CN102942841B - 一种用于玻璃基材的透明隔热涂料体系 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于玻璃基材的透明隔热涂料体系，所述涂料体系为由单独制备的底涂和面涂构成的双层涂料体系，面涂涂覆在底涂上，其中，所述底涂中各组分及质量份数配比如下：硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂0.05~3份，水解催化剂0.2~5份，溶剂95~99份；所述面涂为紫外光固化涂层，面涂中各组分及质量份数配比如下：光固化树脂50~80份、活性稀释剂5~35份、光引发剂1~8份、氧化锡锑或氧化铟锡纳米隔热粉体浆料5~35份、惰性稀释剂100~140份、流平剂0.01~0.15份。本发明的涂料体系可通过常规的成膜方法成膜，流平后膜层经紫外灯辐照可于几秒内固化。该涂料体系具有高硬度，优异的附着力和耐水性。

Description

一种用于玻璃基材的透明隔热涂料体系

技术领域

本发明涉及一种玻璃基材用的涂料，具体是指一种用于玻璃基材的透明隔热涂料体系。

技术背景

透明隔热涂层一般涂覆在透明玻璃表面，能够强烈吸收紫外光，透过大部分可见光，对近红外线有较高的反射率，从而对其所围护的内部空间，如室内、车内等，达到隔热节能的目的，在能源供应日益紧张和环境污染加重的今天具有重要的经济及社会效益。

早期的透明隔热涂层是通过气相沉积法在玻璃表面蒸镀一层或多层诸如金、银、铜、锡、铬、钛等金属薄膜。这种镀膜隔热节能效果明显，但对可见光反射率高，应用在高层建筑幕墙玻璃上会引发所谓的“光污染”问题。此外，气相沉积法设备投资大，生产能耗高，不能现场施工。

将金属蒸镀在聚酯薄膜表面，然后在蒸镀面贴合上另一层聚酯薄膜，再涂上耐磨层和安装胶制成透明隔热贴膜，施工时直接贴到玻璃表面。采用此法不仅能改善建筑物节能效果，同时还能提高建筑玻璃安全性，目前在既有建筑玻璃节能改造工程中是较为可行的技术手段。但缺点是其价格昂贵，容易刮花，目前主要用在高档宾馆、高级写字楼及汽车玻璃上，在普通建筑上很难大面积使用。

纳米透明隔热涂料是近几年发展起来的一种高科技产品。它是将具有隔热功能的ITO、ATO等透明导电氧化物（TCO）纳米粉体均匀混合于透明基体树脂中，并加入一定的稳定剂、流平剂等助剂，制得具有一定稳定储存期的透明隔热涂料，施工时涂覆于玻璃上，经溶剂挥发或固化反应制成透明隔热薄膜。纳米透明隔热涂料的制备重点在于透明基体成膜树脂的选择。根据所选择树脂成膜机理不同，纳米透明隔热涂料可分为挥发、热固化及光固化三种。

溶剂型隔热涂料的树脂主要为有机溶剂型和水分散型。溶剂型体系成膜时会造成空气污染，不环保；而水分散体系成膜速度慢，所成膜硬度低，不抗划伤。热固化隔热涂料所成膜硬度高附着力佳，综合性能优异，缺点是加热能耗较高，很难进行现场施工。

申请号为200410014672.4的专利文献公开了一种纳米透明隔热复合涂料及其该涂料的隔热效果测试装置，涂料由聚氨酯树脂，聚硅氧烷树脂，聚丙烯酸树脂，纳米氧化铟锡（ITO）粉体，纳米氧化锡锑（ATO）粉体，涂料助剂和稀释剂等组成。该涂料具有，透明，屏蔽红外线隔热等特点。但该专利文献所述涂料表面硬度不够，为H，附着力较差，为3级。

申请号为201110092748.5的专利文献公开了一种紫外光固化的纳米透明隔热复合涂料。但该专利申请的产品涂料涂层硬度不足（2H），为给出涂层附着力及耐水性能方面数据。

