CN107474651A - 一种工程外墙节能漆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种工程外墙节能漆及其制备方法，属于建筑材料领域。上述工程外墙节能漆的原料包括25‑30重量份的树脂、20‑26重量份的填料和助剂。助剂包括4‑7重量份的有机膦/溴络合物、2‑3重量份的三聚磷酸钠、5‑9重量份的水玻璃、1‑1.6重量份的丙烯酰胺、1‑1.5重量份的凹土、15‑20重量份的结合剂、1‑3重量份的偶联剂和0.5‑0.7重量份的消泡剂。该工程外墙节能漆导热系数低、保温隔热效果好。其制备方法包括：将树脂与有机膦/溴络合物混合，固化，得到固化树脂，然后将固化树脂与填料以及剩余的助剂混合。此制备方法简单，过程易控，耗时较短，较适于工业化生产。

Description

一种工程外墙节能漆及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，且特别涉及一种工程外墙节能漆及其制备方法。
背景技术
建筑能耗对于国际上发达国家而言已占全国总能耗的33％左右，在目前愈演愈烈的世界性能源危机的情况下，如此庞大的比重，早已引起国外发达国家的重视。
我国作为发展中国家，其建筑能耗的总量也随着GDP的高速增长而逐年上升，现也已经接近国际发达国家的水平，如果现在不开始注重建筑节能，将直接加剧能源危机。因此，建筑节能已成为我国及世界的一大社会可持续发展的主题。建筑节能的中心是在不影响人们感觉舒适度的前提下，减少建筑耗能，提高建筑中的能源利用效率。
实际上，建筑最大的能耗点是采暖和空调。据悉，我国在采暖和空调上的能耗占建筑总能耗的55％。对于南方冬暖夏热地区的建筑来说，主要面临的问题是热污染，因为南方地区受到的太阳辐射量大，夏季时间较长，太阳的辐射造成建筑建材吸热后发出红外辐射至室内，使室内升温，造成空调能耗；同时也产生城市热岛效应，使建筑物集中的城市市区气温要比郊区高出2-3℃，成为热污染城市生态环境的“公害”。
但目前，工程外墙漆在保温隔热方面效果还不是特别理想，需进一步提升。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工程外墙节能漆，其导热系数低、保温隔热效果好，市场应用潜力巨大。
本发明的另一目的在于提供上述工程外墙节能漆的制备方法，该制备方法简单，过程易控，耗时较短，较适于工业化生产。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种工程外墙节能漆，其原料包括25-30重量份的树脂、20-26重量份的填料和助剂。
助剂包括4-7重量份的有机膦/溴络合物、2-3重量份的三聚磷酸钠、5-9重量份的水玻璃、1-1.6重量份的丙烯酰胺、1-1.5重量份的凹土、15-20重量份的结合剂、1-3重量份的偶联剂和0.5-0.7重量份的消泡剂。
本发明还提出一种上述工程外墙节能漆的制备方法，包括以下步骤：将树脂与有机膦/溴络合物混合，固化，得到固化树脂，然后将固化树脂与填料以及剩余的助剂混合。
本发明较佳实施例的工程外墙节能漆及其制备方法的有益效果是：
用有机膦/溴络合物固化树脂，一方面能够保证较快的固化反应速率，提高生产效率；其次，较含氮类固化剂而言，有机膦/溴络合物在高温固化过程中不容易使固化物发生黄变，且有机膦/溴络合物还同时具有良好的阻燃和耐候性能。再次，有机膦/溴络合物与树脂反应后能较其它大部分固化剂使固化反应后的固化树脂保持无色透明状态，以降低其对太阳能的吸收率，从而起到较佳的隔热效果。
