CN115975461B - 隔热防结露涂料、其制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隔热防结露涂料、其制备方法及应用。所述隔热涂料包括弹性硅丙乳液、成膜助剂、锆酸酯疏水改性空心玻璃微珠、锆酸酯疏水改性气凝胶、非离子型聚合物分散剂、水性有机硅消泡剂、水性增稠剂和去离子水等。所述涂料在形成涂层后，具有热导率低(小于0.045W/m·K)，隔热防结露效果好、耐水性能优异、柔韧性好等优点，能有效防止结露现象的发生，且在低温潮湿环境中能长时间正常工作而不发生鼓包现象，以及在厚涂(高达8mm)时不易发生应力开裂。

Description

隔热防结露涂料、其制备方法及应用

技术领域

本申请涉及一种隔热涂料，特别涉及一种隔热防结露涂料、其制备方法及应用，例如在水电厂钢质冷水管道外壁上的应用，属于涂料技术领域。

背景技术

水力发电厂的供水水源通常采用坝前深水取水，此类水源的水温相对较低，与环境温度有较大的温差，因此管道外壁会产生结露现象，特别是在夏季高温高湿的环境下，结露现象更加明显，当结露较快时，冷水管道和设备外表面会聚集大量水珠，甚至快速滴落于地面，导致厂房地面湿滑，影响安全生产，设备表面长时间聚集大量的水也会加速设备锈蚀，缩短设备正常工作年限。因此水电厂冷水管道外壁通常需要做隔热保温处理，通常需要涂装隔热防结露涂料。

现有的隔热防结露涂料中经常会使用空心玻璃微珠、气凝胶等作为隔热填料。其中，空心玻璃微珠吸油量小，可大量添加，价格相对廉价，而气凝胶热导率更低，吸油量较大，只能少量添加，两者结合会取得优良的隔热效果。然而由此类涂料形成的涂层长时间应用在水电厂冷水管道外壁会有新的问题出现，主要表现为：涂层在高湿环境下会吸收部分水，导致涂层溶胀鼓包，溶胀鼓包又会导致涂层整体的热导率快速上升，隔热效果下降，从而进一步加速结露现象发生。

因此，新一代的隔热防结露涂层必须具有良好的疏水耐水性能，从而保证涂层能够长时间的正常工作，而这也是本领域长期以来渴望解决的难题。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种隔热防结露涂料、其制备方法及应用，以克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本申请采用的技术方案包括：

本申请的一个方面提供了一种隔热防结露涂料，其包括：30～50wt％弹性硅丙乳液、2～3wt％成膜助剂、5～20wt％锆酸酯疏水改性空心玻璃微珠、3～5wt％锆酸酯疏水改性气凝胶、1～1.5wt％非离子型聚合物分散剂、0.5～1.0wt％水性有机硅消泡剂、1～2wt％水性增稠剂和30～40wt％去离子水。

在一些实施例中，所述弹性硅丙乳液为有机硅改性硅丙乳液，断裂伸长率≥50％。通过采用有机硅改性硅丙乳液，相较于常规的丙烯酸乳液，耐水性更好。且对于隔热防结露涂层来说，通常需要3-5mm的厚度才可以保证良好的防结露效果，因此对涂层的抗开裂性能有着较高的要求，采用上述断裂伸长率≥50％的弹性硅丙乳液，能有效保证涂层在厚涂时不发生应力开裂。所述弹性硅丙乳液可以从市场上购得，例如可选用陶熙的GTR-436。

在一些实施例中，所述成膜助剂包括醇酯12和/或DPM。成膜助剂的选择可以根据所选成膜树脂而定，例如可以在选定成膜树脂后，根据清漆相容性实验来确定合适的成膜助剂，一般来说，清漆透明干硬是成膜助剂和成膜树脂相容性较好的有效表征。

