CN105694629A

CN105694629A - 纳米透明隔热涂料及其制备方法

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Publication number: CN105694629A
Application number: CN201610128805.3A
Authority: CN
Inventors: 郭迪
Original assignee: Guangzhou Baiyun Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Baiyun Technology Co ltd
Priority date: 2016-03-07
Filing date: 2016-03-07
Publication date: 2016-06-22
Anticipated expiration: 2036-03-07
Also published as: CN105694629B

Abstract

本发明公开一种纳米透明隔热涂料及其制备方法，所述纳米透明隔热涂料的原料组成以重量份计，包括：去离子水20～25份；纳米二氧化硅气凝胶浆料15～25份；水性丙烯酸树脂40～50份；消泡剂0.5～1.2份；增稠剂0.6～1.4份；分散剂A2～3份；流平剂1～2份；二丙二醇甲醚0.05～0.1份；二丙二醇丁醚0.05～0.1份。本发明纳米透明隔热涂料添加单一的性能优良的纳米二氧化硅气凝胶，并通过优选分散剂对纳米二氧化硅气凝胶进行改性，消除其易团聚不易分散的问题，并优选其余原料以及配比、工艺步骤，参数等，制得理想的纳米透明隔热涂料，且节约成本和简化施工工艺。

Description

纳米透明隔热涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及材料领域，特别是涉及一种纳米透明隔热涂料及其制备方法。

背景技术

随着新修订的《节约能源法》的贯彻实施，节约能源是我国发展经济的一项长远战略方针。目前，我国建筑能耗占能源总消耗的1/3左右，建筑单位面积采暖能耗是国际气候条件相近发达国家的2倍-3倍。因此，建筑节能新技术的研究开发和新产品的推广应用，是推动建筑节能工作的有效途径。

纳米材料因其独特的纳米效应，通常被加入到传统的涂料中分散并对原涂料进行改性后可以赋予涂料优异的性能。水性涂料是指以水为分散介质的涂料，有机溶剂挥发较少，无污染、安全无毒，是现代涂料发展的主流方向。所以，纳米材料对水性涂料的改性由于其在环保方面的重要性近年来尤为炙手可热。如何使纳米材料真正以纳米级分散于水性涂料中，发挥其纳米效应，获得高性能、稳定性好的水性纳米涂料具有十分重要的应用价值。

如果能成功的将纳米透明隔热涂料应用于建筑玻璃上，能有效阻隔太阳通过透明玻璃的红外辐射，让可见光进入室内被人体所吸收，而又可以将室内物体所辐射的长波保留在室内，为建筑节能开辟一条新的途径。中国专利CN101186781A(一种透明隔热涂料及其制备方法)采用添加几种不同纳米材料二氧化硅、二氧化钛、氧化铟锡、富勒烯C₆₀混合进行超声分散20～30次，纳米材料本来就因为其性能独特，颗粒细化分散后表面积增大，表面自由能相应增大，表面活性增强，导致纳米颗粒难分散易团聚；添加多种纳米材料，将大大增大工艺难度和分散时间。中国专利CN1844281A(环境友好耐沾污耐候型热反射隔热涂料及其制备方法)采用添加钛白粉、球型闭孔珍珠岩、石灰粉、空心玻璃、几种不同无机填料进行球磨分散，分散工艺简单，但是在隔热性能上不明显，对涂覆物透明性也有很大的影响，同时提高成本。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种纳米水性透明隔热涂料及其制备方法，本发明可以涉及作为建筑玻璃和汽车玻璃用的涂料，为隔热保温、环保节能、耐高温、耐化学性等多种领域适用的不同功能/类型的涂料品种。

