CN103013241B

CN103013241B - 一种氟碳纳米太阳能隔热反射涂料及制备方法和使用方法

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Publication number: CN103013241B
Application number: CN201210495988.4A
Authority: CN
Inventors: 韩行勇; 邱再明; 于清章; 刘欣; 郭积铖
Original assignee: DALIAN YUXIANG TECHNOLOGY GROUP Co Ltd
Current assignee: Dalian kefeiya Blum new materials Limited by Share Ltd
Priority date: 2012-11-28
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2032-11-28
Also published as: CN103013241A

Abstract

本发明涉及一种氟碳纳米太阳能隔热反射涂料及其制备方法和使用方法，该涂料可用于建筑业的屋顶和玻璃幕墙，石油工业的海上钻井平台、油罐、石油管道，运输业的汽车、火车、飞机表面，造船工业的船壳、甲板，以及兵器及航天工业的坦克、军舰等。按质量百分比计，组份A包括：氟碳树脂40%~70%，纳米TiO₂浓缩浆1%~10%，红外线反射颜料10％～30%，空心微珠3~10%，助剂1%~5％，有机溶剂10%~20%；组份B为交联剂。1）将组分A各种原材料按比例配好，分散、研磨至细度30微米以下；2）将组份A与组份B混合固化制备成氟碳纳米太阳能隔热反射涂料。本发明涂料适合常温干燥或低温烘烤干燥，其形成的涂膜具有反射率高、隔热效果好、高防腐性、高耐候性、高自洁性、低摩擦性等特性。

Description

一种氟碳纳米太阳能隔热反射涂料及制备方法和使用方法

技术领域

本发明涉及隔热反射涂料领域，具体为一种氟碳纳米太阳能隔热反射涂料及其制备方法和使用方法。

背景技术

根据波长的长短，太阳光可以分为紫外线、可见光和红外线。紫外线的波长小于400nm，约占太阳总能量的5%。可见光波长在400nm-760nm，约占太阳总能量的45%。而红外线的波长大于760nm，约占太阳总能量的50%。可见，太阳能主要集中于可见光区和红外区，隔热反射涂料也主要是反射可见光和红外线。

节能高的反射隔热涂料，是在铝基反光隔热涂料基础上发展而来，通过选择合适的树脂、金属或金属氧化物颜、填料及生产工艺，制得高反射率涂层，反射太阳光来达到隔热目的。夏季阳光照在建筑物屋顶上，顶楼房间的室内温度要比楼下房间高出3～5℃。许多发达国家中，喷淋装置、空调、冷气机和电风扇等降温制冷设备所耗用的能量，占全年总能耗的20％以上。采用太阳热反射涂料则可克服或缓解这些问题，因此具有广阔的前景。

据美国一家公司测算，使用太阳热反射涂料可以节约15％～20％的空调费。它的性能特点决定了其目标市场在石油化工领域、粮储仓库部门、建筑业及车辆、船舶的制造业等方面，市场范围相当广泛。

改革开放以来，建筑业、石油工业、运输业、兵器工业等迅速发展，要求使用反射太阳能的新型涂料，以降低暴露在太阳辐射热下的装备表面涂层温度，从而阻止热能传导，达到改善工作环境，提高安全性等目的。目前，国外在太阳热反射涂料的理论研究方面较完善，已广泛应用于很多领域。例如，建筑业的屋顶和玻璃幕墙用热反射涂料、石油工业的海上钻井平台、油罐、石油管道用太阳热反射涂料，运输业的汽车、火车、飞机表面用太阳热反射涂料、造船工业的船壳、甲板用太阳热反射涂料，以及兵器及航天工业的坦克、军舰、火箭、宇宙飞船用太阳热反射涂料。国内研制太阳热反射涂料的报道近几年数量有所增多，现有兰州涂料研究所研制用于火箭液氧贮罐表面的涂料，以防止贮罐温度升高，液氧汽化，热反射率近75%（白色）。华北石油化工建筑材料厂研制的HC太阳能屏蔽防腐涂料，用于石油制品贮罐的热反射涂料，以及天津大学分析中心、北京化工大学材料科学与工程学院、中科院广州太阳研究所、海洋化工研究院等单位，在热反射涂料方面都有报道。

