隔热材料技术指标

附图说明

以下结合附图，对本发明做详细说明。

图1的扫描电镜SEM照片示出了实施例1制备复合热功能材料具有壳核结构。其中，1A是聚合反应发生前原料混合物取样的扫描电镜SEM照片，各原料分散在视野里；1B是聚合反应发生后反应混合物取样的扫描电镜SEM照片，可以清楚地看出核和壳部分的明显分界。

具体实施方式

以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。

下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的原料、试剂材料等，如无特殊说明，均为市售购买产品。其中，部分试剂和原料购买情况如下：。

金红石型钛白粉：杜邦科慕R-706氯化法金红石型钛白粉，日本石原TIPAQUE A-100钛白粉；

陶瓷粉：郑州优波科新材料股份有限公司FT-2复合陶瓷粉；

硅烷偶联剂：KH-570，河南天酬化工产品有限公司；

丙烯酸类单体：美国陶氏化学公司；

涂料表面状态调节材料：德固赛OK520；

消泡剂：德国毕克化学的BYK-024或BYK-025有机硅消泡剂；

流平剂：德国毕克化学的BYK-381丙烯酸酯流平剂；

成膜助剂：美国伊士曼公司的TEXANOL醇脂十二；

增稠剂：万华化学Vesmody U902非离子聚氨酯增稠剂；

红外反射冷颜料色浆：美国Ferro公司的Cool

系列红外反射冷颜料；

水性聚氨酯：拜耳公司的

A XP 2695；

聚氨酯固化剂：拜耳公司的

XP 2655。

实施例1～5一种反射隔热涂料

实施例1～5的反射隔热涂料的原料组成及用量，见表2所示，其中1质量份＝1kg。

实施例1～5的反射隔热涂料通过如下方法制备：

(一)复合热功能材料的制备

I.按照配比准备各组分；

II.无机热功能材料的研磨处理

将全部份的钛白粉、陶瓷粉、十二烷基苯磺酸钠和OP-10，以及40份去离子水搅拌均匀后转移入陶瓷研磨机中，湿法研磨处理，研磨机采用氧化锆磨球，研磨2h，粉料粒径为0.8～1.5μm；

III.无机热功能材料的接枝改性

研磨后的无机热功能材料浆料加入质量百分比浓度10％～20％的稀硫酸(约1.5mL)调节pH至3.5～4.5；在搅拌下加入KH-570，继续搅拌，60～70℃下反应1～3h，反应完毕，降至室温，用质量百分比浓度10％～20％的氢氧化钡水溶液调节反应体系pH至6.7～7.5，得到硅烷改性的无机热功能材料；

IV.聚合和包覆

各单体混合，搅拌均匀，备用；过硫酸钾加入水中，配制成质量百分比浓度5％的引发剂溶液，备用；将步骤III制备得到的所述硅烷改性的无机热功能材料和余量的水加入配置有冷凝装置、温度监测装置和搅拌装置的反应容器，在低速搅拌下升温到65℃，在200转/分搅拌下加入1/5所述单体，再加入1/3所述引发剂溶液，开启冷凝装置；调节转速至500～1000转/分钟，待反应体系温度升到70℃时开始滴加剩余的所述单体和所述引发剂溶剂，控制滴加速度，使反应体系温度保持在80-85℃，2～4h滴加完毕；继续反应0.5h，冷却；反应体系降温至30℃后，用氨水调节pH＝7.0，即得。

在反应前后分别取样，拍摄扫描电镜SEM照片，以考察是否形成了壳核结构。各实施例反应后的样品在扫描电镜下均观察到了“壳”包覆“核”的结构，“壳”和“核”之间有清楚明显的分界。其中实施例1聚合反应前后样品的SEM照片，见图1。

(二)反射隔热涂料的制备

将上步制备得到的复合热功能材料加入带搅拌装置的容器中，开启搅拌装置，200转/分钟下加入所述涂料表面状态调节材料，待分散均匀后，加入所述消泡剂、流平剂、成膜助剂、增稠剂和色浆，搅拌均匀后，静置消泡、过滤，包装，即得。

