CN106634461A - 一种氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料及其制备方法，按重量百分比计，包括第一组份和第二组份，所述第二组份占氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料重量的3～30％，所述第一组份包括以下组分：改性环氧树脂30～50％；功能纳米水性浆料10～30％；氧化石墨烯2～5％；助剂0.5～7％；偶联剂1～2％；去离子水30～50％；所述第二组份包括以下组分：水性固化剂20～30％；去离子水70～80％。本发明利用高热导率和反射率的氧化石墨烯和功能性纳米水性浆料作为主要节能介质，制成的涂料具有硬度高、耐水性好和较高的可见光透过率以及具有较好的红外阻隔性等特点。

Description

一种氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料领域，尤其涉及一种氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料及其制备方法。
背景技术
随着经济的高速发展，中国的能源消耗量也越来越大，近年来出现的能源短缺和环境污染等问题将制约经济的快速发展，节能环保在我国经济的可持续发展变得越来越重要。
传统的玻璃能起到良好透光效果，但保温隔热性能较差。每到夏天，空调、风扇等降温设备所消耗的能源，占每年能源消耗的20％，造成了极大浪费，因此具有隔热性能的玻璃表面涂层对于建筑节能有着十分重要的意义。而隔热玻璃涂料是一种功能性涂料，主要应用于大面积玻璃窗及豪华气派的玻璃幕墙上，它通过阻隔、放射、辐射等机理来延缓热能的传递，从而保持室内温度恒定，增大室内外的温差，在夏季减少降温消耗，在冬季降低取暖费用。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料及其制备方法，旨在解决现有隔热玻璃涂料的隔热性能较差的问题。
本发明的技术方案如下：
一种氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料，其中，按重量百分比计，包括第一组份和第二组份，所述第二组份占氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料重量的3～30％，所述第一组份包括以下组分：
所述第二组份包括以下组分：
水性固化剂 20～30％；
去离子水 70～80％。
所述的氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料，其中，所述改性环氧树脂为丙烯酸改性环氧树脂分散液、直接乳化环氧树脂水性乳液、改性环氧树脂直接乳化的乳液中的一种或多种。
所述的氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料，其中，所述功能纳米水性浆料为纳米ATO水性浆料、纳米ITO水性浆料、纳米GTO水性浆料中的一种或多种。
所述的氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料，其中，所述纳米ATO水性浆料选用分散体颗粒粒径为40nm-80nm、固含量为25％的纳米浆料，所述纳米ITO水性浆料选用分散体颗粒粒径为40nm-80nm、固含量为25％的纳米浆料；所述纳米GTO水性浆料选用分散体颗粒粒径为40nm-80nm、固含量为25％的纳米浆料。
所述的氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料，其中，所述助剂为分散剂、水性流平剂、水性消泡剂、成膜助剂中的一种或多种。
所述的氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料，其中，所述分散剂为聚合型阴离子分散剂，所述水性流平剂为聚醚改性有机聚硅氧烷，所述水性消泡剂为改性聚硅氧烷，所述成膜助剂为丙乙二醇***。
所述的氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料，其中，所述偶联剂为环氧基硅烷偶联剂。
所述的氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料，其中，所述水性固化剂为水性异氰酸酯固化剂。
一种如上任一所述的氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料的制备方法，其中，包括：
步骤A、按照上述配方，将改性环氧树脂、功能纳米水性浆料、氧化石墨烯和助剂混合并搅拌10～60分钟，再加入去离子水，静置得到半成品；
步骤B、在使用2.5～3.5小时前，再将偶联剂添加到步骤A的半成品中，得第一组份；
步骤C、按照上述配方，将水性固化剂和去离子水混合并搅拌均匀，得第二组份；
步骤D、将第一组份与第二组份均匀混合，得氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料。
所述的氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料的制备方法，其中，所述步骤A中，搅拌的速度为1000～5000转/分钟。
有益效果：本发明利用高热导率和反射率的氧化石墨烯和功能性纳米水性浆料作为主要节能介质，将两者均匀地分散在树脂和去离子水中制备成涂料，该涂料具有硬度高、耐水性好和较高的可见光透过率以及具有较好的红外阻隔性等特点，符合绿色环保发展趋势和要求，在建筑窗玻璃和汽车玻璃保温隔热领域具有广泛的应用前景。