目前，有代表性的产品品牌，如美国的Therma-Cover，德国的ThermoShield，澳大利亚的Insulseal。由于成本较高，目前在国内均没有大量推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种施工作业简单、反射率高、隔热效果好、高防腐性、高耐候性、高自洁性、低摩擦性的双组份氟碳纳米太阳能隔热反射涂料及其制备方法和使用方法，可以提升现有太阳能隔热反射涂料技术的关键性能指标。

本发明的技术方案如下：

一种氟碳纳米太阳能隔热反射涂料，该涂料含有单独包装的组份A和组份B，组份A有氟碳树脂、纳米TiO₂浓缩浆、红外线反射颜料、空心微珠、助剂、有机溶剂，组份B为交联剂；其中，

组份A中各种原料的质量份数为：

氟碳树脂40~70份；纳米TiO₂浓缩浆1~10份；红外线反射颜料10~30份；空心微珠3~10份；助剂1~5份；有机溶剂10~20份；

组份A与组份B的质量比=100：10~15。

所述的氟碳纳米太阳能隔热反射涂料，氟碳树脂由三氟氯乙烯、脂肪酸乙烯酯、羟基乙烯基醚和脂肪族烯酸四元共聚而成。

所述的氟碳纳米太阳能隔热反射涂料，纳米TiO₂浓缩浆由纳米TiO₂、聚合物分散剂和丙二醇甲醚醋酸酯均匀混合而成，按质量比计，纳米TiO₂:聚合物分散剂:丙二醇甲醚醋酸酯＝1:0.1～0.2:2～3，纳米TiO₂的粒度为50-200nm。

所述的氟碳纳米太阳能隔热反射涂料，聚合物分散剂为聚丙烯酸盐聚合物分散剂或聚氨酯嵌段聚合物分散剂。

所述的氟碳纳米太阳能隔热反射涂料，交联剂为缩二脲。

所述的氟碳纳米太阳能隔热反射涂料，机溶剂为醋酸正丁酯、二甲苯、乙二醇***醋酸酯，按质量比1:1:1混合的有机溶剂。

所述的氟碳纳米太阳能隔热反射涂料，助剂是分散剂、流平剂和消泡剂的混合物，分散剂用量为组份A各原料总质量的0.005~0.02倍，流平剂用量为组份A各原料总质量的0.001~0.005倍，消泡剂用量为组份A各原料总质量的0.001~0.007倍。

所述的氟碳纳米太阳能隔热反射涂料的制备方法，包括如下步骤：

1）纳米浆的制备

将纳米TiO₂、聚合物分散剂、丙二醇甲醚醋酸酯，按质量比1:（0.1～0.2）:（2～3）混合后，进行纳米珠磨处理3-8遍，制得纳米二氧化钛浆；

2）组份A的制备

按组份A配方质量比，在容器中加入氟碳树脂的40-60wt%、纳米TiO₂浓缩浆、助剂中的分散剂、有机溶剂的20-40wt%，搅拌均匀后加入红外线反射颜料、空心微珠，预分散、研磨，至细度30微米以下；再加入剩余的氟碳树脂和其他助剂，并用剩余的有机溶剂调节粘度至200-2000mPa·s，搅拌均匀后经200目筛网过滤得组份A；

3）氟碳纳米太阳能隔热反射涂料的制备

将组份A与组份B按比例均匀混合，经各项技术指标检验合格后计量包装。

所述的氟碳纳米太阳能隔热反射涂料的使用方法，该涂料采用喷涂或刷涂施工，干燥条件为：常温自干或低温烘烤，烘烤温度：80℃~105℃，烘烤时间：60~120分钟。

本发明中，原材料如下：

1、氟碳树脂：是由三氟氯乙烯、脂肪酸乙烯酯、羟基乙烯基醚和脂肪族烯酸四元共聚而成的氟碳树脂（如：台湾长兴公司的ETERFLON4101树脂），产品指标：羟值60mgKOH/g，固体含量60%；其它公司生产的氟碳树脂，只要性能指标合格，亦可采用。