光固化隔热涂料可在紫外光辐照下，于室温下数秒钟之内固化成膜，固化速度快，既适合工厂流水线工艺流程，又可现场施工，且能耗低。但光固化涂层内应力大，硬度高则附着力大大下降；保证附着力则涂层硬度不够。另外，目前光固化涂层的耐水性不够。这些因素大大限制了其市场化应用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有玻璃透明隔热涂料的不足和缺陷，提供一种用于玻璃基材的透明隔热涂料体系，该涂料体系具有高硬度，优异的附着力和耐水性。

本发明的上述目的通过如下技术方案来实现的：一种用于玻璃基材的透明隔热涂料体系，其特征在于：所述涂料体系为由单独制备的底涂和面涂构成的双层涂料体系，面涂涂覆在底涂上，其中，所述底涂中各组分及质量份数配比如下：硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂0.05~3份，水解催化剂0.2~5份，溶剂95~99份；所述面涂为紫外光固化涂层，面涂中各组分及质量份数配比如下：光固化树脂50~80份、活性稀释剂5~35份、光引发剂1~8份、氧化锡锑或氧化铟锡纳米隔热粉体浆料5~35份、惰性稀释剂100~140份、流平剂0.01~0.15份。

本发明的底涂是活化的硅烷或钛酸酯偶联剂醇溶液，其作用是将无机基材和有机面涂体系通过化学键或分子链间缠绕链接起来，提高整个涂层体系的附着力和耐水性；面涂是光固化涂料，其中添加有起到隔热功能的ATO或ITO纳米粉体，面涂的主要作用是作为隔热功能纳米粉体的分散承载基体，为整个涂层体系提供高的表面硬度。

本发明中，所述硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂需预先水解，所述的水解催化剂为盐酸、磷酸、醋酸、乙二酸、丁酸、衣康酸、马来酸中的一种。

本发明中，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、γ-氯丙基三乙氧基硅烷、γ-氯丙基三甲氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷、阳离子型乙烯基苄基硅烷中的一种或几种。

本发明中，所述钛酸酯偶联剂为异丙基三异酞酰钛酸酯、异丙基十二烷基苯磺酰钛酸酯、异丙基三（二辛基焦磷酸酯）钛酸酯、四异丙基双（二辛基亚磷酸酯）钛酸酯、四辛基双[二（十二烷基）亚磷酸酯]钛酸酯、四（2,2二烯丙氧甲基-1-丁基）双[二（十三烷基）亚磷酸酯]钛酸酯、双（二辛基焦磷酸酯）氧乙酸酯钛酸酯、双（二辛基焦磷酸酯）乙撑钛酸酯、异丙基三辛酰钛酸酯、异丙基二甲基丙烯酸异硬酯酰钛酸酯、异丙基异硬酯酰二丙烯酰钛酸酯、异丙基三（二辛基磷酸酯）钛酸酯、异丙基三枯基苯基钛酸酯、异丙基三（N-氨乙基-氨乙基）钛酸酯、二枯基苯基氧乙酸酯钛酸酯、二硬脂酰乙撑钛酸酯、异丙基三（甲基丙烯酰）钛酸酯、异丙基三丙烯酰钛酸酯中的一种。

