CN103709871A - 纳米水性隔热涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米水性隔热涂料，其特征在于：所述纳米水性隔热涂料按质量百分比组成如下：自来水10～20％、水性丙烯酸乳液45～55％、高折光指数颜料10～15％、填料3～5％、隔热材料2～15％、润湿剂0.1～0.3％、分散剂A0.5～1.5％、流平剂0.1～0.2％、防冻剂1～2％、消泡剂0.1～0.3％、成膜助剂1～3％、增稠剂0.2～0.6％、防霉杀菌剂0.05～0.2％、水性纳米浆料1～10％。本发明的有益效果是：涂层厚度较小，附着力好，抗冲击强度大，综合性能良好；太阳光反射率与半球发射率均较高，隔热性能佳；施工简单易行，可直接喷涂；与溶剂型涂料相比，VOC含量大大降低，环保性极强。

Description

纳米水性隔热涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种纳米水性隔热涂料及其制备方法，属于隔热涂料技术领域。

背景技术

随着社会的快速发展，人们越来越意识到能源与环境将成为制约未来社会发展的问题，因此，如何减少能耗、减少环境污染已成为急需解决的问题。在发达国家中建筑能耗通常在社会总能源消耗中占30%～40%左右，而就我国而言，根据国家***公布的数据，全国每年新增的20亿m²建筑面积中80%属高能耗建筑,现有的430亿m²建筑面积中高能耗建筑的比例更高达95%;并且与同等气候条件的国家相比,我国住宅类建筑的单位面积使用能耗要高出2～3倍。随着我国经济建设快速发展，建筑能源消耗呈现出逐年增长的趋势。因此建筑节能的潜力十分巨大。而隔热涂料是节约建筑能源的一个重要方法。

隔热涂料根据隔热机理可分为三类：阻隔型、反射型和辐射型。阻隔型涂料主要采用具有低导热系数特性的填料，目前应用最多的是空心玻璃或陶瓷微珠。而反射型隔热涂料主要通过提高对可见光和近红外波段太阳光的反射率来达到降温的目的。辐射型隔热涂料则是以外辐射方式把吸收的能量辐射出去而起到隔热作用，用得比较多的是过渡金属或非金属氧化物，如氧化锆、氧化铝、氧化铁等。红外辐射填料的超细化、纳米化是提高其发射率的一种手段。而纳米粒子由于粒径小、比表面积大、表面能高的特点，导致纳米粒子极易团聚，难以直接应用于涂料中。

发明内容

本发明为了克服现有技术存在的不足，提供一种纳米水性隔热涂料及其制备方法。

本发明可以通过采取以下技术方案予以实现：

一种纳米水性隔热涂料，所述纳米水性隔热涂料按质量百分比组成如下：自来水10～20％、水性丙烯酸乳液45～55％、高折光指数颜料10～15％、填料3～5％、隔热材料2～15％、润湿剂0.1～0.3％、分散剂A0.5～1.5％、流平剂0.1～0.2％、防冻剂1～2％、消泡剂0.1～0.3％、成膜助剂1～3％、增稠剂0.2～0.6％、防霉杀菌剂0.05～0.2％、水性纳米浆料1～10％。

在上述基础上，本发明所述水性纳米浆料按质量百分比组成如下：纳米二氧化钛/纳米氧化锆10～30％、自来水60～80％、分散剂B1～15％、湿润剂0.1～0.3％、消泡剂0.1～0.3％、防沉剂0.1～0.3％。

本发明所述防沉剂为膨润土或气相二氧化硅。

本发明所述分散剂B为阴离子型高分子分散剂、非离子型高分子分散剂、无机分散剂之一或者多种混配，其作用为利用静电作用、空间位阻作用等原理，将纳米颗粒分散于水中，形成分散均匀、稳定的体系。其中阴离子型高分子分散剂包括聚丙烯酸铵盐、聚丙烯酸钠盐、聚羧酸钠盐等，如德国BYK化学公司的Disperbyk191、Disperbyk192、美国罗门哈斯公司的Orotan731A、深圳海川化工有限公司的Hydropalat3275等。非离子型高分子分散剂包括聚氧乙烯、多元醇等，如德国科莱恩公司的2774、PTS等。无机分散剂则指六偏磷酸钠。