2、纳米TiO₂浓缩浆：可以采用中科纳米涂料技术（苏州）有限公司生产的Nanos1000型纳米氧化钛浓缩浆。其中，聚合物分散剂为聚羧酸盐聚合物分散剂或聚氨酯嵌段聚合物分散剂，如：英国ICI公司的Solsperse-2000或Solsperse-4000，德国毕克化学公司的Disperbyk180等。

3、红外线反射颜料为：美国薛特颜料公司（The Sheoherd Color Company）的ARCTIC酷冷系列红外线反射无机颜料，如：黄Yellow10C112颜料、棕Brown157、蓝Blue424、绿Green187B、黑Black411A等，或者美国福禄公司（Ferro）的Cool Color&Eclipse系列红外线反射无机颜料，也可以选用其它公司性能相当的红外线反射颜料，只要性能指标合格，亦可采用。如：钛镍锑黄、钛镍黄或绿光钛黄等。

4、空心微珠为：上海格润亚纳米材料有限公司的空心微珠（Cenospheres）产品，也可以选用其它公司性能相当的空心微珠（Cenospheres）产品，只要性能指标合格，亦可采用；空心微珠主要成分是二氧化硅（55-65wt%）和三氧化二铝（26-35wt%），经过1400℃高温烧制分选而成，直径在5-300微米之间。

5、助剂是分散剂、流平剂和消泡剂的混合物，分散剂、流平剂和消泡剂为涂料领域常用助剂，如：海明斯特殊化学（ELEMENTIS SPECIALTIES）公司产品，其中：

（1）分散剂，成份为聚合物，聚合物可以为聚羧酸、聚羧酸盐或聚丙烯酸等润湿分散剂，如：海明斯特殊化学公司（ELEMENTIS SPECIALTIES）的Disponer9250或NUOSPERSE FX9086润湿分散剂，用量为组份A各原料总质量的0.005~0.02倍；

（2）流平剂，成份为氟改性丙烯酸酯共聚物，如：海明斯特殊化学（ELEMENTIS SPECIALTIES）公司的Levelol837丙烯酸酯流平剂，用量为组份A各原料总质量的0.001~0.005倍；

（3）消泡剂，成份为聚醚改性聚硅氧烷，如：海明斯特殊化学（ELEMENTISSPECIALTIES）公司的Dedom5300或Dedom5400聚硅氧烷溶剂型消泡剂，用量为组份A各原料总质量的0.001~0.007倍。

6、交联剂为缩二脲，如：德国BAYER公司的DESMODEYN75等。

本发明相比现有太阳能隔热反射涂料技术具有如下优点：

1、本发明氟碳纳米太阳能隔热反射涂料，通过引入氟碳树脂与纳米TiO₂浓缩浆、高性能红外线反射颜填料，比传统的太阳能隔热反射涂料性能有重大提升，主要体现在其形成的涂膜具有反射率高、隔热效果好、高防腐性、高耐候性、高自洁性、低摩擦性等优势。

2、本发明氟碳纳米太阳能隔热反射涂料，可用于建筑业的屋顶和玻璃幕墙，石油工业的海上钻井平台、油罐、石油管道，运输业的汽车、火车、飞机表面，造船工业的船壳、甲板，以及兵器及航天工业的坦克、军舰等。