本发明中，底涂所用溶剂为去离子水、乙醇和异丙醇中的一种或它们的混合物。

本发明中，所述底涂加有质量份数为0.1~5的β-二羰基化合物乙酰乙酸乙酯或乙酰丙酮，用以稳定硅烷或钛酸酯偶联剂的水解产物。

本发明中，所述惰性稀释剂为乙醇，用以调整涂料施工性能，同时还起到消泡作用。

本发明中，所述光固化树脂为环氧丙烯酸树脂，氯化聚酯丙烯酸酯或多官能聚氨酯丙烯酸树脂中的一种或几种。

本发明中，所述活性稀释剂为甲基丙烯酸羟乙酯、2（2-乙氧基乙氧基）乙基丙烯酸酯、二缩丙二醇二丙烯酸酯、三缩丙二醇二丙烯酸酯、丙二醇二丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、丙三醇三丙烯酸酯、丙氧基丙三醇三丙烯酸酯、丙氧基新戊二醇二丙烯酸酯、三羟甲基三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、环己烷二甲醇二丙烯酸酯、烷氧化环己烷二甲醇二丙烯酸酯、双酚A二丙烯酸酯、烷氧化双酚A二丙烯酸酯、三环葵烷二甲醇二丙烯酸酯、三（2-羟乙基）异氰尿酸三丙烯酸酯中的一种或几种。

本发明中，所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、2，4，6，-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化磷、2-甲基-1-[4-甲硫基苯基]-2-吗啉基-1-丙酮、2-二甲氨基-2-苄基-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮、异丙基硫杂蒽酮、活性氨中的一种或几种。

本发明中，所述流平剂采用现有常规的流平剂即可，如采用低分子量有机硅树脂，型号如BYK307、BYK310、BYK333、BYK344、BYK300等、或采用丙烯酸酯齐聚物，型号如BYK354、BYK356、BYK381、BYK390等中的任一种即可。

与现有技术相比，本发明的涂料体系包含快干型底涂和光固化面涂复合的双层涂料体系，用过快干型底涂配合以光固化面涂，使之既保留了光固化涂料的瞬间固化、能耗低、施工灵活的特点，同时又解决了光固化涂层硬度和附着力难以兼顾的问题，同时大大提高了其耐水性，使所制备的透明隔热涂层的各项性能均能满足实际应用需求。该涂料体系的底涂施工方便，施涂后1~2min可自干，涂层厚度为0.1~1μm；光固化面涂施涂后经3~5min的流平干燥后，紫外光照数秒钟即可固化，膜厚为7~20μm。所得到的双层透明隔热膜在玻璃上附着力可达0~1级，硬度为4~6H，室温下浸水一周膜层不起泡，不脱落。涂膜后玻璃可见光平均透过率高于70%，红外线阻隔率可达75%，隔热效果显著，可将室内温度降低最高7°C，同时又不影响室内采光。

具体实施方式

以下提供具体实施例对本发明作进一步说明。实施例仅是对本发明的实施过程的详细描述，并不对本发明范围有任何限制。

实施例1

一种用于玻璃基材的透明隔热涂料体系，该涂料体系为由单独制备的底涂和面涂构成的双层涂料体系，面涂涂覆在底涂上形成双层涂层，其中，底涂制备：向搅拌容器中依次加入987g 95%的乙醇和10g醋酸，搅拌均匀后滴加3gγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，滴加完毕后继续搅拌30分钟即可。

面涂制备：向搅拌釜中依次加入环氧丙烯酸酯树脂4.69kg，氯化聚酯丙烯酸酯0.35kg，丙氧基新戊二醇二丙烯酸酯1.4kg，2（2-乙氧基乙氧基）乙基丙烯酸酯0.35kg，光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮0.21kg，搅拌均匀后再加入30wt%固含量的氧化锡锑纳米粒子醇分散液2.0kg，流平剂BYK356 10g，95%乙醇11kg，最后低速搅拌1小时即可。

实施方式：采用喷涂工艺法先在洁净的玻璃基材表面施涂底涂，室温干燥3~5分钟后再施涂面涂，干燥流平5分钟后用3000W紫外光辐照约15s使面涂固化。所得固化涂层附着力为0级，表面硬度为4H，在室温下浸泡于水中7天涂层不起泡、不脱落。涂膜后玻璃可见光平均透过率为73%，红外阻隔率79%，最高可将室内温度降低5°C。

实施例2

一种用于玻璃基材的透明隔热涂料体系，包括面涂和底涂，其中，底涂制备：向搅拌容器中加入990g去离子水，搅拌情况下滴加10gγ-氨丙基三乙氧基硅烷，滴加完毕后继续搅拌1小时，室温下陈化24小时。

