CN117645832A - 一种红外反射油漆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种红外反射油漆，其原料按重量份包括：聚氨酯水乳液75‑80份、改性氧化锌20‑25份；其中，在改性氧化锌的制备过程中，将巯丙基三甲氧基硅烷改性氧化锌与氧化剂进行氧化反应，固液分离，得到带负电荷的氧化锌颗粒；将带负电荷的氧化锌颗粒与锌盐水溶液混匀，静置，固液分离，干燥，煅烧得到中间颗粒；用含有环氧基团的硅烷偶联剂对中间颗粒进行接枝改性得到改性氧化锌。本发明还公开了上述红外反射油漆的制备方法。本发明具有良好的红外反射隔热性能和抗污性能。
Description
技术领域
本发明涉及油漆技术领域，尤其涉及一种红外反射油漆及其制备方法。
背景技术
阳光的能量由紫外线、可见光和近红外三部分组成，分别占5％、43％和52％。红外辐射是主要的热源，其绝大部分的能量被传递到建筑表面，会导致建筑表面温度过高。目前常通过涂覆红外反射油漆达到降低建筑表面的温度。但是，由于红外反射隔热油漆长期暴露在外界使用环境中，油漆的抗污性能较低，雨水冲刷、灰尘堆积、阳光照射等复杂环境会破坏油漆的光学性能，导致油漆的反射隔热性能降低，且不能维持长期稳定的反射隔热效果。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种红外反射油漆及其制备方法，本发明具有良好的红外反射隔热性能和抗污性能。
本发明提出了一种红外反射油漆，其原料按重量份包括：聚氨酯水乳液75-80份、改性氧化锌20-25份；
其中，在改性氧化锌的制备过程中，将巯丙基三甲氧基硅烷改性氧化锌与氧化剂进行氧化反应，固液分离，得到带负电荷的氧化锌颗粒；将带负电荷的氧化锌颗粒与锌盐水溶液混匀，静置，固液分离，干燥，煅烧得到中间颗粒；用含有环氧基团的硅烷偶联剂对中间颗粒进行接枝改性得到改性氧化锌。
优选地，在改性氧化锌的制备过程中，巯丙基三甲氧基硅烷改性氧化锌的粒径为5-15μm。
氧化锌具有良好的红外反射隔热性能，但是其容易团聚，不易在油漆中分散，影响漆膜的机械性能和红外反射隔热性能；本发明对微米级别的巯丙基三甲氧基硅烷改性氧化锌进行氧化处理巯基变成磺酸基团，带有负电荷，然后与Zn2+进行静电组装，再经煅烧处理，在微米级氧化锌表面生成纳米级氧化锌，形成微纳米结构(即中间颗粒)，然后再用含有环氧基团的硅烷偶联剂对中间颗粒进行接枝改性获得改性氧化锌，提高其在聚氨酯中的分散性，进而提高漆膜的机械性能和红外反射隔热性能；并且改性氧化锌的微纳米结构可以提高漆膜的抗污性能，进而长时间保持漆膜的红外反射隔热性能。
上述含有环氧基团的硅烷偶联剂可以为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三乙氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基甲基二甲氧基硅烷等。
优选地，在改性氧化锌的制备过程中，氧化剂为质量分数为10-20wt％的过氧化氢水溶液。
不限定过氧化氢水溶液的用量，能使巯基变成磺酸基团即可。
优选地，在改性氧化锌的制备过程中，氧化反应的温度为35-45℃，时间为1-1.5h。
优选地，在改性氧化锌的制备过程中，锌盐为无机锌盐。无机锌盐可以为氯化锌等。
优选地，在改性氧化锌的制备过程中，锌盐水溶液的pH为3-4。
不限定锌盐水溶液的用量，能使带负电荷的氧化锌颗粒均匀吸附Zn2+即可。
优选地，在改性氧化锌的制备过程中，静置8-10h。
优选地，在改性氧化锌的制备过程中，煅烧温度为500-600℃，时间为2-3h。
优选地，聚氨酯水乳液的合成原料为：二异氰酸酯、聚醚多元醇、二羟甲基丙酸、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯、催化剂。
本发明选用N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷作为合成原料，在聚氨酯中引入了硅烷，提高漆膜的疏水性能，与改性氧化锌相互配合进一步提高漆膜的抗污性能。
本发明选用1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯作为合成原料，在聚氨酯中引入了活性氨基，其与改性氧化锌表面的环氧基团反应，使得氧化锌与聚氨酯分子链连接，促进改性氧化锌的均匀分散，进一步提高漆膜的机械性能、红外反射隔热性能和抗污性能；并且1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯的引入可以形成交联网络，进一步提高漆膜的机械性能。
优选地，二异氰酸酯为多苯基多亚甲基多异氰酸酯。
优选地，聚醚多元醇为聚醚二元醇2000。