在一些实施例中，所述锆酸酯疏水改性空心玻璃微珠是由空心玻璃微珠经新烷氧基三(新癸酸酰氧基)锆酸酯表面改性后获得，所述空心玻璃微珠的真密度为0.20-0.22g/cm³，粒径D50为60-65微米，抗压强度≥1000psi。所述空心玻璃微珠、新烷氧基三(新癸酸酰氧基)锆酸酯均可以从市场途径获取，例如空心玻璃微珠可以选用郑州圣莱特空心微珠新材料有限公司的HS20。新烷氧基三(新癸酸酰氧基)锆酸酯的CAS No为：110392-54-6。对空心玻璃微珠进行锆酸酯改性可以有效提高空心玻璃微珠的耐水性，进而提高涂层整体的耐水性，由于空心玻璃微珠表面通常不含羟基或者羟基含量较少，因此若对其表面进行硅烷偶联剂改性，通常效果不佳。新烷氧基三(新癸酸酰氧基)锆酸酯键合能力强，不需要羟基就可以进行有效耦合，特别是在温度较高(例如60-70℃)的条件下，耦合改性更有效。

在一些实施例中，所述锆酸酯疏水改性气凝胶是由二氧化硅气凝胶经新烷氧基三(新癸酸酰氧基)锆酸酯改性后获得，所述二氧化硅气凝胶的D50粒径为15-25微米、热导率为0.017～0.023W/(m·K)。所述二氧化硅气凝胶也可以从市场途径获取，例如可选用科昂纳米的KNF-W20气凝胶。通过对气凝胶进行锆酸酯改性，可以有效提高其材料自身的耐水性，进而提高涂层整体的耐水性。

在一个实施例中，所述锆酸酯疏水改性空心玻璃微珠或锆酸酯疏水改性气凝胶的制备方法包括：将10-30重量份的空心玻璃微珠或者二氧化硅气凝胶均匀分散在30-50重量份的去离子水中，并加入1-2重量份的新烷氧基三(新癸酸酰氧基)锆酸酯，在60-70℃保温反应后，获得锆酸酯疏水改性空心玻璃微珠或锆酸酯疏水改性气凝胶。

在本申请中，所述非离子型聚合物分散剂、水性有机硅消泡剂、水性增稠剂均是本领域常用的，并可以通过市场途径获取。例如，所述非离子型聚合物分散剂可选用湛新的ADDITOL VXW 6208/60。所述水性有机硅消泡剂可选用赢创的TEGO Airex 902W。所述水性增稠剂可选用陶熙的RM-8。

本申请的另一个方面提供了一种制备所述隔热防结露涂料的方法，其包括：

将10-30重量份的空心玻璃微珠或者二氧化硅气凝胶均匀分散在30-50重量份的去离子水中，并在10-15min内分批加入1-2重量份的新烷氧基三(新癸酸酰氧基)锆酸酯，之后升温至60-70℃并保温反应2-4小时，获得锆酸酯疏水改性空心玻璃微珠或锆酸酯疏水改性气凝胶；

将30～50重量份弹性硅丙乳液、2～3重量份成膜助剂、5～20重量份锆酸酯疏水改性空心玻璃微珠、3～5重量份锆酸酯疏水改性气凝胶、1～1.5重量份非离子型聚合物分散剂、0.5～1.0重量份水性有机硅消泡剂、1～2重量份水性增稠剂和30～40重量份去离子水充分混合，获得所述隔热防结露涂料。

在一些实施例中，所述的制备方法具体包括：向经过过滤的弹性硅丙乳液中依次加入成膜助剂、部分的去离子水并均匀分散，之后加入分散剂和消泡剂继续分散，然后加入锆酸酯改性空心玻璃微珠和锆酸酯改性气凝胶，其后加入水性增稠剂和剩余的去离子水充分分散，获得所述隔热防结露涂料。

本申请的再一个方面提供了一种隔热防结露涂层，其由所述隔热防结露涂料形成。

相较于现有技术，本申请至少具有如下有益效果：

(1)本申请的隔热防结露涂料中采用新烷氧基三(新癸酸酰氧基)锆酸酯对空心玻璃微珠、气凝胶进行疏水改性，相较于四正丙基锆酸酯等常规锆酸酯改性，疏水性更强，涂层水分挥发干燥后，内部由于相互之间的强疏水结构，会形成多微孔结构(水分挥发后形成的多微孔)，这种结构使涂层具有较低的热导率(小于0.045W/m·K)，从而使涂层具有较好的隔热防结露效果。特别是，通过采用弹性硅丙乳液与新烷氧基三(新癸酸酰氧基)锆酸酯疏水改性空心玻璃微珠以及新烷氧基三(新癸酸酰氧基)锆酸酯疏水改性气凝胶组合，能使涂层的疏水性进一步提高，从而使上述多微孔结构比较稳定，不易被水溶胀导致结构破坏，从而进一步延长涂层服役时间，并使涂层在服役期间内能保持较低热导率的稳定性。