为实现上述技术目的，具体技术方案如下：

一种纳米透明隔热涂料，其原料组成以重量份计，包括：

其中，所述纳米二氧化硅气凝胶浆料的原料组成以重量份计，包括：

本发明所述纳米二氧化硅气凝胶具有多孔网状结构，导热系数可低至0.001W.m^-1.k^-1。

在其中一些实施例中，所述分散剂A为高分子分散剂；所述分散剂B为硅烷偶联剂和/或高分子分散剂。上述硅烷偶联剂优选KH-570；上述高分子分散剂优选丙烯酸系聚合物分散剂，如1053纳米分散剂。本发明优选上述分散剂可以很好的分散纳米二氧化硅气凝胶，且分散后不团聚。能够使纳米二氧化硅气凝胶粉末粒子分散到30～90nm范围内，且不破坏其内部结构，使其优良性能得到很好的发挥。

在其中一些实施例中，所述水性丙烯酸树脂固含量50～55％，粘度为1100～1600mPa.s(25℃)。本发明优选的上述树脂对光的主吸收峰处在太阳光谱之外，用其制成的涂料具有特别优良的耐光性及耐户外老化性，且色浅，水白透明，耐光耐候性佳，耐热耐磨蚀，对酸、碱、盐、油脂、洗涤剂等有很好的抵抗性，很适合玻璃涂料上应用。

在其中一些实施例中，所述消泡剂为矿物油类非离子型消泡剂。本发明优选的矿物油类非离子型消泡剂要求其活性成分为100％。优选德谦公司型号为082的消泡剂DP-082。本发明所选消泡剂可以很好的消除纳米材料气泡多的难题。

在其中一些实施例中，所述增稠剂为改性聚丙烯酸增稠剂。优选德谦公司的型号为WT-102增稠剂。

在其中一些实施例中，所述流平剂为改性聚氨酯流平剂。优选德谦公司型号为495的流平剂DP-495。本发明所优选的流平剂，可以使涂膜变的均匀、平整。

本发明还提供一种上述纳米透明隔热涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)纳米二氧化硅气凝胶浆料的制备：

取所述分散剂B、润湿分散剂、去离子水与纳米二氧化硅气凝胶，混合，调节pH值为7.5～8.5，在分散机上分散，然后置于研磨机中研磨，制得粉末粒径在30～90nm范围内的纳米二氧化硅气凝胶浆料；

(2)透明隔热涂料的制备：

取所述水性丙烯酸树脂、去离子水、步骤(1)得到的纳米二氧化硅气凝胶浆料、分散剂A、消泡剂、流平剂、增稠剂、二丙二醇甲醚及二丙二醇丁醚，混合，调节pH值为7.5～8.5，在分散机上分散，置于研磨机中研磨，即得。

在其中一些实施例中，所述步骤(1)中的分散时间是15～20min，转速1150～1250rpm；研磨时间是2～3h，转速2900～3100rpm。

在其中一些实施例中，所述步骤(2)中的分散时间为15～20min，转速为1150～1250rpm；研磨时间为1～2h，研磨速度为2400～2600rpm。

本发明在克服现有的纳米材料难分散易团聚的技术难点，提供一种既透明又隔热，同时制备方法简单易行，施工方便，能自干的低成本的一种纳米通明隔热涂料。

热传输是通过传导、对流、辐射三种方式。要达到很好的隔热性能，就必须对上述3种方式采取有针对性的措施。空气具有很小的导热系数，如果能设法使固体中含有大量静止的空气，那么这种固体就会具有很好的隔热性能。而气凝胶材料由于具有空间的纳米量级的孔洞，颗粒骨架非常纤细，无疑对于固态的接触热传导和气内部的气体传热都具有很大的阻碍作用。也就是说气凝胶是一种优良的地热导材料。

本发明所采用的纳米SiO₂气凝胶具有独特的纳米结构，孔洞尺寸和颗粒直径范围均为纳米量级(1-100nm)，并形成开放性纳米级多孔结构和连续的三维网络结构，其高比表面积(200～1000m²/g)、高孔隙率(80％～99.8％)及低密度(3～600kg/m³)，使纳米SiO₂气凝胶的网络骨架颗粒达到纳米尺度而其在孔结构上也达到了纳米量级，这样就使气凝胶材料具有纳米尺度和纳米孔结构双重特性，是极其理想的纳米催化剂、吸附剂及催化剂载体材料，其催化活性和选择性远远高于常规催化剂，而且它还具有优良的热稳定性，可以有效地减少副反应的发生，延长使用寿命。