优选地，二异氰酸酯、聚醚多元醇、二羟甲基丙酸、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯、催化剂的重量比为45-50:40-45:3-4:1-3:1-3:0.01-0.05。
优选地，在聚氨酯水乳液的制备过程中，将聚醚多元醇、二羟甲基丙酸、催化剂混匀，在惰性气体氛围中，加入二异氰酸酯，进行反应，加入有机溶剂和N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷继续反应，调节pH至中性，加入1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯继续反应，加水乳化，去除有机溶剂得到聚氨酯水乳液。
优选地，在聚氨酯水乳液的制备过程中，加入二异氰酸酯，于70-80℃反应3-4h。
优选地，在聚氨酯水乳液的制备过程中，加入有机溶剂和N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷继续反应20-30min。
优选地，在聚氨酯水乳液的制备过程中，加入1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯继续反应20-30min。
优选地，在聚氨酯水乳液的制备过程中，有机溶剂为丙酮。
优选地，用三乙胺调节pH至中性。
优选地，聚氨酯水乳液的固含量为60-65wt％。
上述红外反射油漆的原料还可以包括：分散剂、流平剂、消泡剂、防冻剂等。
本发明还公开了上述红外反射油漆的制备方法，包括如下步骤：将聚氨酯水乳液和改性氧化锌混匀得到红外反射油漆。
有益效果：
本发明对微米级别的巯丙基三甲氧基硅烷改性氧化锌进行氧化处理巯基变成磺酸基团，带有负电荷，然后与Zn2+进行静电组装，再经煅烧处理，在微米级氧化锌表面生成纳米级氧化锌，形成微纳米结构(即中间颗粒)，然后再用含有环氧基团的硅烷偶联剂对中间颗粒进行接枝改性获得改性氧化锌，提高其在聚氨酯中的分散性，进而提高漆膜的机械性能和红外反射隔热性能；并且改性氧化锌的微纳米结构可以提高漆膜的抗污性能，进而长时间保持漆膜的红外反射隔热性能。
本发明选用N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷作为合成原料，在聚氨酯中引入了硅烷，提高漆膜的疏水性能，与改性氧化锌相互配合进一步提高漆膜的抗污性能。
本发明选用1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯作为合成原料，在聚氨酯中引入了活性氨基，其与改性氧化锌表面的环氧基团反应，使得氧化锌与聚氨酯分子链连接，促进改性氧化锌的均匀分散，进一步提高漆膜的机械性能、红外反射隔热性能和抗污性能；并且1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯的引入可以形成交联网络，进一步提高漆膜的机械性能。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明，但是应该明确提出这些实施例用于举例说明，但是不解释为限制本发明的范围。
实施例1
一种红外反射油漆，其原料按重量份包括：聚氨酯水乳液75份、改性氧化锌25份、分散剂Coadis123K2份；
其中，在改性氧化锌的制备过程中，将粒径为5μm的巯丙基三甲氧基硅烷改性氧化锌与质量分数为10wt％的过氧化氢水溶液混匀，升温至35℃搅拌氧化反应1.5h，过滤，水洗，干燥得到带负电荷的氧化锌颗粒；
将带负电荷的氧化锌颗粒的水分散液与0.1mol/L氯化锌水溶液混匀，用盐酸调节pH＝4，静置10h，过滤，水洗，干燥，然后升温至500℃煅烧3h得到中间颗粒；将中间颗粒加入质量分数为5wt％的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷乙醇水溶液中，升温至60℃，保温搅拌3h，过滤，洗涤，干燥，得到改性氧化锌；
在聚氨酯水乳液的制备过程中，将聚醚二元醇2000、二羟甲基丙酸、二丁基二月桂酸锡混匀，在氮气保护下，加入多苯基多亚甲基多异氰酸酯，升温至70℃反应4h，加入丙酮调节粘度，然后加入N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷继续反应30min，用三乙胺调节pH至中性，然后加入1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯继续反应30min，然后加水剪切乳化，然后减压蒸发去除丙酮得到固含量为60wt％的聚氨酯水乳液，其中，多苯基多亚甲基多异氰酸酯、聚醚二元醇2000、二羟甲基丙酸、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯、二丁基二月桂酸锡的重量比为50:40:4:3:3:0.05。