3、本发明氟碳纳米太阳能隔热反射涂料，适合常温干燥或低温烘烤干燥，其形成的涂膜具有反射率高、隔热效果好、高防腐性、高耐候性、高自洁性、低摩擦性等特性。

本发明氟碳纳米太阳能隔热反射涂料，具有如下特点：

1、施工工艺简单，可喷涂、辊涂、刷涂；

2、涂膜反射率高、隔热效果好；

3、耐盐雾性和耐老化性优异；

4、漆膜表面自洁性高、抗污性好，易清洗；

5、漆膜表面摩擦性低。

具体实施方式

下面通过实施例和比较例对本发明加以进一步说明，但本发明不只限于这些实施例。

实施例1

在500ml的烧杯中，加入氟碳树脂ETERFLON4101（台湾长兴公司）35克，纳米TiO₂浓缩浆【中科纳米涂料技术（苏州）有限公司】3克，分散剂（助剂）NUOSPERSE FX9086【海明斯特殊化学（ELEMENTIS SPECIALTIES）公司】1g，混合溶剂3g，搅拌均匀后加入红外线反射颜料黄Yellow10C112【美国薛特颜料公司Shepherd】20g，空心微珠【上海格润亚纳米材料有限公司】5g，预分散、研磨，达到规定细度30μm时，按配方量加入剩余ETERFLON4101氟碳树脂25g和流平剂Levelol837【海明斯特殊化学（ELEMENTIS SPECIALTIES）公司】0.2g、消泡剂Dedom5400【海明斯特殊化学（ELEMENTIS SPECIALTIES）公司】0.3g及混合溶剂7.5g调节粘度至300-400mPa·s，搅拌均匀后经200目筛网过滤得组份A；将组份A与组份B【DESMODEYN75，德国BAYER公司】按质量比例100:10配比均匀混合，经各项技术指标检测，检验合格后计量包装。

本实施例中，纳米TiO₂浓缩浆可以为纳米TiO₂、聚合物分散剂Solsperse-4000【英国ICI公司】和丙二醇甲醚醋酸酯均匀混合而成，按质量比计，纳米TiO₂:聚合物分散剂:丙二醇甲醚醋酸酯=1:0.2:3，纳米TiO₂的粒度为50-100nm。

本实施例中，混合溶剂为醋酸正丁酯、二甲苯、乙二醇***醋酸酯，按质量比1:1:1混合的有机溶剂。

本实施例中，涂料采用喷涂或刷涂施工，干燥条件为：常温自干或低温烘烤，烘烤温度：90℃，烘烤时间：90分钟。

实施例2~5

操作步骤和反应条件同实施例1，原料具体用量如表1。制得的氟碳纳米太阳能隔热反射涂料，性能如表2。

表1.实施例1~5原料配比（wt/wt）

原料名称	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						ETERFLON4101氟碳树脂，g	60	60	40	45	70
纳米TiO₂浓缩浆，g	3	3	10	8	5
						分散剂NUOSPERSE FX9086，g	1	1	1	1	1
黄Yellow10C112颜料，g	20	-	-	-	-
						棕Brown157，g	-	20	-	-	-
蓝Blue424，g	-	-	30	-	-
						绿Green187B，g	-	-	-	25	-
黑Black411A，g	-	-	-	-	10
						空心微珠，g	5	5	8	10	3
流平剂Levelol837，g	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2
						消泡剂Dedom5400，g	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3
混合溶剂，g	10.5	10.5	10.5	10.5	10.5
						交联剂DESMODEYN75，g	10	10	10	15	12

表2.漆膜性能测试数据

比较例1~4

操作步骤和反应条件同实施例1，原料用量如表3。制得的氟碳纳米太阳能隔热反射涂料，性能比较如表4。

表3.比较例1~4原料配比wt/wt

原料名称	比较例1	比较例2	比较例3	比较例4
					ETERFLON4101氟碳树脂，g	60	60	60	-
ETERAC7328-ST-50丙烯酸多元醇树脂，g	-	-	-	60
					纳米TiO₂浓缩浆，g	-	3	3	3
分散剂NUOSPERSE FX9086，g	1	1	1	1
					红外线反射颜料/黄Yellow10C112颜料，g	20	20	-	20
普通颜料/中铬黄颜料，g	-	-	20	-
					空心微珠，g	5	-	5	5
流平剂Levelol837，g	0.2	0.2	0.2	0.2
					消泡剂Dedom5400，g	0.3	0.3	0.3	0.3
混合溶剂，g	13.5	15.5	10.5	10.5
					交联剂DESMODEYN75，g	10	10	10	10

表4.涂膜性能测试数据

以上结果表明：

1、由氟碳树脂作为成膜物质，使用红外线反射颜料与空心微珠，不添加纳米TiO₂浓缩浆，漆膜的接触角下降，表面能增加，自洁性下降；反射隔热效果略有下降，变化不大；耐盐雾性和耐人工老化性下降；