具体实施方式
本发明提供一种氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料，按重量百分比计，包括第一组份和第二组份，所述第二组份占氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料重量的3～30％，所述第一组份包括以下组分：
所述第二组份包括以下组分：
水性固化剂 20～30％；
去离子水 70～80％。
本发明氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料包括第一组份和第二组份，第一组份主要为基体成膜物，第二组份主要为固化剂。本发明利用高热导率和反射率的氧化石墨烯和功能纳米水性浆料作为主要节能介质，这是因为氧化石墨烯是一种性能优异的新型碳材料，具有较高的比表面积和丰富的表面官能团，还具有高热导率和反射率，同时氧化石墨烯价格低廉。因此，与现有技术相比，本发明在保证散热效果的同时，大大降低了生产成本。另外，功能性纳米水性浆料也具有良好的隔热性能。将氧化石墨烯和功能纳米水性浆料均匀地分散在树脂和去离子水中制备成涂料，该涂料具有硬度高、耐水性好和较高的可见光透过率以及具有较好的红外阻隔性等特点，符合绿色环保发展趋势和要求，在建筑窗玻璃和汽车玻璃保温隔热领域具有广泛的应用前景。
优选地，本发明所述改性环氧树脂可以为丙烯酸改性环氧树脂分散液、直接乳化环氧树脂水性乳液、改性环氧树脂直接乳化的乳液中的一种或多种。
优选地，本发明所述功能纳米水性浆料可以为纳米ATO水性浆料、纳米ITO水性浆料、纳米GTO水性浆料中的一种或多种。其中，所述纳米ATO水性浆料选用分散体颗粒粒径为40nm-80nm、固含量为25％的纳米浆料，所述纳米ITO水性浆料选用分散体颗粒粒径为40nm-80nm、固含量为25％的纳米浆料；所述纳米GTO水性浆料选用分散体颗粒粒径为40nm-80nm、固含量为25％的纳米浆料。
优选地，本发明所述助剂为分散剂、水性流平剂、水性消泡剂、成膜助剂中的一种或多种。其中，所述分散剂可以为聚合型阴离子分散剂，所述水性流平剂可以为聚醚改性有机聚硅氧烷，所述水性消泡剂可以为改性聚硅氧烷，所述成膜助剂可以为丙乙二醇***。
优选地，本发明所述偶联剂可以为环氧基硅烷偶联剂。
优选地，本发明所述水性固化剂可以为水性异氰酸酯固化剂。
本发明还提供一种如上任一所述的氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料的制备方法，其包括：
步骤A、按照上述配方，将改性环氧树脂、功能纳米水性浆料、氧化石墨烯和助剂混合并搅拌10～60分钟，再加入去离子水，静置得到半成品；
所述步骤A具体为，按计量配比称取改性环氧树脂、功能纳米水性浆料、氧化石墨烯和助剂，然后将称取好的上述原料放入高速搅拌机中混合并搅拌10～60分钟(如30分钟)，搅拌的速度为1000～5000转/分钟(如3000转/分钟)。再加入去离子水调整至合适粘度，静置得到半成品；
步骤B、在使用2.5～3.5小时(如3小时)前，再将偶联剂添加到步骤A的半成品中，得第一组份；
步骤C、按照上述配方，将水性固化剂和去离子水混合并搅拌均匀，得第二组份；
所述步骤C具体为，按计量配比称取水性固化剂和去离子水，然后将水性固化剂和去离子水在密闭容器内混合并搅拌均匀，得第二组份。
步骤D、将第一组份与第二组份均匀混合，得氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料。
本发明首先制备第一组份与第二组份，然后将第一组份与第二组份混合均匀，其中所述第二组份占氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料重量的3～30％。本发明制备方法简单，操作便利，适合于大规模工业化生产与实际应用。本发明制备的氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料具有隔热效果和透明性好以及绿色环保的特点，可涂覆在各种建筑玻璃表面。
本发明还提供了一种如上所述的氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料的应用，具体地，采用常规的喷涂或滚涂方法，将所述氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料涂覆于任意一玻璃表面，然后固化，即可在玻璃表面形成一层厚度为10～35μm的薄膜。其中，固化的温度控制在100～200℃(如150℃)，时间控制在15～25分钟(如20分钟)。
下面通过实施例对本发明进行详细说明。
按照下表1的组分配方准备材料。
表1：6个实施例的组合配方(质量份)
实施例1
按照表1中实例1的配方重量，将丙烯酸改性环氧树脂分散液、氧化石墨烯水分散液、纳米ATO水性浆料、助剂在高速搅拌机中混合并搅拌，搅拌速度4000转/分钟，搅拌30分钟，形成均匀粘稠物；随后将转速降至500转/分钟，将计量配比的去离子水加入均匀粘稠物中，均匀搅拌10分钟；静置得到半成品，在使用之前2个小时，将1％的环氧基硅烷偶联剂加入到半成品中并搅拌均匀形成第一组份(A组份)。第二组份(B组份)采用亲水型脂肪族聚异氰酸酯固化剂，A组份和B组份的重量比为100:20。使用时，将A组份和B组份混合并继续搅拌均匀，得到氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料，然后经400目滤网过滤之后即可使用。采用喷涂方式在玻璃表面成膜，随后在180℃高温区烘烤20分钟，即获得含有该氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料的成品。