凹土和丙烯酰胺通过与其余原料混合，通过各原料之间的化学键或氢键等物理桥联结形成三维网络结构，减少体系中粒子自由活动的空间，从而提高外墙节能漆的粘度，使之保持均匀稳定的悬浮状态或者形成凝胶。
将固化树脂与填料先混合，然后再与剩余的助剂混合，能够使所得的节能漆具有更佳的保温隔热效果。
因此，本发明实施例提供的工程外墙节能漆导热系数低、保温隔热效果好。工程外墙节能的制备方法简单，过程易控，耗时较短，较适于工业化生产。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的工程外墙节能漆及其制备方法进行具体说明。
本发明实施例提供的工程外墙节能漆导热系数较低，具有较好的保温隔热效果，将其用于工程外墙，能有效改善现有技术中工程外墙漆保温隔热效果不理想的问题。
作为可选地，本实施例中的工程外墙节能漆的原料可以包括25-30重量份的树脂、20-26重量份的填料和助剂。
其中，助剂例如可以包括4-7重量份的有机膦/溴络合物、2-3重量份的三聚磷酸钠、5-9重量份的水玻璃、1-1.6重量份的丙烯酰胺、1-1.5重量份的凹土、15-20重量份的结合剂、1-3重量份的偶联剂和0.5-0.7重量份的消泡剂。
进一步地，工程外墙节能漆的原料可以包括27-28重量份树脂、22-24重量份的填料和助剂。
其中，助剂包括5-6重量份的有机膦/溴络合物、2.2-2.8重量份的三聚磷酸钠、6-8重量份的水玻璃、1.2-1.4重量份的丙烯酰胺、1.2-1.3重量份的凹土、17-18重量份的结合剂、1.5-2.5重量份的偶联剂和0.55-0.65重量份的消泡剂。
更进一步地，工程外墙节能漆的原料可以包括27.5重量份树脂、23重量份的填料和助剂。
其中，助剂包括5.5重量份的有机膦/溴络合物、2.5重量份的三聚磷酸钠、7重量份的水玻璃、1.3重量份的丙烯酰胺、1.25重量份的凹土、17.5重量份的结合剂、2重量份的偶联剂和0.6重量份的消泡剂。在此配比下，各原料成分配合所起的保温隔热效果最佳。
其中，树脂例如可以选用含氟树脂、环氧树脂、氯化橡胶和丙烯酸树脂等含醛基或羰基类吸收基团较少的树脂。优选地，树脂的透明度大于等于90％，以降低对太阳能的吸收率。因单纯的树脂利用价值不高，本实施例中优选对其进行固化，使树脂与固化剂发生固化反应生成三维交联网络结构，以提高其综合性能。
固化剂种类丰富，本实施例中优选用有机膦/溴络合物对树脂进行固化。采用有机膦/溴络合物固化树脂，一方面能够保证较快的固化反应速率，提高生产效率；其次，较含氮类固化剂而言，有机膦/溴络合物在高温固化过程中不容易使固化物发生黄变，且有机膦/溴络合物还同时具有良好的阻燃和耐候性能。再次，有机膦/溴络合物与树脂反应后能较其它大部分固化剂使固化反应后的固化树脂保持无色透明状态，以降低其对太阳能的吸收率，从而起到较佳的隔热效果。
填料例如可以包括二氧化硅、重晶石、滑石粉和金属氧化物复合物。上述四种物质的重量比可以依次为3-5：4-5：1-1.5：2-3.5。
因太阳的辐射能主要集中于可见光和近红外两个区域，对这两个区域太阳光能量的反射在工程外墙漆的隔热节能中起主要作用。二氧化硅、重晶石和滑石粉均为白色颜填料，散射能力值在1.10左右，该类颜填料散射光线能力弱，且不改变反射曲线的形状，但能改变光线反射的总量。并且，该三种填料较其它颜填料与上述树脂的折光指数相差更大，使工程外墙节能漆所具有的反射率也就越大。