上述红外反射油漆的制备方法：包括如下步骤：将聚氨酯水乳液、改性氧化锌、分散剂Coadis123K混匀得到红外反射油漆。
实施例2
一种红外反射油漆，其原料按重量份包括：聚氨酯水乳液80份、改性氧化锌20份、分散剂Coadis123K2份；
其中，在改性氧化锌的制备过程中，将粒径为15μm的巯丙基三甲氧基硅烷改性氧化锌与质量分数为20wt％的过氧化氢水溶液混匀，升温至45℃搅拌氧化反应1h，过滤，水洗，干燥得到带负电荷的氧化锌颗粒；
将带负电荷的氧化锌颗粒的水分散液与0.1mol/L氯化锌水溶液混匀，用盐酸调节pH＝3，静置8h，过滤，水洗，干燥，然后升温至600℃煅烧2h得到中间颗粒；将中间颗粒加入质量分数为5wt％的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷乙醇水溶液中，升温至60℃，保温搅拌3h，过滤，洗涤，干燥，得到改性氧化锌；
在聚氨酯水乳液的制备过程中，将聚醚二元醇2000、二羟甲基丙酸、二丁基二月桂酸锡混匀，在氮气保护下，加入多苯基多亚甲基多异氰酸酯，升温至80℃反应3h，加入丙酮调节粘度，然后加入N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷继续反应20min，用三乙胺调节pH至中性，然后加入1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯继续反应20min，然后加水剪切乳化，然后减压蒸发去除丙酮得到固含量为65wt％的聚氨酯水乳液，其中，多苯基多亚甲基多异氰酸酯、聚醚二元醇2000、二羟甲基丙酸、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯、二丁基二月桂酸锡的重量比为50:45:3:1:1:0.05。
上述红外反射油漆的制备方法：包括如下步骤：将聚氨酯水乳液、改性氧化锌、分散剂Coadis123K混匀得到红外反射油漆。
实施例3
一种红外反射油漆，其原料按重量份包括：聚氨酯水乳液78份、改性氧化锌22份、分散剂Coadis123K2份；
其中，在改性氧化锌的制备过程中，将粒径为10μm的巯丙基三甲氧基硅烷改性氧化锌与质量分数为20wt％的过氧化氢水溶液混匀，升温至40℃搅拌氧化反应1.5h，过滤，水洗，干燥得到带负电荷的氧化锌颗粒；
将带负电荷的氧化锌颗粒的水分散液与0.1mol/L氯化锌水溶液混匀，用盐酸调节pH＝3.5，静置9h，过滤，水洗，干燥，然后升温至600℃煅烧3h得到中间颗粒；将中间颗粒加入质量分数为5wt％的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷乙醇水溶液中，升温至60℃，保温搅拌3h，过滤，洗涤，干燥，得到改性氧化锌；
在聚氨酯水乳液的制备过程中，将聚醚二元醇2000、二羟甲基丙酸、二丁基二月桂酸锡混匀，在氮气保护下，加入多苯基多亚甲基多异氰酸酯，升温至75℃反应3.5h，加入丙酮调节粘度，然后加入N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷继续反应30min，用三乙胺调节pH至中性，然后加入1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯继续反应30min，然后加水剪切乳化，然后减压蒸发去除丙酮得到固含量为60wt％的聚氨酯水乳液，其中，多苯基多亚甲基多异氰酸酯、聚醚二元醇2000、二羟甲基丙酸、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯、二丁基二月桂酸锡的重量比为48:43:4:2.5:2.5:0.05。
上述红外反射油漆的制备方法：包括如下步骤：将聚氨酯水乳液、改性氧化锌、分散剂Coadis123K混匀得到红外反射油漆。
对比例1
将“改性氧化锌”替换成“巯丙基三甲氧基硅烷改性氧化锌”，其他同实施例3。
对比例2
将“改性氧化锌”替换成“实施例3中的中间颗粒”，其他同实施例3。
对比例3
聚氨酯水乳液制备中，不含N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，其他同实施例3。
对比例4
聚氨酯水乳液制备中，不含1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯，其他同实施例3。
取实施例1-3和对比例1-4制得的油漆分别涂覆于清洗干净且表面粗糙的钢板上，烘干得到厚度为20μm左右的漆膜，检测漆膜的各项性能。结果如表1所示。
参照JG/T235-2008检测隔热温差。参照GB/T6739-2022检测铅笔硬度。参照GB/T9286-2021检测附着力，从0级完全没有破损到5级严重破损，对油漆的附着能力进行评级。