实施例2、实施例3、实施例4、实施例5和实施例6制备工艺参照实施例1。
按照国家相关标准，对本实施例1～6的氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料的基本性能进行测试，测试结果如下表2所示。
表2、性能测试结果
由上表2可知，实施例1～6制成的石墨烯隔热玻璃双组份涂料所形成的涂层硬度能达到5H级，附着力为0级，涂层与水接触角达到了90°左右。采用纳米ATO/ITO/GTO水性浆料作为隔热材料的隔热涂层，其透光性能在可见光范围内平均透过率在80％左右；在200nm～380nm处的透过率为0％，在800nm～2000nm处的透过率为2％，也就是说，涂层完全阻隔紫外线和红外线，只有可见光能透过涂层，所以隔热效果非常显著。与空白玻璃的隔热性能比较，涂有本实施例的石墨烯隔热玻璃双组份涂料的玻璃检测到测试箱内的温度降低10℃以上，因此本发明的石墨烯隔热玻璃双组份涂料具有自洁功能、附着力强、硬度高、透光率好、全屏蔽紫外线和红外线及隔热性能非常显著的特点。
综上所述，本发明的一种氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料及其制备方法，本发明利用高热导率和反射率的氧化石墨烯和功能性纳米水性浆料作为主要节能介质，将两者均匀地分散在树脂和去离子水中制备成涂料，该涂料具有硬度高、耐水性好和较高的可见光透过率以及具有较好的红外阻隔性等特点，符合绿色环保发展趋势和要求，在建筑窗玻璃和汽车玻璃保温隔热领域具有广泛的应用前景。另外该涂料制备方法简单，操作便利适合于大规模工业化生产与实际应用。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料，其特征在于，按重量百分比计，包括第一组份和第二组份，所述第二组份占氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料重量的3～30％，所述第一组份包括以下组分：
所述第二组份包括以下组分：
水性固化剂 20～30％；
去离子水 70～80％。
2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料，其特征在于，所述改性环氧树脂为丙烯酸改性环氧树脂分散液、直接乳化环氧树脂水性乳液、改性环氧树脂直接乳化的乳液中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料，其特征在于，所述功能纳米水性浆料为纳米ATO水性浆料、纳米ITO水性浆料、纳米GTO水性浆料中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料，其特征在于，所述纳米ATO水性浆料选用分散体颗粒粒径为40nm-80nm、固含量为25％的纳米浆料，所述纳米ITO水性浆料选用分散体颗粒粒径为40nm-80nm、固含量为25％的纳米浆料；所述纳米GTO水性浆料选用分散体颗粒粒径为40nm-80nm、固含量为25％的纳米浆料。
5.根据权利要求1所述的氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料，其特征在于，所述助剂为分散剂、水性流平剂、水性消泡剂、成膜助剂中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料，其特征在于，所述分散剂为聚合型阴离子分散剂，所述水性流平剂为聚醚改性有机聚硅氧烷，所述水性消泡剂为改性聚硅氧烷，所述成膜助剂为丙乙二醇***。
7.根据权利要求1所述的氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料，其特征在于，所述偶联剂为环氧基硅烷偶联剂。
8.根据权利要求1所述的氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料，其特征在于，所述水性固化剂为水性异氰酸酯固化剂。
9.一种如权利要求1～8任一所述的氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料的制备方法，其特征在于，包括：
步骤A、按照上述配方，将改性环氧树脂、功能纳米水性浆料、氧化石墨烯和助剂混合并搅拌10～60分钟，再加入去离子水，静置得到半成品；
步骤B、在使用2.5～3.5小时前，再将偶联剂添加到步骤A的半成品中，得第一组份；
步骤C、按照上述配方，将水性固化剂和去离子水混合并搅拌均匀，得第二组份；
步骤D、将第一组份与第二组份均匀混合，得氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料。
10.根据权利要求9所述的氧化石墨烯隔热玻璃双组份涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤A中，搅拌的速度为1000～5000转/分钟。
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