由于光束经过粒子时，除了发生折射、散射外，还会发生衍射现象，即光线发生弯曲绕过粒子。衍射现象越明显，光的能量越分散，工程外墙吸收的能量也就越少。鉴于此，本实施例中上述填料的粒径优选在200-300nm范围内。此粒径范围与可见光黄色-绿色的波长的一半相差不大，因此在可见光部分具有很高的反射率。
值得说明的是，上述填料的粒径优选不低于150nm且不高于400nm，其原因在于，填料粒径过大将不会出现衍射现象，而粒径过小，会使粒子对光线不起作用。
进一步地，金属氧化物复合物可以包括重量比为1.8-2：1.4-1.5：1.4-1.6：2-2.1：1.7-2：1.5-1.7的二氧化锰、氧化亚镍、氧化亚钴、三氧化二铬、三氧化二镧和三氧化二铝。
上述金属氧化物复合物均具有较佳的红外辐射能力。但其中氧化亚镍、氧化亚钴与其它成分混合效果不佳，本实施例中优选将上述金属氧化物复合物均超微粉碎至纳米级，一方面可通过将各金属氧化物细化处理，提高相互之间的混合效果以及作用效果，另一方面还可通过减小粒子间的间距，提高反射率，避免由于粒子间距较大造成相互作用力较小，使得从外界投射的辐射能够全部进入物质中而造成反射现象不明显。
进一步地，本实施例中工程外墙节能漆的填料还包括粒径为50-60μm的空心玻璃微珠，空心玻璃微珠与二氧化硅的重量比为6-7：3-5。通过加入上述粒径的空心玻璃微珠，能够提高工程外墙节能漆的绝热性能，降低热导率，并能赋予节能漆更好的增白遮蔽效果，可反射80-90％的日光辐射热能。另外，空心玻璃微珠能够增强工程外墙节能漆的流平性和平滑性，并能进一步地提高其耐黄变的性能。
较佳地，本实施例中空心玻璃微珠的内表面包覆有厚度为0.8-1.2μm的二氧化钛，在此厚度范围下，包覆有二氧化钛的中空心玻璃微珠可形成对可见光和近红外反射率均较高的反射层，并兼具反射和绝热功能。
在原料中加入三聚磷酸钠，有利于使各原料分散均匀。水玻璃能够渗入至外墙缝隙和空隙中填充通道，提高外墙的密度和强度，从而提高工程外墙漆的隔热效果。
凹土和丙烯酰胺通过与其余原料混合，通过各原料之间的化学键或氢键等物理桥联结形成三维网络结构，减少体系中粒子自由活动的空间，从而提高外墙节能漆的粘度，使之保持均匀稳定的悬浮状态或者形成凝胶。目前，常用的增稠剂为纤维素类增稠剂、聚丙烯酸类增稠剂或聚氨酯类增稠剂，但上述增稠剂价格高、耐电解质能力差，pH适应范围窄。本实施例中通过将凹土和丙烯酰胺混合，不仅能够起到协同增效的作用，还能降低生产成本和工艺。
结合剂、偶联剂和消泡剂对节能漆分别能提高各原料之间的结合性能、促进偶联反应以及避免气泡。
此外，本实施例还提供了一种上述工程外墙节能漆的制备方法，可包括以下步骤：将树脂与有机膦/溴络合物混合，固化，得到固化树脂，然后将固化树脂与填料以及剩余的助剂混合，即可得到工程外墙节能漆。
具体地，树脂的固化是在118-122℃的条件下反应45-50min，此条件下固化而得固化树脂无色透明且抗黄变性及稳定性最佳，同时，对太阳能的吸收率较低。
进一步地，制备过程中，可以将固化树脂与填料于搅拌转速为500-700r/min的条件下混合，然后再与剩余的助剂与于超声波频率为100-120KHz、搅拌转速为200-280r/min的条件下混合。此混合顺序较将原料一并混合或先将固化树脂与剩余助剂先混合，然后再与填料混合所得的节能漆所具有的保温隔热效果更佳。
较佳地，在将固化树脂和填料混合后的混合物与剩余助剂进一步混合的过程中，可先进行超声波处理，然后再搅拌混合。通过使用超声波，可使各原料先充分分散，然后再混合反应，得到反应充分、性能均一的工程外墙节能漆。