本发明利用纳米SiO₂气凝胶对太阳光谱的选择特性，以纳米SiO₂气凝胶为主要原料，选用透明树脂为成膜物，将二者与其它配套助剂混合制得透明隔热涂料，应用于建筑物的玻璃表面，不改变玻璃的透光性，能有效屏蔽红外热辐射和阻隔紫外线。还具有防静电、防眩光、抑制紫外线照射破坏等功能。同时，本发明涂料在保证可见光透过的同时，还反射波长较长的室内暖气热辐射，有利于采暖效果和阻挡室内热能通过玻璃门窗传导外泄，减少冬季室内能量的损耗，以达到“冬暖夏凉”的节能效果。

本发明涂料采用纳米SiO₂气凝胶为主要功能填料，其隔热性能优良。它是一种理想的隔热透明材料。可广泛的应用于太阳能隔热、太阳能采暖、探测器表面保温等领域，使用范围广，且能达到环保的要求和提高涂料寿命。

但是由于纳米材料本身的极性和颗粒细微化，具有极大的比表面积和较高的比表面能，使其不易在非极性介质中分散，在极性介质中易团聚，直接影响它们性能的发挥，最终使用时失去纳米粒子所具备的特异性能。一般的纳米材料的分散本来就不容易，而达到一定的分散效果后一段时间后又极易团聚，从而使其性能得不到充分的发挥。而透明隔热涂料在5-25μm的涂膜厚度上，需要其很好的隔热性能才能使其涂覆在玻璃上起到很好的隔热功能。

本发明的发明人团队针对纳米SiO₂气凝胶在水性介质中的特殊性，优选最有效的分散剂对纳米SiO₂气凝胶进行分散和表面改性，再根据分散方式(机械搅拌、研磨等)、分散剂的用量、pH值、纳米材料用量等因素对纳米材料水悬浮液的稳定性的影响，确定最合适的分散工艺和条件，制得理想的纳米二氧化硅浆料。

在制得上述纳米二氧化硅浆料后，发明人团队进一步通过研究改性后纳米材料分散于水性涂料中的制备技术及相关工艺过程，选用适当的原料及配比提高该水性纳米涂料的贮存稳定性及耐沾污性能，分析改性的纳米粒子浆料在水性涂料中的最佳形成条件和对涂料各项性能的影响规律，确定其最佳添加量，最后制得本发明纳米透明隔热涂料。

本发明相对现有技术的优点及有益效果为：

(1)添加单一的性能优良的纳米二氧化硅气凝胶，并通过优选分散剂等对纳米二氧化硅气凝胶进行改性，消除其易团聚不易分散的问题，并优选其余原料以及配比、工艺步骤，参数等，制得理想的纳米透明隔热涂料，且节约成本和简化施工工艺。

(2)克服现行市面上一般热反射镀膜、低反射镀膜或者一般性纳米透明隔热涂料有隔热性能而可见光透过率不高或者两者性能都不理想，能够使被涂覆玻璃达到很好的透明隔热性能。