本发明所述水性丙烯酸乳液为水性纯丙烯酸酸聚合乳液、水性苯乙烯－丙烯酸共聚乳液或/和水性有机硅-丙烯酸共聚乳液,如广东顺德巴德富实业有限公司生产的RS－998A是一种是一种苯乙烯/丙烯酸酯共聚而成的聚合物，具有粒子细小、粘度适中的特点，胶膜坚韧而富有弹性，耐水性、耐擦洗和耐碱性好，不含保护胶体。RS-998A乳液应用于涂料的成膜物质，对颜填料有较高的承载力，具有较好的耐候性、优良的附着力和柔韧性；巴德富实业有限公司的RS－996KD则是一种无皂聚合的有机硅－丙烯酸共聚乳液，具有较低的成膜温度，胶膜致密、坚韧、光泽、硬度高、抗污染，与底材附着力强，粘结强度高，耐化学品性、耐候性优异，不黄变。

本发明所述高折光指数颜料为金红石型二氧化钛,选用金红石型二氧化钛作为高折光指数颜料是因为金红石型二氧化钛的折光指数高达2.8，能够有效地反射太阳光。不仅如此，金红石型二氧化钛还具有良好的化学稳定性、耐候性等优点。

本发明所述分散剂A为嵌段高分子共聚物、多价羧酸盐类聚合物、合成高分子类聚合物之一或者多种混合；其中嵌段高分子共聚物，如深圳海川化工有限公司的Hydropalat3275、Hydropalat1080、德国BYK化学公司的Disperbyk180、Disperbyk181、Disperbyk184、Disperbyk190、Disperbyk191、英国Avecia公司的Solsperse12000、Solsperse20000、Solsperse27000等；多价羧酸盐类聚合物，如深圳海川化工有限公司的SN－5027、SN－5034、SN－5040、美国罗门哈斯公司的Orotan731A;合成高分子类聚合物如深圳海川化工有限公司的Hydropalat3204、Hydropalat759、Hydropalat100、台湾德谦公司的DP512、DP518、美国罗门哈斯公司的Orotan1124、Orotan1288等。

本发明所述隔热材料为空心玻璃微珠或/和空心陶瓷微珠，空心玻璃微珠是一种细小密闭的空心球体，添加到涂料中可使涂层形成许多微观的独立绝热腔体，从而大大提高了涂层对热的绝缘性，起到显著的隔热作用。与此同时，空心玻璃微珠还具有耐酸碱、抗辐射、阻燃、绝缘、吸油率低、无毒以及填充率高和流动性好等特点。如3M公司产品S38、S60、IM30K等，分散流动性好、粒度适中、硬度高，可用于水性隔热涂料中。陶瓷空心微珠颜填料的主要成分是TiO2、SiO2和Al2O2，外观为标准的球形，松散，流动性好，中空、有坚硬的外壳。由于陶瓷空心微珠颜填料是颜填一体化材料，其粒径小，相当于普通涂料的细度，因而可以以填料的方式直接加入涂料体系，使涂料固化形成的涂膜具有热反射隔热性能。颜填料表面经过陶瓷化特殊处理后，非常容易分散于水性和油性材料体系中。