面涂制备：向搅拌釜中依次加入六官能聚氨酯丙烯酸酯树4.9kg，三缩丙二醇二丙烯酸酯1.4kg，甲基丙烯酸羟乙酯0.49kg，光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮0.21kg，搅拌均匀后再加入30wt%固含量的氧化铟锡纳米粒子醇分散液1.8kg，流平剂BYK 354 10g，95%乙醇11.2kg，最后低速搅拌1小时即可。

实施方式：采用滚涂法先在洁净的玻璃基材表面施涂底涂，室温干燥10~20分钟后再施涂面涂，干燥流平5分钟后用3000W紫外光辐照约15s使面涂固化。所得固化涂层附着力为0级，表面硬度为5H，在室温下浸泡于水中7天涂层不起泡、不脱落。涂膜后玻璃可见光平均透过率为77%，红外阻隔率82%，最高可将室内温度降低7°C。

实施例3

一种用于玻璃基材的透明隔热涂料体系，包括面涂和底涂，其中，底涂制备：向搅拌容器中加入99%乙醇780g，乙酰丙酮10g，搅拌情况下滴加由10g异丙基二甲基丙烯酸异硬酯酰钛酸酯、0.4g浓盐酸、200g99%乙醇组成的均相混合物，滴加完毕后继续搅拌1小时，室温下陈化12小时。

面涂制备：向搅拌釜中依次加入六官能聚氨酯丙烯酸酯树4.2kg，三缩丙二醇二丙烯酸酯1.4kg，己二醇二丙烯酸酯0.7kg，丙氧基丙三醇三丙烯酸酯0.3kg，甲基丙烯酸羟乙酯0.3kg，光引发剂异丙基硫杂蒽酮0.14kg，活性氨0.21kg，搅拌均匀后再加入30wt%固含量的氧化铟锡纳米粒子醇分散液1.8kg，流平剂BYK30710g，95%乙醇11.2kg，最后低速搅拌1小时即可。

实施方式：采用滚涂法先在洁净的玻璃基材表面施涂底涂，室温干燥3~5分钟后再施涂面涂，干燥流平5分钟后用3000W紫外光辐照约15s使面涂固化。所得固化涂层附着力为1级，表面硬度为4H，在室温下浸泡于水中7天涂层不起泡、不脱落。涂膜后玻璃可见光平均透过率为76%，红外阻隔率80%，最高可将室内温度降低7°C。

实施例4

一种用于玻璃基材的透明隔热涂料体系，包括面涂和底涂，其中，底涂制备：向搅拌容器中依次加入987g 95%的乙醇和5g马来酸，搅拌均匀后滴加1gγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和2gγ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，滴加完毕后继续搅拌30分钟。

面涂制备：向搅拌釜中依次加入环氧丙烯酸酯树脂4.69kg，6官能聚氨酯丙烯酸树脂0.35kg，三环葵烷二甲醇二丙烯酸酯1.4kg、三（2-羟乙基）异氰尿酸三丙烯酸酯0.35kg，光引发剂异丙基硫杂蒽酮0.1kg、活性氨0.15kg，2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮0.1kg，搅拌均匀后再加入30wt%固含量的氧化锡锑纳米粒子醇分散液2.0kg，流平剂BYK333 10g，95%乙醇11kg，最后低速搅拌1小时即可。

实施方式：采用喷涂工艺法先在洁净的玻璃基材表面施涂底涂，室温干燥3~5分钟后再施涂面涂，干燥流平5分钟后用3000W紫外光辐照约15s使面涂固化。所得固化涂层附着力为0级，表面硬度为6H，在室温下浸泡于水中7天涂层不起泡、不脱落。涂膜后玻璃可见光平均透过率为73%，红外阻隔率79%，最高可将室内温度降低5°C。

Claims (9)