(3)可使用线棒涂布器、湿膜制备器或者是人工刷涂，涂覆好的涂膜，无需加热烘干，可自固化自干，可方便使用人自行涂覆，工艺简单，方便易行。

(4)具有很好的环境友好功能，不含溶剂成分，无毒无污染。

具体实施方式

以下将结合具体的实施例对本发明做进一步说明。

本发明实施例所采用的原料均为市售常规原料，其中：

水性丙烯酸树脂购自陶氏化学；

1053分散剂购自上海永研化工科技有限公司；

纳米二氧化硅气凝胶购自长沙星纳气凝胶有限公司；

润湿分散剂PE-100购自上海永研化工科技有限公司；

硅烷偶联剂KH-570购自上海永研化工科技有限公司；

增稠剂WT-102购自德谦公司；

消泡剂DP-082购自德谦公司；

流平剂DP-495购自德谦公司；

二丙二醇甲醚以及二丙二醇丁醚购自陶氏化学公司；

实施例中所使用的纳米二氧化硅气凝胶浆料的配方表：

实施例1

某体育馆，为了提高隔热性能，减少耗电量，采用本发明实施例1的纳米透明隔热材料对外墙用玻璃进行涂覆。

具体配方如下：水性丙烯酸树脂(固含量50～55％，粘度为1100～1600mPa.s(25℃))45KG，纳米二氧化硅气凝胶浆料25KG(序号1配方原料混合，调节pH值在7.5，在分散机上高速分散15min，转速为1200rpm，然后在研磨机上研磨2h，转速为3000rpm，得粉末粒径在30～90nm范围内的纳米二氧化硅气凝胶浆料。)，1053分散剂(分散剂A)3KG，消泡剂DP-0821.2KG，增稠剂WT-1021.4KG，流平剂DP-4952KG，二丙二醇甲醚0.1KG，二丙二醇丁醚0.1KG，去离子水25KG。

制备方法为：

将上述物料混合，调节pH值在7.5，分散机上高速分散15min，转速为1200rpm，然后在研磨机上研磨1h，转速为2500rpm，得到纳米透明隔热涂料。

施工前用专业清洁剂及工具对外窗玻璃进行彻底清洁，将纳米透明隔热涂料用专用涂布器涂覆在玻璃表面(涂覆厚度为10～25μm)；本发明涂料为单组份常温固化自干型，0.5h表干，2h实干；二天内不要擦洗，以便涂层完全固化；二个月后再进行复检，玻璃表面涂层均匀、无剥落、粘结牢固、无刮痕和露底。夏天馆内温度在不开空调时可以降低6～12℃，使用空***况下可以省电30％～40％，总体上可以实现节能35％～45％。

实施例2

某大型商场，为了提高隔热性能的同时增加透光性，采用本发明实施例2纳米透明隔热材料对外墙用玻璃进行涂覆。

具体配方如下：水性丙烯酸树脂(固含量50～55％，粘度为1100～1600mPa.s(25℃))50KG，纳米二氧化硅气凝胶浆料(序号2配方原料混合，调节pH值在7.5，在分散机上高速分散15min，转速为1200rpm，然后在研磨机上研磨3h，转速为3000rpm，得粉末粒径在30～90nm范围内的纳米二氧化硅气凝胶浆料。)15KG，1053分散剂(分散剂A)2KG，消泡剂DP-0820.5KG，增稠剂WT-1020.6KG，流平剂DP-4951KG，二丙二醇甲醚0.08KG，二丙二醇丁醚0.08KG，去离子水20KG。

制备方法为：

将上述物料混合，调节pH值在7.5，分散机上高速分散15min，转速为1200rpm，然后在研磨机上研磨2h，转速为2500rpm，得到纳米透明隔热涂料。

施工前用专业清洁剂及工具对外窗玻璃进行彻底清洁，将纳米透明隔热涂料用专用涂布器涂覆在玻璃表面(涂覆厚度为10～25μm)。

本发明涂料为单组份常温固化自干型，0.5h表干，2h实干；二天内不要擦洗，以便涂层完全固化；二个月后再进行复检，玻璃表面涂层均匀、无剥落、粘结牢固、无刮痕和露底。夏天商场内温度在不开空调时可以降低8～14℃，使用空***况下可以省电35％～45％，并且透光率比贴隔热膜大大提高，总体上可以实现节能35％～45％，降低成本50％～60％。

实施例3

某学校，为了夏天隔热改善学生学习环境，采用本发明实施例3的纳米透明隔热材料对外墙用玻璃进行涂覆。

具体配方如下：水性丙烯酸树脂(固含量50～55％，粘度为1100～1600mPa.s(25℃))50KG，纳米二氧化硅气凝胶浆料(序号3配方原料混合，调节pH值在8.0，在分散机上高速分散15min，转速为1200rpm，然后在研磨机上研磨2h，转速为3000rpm，得粉末粒径在30～90nm范围内的纳米二氧化硅气凝胶浆料。)20KG，1053分散剂(分散剂A)2.5KG，消泡剂DP-0821KG，增稠剂WT-1021KG，流平剂DP-4951.5KG，二丙二醇甲醚0.1KG，二丙二醇丁醚0.1KG，去离子水23KG。