进一步地，可在制备前，将原料中的固体物质均超微粉碎至粒径为不超过60μm，以利于各原料相互反应，提高作用效果。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
将25重量份的透明度为90％的含氟树脂与4重量份的有机膦/溴络合物混合，于118℃的条件下反应50min，得到固化树脂。将固化树脂与20重量份的填料于500r/min的条件下混合，然后再与剩余的助剂于超声波频率为100KHz、搅拌转速为280r/min的条件下混合，得到工程外墙节能漆。
其中，填料含有重量比为3：4：1：2的二氧化硅、重晶石、滑石粉和金属氧化物复合物。上述填料的粒径均为150nm。金属氧化物复合物含有重量比为1.8：1.4：1.4：2：1.7：1.5的二氧化锰、氧化亚镍、氧化亚钴、三氧化二铬、三氧化二镧和三氧化二铝。剩余的助剂含有2重量份的三聚磷酸钠、5重量份的水玻璃、1重量份的丙烯酰胺、1重量份的凹土、15重量份的结合剂、1重量份的偶联剂和0.5重量份的消泡剂。
实施例2
将30重量份的透明度为92％的环氧树脂与7重量份的有机膦/溴络合物混合，于122℃的条件下反应45min，得到固化树脂。将固化树脂与26重量份的填料于700r/min的条件下混合，然后再与剩余的助剂于超声波频率为120KHz的条件下处理后再于搅拌转速为200r/min的条件下混合，得到工程外墙节能漆。
其中，填料含有重量比为5：5：1.5：3.5的二氧化硅、重晶石、滑石粉和金属氧化物复合物。上述填料的粒径均为400nm。金属氧化物复合物含有重量比为2：1.5：1.6：2.1：2：1.7的二氧化锰、氧化亚镍、氧化亚钴、三氧化二铬、三氧化二镧和三氧化二铝。剩余的助剂含有3重量份的三聚磷酸钠、9重量份的水玻璃、1.6重量份的丙烯酰胺、1.5重量份的凹土、20重量份的结合剂、3重量份的偶联剂和0.7重量份的消泡剂。
实施例3
将原料中的填料粉碎至粒径均为200nm，其余固体物质超微粉碎至粒径为60μm。将27重量份的透明度为91％的氯化橡胶与6重量份的有机膦/溴络合物混合，于120℃的条件下反应47.5min，得到固化树脂。将固化树脂与24重量份的填料于600r/min的条件下混合，然后再与剩余的助剂于超声波频率为110KHz的条件下处理后再于搅拌转速为240r/min的条件下混合，得到工程外墙节能漆。
其中，填料含有重量比为6：3：5：1：3.5的空心玻璃微珠、二氧化硅、重晶石、滑石粉和金属氧化物复合物。空心玻璃微珠的粒径为50μm且中空心玻璃微珠的内表面包覆有厚度为0.8μm的二氧化钛。金属氧化物复合物含有重量比为1.8：1.5：1.4：2.1：1.7：1.7的二氧化锰、氧化亚镍、氧化亚钴、三氧化二铬、三氧化二镧和三氧化二铝。剩余的助剂含有2.2重量份的三聚磷酸钠、8重量份的水玻璃、1.2重量份的丙烯酰胺、1.3重量份的凹土、17重量份的结合剂、2.5重量份的偶联剂和0.55重量份的消泡剂。
实施例4
将原料中的填料粉碎至粒径均为300nm，其余固体物质超微粉碎至粒径为50μm。将28重量份的透明度为93％的丙烯酸树脂与5重量份的有机膦/溴络合物混合，于119℃的条件下反应46min，得到固化树脂。将固化树脂与22重量份的填料于550r/min的条件下混合，然后再与剩余的助剂于超声波频率为105KHz的条件下处理后再于搅拌转速为260r/min的条件下混合，得到工程外墙节能漆。