表2实施例1～5的反射隔热涂料原料组成

按照表1记载的项目，测定实施例1～5制备的反射隔热涂料的各项性能，结果见表3所示。

表3实施例1～5的反射隔热涂料的性能指标

对比例1一种发射隔热涂料

对比例1的涂料的原料组成及用量见表4所示，其中，1质量份＝1kg。

表4对比例1的涂料的原料组成

组分	用量(质量份)
		杜邦科慕R-706钛白粉	21
郑州优波科FT-2复合陶瓷粉	14
		丙烯酸	1
甲基丙烯酸甲酯	14
		丙烯酸丁酯	10
丙烯酸羟乙酯	3
		OK520	5
BYK-025	0.6
		BYK-381	1
TEXANOL醇脂十二	1
		Vesmody U902	0.4
色浆	2
		去离子水	27

通过如下方法制备：

将所有组分加入行星搅拌机中，搅拌至均匀，出料，即得。对比例1的涂料的各项性能指标测定结果见表7所示。

对比例2一种反射隔热涂料

对比例2的涂料的组成及用量表5所示，其中，1质量份＝1kg。

表5对比例2的涂料的原料组成

通过如下方法制备：

将各组分加入行星搅拌机中，搅拌至均匀，出料，即得。

对比例2的涂料的各项性能指标测定结果见表7所示。

对比例3～4一种反射隔热涂料

对比例3～4的涂料的组成及用量表6所示，其中，1质量份＝1kg。

表6对比例3的涂料的原料组成

按照实施例1～5所述方法和步骤制备得到对比例3～4的反射隔热涂料，其各项性能如表7所示。

对比例5市售反射隔热涂料

某知名品牌的反射隔热涂料，型号6639，各项性能指标测定结果见表7所示。

表7对比例1～5的反射隔热涂料的性能指标

对比表3和表7的数据，结合各对比例的原料和制备方法，可以得到以下结论：

1.对比例1的涂料的原料组成与实施例3相同，但是无机热功能材料未经研磨且没有被丙烯酸树脂包覆；与实施例3比较，其力学性能差，附着力仅有2.8MPa，断裂伸长率低于100％的技术要求，拉伸强度低于7.0MPa，低温柔性差，无法满足高铁应用要求。

2.除无机热功能材料外，对比例2的涂料的组分与实施例1-5均不同，且各组分直接混合制备。该对比例涂料的性能指标，不仅附着力、断裂伸长率、拉伸强度、低温柔性等力学性能不合格，污染后太阳光反射比变化率、人工老化后太阳光反射比变化率基本到达要求值的上限。因此，对比例2作为反射隔热涂料耐久性不满足高铁应用要求。

3.除无机热功能材料外，对比例3～4涂料的其它组分和实施例5相同。对比例3～4涂料的太阳光反射比与近红外反射比均小于83％，其反射隔热效果达不到技术指标要求，反射隔热效果差。

4.对比例5是市售反射隔热涂料，虽然其太阳光反射比等反射隔热性能较为良好，但是附着力、断裂伸长率、拉伸强度、低温柔性、耐刷洗次数等力学性能方面与本发明的涂料差距较大，很难满足高铁应用要求。

测试例1各实施例和对比例的降温效果

取实施例1～5和对比例1～5的涂料，在某高铁基础设施段内，选取CRTSⅡ型纵连轨道结构进行降温效果试验。各涂料均涂布两遍，干膜厚度在100-150μm。以空白轨道板为对照，测试反射隔热材料的实际性能。试验步骤为：在轨道板中部位置打孔，取深度2cm、8cm、10cm，并埋入热电偶测温装置，环氧树脂胶封口，持续记录各测点温度数据并分析混凝土结构正温度梯度。结果见表8。