2、由氟碳树脂作为成膜物质，使用红外线反射颜料与纳米TiO₂浓缩浆，不添加空心微珠，漆膜的反射隔热效果下降较明显，其它性能基本无变化；

3、由氟碳树脂作为成膜物质，使用普通着色颜料、不使用红外线反射颜料，添加纳米TiO₂浓缩浆与空心微珠，漆膜的反射隔热效果下降很大，其它性能基本无变化；

4、由普通丙烯酸多元醇树脂作为成膜物质，使用红外线反射颜料与空心微珠，添加纳米TiO₂浓缩浆，漆膜的接触角下降，表面能增加，自洁性下降；反射隔热效果略有下降，变化不大；耐酸性、耐碱性、耐盐雾性和耐人工老化性下降较大；

5、使用不同种类红外线反射颜料，漆膜的反射隔热效果相差较大。

综上所述，本发明产品可作为高性能太阳能隔热反射涂料，应用于建筑业的屋顶和玻璃幕墙，石油工业的海上钻井平台、油罐、石油管道，运输业的汽车、火车、飞机表面，造船工业的船壳、甲板，以及兵器及航天工业的坦克、军舰等领域。

Claims

1.一种氟碳纳米太阳能隔热反射涂料，其特征在于，该涂料含有单独包装的组份A和组份B，组份A有氟碳树脂、纳米TiO₂浓缩浆、红外线反射颜料、空心微珠、助剂、有机溶剂，组份B为交联剂；其中，

组份A中各种原料的质量份数为：

氟碳树脂40～70份；纳米TiO₂浓缩浆1～10份；红外线反射颜料10～30份；空心微珠3～10份；助剂1～5份；有机溶剂10～20份；

组份A与组份B的质量比＝100：10～15；

氟碳树脂由三氟氯乙烯、脂肪酸乙烯酯、羟基乙烯基醚和脂肪族烯酸四元共聚而成；

红外线反射颜料为美国薛特颜料公司的ARCTIC酷冷系列红外线反射无机颜料：黄Yellow 10C112颜料、棕Brown 157、蓝Blue424、绿Green187B或黑Black 411A；或者，红外线反射颜料为钛镍锑黄、钛镍黄或绿光钛黄；

纳米TiO₂浓缩浆由纳米TiO₂、聚合物分散剂和丙二醇甲醚醋酸酯均匀混合而成，按质量比计，纳米TiO₂:聚合物分散剂:丙二醇甲醚醋酸酯＝1:0.1～0.2:2～3，纳米TiO₂的粒度为50-200nm，聚合物分散剂为聚丙烯酸盐聚合物分散剂或聚氨酯嵌段聚合物分散剂；

交联剂为缩二脲；

有机溶剂为醋酸正丁酯、二甲苯、乙二醇***醋酸酯，按质量比1:1:1混合的有机溶剂。

2.根据权利要求1所述的氟碳纳米太阳能隔热反射涂料，其特征在于，助剂是分散剂、流平剂和消泡剂的混合物，分散剂用量为组份A各原料总质量的0.005～0.02倍，流平剂用量为组份A各原料总质量的0.001～0.005倍，消泡剂用量为组份A各原料总质量的0.001～0.007倍。

3.根据权利要求1所述的氟碳纳米太阳能隔热反射涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)纳米TiO₂浓缩浆的制备

将纳米TiO₂、聚合物分散剂、丙二醇甲醚醋酸酯，按质量比1:(0.1～0.2):(2～3)混合后，进行纳米珠磨处理3-8遍，制得纳米二氧化钛浓缩浆；

2)组份A的制备

按组份A配方质量比，在容器中加入氟碳树脂的40-60wt％、纳米TiO₂浓缩浆、助剂中的分散剂、有机溶剂的20-40wt％，搅拌均匀后加入红外线反射颜料、空心微珠，预分散、研磨，至细度30微米以下；再加入剩余的氟碳树脂和其他助剂，并用剩余的有机溶剂调节粘度至200-2000mPa·s，搅拌均匀后经200目筛网过滤得组份A；

3)氟碳纳米太阳能隔热反射涂料的制备

4.根据权利要求1所述的氟碳纳米太阳能隔热反射涂料的使用方法，其特征在于，该涂料采用喷涂或刷涂施工，干燥条件为：常温自干或低温烘烤，烘烤温度：80℃～105℃，烘烤时间：60～120分钟。