其中，填料含有重量比为7：5：4：1.5：2的空心玻璃微珠、二氧化硅、重晶石、滑石粉和金属氧化物复合物。空心玻璃微珠的粒径为60μm且中空心玻璃微珠的内表面包覆有厚度为1.2μm的二氧化钛。金属氧化物复合物含有重量比为2：1.4：1.6：2：2：1.5的二氧化锰、氧化亚镍、氧化亚钴、三氧化二铬、三氧化二镧和三氧化二铝。剩余的助剂含有2.8重量份的三聚磷酸钠、6重量份的水玻璃、1.4重量份的丙烯酰胺、1.2重量份的凹土、18重量份的结合剂、1.5重量份的偶联剂和0.65重量份的消泡剂。
实施例5
将原料中的填料粉碎至粒径均为250nm，其余固体物质超微粉碎至粒径为55μm。将27.5重量份的透明度为90％的环氧树脂与5.5重量份的有机膦/溴络合物混合，于121℃的条件下反应48min，得到固化树脂。将固化树脂与23重量份的填料于650r/min的条件下混合，然后再与剩余的助剂于超声波频率为115KHz的条件下处理后再于搅拌转速为220r/min的条件下混合，得到工程外墙节能漆。
其中，填料含有重量比为6.5：4：4.5：1.25：2.75的空心玻璃微珠、二氧化硅、重晶石、滑石粉和金属氧化物复合物。空心玻璃微珠的粒径为55μm且中空心玻璃微珠的内表面包覆有厚度为1μm的二氧化钛。金属氧化物复合物含有重量比为1.9：1.45：1.5：2.05：1.85：1.6的二氧化锰、氧化亚镍、氧化亚钴、三氧化二铬、三氧化二镧和三氧化二铝。剩余的助剂含有2.5重量份的三聚磷酸钠、7重量份的水玻璃、1.3重量份的丙烯酰胺、1.25重量份的凹土、17.5重量份的结合剂、2重量份的偶联剂和0.6重量份的消泡剂。
试验例
重复实施上述实施例1-5，得到足够多的工程外墙节能漆。以实施例1-5所得的工程外墙节能漆为试验组1-5，以现有建筑中最常用的外墙涂料为对照组，对比试验组和对照组中节能漆和涂料的导热率、保温和隔热效果，结果如表1-3所示。其中，导热率为350℃下的热导率(W/m/K)。
保温效果通过以下方式测得：取6个面积、厚度相同的实验舱，用毛刷在6个实验舱的外墙体表面分别涂刷试验组1-5的节能漆和对照组的涂料，用空调调节实验舱内的温度保持为20℃，稳定30min后，关闭舱内空调并降低舱外温度并维持在0℃，以关闭舱内空调开始计时，记录5小时内舱内温度的变化情况。
隔热效果通过以下方式测得：采用与保温效果类似的方法，关闭舱内空调并升高舱外温度并维持在40℃，以关闭舱内空调开始计时，记录5小时内舱内温度的变化情况。
表1热导率
试验组1 试验组2 试验组3 试验组4 试验组5 对照组
热导率 1.5 1.4 1.4 1.4 1.3 1.7
表2保温试验结果
1h 2h 3h 4h 5h
试验例1 17 15 14 12 10
试验例2 17 16 14 13 12
试验例3 17 16 16 14 13
试验例4 18 17 16 14 14
试验例5 18 18 17 15 15
对照组 16 14 13 10 7
表3隔热试验结果
1h 2h 3h 4h 5h
试验例1 24 25 26 30 31
试验例2 23 24 26 29 30
试验例3 23 23 25 28 29
试验例4 22 23 23 25 26
试验例5 21 22 22 24 24
对照组 24 28 32 33 35
由表1可以看出，试验组1-5的节能漆较对照组的涂料导热率均明显更低，且试验组5的导热率最低。说明试验组的节能漆较对照组的涂料具有更佳的保温和隔热效果，且试验组5的节能漆的保温和隔热效果最佳。由表2可以看出，在相同外界条件下，试验组1-5的节能漆较对照组的涂料所具有的保温效果更好，且试验组5所具有的保温效果最好。由表3可以看出，在相同外界条件下，试验组1-5的节能漆较对照组的涂料所具有的隔热效果更好，且试验组5所具有的隔热效果最好。表2和表3的结果与表1的导热率结果一致。