通过现场试验发现，实施例1～5和对比例1、3～4均为浅灰色哑光，铺设后视觉较为舒服，对比例2和对比例5为白色平光，铺设后视觉较为刺眼。

表8的数据示出，某天最高温时，空白轨道板混凝土结构正温度梯度为102.2℃/m，而涂刷实施例1～5的反射隔热材料的轨道板混凝土结构正温度梯度降到90℃/m以下，最低为60.5℃/m，满足高铁应用要求。涂刷对比例1～5涂料的轨道板混凝土结构正温度梯度均超过了90℃/m，其中对比例2更是达到了100.0℃/m。

表8反射隔热涂料现场降温效果

总之，本发明提供了一种稳定的薄涂型反射隔热材料，通过对特定热功能材料的特殊处理，现场施工方便，涂层均匀，厚度仅为100-150μm，消除了反射隔热材料卷起而撞坏列车转向架等功能部件的隐患。同时，本发明的反射隔热材料的阻热效果好，现场实测混凝土结构正温度梯度均在90℃/m以下。再者，本发明的反射隔热材料的力学性能优异，特别是断裂伸长率、拉伸强度、附着力等影响高铁安全运营的指标全部符合高铁运营安全的要求。

Claims (10)

1.一种复合热功能材料浆料，包括50wt％～65wt％复合热功能材料和余量的水；所述复合热功能材料具有核壳结构，所述核选自硅烷改性的无机热功能材料，所述壳由选自丙烯酸及其衍生物、甲基丙烯酸及其衍生物中的一种或多种单体在引发剂引发下聚合而成；所述无机热功能材料的粒径为0.8～1.5μm；所述无机热功能材料和所述单体的质量比为1:0.6～1:1.5；

其中，所述硅烷改性的无机热功能材料是硅烷偶联剂接枝改性的金红石型钛白粉和中远红外辐射率＞0.85的陶瓷粉；所述金红石型钛白粉和中远红外辐射率＞0.85的陶瓷粉的质量比为3:1～3:2；以金红石型钛白粉和中远红外辐射率＞0.85的陶瓷粉总质量为基准，所述硅烷偶联剂的质量占比为0.5wt％～2.0wt％；所述硅烷偶联剂为KH-570；

按总质量为100份计，所述单体包括：

所述引发剂为过硫酸钾，以所述单体总质量为基准，过硫酸钾的质量占比为0.5％～1％；

所述复合热功能材料通过如下步骤制备得到：

I.按照配比准备各组分；

II.无机热功能材料的研磨处理

无机热功能材料和研磨介质按照质量比1:1混合均匀，然后转移入陶瓷研磨机中，采用氧化锆磨球，研磨至所述无机热功能材料粒径为0.8～1.5μm；其中，所述研磨介质由去离子水、十二烷基苯磺酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)按照质量比100∶3～5∶1～2配制而成；

III.无机热功能材料的接枝改性

研磨后的无机热功能材料浆料中加入质量百分比浓度10％～20％的稀硫酸调节pH至3.5～4.5；在搅拌下加入KH-570，继续搅拌，60～70℃下反应1～3h，反应完毕，降至室温，用质量百分比浓度10％～20％的氢氧化钡水溶液调节反应体系pH至6.7～7.5，得到硅烷改性的无机热功能材料；

IV.聚合和包覆

单体搅拌均匀，备用；过硫酸钾加入水中，配制成质量百分比浓度5％的引发剂溶液，备用；将步骤III制备得到的所述硅烷改性的无机热功能材料和余量的水加入配置有冷凝装置、温度监测装置和搅拌装置的反应容器，在150～300转/min搅拌下升温到60～70℃，在200～400转/min搅拌下加入1/5所述单体，再加入1/3所述引发剂溶液，开启冷凝装置；调节转速至500～1000转/min，待反应体系温度升到65～75℃时开始滴加剩余的所述单体和所述引发剂溶液，控制滴加速度，使反应体系温度保持在80～85℃，2～4h滴加完毕；继续反应0.5～1h，冷却；反应体系降温至25～35℃后，用氨水调节pH＝6.5～8，即得。