(2)本申请的隔热防结露涂料在形成涂层后，具有耐水性能优异、柔韧性好等优点，能有效防止结露现象的发生，且在低温潮湿环境中能长时间正常工作而不发生鼓包现象，以及在厚涂(高达8mm)时不易发生应力开裂。

附图说明

图1是实施例1及对比例2的涂料所形成的涂层的防结露性能测试照片。

具体实施方式

下面将结合若干实施例进一步说明本申请的技术方案。若非特别说明，则下列实施例中所用试剂和原料均市售可得，所采用的反应设备、测试设备及相应方法也均是按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。

如下实施例中，弹性硅丙乳液选用陶熙的GTR-436，成膜助剂选用醇酯12和DPM，空心玻璃微珠选用郑州圣莱特空心微珠新材料有限公司的HS20，新烷氧基三(新癸酸酰氧基)锆酸酯的CAS No为110392-54-6。二氧化硅气凝胶选用科昂纳米的KNF-W20气凝胶，非离子型聚合物分散剂选用湛新的ADDITOL VXW 6208/60，水性有机硅消泡剂选用赢创的TEGOAirex 902W，水性增稠剂选用陶熙的RM-8。

如下实施例中，低速分散的分散速度范围为200-300转/分钟，中速分散的分散速度范围为300-600转/分钟，高速分散的分散速度范围为600-1000转/分钟。

如下实施例中，锆酸酯改性空心玻璃微珠或锆酸酯改性气凝胶的制备方法包括：先在反应容器内加入30-50份(重量份，下同)的去离子水，然后边搅拌边加入10-30份的空心玻璃微珠或者二氧化硅气凝胶，搅拌均匀后，边搅拌边慢慢滴加1-2份的新烷氧基三(新癸酸酰氧基)锆酸酯，滴加工作在10-15分钟内完成，滴加完成后将分散液升温至60-70℃，边搅拌并保温2-4小时，最后从所获反应混合物中分离出锆酸酯改性空心玻璃微珠或锆酸酯改性气凝。

如下实施例中，隔热防结露涂料的制备方法包括：向分散釜中加入弹性硅丙乳液，加入弹性硅丙乳液前，先用120目过滤网对其进行过滤。然后边分散边加入成膜助剂，分散均匀后边分散边加入一定量的去离子水，分散5-10分钟后，再边分散，边加入分散剂和消泡剂，中速分散5-10分钟，然后再边低速分散边缓慢加入锆酸酯改性空心玻璃微珠和锆酸酯改性气凝胶，添加完毕后，低速分散20-30分钟，以避免高速分散打碎空心玻璃微珠导致涂层隔热失败，最后加入水性增稠剂和剩余部分的去离子水。检测合格即可包装。

实施例1一种隔热防结露涂料，包括如下组分：弹性硅丙乳液34份(重量份，下同)，成膜助剂2.3份，水性有机硅消泡剂1份，非离子型聚合物分散剂1.2份，锆酸酯改性疏水空心玻璃微珠18份，锆酸酯改性疏水气凝胶4份，水性增稠剂1.5份，去离子水38份。

实施例2一种隔热防结露涂料，包括如下组分：弹性硅丙乳液38份，成膜助剂2.8份，水性有机硅消泡剂0.8份，非离子型聚合物分散剂1.5份，锆酸酯改性疏水空心玻璃微珠20份，锆酸酯改性疏水气凝胶3份，水性增稠剂1.3份，去离子水32.6份。

实施例3一种隔热防结露涂料，包括如下组分：弹性硅丙乳液42份，成膜助剂3份，水性有机硅消泡剂0.8份，非离子型聚合物分散剂1.5份，锆酸酯改性疏水空心玻璃微珠15份，锆酸酯改性疏水气凝胶5份，水性增稠剂2份，去离子水30.7份。