1.一种用于玻璃基材的透明隔热涂料体系，其特征在于：所述涂料体系为由单独制备的底涂和面涂构成的双层涂料体系，面涂涂覆在底涂上，其中，所述底涂中各组分及质量份数配比如下：硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂0.05～3份，水解催化剂0.2～5份，溶剂95～99份；所述面涂为紫外光固化涂层，面涂中各组分及质量份数配比如下：光固化树脂50～80份、活性稀释剂5～35份、光引发剂1～8份、氧化锡锑或氧化铟锡纳米隔热粉体浆料5～35份、惰性稀释剂100～140份、流平剂0.01～0.15份。

2.根据权利要求1所述的用于玻璃基材的透明隔热涂料体系，其特征在于：所述硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂需预先水解，所述的水解催化剂为盐酸、磷酸、醋酸、乙二酸、丁酸、衣康酸、马来酸中的一种。

3.根据权利要求1所述的用于玻璃基材的透明隔热涂料体系，其特征在于：所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、γ-氯丙基三乙氧基硅烷、γ-氯丙基三甲氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷、阳离子型乙烯基苄基硅烷中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的用于玻璃基材的透明隔热涂料体系，其特征在于：所述钛酸酯偶联剂为异丙基三异酞酰钛酸酯、异丙基十二烷基苯磺酰钛酸酯、异丙基三(二辛基焦磷酸酯)钛酸酯、四异丙基双(二辛基亚磷酸酯)钛酸酯、四辛基双[二(十二烷基)亚磷酸酯]钛酸酯、四(2,2二烯丙氧甲基-1-丁基)双[二(十三烷基)亚磷酸酯]钛酸酯、双(二辛基焦磷酸酯)氧乙酸酯钛酸酯、双(二辛基焦磷酸酯)乙撑钛酸酯、异丙基三辛酰钛酸酯、异丙基二甲基丙烯酸异硬酯酰钛酸酯、异丙基异硬酯酰二丙烯酰钛酸酯、异丙基三(二辛基磷酸酯)钛酸酯、异丙基三枯基苯基钛酸酯、异丙基三(N-氨乙基-氨乙基)钛酸酯、二枯基苯基氧乙酸酯钛酸酯、二硬脂酰乙撑钛酸酯、异丙基三(甲基丙烯酰)钛酸酯、异丙基三丙烯酰钛酸酯中的一种。

5.根据权利要求1所述的用于玻璃基材的透明隔热涂料体系，其特征在于：底涂所用溶剂为去离子水、乙醇和异丙醇中的一种或它们的混合物。

6.根据权利要求1所述的用于玻璃基材的透明隔热涂料体系，其特征在于：所述惰性稀释剂为乙醇，用以调整涂料施工性能，同时还起到消泡作用。

7.根据权利要求1所述的用于玻璃基材的透明隔热涂料体系，其特征在于：所述光固化树脂为环氧丙烯酸树脂，氯化聚酯丙烯酸酯或多官能聚氨酯丙烯酸树脂中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的用于玻璃基材的透明隔热涂料体系，其特征在于：所述活性稀释剂为甲基丙烯酸羟乙酯、二(2-乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯、二缩丙二醇二丙烯酸酯、三缩丙二醇二丙烯酸酯、丙二醇二丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、丙三醇三丙烯酸酯、丙氧基丙三醇三丙烯酸酯、丙氧基新戊二醇二丙烯酸酯、三羟甲基三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、环己烷二甲醇二丙烯酸酯、烷氧化环己烷二甲醇二丙烯酸酯、双酚A二丙烯酸酯、烷氧化双酚A二丙烯酸酯、三环葵烷二甲醇二丙烯酸酯、三(2-羟乙基)异氰尿酸三丙烯酸酯中的一种或几种。

9.根据权利要求1所述的用于玻璃基材的透明隔热涂料体系，其特征在于：所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、2，4，6，-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化磷、2-甲基-1-[4-甲硫基苯基]-2-吗啉基-1-丙酮、2-二甲氨基-2-苄基-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮、异丙基硫杂蒽酮、活性氨中的一种或几种。