2.根据权利要求1所述的复合热功能材料浆料，其特征在于，所述复合热功能材料的制备步骤中，所述步骤III中，稀硫酸调节pH至4。

3.权利要求1所述的复合热功能材料浆料的制备方法，包括如下步骤：

I.按照配比准备各组分；

II.无机热功能材料的研磨处理

无机热功能材料和研磨介质按照质量比1:1混合均匀，然后转移入陶瓷研磨机中，采用氧化锆磨球，研磨至所述无机热功能材料粒径为0.8～1.5μm；其中，所述研磨介质由去离子水、十二烷基苯磺酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)按照质量比100∶3～5∶1～2配制而成；

III.无机热功能材料的接枝改性

研磨后的无机热功能材料浆料中加入质量百分比浓度10％～20％的稀硫酸调节pH至3.5～4.5；在搅拌下加入KH-570，继续搅拌，60～70℃下反应1～3h，反应完毕，降至室温，用质量百分比浓度10％～20％的氢氧化钡水溶液调节反应体系pH至6.7～7.5，得到硅烷改性的无机热功能材料；

IV.聚合和包覆

单体搅拌均匀，备用；过硫酸钾加入水中，配制成质量百分比浓度5％的引发剂溶液，备用；将步骤III制备得到的所述硅烷改性的无机热功能材料和余量的水加入配置有冷凝装置、温度监测装置和搅拌装置的反应容器，在150～300转/min搅拌下升温到60～70℃，在200～400转/min搅拌下加入1/5所述单体，再加入1/3所述引发剂溶液，开启冷凝装置；调节转速至500～1000转/min，待反应体系温度升到65～75℃时开始滴加剩余的所述单体和所述引发剂溶液，控制滴加速度，使反应体系温度保持在80～85℃，2～4h滴加完毕；继续反应0.5～1h，冷却；反应体系降温至25～35℃后，用氨水调节pH＝6.5～8，即得。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤III中，稀硫酸调节pH至4。

5.一种预防纵连无砟高速铁路混凝土温度应力病害的反射隔热涂料，包括权利要求1或2所述的复合热功能材料浆料；以所述复合热功能材料浆料的质量为基准，还包括2wt％～6wt％的涂料表面状态调节材料，0.1wt％～0.5wt％的消泡剂，0.3wt％～0.8wt％流平剂，0.3wt％～0.8wt％的成膜助剂，0.2wt％～0.6wt％份增稠剂和0.6wt％～2wt％的红外反射冷颜料色浆。

6.根据权利要求5所述的反射隔热涂料，其特征在于，所述反射隔热涂料，以所述复合热功能材料浆料的质量为基准，还包括2.1wt％～5.5wt％的涂料表面状态调节材料，0.15wt％～0.45wt％的消泡剂，0.3wt％～0.75wt％流平剂，0.3wt％～0.75wt％的成膜助剂，0.25wt％～0.5wt％份增稠剂和0.7wt％～1.6wt％的红外反射冷颜料色浆。

7.根据权利要求5或6所述的反射隔热涂料，其特征在于，所述涂料表面状态调节材料为符合HG/T 4526《消光用二氧化硅》的气相二氧化硅；所述消泡剂选自有机硅消泡剂；所述流平剂选自丙烯酸酯流平剂；所述成膜助剂为醇脂十二；所述增稠剂选自聚氨酯类增稠剂。

8.权利要求5～7中任一项所述的反射隔热涂料的制备方法，包括如下步骤：

A.按照配比准备各组分；

B.将所述复合热功能材料浆料加入带搅拌装置的容器中，开启搅拌装置，200～500转/min下加入所述涂料表面状态调节材料，待分散均匀后，加入所述消泡剂、流平剂、成膜助剂、增稠剂和色浆，搅拌均匀后，静置消泡、100～200目滤网过滤，包装，即得。

9.权利要求5～7中任一项所述的反射隔热涂料或者根据权利要求8所述的制备方法制备得到的反射隔热涂料在预防纵连无砟高速铁路混凝土温度应力病害中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述应用是指将所述反射隔热涂料涂覆在纵连无砟高速铁路混凝土板上，涂覆2遍，干膜总厚度为100～150μm。

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