本发明所述填料为绢云母、硫酸钡或/和高岭土。

本发明所述成膜助剂为醇酯十二、丙二醇甲醚、丙二醇苯醚其中的一种。

本发明所述增稠剂为缔合型聚氨酯类增稠剂或/和纤维素。

本发明其他助剂如成膜助剂、流平剂、消泡剂等均为水性涂料生产中常用的助剂。

一种纳米水性隔热涂料的制备方法，包括以下步骤：

（1）在400～500r/min转速搅拌条件下，按照纳米水性隔热涂料的总质量百分比依次向容器中加入自来水10～20％、润湿剂0.1～0.3％、分散剂A0.5～1.5％、流平剂0.1～0.2％、防冻剂1～2％、消泡剂0.05～0.15%，搅拌5～10min后，再加入高折光指数颜料10～15％、填料3～5％，然后在转速为2000～3000r/min下，高速分散20～30min，直到细度达到40μm以下，得到颜料浆；

（2）在800～1000r/min转速搅拌条件下，向颜料浆中加入水性纳米浆料1～10％，搅拌5～10min，再加入隔热材料2～15％，搅拌15～20min；将转速降低到400～500r/min，加入消泡剂0.05～0.15%，搅拌5～10min，再加入水性丙烯酸乳液45～55％搅拌10min，然后依次加入防霉杀菌剂0.05～0.2％、成膜助剂1～3％和增稠剂0.2～0.6％，搅拌均匀后得纳米水性隔热涂料。

在上述基础上，本发明所述步骤（2）中的水性纳米浆料的制备过程如下：在400～500r/min转速搅拌条件下，按照水性纳米浆料的总质量百分比依次向容器中加入自来水60～80％、分散剂B1～15％、湿润剂：0.1～0.3％、消泡剂：0.1～0.3％、防沉剂：0.1～0.3％及纳米二氧化钛/纳米氧化锆：10～30％，然后在3000～6000r/min转速下搅拌0.5～1小时，再超声分散10～15min得到水性纳米浆料。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：（1）涂层厚度较小，附着力好，抗冲击强度大，综合性能良好；（2）太阳光反射率与半球发射率均较高，隔热性能佳；（3）施工简单易行，可直接喷涂；（4）与溶剂型涂料相比，VOC含量大大降低，环保性极强。

具体实施方式

实施例1

一种纳米水性隔热涂料，所述纳米水性隔热涂料按质量百分比组成如下：自来水20％、水性丙烯酸乳液55％、高折光指数颜料10％、填料3％、隔热材料7.95％、润湿剂0.1％、分散剂A0.5％、流平剂0.1％、防冻剂1％、消泡剂0.1％、成膜助剂1％、增稠剂0.2％、防霉杀菌剂0.05％、水性纳米浆料1％。其中，所述水性纳米浆料按质量百分比组成如下：纳米二氧化钛30％、自来水60％、分散剂B9.7％、湿润剂0.1％、消泡剂0.1％、防沉剂0.1％；所述防沉剂为膨润土；所述分散剂B为阴离子型高分子分散剂。所述水性丙烯酸乳液为水性纯丙烯酸酸聚合乳液；所述高折光指数颜料为金红石型二氧化钛；所述分散剂A为嵌段高分子共聚物、；所述隔热材料为空心玻璃微珠；所述填料为绢云母；本发明所述成膜助剂为醇酯十二。其制备方法如下：

（1）在400r/min转速搅拌条件下，按照水性纳米浆料的总质量百分比依次向容器中加入自来水60％、分散剂B9.7％、湿润剂：0.1％、消泡剂：0.1％、防沉剂：0.1％及纳米二氧化钛：30％，然后在3000r/min转速下搅拌0.5小时，再超声分散10～15min得到水性纳米浆料

（2）在400r/min转速搅拌条件下，按照纳米水性隔热涂料的总质量百分比依次向容器中加入自来水20％、润湿剂0.1％、分散剂A0.5％、流平剂0.1％、防冻剂1％、消泡剂0.05%，搅拌5min后，再加入高折光指数颜料10％、填料3％，然后在转速为2000r/min下，高速分散20min，直到细度达到40μm以下，得到颜料浆；