对比例1一种隔热防结露涂料，包括如下组分：常规丙烯酸乳液(陶熙PRIMALWL-100)34份，成膜助剂2.3份，水性有机硅消泡剂1份，非离子型聚合物分散剂1.2份，锆酸酯改性疏水空心玻璃微珠18份，锆酸酯改性疏水气凝胶4份，水性增稠剂1.5份，去离子水38份。

对比例2一种隔热防结露涂料，包括如下组分：弹性硅丙乳液34份，成膜助剂2.3份，水性有机硅消泡剂1份，非离子型聚合物分散剂1.2份，空心玻璃微珠(郑州圣莱特空心微珠新材料有限公司的HS20)18份，二氧化硅气凝胶(科昂纳米的KNF-W20)4份，水性增稠剂1.5份，去离子水38份。

对比例3一种隔热防结露涂料，包括如下组分：弹性硅丙乳液34份，成膜助剂2.3份，水性有机硅消泡剂1份，非离子型聚合物分散剂1.2份，空心玻璃微珠(郑州圣莱特空心微珠新材料有限公司的HS20)18份，锆酸酯改性疏水气凝胶4份，水性增稠剂1.5份，去离子水38份。

对比例4一种隔热防结露涂料，包括如下组分：弹性硅丙乳液34份，成膜助剂2.3份，水性有机硅消泡剂1份，非离子型聚合物分散剂1.2份，锆酸酯改性疏水空心玻璃微珠18份，二氧化硅气凝胶(科昂纳米的KNF-W20)4份，水性增稠剂1.5份，去离子水38份。

性能测试：

涂料喷涂施工：涂料搅拌均匀后用刷涂或者建涂喷枪进行喷涂制板，可根据实际施工粘度加入适量的去离子水进行稀释。厚涂施工时，需要根据所需膜厚要求进行多道施工。涂层样板置于相对湿度为50-70％的环境中进行干燥养护14天以上。

防结露测试的方法为：将隔热涂料喷涂在铁桶的外壁，干膜厚度可统一设定为3mm(可多道喷涂以达到目标厚度)，待涂层完全干燥后，在铁桶内装入冰水混合物，调节温度至5-7℃，盖上桶盖。室温调节至20-25℃，以保持桶内温度和环境温度有15-18℃左右的温度差，环境相对湿度可调节至80％(环境相对湿度越大，越容易产生结露现象)，然后观察铁桶外壁是否有结露现象。

各涂料的性能测试结果如下表1所示。

表1实施例1-3和对比例1-4涂料性能测试结果

上述热导率测试依据GB/T10295-2008，干燥性测试依据GB/T1728，耐水性(30天)测试依据GB/T9274，附着力测试依据GB/T5210，耐热性(180℃，100小时)测试依据GB/T1735。

上述比较例1中，树脂乳液用的是常规的丙烯酸乳液，涂层干燥正常，热导率低，防结露隔热测试符合要求，耐水性测试无异常，附着力测试符合要求，耐热测试也无异常，但是涂层韧性差，在厚涂测试时，涂层发生开裂现象。

上述比较例2中，使用的是未经新烷氧基三(新癸酸酰氧基)锆酸酯改性处理的空心玻璃微珠和气凝胶，涂层干燥正常，热导率较高，防结露隔热测试不符合要求，厚涂测试未发现开裂，附着力测试符合要求，耐热测试也无异常，涂层耐水性差，耐水测试浸泡3天后，涂层发生鼓泡现象，导致涂层失效。

上述比较例3中，使用的是未经处理的空心玻璃微珠，涂层干燥正常，热导率明显高于实施例1-3，低于比较例2，防结露隔热测试出现轻微结露，不符合要求，厚涂测试未发现开裂，附着力测试符合要求，耐热测试也无异常，涂层耐水性差，耐水测试浸泡3天后，涂层发生鼓泡现象，导致涂层失效。

上述比较例4中，使用的是未经处理的气凝胶，涂层干燥正常，热导率明显高于实施例1-3，低于比较例2，防结露隔热测试出现轻微结露，不符合要求，厚涂测试未发现开裂，附着力测试符合要求，耐热测试也无异常，涂层耐水性差，耐水测试浸泡3天后，涂层发生鼓泡现象，导致涂层失效。