制备方法为：

将上述物料混合，调节pH值在8.0，分散机上高速分散15min，转速为1200rpm，然后在研磨机上研磨2h，转速为2500rpm，得到纳米透明隔热涂料。

本发明涂料为单组份常温固化自干型，0.5h表干，2h实干；二天内不要擦洗，以便涂层完全固化。二个月后再进行复检，玻璃表面涂层均匀、无剥落、粘结牢固、无刮痕和露底。夏天学校教室内温度可以降低6～12℃。

实施例4

某民用住宅区，为了提高隔热性能的同时增加透光性，采用本发明实施例4的纳米透明隔热材料对外墙用玻璃进行涂覆。

配方如下：水性丙烯酸树脂(固含量50～55％，粘度为1100～1600mPa.s(25℃))45KG，纳米二氧化硅气凝胶浆料(序号4配方原料混合，调节pH值在8.5，在分散机上高速分散15min，转速为1200rpm，然后在研磨机上研磨2h，转速为3000rpm，得粉末粒径在30～90nm范围内的纳米二氧化硅气凝胶浆料。)20KG，1053分散剂(分散剂A)3KG，消泡剂DP-0820.9KG，增稠剂WT-1020.8KG，流平剂DP-4951.2KG，二丙二醇甲醚0.1KG，二丙二醇丁醚0.1KG，去离子水22KG。

制备方法为：

施工前用专业清洁剂及工具对外窗玻璃进行彻底清洁，将纳米透明隔热涂料主漆用专用涂布器涂覆在玻璃表面(涂覆厚度为10～25μm)。

本发明涂料为单组份常温固化自干型，0.5h表干，2h实干；二天内不要擦洗，以便涂层完全固化；二个月后再进行复检，玻璃表面涂层均匀、无剥落、粘结牢固、无刮痕和露底。夏天房间内温度在不开空调时可以降低5～10℃，而在使用空***况下可以省电35％～45％,总体上可以实现节能40％～45％.

实施例5

某新建高档写字楼，为了提高隔热性能的同时增加透光性，采用本发明实施例5的纳米透明隔热材料对外墙用玻璃进行涂覆。

具体配方如下：水性丙烯酸树脂(固含量50～55％，粘度为1100～1600mPa.s(25℃))50KG，纳米二氧化硅气凝胶浆料(序号3配方，制备方法同实施例3，得粉末粒径在30～90nm范围内的纳米二氧化硅气凝胶浆料。)20KG，1053分散剂(分散剂A)2KG，消泡剂DP-0821.1KG，增稠剂WT-1021.2KG，流平剂DP-4951.8KG，二丙二醇甲醚0.1KG，二丙二醇丁醚0.1KG，去离子水21KG。

制备方法同实施例3，得纳米透明隔热材料。

本发明涂料为单组份常温固化自干型，0.5h表干，2h实干；二天内不要擦洗，以便涂层完全固化；二个月后再进行复检，玻璃表面涂层均匀、无剥落、粘结牢固、无刮痕和露底；夏天楼内温度在不开空调时可以降低7～14℃，而在使用空***况下可以省电35％～45％，总体上可以实现节能40％～45％。

本发明涂料主要应用为建筑外墙玻璃，起到很好的隔热作用，同时还有别的用途：

实施例6

采用本发明实施例6的纳米透明隔热材料作为汽车玻璃涂料。

具体配方如下：水性丙烯酸树脂(固含量50～55％，粘度为1100～1600mPa.s(25℃))40KG，纳米二氧化硅气凝胶浆料(序号1配方，制备方法同实施例1，得粉末粒径在30～90nm范围内的纳米二氧化硅气凝胶浆料。)20KG，1053分散剂(分散剂A)3KG，消泡剂DP-0820.5KG，增稠剂WT-1020.8KG，流平剂DP-4952KG，二丙二醇甲醚0.08KG，二丙二醇丁醚0.08KG，去离子水24KG。