（3）在800r/min转速搅拌条件下，向颜料浆中加入水性纳米浆料1％，搅拌5min，再加入隔热材料7.95％，搅拌15min；将转速降低到400r/min，加入消泡剂0.05%，搅拌5min，再加入水性丙烯酸乳液55％搅拌10min，然后依次加入防霉杀菌剂0.05％、成膜助剂1％和增稠剂0.2％，搅拌均匀后得纳米水性隔热涂料。

实施例2

一种纳米水性隔热涂料，所述纳米水性隔热涂料按质量百分比组成如下：自来水13％、水性丙烯酸乳液50％、高折光指数颜料11％、填料3.5％、隔热材料15％、润湿剂0.15％、分散剂A0.8％、流平剂0.15％、防冻剂1.2％、消泡剂0.2％、成膜助剂1.5％、增稠剂0.4％、防霉杀菌剂0.1％、水性纳米浆料3％。其中，所述水性纳米浆料按质量百分比组成如下：纳米氧化锆14.55％、自来水70％、分散剂B15％、湿润剂0.15％、消泡剂0.15％、防沉剂0.15％；所述防沉剂为气相二氧化硅；所述分散剂B为非离子型高分子分散剂；所述水性丙烯酸乳液为水性苯乙烯－丙烯酸共聚乳液；所述高折光指数颜料为金红石型二氧化钛；所述分散剂A为多价羧酸盐类聚合物；所述隔热材料为空心陶瓷微珠；所述填料为硫酸钡；所述成膜助剂为丙二醇甲醚。其制备方法如下：

（1）在500r/min转速搅拌条件下，按照水性纳米浆料的总质量百分比依次向容器中加入自来水70％、分散剂B15％、湿润剂：0.15％、消泡剂：0.15％、防沉剂：0.15％及纳米氧化锆：14.55％，然后在6000r/min转速下搅拌1小时，再超声分散15min得到水性纳米浆料

（2）在500r/min转速搅拌条件下，按照纳米水性隔热涂料的总质量百分比依次向容器中加入自来水13％、润湿剂0.15％、分散剂A0.8％、流平剂0.15％、防冻剂1.2％、消泡剂0.1%，搅拌10min后，再加入高折光指数颜料11％、填料3.5％，然后在转速为3000r/min下，高速分散30min，直到细度达到40μm以下，得到颜料浆；

（3）在1000r/min转速搅拌条件下，向颜料浆中加入水性纳米浆料3％，搅拌10min，再加入隔热材料15％，搅拌20min；将转速降低到500r/min，加入消泡剂0.1%，搅拌10min，再加入水性丙烯酸乳液50％搅拌10min，然后依次加入防霉杀菌剂0.1％、成膜助剂1.5％和增稠剂0.4％，搅拌均匀后得纳米水性隔热涂料。

实施例3

一种纳米水性隔热涂料，所述纳米水性隔热涂料按质量百分比组成如下：自来水15％、水性丙烯酸乳液53％、高折光指数颜料12.23％、填料4％、隔热材料2％、润湿剂0.2％、分散剂A1％、流平剂0.18％、防冻剂1.5％、消泡剂0.24％、成膜助剂2％、增稠剂0.5％、防霉杀菌剂0.15％、水性纳米浆料8％。其中，所述水性纳米浆料按质量百分比组成如下：纳米二氧化钛23.4％、自来水75％、分散剂B1％、湿润剂0.2％、消泡剂0.2％、防沉剂0.2％；所述防沉剂为膨润土；所述分散剂B为无机分散剂；所述水性丙烯酸乳液为水性有机硅-丙烯酸共聚乳液；所述高折光指数颜料为金红石型二氧化钛；所述分散剂A为合成高分子类聚合物；所述隔热材料为空心玻璃微珠和空心陶瓷微珠；所述填料为高岭土；所述成膜助剂为丙二醇苯醚。其制备方法如下：