上述实施例1-3涂层干燥正常，热导率低防结露隔热测试符合要求，厚涂测试未发现开裂，附着力测试符合要求，耐热测试也无异常，使用了新烷氧基三(新癸酸酰氧基)锆酸酯疏水改性的空心玻璃微珠和气凝胶，涂层疏水性能大大提高，在进行30天的耐水浸泡测试后，涂膜无鼓包等异常，满足水电厂冷水管道外壁隔热防结露长期工作需求。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种隔热防结露涂料，其特征在于，包括：30～50wt％弹性硅丙乳液、2～3wt％成膜助剂、5～20wt％锆酸酯疏水改性空心玻璃微珠、3～5wt％锆酸酯疏水改性气凝胶、1～1.5wt％非离子型聚合物分散剂、0.5～1.0wt％水性有机硅消泡剂、1～2wt％水性增稠剂和30～40wt％去离子水；

其中，所述弹性硅丙乳液为有机硅改性硅丙乳液，断裂伸长率≥50％；

所述锆酸酯疏水改性空心玻璃微珠是由空心玻璃微珠经新烷氧基三(新癸酸酰氧基)锆酸酯表面改性后获得，所述空心玻璃微珠的真密度为0.20-0.22g/cm³，粒径D50为60-65微米，抗压强度≥1000psi；

所述锆酸酯疏水改性气凝胶是由二氧化硅气凝胶经新烷氧基三(新癸酸酰氧基)锆酸酯改性后获得，所述二氧化硅气凝胶的D50粒径为15-25微米、热导率为0.017～0.023W/(m·K)；

其中，所述锆酸酯疏水改性空心玻璃微珠或锆酸酯疏水改性气凝胶的制备方法包括：将10-30重量份空心玻璃微珠或者二氧化硅气凝胶均匀分散在30-50重量份去离子水中，并加入1-2重量份新烷氧基三(新癸酸酰氧基)锆酸酯，在60-70℃保温反应后，获得锆酸酯疏水改性空心玻璃微珠或锆酸酯疏水改性气凝胶。

2.根据权利要求1所述的隔热防结露涂料，其特征在于：所述成膜助剂选自醇酯12和/或DPM。

3.一种隔热防结露涂料的制备方法，其特征在于，包括：

将10-30重量份空心玻璃微珠均匀分散在30-50重量份去离子水中，并在10-15min内分批加入1-2重量份新烷氧基三(新癸酸酰氧基)锆酸酯，之后升温至60-70℃并保温反应2-4小时，获得锆酸酯疏水改性空心玻璃微珠；

将10-30重量份二氧化硅气凝胶均匀分散在30-50重量份去离子水中，并在10-15min内分批加入1-2重量份新烷氧基三(新癸酸酰氧基)锆酸酯，之后升温至60-70℃并保温反应2-4小时，获得锆酸酯疏水改性气凝胶；

将30～50重量份弹性硅丙乳液、2～3重量份成膜助剂、5～20重量份锆酸酯疏水改性空心玻璃微珠、3～5重量份锆酸酯疏水改性气凝胶、1～1.5重量份非离子型聚合物分散剂、0.5～1.0重量份水性有机硅消泡剂、1～2重量份水性增稠剂和30～40重量份去离子水充分混合，获得所述隔热防结露涂料；

其中，所述弹性硅丙乳液为有机硅改性硅丙乳液，断裂伸长率≥50％；所述空心玻璃微珠的真密度为0.20-0.22g/cm³，粒径D50为60-65微米，抗压强度≥1000psi；所述二氧化硅气凝胶的D50粒径为15-25微米、热导率为0.017～0.023W/(m·K)。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述成膜助剂选自醇酯12和/或DPM。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，具体包括：向经过过滤的弹性硅丙乳液中依次加入成膜助剂、部分的去离子水并均匀分散，之后加入分散剂和消泡剂继续分散，然后加入锆酸酯改性空心玻璃微珠和锆酸酯改性气凝胶，其后加入水性增稠剂和剩余的去离子水充分分散，获得所述隔热防结露涂料。

6.一种隔热防结露涂层，其特征在于：所述涂层由权利要求1-2中任一项所述的隔热防结露涂料形成。