表1检测结果
| 检测项目 | 隔热温差℃ | 水接触角° | 铅笔硬度 | 附着力等级 |
| 实施例1 | 8.0 | 162 | 3H | 0 |
| 实施例2 | 7.6 | 159 | 3H | 0 |
| 实施例3 | 7.9 | 161 | 3H | 0 |
| 对比例1 | 7.9 | 91 | 3H | 2 |
| 对比例2 | 7.7 | 105 | 3H | 2 |
| 对比例3 | 7.9 | 99 | 2H | 0 |
| 对比例4 | 7.7 | 160 | 2H | 2 |
由表1可以看出：相比于对比例1-3，本发明所述油漆涂膜具有良好的红外反射、隔热性能，并且水接触角远大于对比例1-3，其抗污性能良好，并且本发明所述油漆涂膜的硬度和附着力较好。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种红外反射油漆，其特征在于，其原料按重量份包括：聚氨酯水乳液75-80份、改性氧化锌20-25份；
其中，在改性氧化锌的制备过程中，将巯丙基三甲氧基硅烷改性氧化锌与氧化剂进行氧化反应，固液分离，得到带负电荷的氧化锌颗粒；将带负电荷的氧化锌颗粒与锌盐水溶液混匀，静置，固液分离，干燥，煅烧得到中间颗粒；用含有环氧基团的硅烷偶联剂对中间颗粒进行接枝改性得到改性氧化锌。
2.根据权利要求1所述红外反射油漆，其特征在于，在改性氧化锌的制备过程中，巯丙基三甲氧基硅烷改性氧化锌的粒径为5-15μm；优选地，在改性氧化锌的制备过程中，氧化剂为质量分数为10-20wt％的过氧化氢水溶液；优选地，在改性氧化锌的制备过程中，氧化反应的温度为35-45℃，时间为1-1.5h。
3.根据权利要求1或2所述红外反射油漆，其特征在于，在改性氧化锌的制备过程中，锌盐为无机锌盐；优选地，在改性氧化锌的制备过程中，锌盐水溶液的pH为3-4；优选地，在改性氧化锌的制备过程中，静置8-10h；优选地，在改性氧化锌的制备过程中，煅烧温度为500-600℃，时间为2-3h。
4.根据权利要求1-3任一项所述红外反射油漆，其特征在于，聚氨酯水乳液的合成原料为：二异氰酸酯、聚醚多元醇、二羟甲基丙酸、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯、催化剂。
5.根据权利要求4所述红外反射油漆，其特征在于，二异氰酸酯为多苯基多亚甲基多异氰酸酯；优选地，聚醚多元醇为聚醚二元醇2000；优选地，二异氰酸酯、聚醚多元醇、二羟甲基丙酸、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯、催化剂的重量比为45-50:40-45:3-4:1-3:1-3:0.01-0.05。
6.根据权利要求1-5任一项所述红外反射油漆，其特征在于，在聚氨酯水乳液的制备过程中，将聚醚多元醇、二羟甲基丙酸、催化剂混匀，在惰性气体氛围中，加入二异氰酸酯，进行反应，加入有机溶剂和N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷继续反应，调节pH至中性，加入1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯继续反应，加水乳化，去除有机溶剂得到聚氨酯水乳液。
7.根据权利要求6所述红外反射油漆，其特征在于，在聚氨酯水乳液的制备过程中，加入二异氰酸酯，于70-80℃反应3-4h；优选地，在聚氨酯水乳液的制备过程中，加入有机溶剂和N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷继续反应20-30min；优选地，在聚氨酯水乳液的制备过程中，加入1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯继续反应20-30min。
8.根据权利要求6所述红外反射油漆，其特征在于，在聚氨酯水乳液的制备过程中，有机溶剂为丙酮；优选地，用三乙胺调节pH至中性。
9.根据权利要求1-8任一项所述红外反射油漆，其特征在于，聚氨酯水乳液的固含量为60-65wt％。
10.一种如权利要求1-9任一项所述红外反射油漆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将聚氨酯水乳液和改性氧化锌混匀得到红外反射油漆。
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| CN202311373537.8A CN117645832A (zh) | 2023-10-23 | 2023-10-23 | 一种红外反射油漆及其制备方法 |
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