制备方法同实施例1，得纳米透明隔热材料。

施工前用专业清洁剂及工具对汽车玻璃进行彻底清洁，将纳米透明隔热涂料主漆用专用涂布器涂覆在玻璃表面(涂覆厚度为10～25μm)。

本发明涂料为单组份常温固化自干型，0.5h表干，2h实干；二天内不要擦洗，以便涂层完全固化。二个月后再进行复检，玻璃表面涂层均匀、无剥落、粘结牢固、无刮痕和露底。汽车空间较少，隔热保温效果易达到。夏天车内温度在涂覆前后温差达到10～15℃。该涂料产品可具有自干、隔热、保温、耐候等功能和特点。

实施例7

采用本发明实施例7的纳米透明隔热材料作为汽油储罐涂料

具体配方如下：水性丙烯酸树脂(固含量50～55％，粘度为1100～1600mPa.s(25℃))45KG，纳米二氧化硅气凝胶浆料(序号3配方，制备方法同实施例3，得粉末粒径在30～90nm范围内的纳米二氧化硅气凝胶浆料。)20KG，1053分散剂(分散剂A)3KG，消泡剂DP-0821KG，增稠剂WT-1021KG，流平剂DP-4951KG，二丙二醇甲醚0.08KG，二丙二醇丁醚0.08KG，去离子水25KG。

制备方法同实施例3，得纳米透明隔热材料。

施工前用专业清洁剂及工具对储罐进行彻底清洁，将纳米透明隔热涂料主漆用专用涂布器涂覆在储罐表面(涂覆厚度为10～25μm)。

本发明涂料为单组份常温固化自干型，0.5h表干，2h实干；二天内不要擦洗，一边涂层完全固化。二个月后再进行复检，玻璃表面涂层均匀、无剥落、粘结牢固、无刮痕和露底。夏天储罐内温度在涂覆前后温差达到10～15℃。该涂料产品可具有自干、隔热、保温、耐候等功能和特点。

本发明所得纳米透明隔热涂料的性能：

由上可知，本发明的水性纳米透明隔热涂料，性能优良，能广泛应用于各种降温、隔热设备或建筑。

用ZetasizerNanoZS90纳米粒径电位分析仪测定本发明实施例中的纳米二氧化硅气凝胶在本发明纳米透明隔热涂料中的粒度分布，得出本发明纳米二氧化硅气凝胶浆料分散后的平均粒径在100nm以下且呈现单峰，达到了纳米级别的分散效果。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，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，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种纳米透明隔热涂料，其特征在于，其原料组成以重量份计，包括：

2.根据权利要求1所述的纳米透明隔热涂料，其特征在于，所述分散剂A为高分子分散剂；所述分散剂B为硅烷偶联剂和/或高分子分散剂。

3.根据权利要求1所述的纳米透明隔热涂料，其特征在于，所述水性丙烯酸树脂固含量50～55％，粘度为1100～1600mPa.s。

4.根据权利要求1所述的纳米透明隔热涂料，其特征在于，所述消泡剂为矿物油类非离子型消泡剂。

5.根据权利要求1所述的纳米透明隔热涂料，其特征在于，所述增稠剂为改性聚丙烯酸增稠剂。

6.根据权利要求1～5任一项所述的纳米透明隔热涂料，其特征在于，所述流平剂为改性聚氨酯流平剂。

7.一种根据权利要求1～6任一项所述的纳米透明隔热涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)纳米二氧化硅气凝胶浆料的制备：

(2)透明隔热涂料的制备：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的分散时间是15～20min，转速1150～1250rpm；研磨时间是2～3h，转速2900～3100rpm。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的分散时间为15～20min，转速为1150～1250rpm；研磨时间为1～2h，研磨速度为2400～2600rpm。