此外，以试验组5为例，设置对照组2和对照组3，对照组2与试验组的唯一区别在于对照组2中的原料在制备过程中是一并混合，对照组3与试验组的唯一区别在于对照组3中的原料在制备过程中是先将固化树脂与剩余助剂先混合，然后再与填料混合。将试验组5、对照组2和对照组3按照上述试验方法，对比该三组节能漆的导热率、保温效果和隔热效果。其结果显示：试验组、对照组2和对照组3的导热率依次为1.3W/m/K、1.4W/m/K和1.441W/m/K，说明将固化树脂先与填料混合再与剩余的助剂混合所制备而得的节能漆具有更低的导热率。同时，保温试验和隔热试验的结果同样显示试验组所具有的保温和隔热效果均强于对照组2和对照组3，且对照组2具有的保温和隔热效果强于对照组3。
与试验例5相同的，依次对试验例1-4分别对应设置对照组2和对照组3，其结果与试验例5所具有的试验结果一致。
综上所述，本发明实施例的工程外墙节能漆导热系数低、保温隔热效果好。其制备方法简单，过程易控，耗时较短，较适于工业化生产。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种工程外墙节能漆，其特征在于，其原料包括25-30重量份的树脂、20-26重量份的填料和助剂；
所述助剂包括4-7重量份的有机膦/溴络合物、2-3重量份的三聚磷酸钠、5-9重量份的水玻璃、1-1.6重量份的丙烯酰胺、1-1.5重量份的凹土、15-20重量份的结合剂、1-3重量份的偶联剂和0.5-0.7重量份的消泡剂。
2.根据权利要求1所述的工程外墙节能漆，其特征在于，所述填料包括重量比为3-5：4-5：1-1.5：2-3.5的二氧化硅、重晶石、滑石粉和金属氧化物复合物。
3.根据权利要求2所述的工程外墙节能漆，其特征在于，所述金属氧化物复合物包括重量比为1.8-2：1.4-1.5：1.4-1.6：2-2.1：1.7-2：1.5-1.7的二氧化锰、氧化亚镍、氧化亚钴、三氧化二铬、三氧化二镧和三氧化二铝。
4.根据权利要求2所述的工程外墙节能漆，其特征在于，所述填料还包括粒径为50-60μm的空心玻璃微珠，所述空心玻璃微珠与所述二氧化硅的重量比为6-7：3-5。
5.根据权利要求4所述的工程外墙节能漆，其特征在于，所述空心玻璃微珠的内表面包覆有厚度为0.8-1.2μm的二氧化钛。
6.根据权利要求1所述的工程外墙节能漆，其特征在于，所述树脂的透明度大于等于90％。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的工程外墙节能漆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述树脂与所述有机膦/溴络合物混合，固化，得到固化树脂，然后将所述固化树脂与所述填料以及剩余的所述助剂混合。
8.根据权利要求7所述的工程外墙节能漆的制备方法，其特征在于，固化是在118-122℃的条件下反应45-50min。
9.根据权利要求7所述的工程外墙节能漆的制备方法，其特征在于，将所述固化树脂与所述填料于搅拌转速为500-700r/min的条件下混合，然后再与剩余的所述助剂与于超声波频率为100-120KHz、搅拌转速为200-280r/min的条件下混合。
10.根据权利要求9所述的工程外墙节能漆的制备方法，其特征在于，制备前，将所述原料中的固体物质均超微粉碎至粒径为不超过60μm。
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