（1）在450r/min转速搅拌条件下，按照水性纳米浆料的总质量百分比依次向容器中加入自来水75％、分散剂B1％、湿润剂：0.2％、消泡剂：0.2％、防沉剂：0.2％及纳米二氧化钛：23.4％，然后在4000r/min转速下搅拌0.6小时，再超声分散12min得到水性纳米浆料

（2）在450r/min转速搅拌条件下，按照纳米水性隔热涂料的总质量百分比依次向容器中加入自来水15％、润湿剂0.2％、分散剂A1％、流平剂0.18％、防冻剂1.5％、消泡剂0.12%，搅拌6min后，再加入高折光指数颜料12.23％、填料4％，然后在转速为2500r/min下，高速分散25min，直到细度达到40μm以下，得到颜料浆；

（3）在900r/min转速搅拌条件下，向颜料浆中加入水性纳米浆料8％，搅拌6min，再加入隔热材料2％，搅拌16min；将转速降低到450r/min，加入消泡剂0.12%，搅拌6min，再加入水性丙烯酸乳液53％搅拌10min，然后依次加入防霉杀菌剂0.15％、成膜助剂2％和增稠剂0.5％，搅拌均匀后得纳米水性隔热涂料。

实施例4

一种纳米水性隔热涂料，所述纳米水性隔热涂料按质量百分比组成如下：自来水10％、水性丙烯酸乳液45％、高折光指数颜料15％、填料5％、隔热材料6.9％、润湿剂0.3％、分散剂A1.5％、流平剂0.2％、防冻剂2％、消泡剂0.3％、成膜助剂3％、增稠剂0.6％、防霉杀菌剂0.2％、水性纳米浆料10％。其中，所述水性纳米浆料按质量百分比组成如下：纳米氧化锆10％、自来水80％、分散剂B9.1％、湿润剂0.3％、消泡剂0.3％、防沉剂0.3％；所述防沉剂为气相二氧化硅；所述分散剂B为阴离子型高分子分散剂、非离子型高分子分散剂、无机分散剂的多种混配；所述水性丙烯酸乳液为水性纯丙烯酸酸聚合乳液和水性苯乙烯－丙烯酸共聚乳液的混合液；所述高折光指数颜料为金红石型二氧化钛；所述分散剂A为嵌段高分子共聚物、多价羧酸盐类聚合物、合成高分子类聚合物的混合；所述隔热材料为空心玻璃微珠和空心陶瓷微珠；所述填料为绢云母、硫酸钡和高岭土；所述成膜助剂为醇酯十二。其制备方法如下：

（1）在480r/min转速搅拌条件下，按照水性纳米浆料的总质量百分比依次向容器中加入自来水80％、分散剂B9.1％、湿润剂：0.3％、消泡剂：0.3％、防沉剂：0.3％及纳米氧化锆：10％，然后在5000r/min转速下搅拌0.8小时，再超声分散13min得到水性纳米浆料

（2）在480r/min转速搅拌条件下，按照纳米水性隔热涂料的总质量百分比依次向容器中加入自来水10％、润湿剂0.3％、分散剂A1.5％、流平剂0.2％、防冻剂2％、消泡剂0.15%，搅拌8min后，再加入高折光指数颜料15％、填料5％，然后在转速为2800r/min下，高速分散28min，直到细度达到40μm以下，得到颜料浆；

（3）在950r/min转速搅拌条件下，向颜料浆中加入水性纳米浆料10％，搅拌7min，再加入隔热材料6.9％，搅拌17min；将转速降低到450r/min，加入消泡剂0.15%，搅拌8min，再加入水性丙烯酸乳液45％搅拌10min，然后依次加入防霉杀菌剂0.2％、成膜助剂3％和增稠剂0.6％，搅拌均匀后得纳米水性隔热涂料。

惟以上所述者，仅为本发明之较佳实施例而已，当然不能以此限定本发明实施之范围，即大凡依本发明权利要求及发明说明书所记载的内容所作出简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明权利要求所涵盖范围之内。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明之权利范围。

Claims (10)

1.一种纳米水性隔热涂料，其特征在于：所述纳米水性隔热涂料按质量百分比组成如下：自来水10～20％、水性丙烯酸乳液45～55％、高折光指数颜料10～15％、填料3～5％、隔热材料2～15％、润湿剂0.1～0.3％、分散剂A0.5～1.5％、流平剂0.1～0.2％、防冻剂1～2％、消泡剂0.1～0.3％、成膜助剂1～3％、增稠剂0.2～0.6％、防霉杀菌剂0.05～0.2％、水性纳米浆料1～10％。

2.根据权利要求1所述的纳米水性隔热涂料，其特征在于：所述水性纳米浆料按质量百分比组成如下：纳米二氧化钛/纳米氧化锆10～30％、自来水60～80％、分散剂B1～15％、湿润剂0.1～0.3％、消泡剂0.1～0.3％、防沉剂0.1～0.3％。

3.根据权利要求2所述的纳米水性隔热涂料，其特征在于：所述防沉剂为膨润土或气相二氧化硅。

4.根据权利要求2所述的纳米水性隔热涂料，其特征在于：所述分散剂B为阴离子型高分子分散剂、非离子型高分子分散剂、无机分散剂之一或者多种混配。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的纳米水性隔热涂料，其特征在于：所述水性丙烯酸乳液为水性纯丙烯酸酸聚合乳液、水性苯乙烯－丙烯酸共聚乳液或/和水性有机硅-丙烯酸共聚乳液；所述高折光指数颜料为金红石型二氧化钛；所述分散剂A为嵌段高分子共聚物、多价羧酸盐类聚合物、合成高分子类聚合物之一或者多种混合；所述隔热材料为空心玻璃微珠或/和空心陶瓷微珠。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的纳米水性隔热涂料，其特征在于：所述填料为绢云母、硫酸钡或/和高岭土。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的纳米水性隔热涂料，其特征在于，所述成膜助剂为醇酯十二、丙二醇甲醚、丙二醇苯醚其中的一种。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的纳米水性隔热涂料，其特征在于：所述增稠剂为缔合型聚氨酯类增稠剂或/和纤维素。

9.一种纳米水性隔热涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）在400～500r/min转速搅拌条件下，按照纳米水性隔热涂料的总质量百分比依次向容器中加入自来水10～20％、润湿剂0.1～0.3％、分散剂A0.5～1.5％、流平剂0.1～0.2％、防冻剂1～2％、消泡剂0.05～0.15%，搅拌5～10min后，再加入高折光指数颜料10～15％、填料3～5％，然后在转速为2000～3000r/min下，高速分散20～30min，直到细度达到40μm以下，得到颜料浆；

（2）在800～1000r/min转速搅拌条件下，向颜料浆中加入水性纳米浆料1～10％，搅拌5～10min，再加入隔热材料2～15％，搅拌15～20min；将转速降低到400～500r/min，加入消泡剂0.05～0.15%，搅拌5～10min，再加入水性丙烯酸乳液45～55％搅拌10min，然后依次加入防霉杀菌剂0.05～0.2％、成膜助剂1～3％和增稠剂0.2～0.6％，搅拌均匀后得纳米水性隔热涂料。

10.根据权利要求9所述的纳米水性隔热涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中的水性纳米浆料的制备过程如下：在400～500r/min转速搅拌条件下，按照水性纳米浆料的总质量百分比依次向容器中加入自来水60～80％、分散剂B1～15％、湿润剂：0.1～0.3％、消泡剂：0.1～0.3％、防沉剂：0.1～0.3％及纳米二氧化钛/纳米氧化锆：10～30％，然后在3000～6000r/min转速下搅拌0.5～1小时，再超声分散10～15min得到水性纳米浆料。