CN107556879A - 一种隔热纳米复合涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种隔热纳米复合涂料及其制备方法。该隔热纳米复合涂料由以下重量份数的原料组成：25‑50份水性固化剂，50‑100份水性环氧复合涂料的母液，所述水性环氧复合涂料的母液由锆酸钆纳米粉体和纤维素气凝胶作为填料，加入水和水性环氧树脂的混合液后得到。该隔热纳米复合涂料的隔热性能大大加强，同时解决了涂料的机型性质不佳及涂层覆盖率问题，又使涂层的耐久性、防腐性和强度均提高。
Description
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种隔热纳米复合涂料及其制备方法。
背景技术
在我国大部分地区一年四季温差较大，夏天炎热，冬天寒冷。而现在建筑的墙体隔热性能不好。夏天现在普遍采取空调制冷，这就造成了热量的损失，造成了能源的浪费。同样，冬天采用空调和其他电器取暖，屋内气温容易散失。因此研究一种涂料使其具备良好的隔热性能就显得至关重要。
现在市面上一般涂料的基本组成包括颜料、染料、溶剂及填充剂，要想使涂料获得其他性质往往通过向里面加入填料来完成。但也存在着许多难以解决的固有缺点。如目前常使用填充物为无机陶瓷粒子，如二氧化钛，但仅添加二氧化钛，会造成机械性质脆化及涂料覆盖率不佳。如降低无机陶瓷粒子含量，增加树脂粘结剂添加比例，虽然可以降低成本、提升涂料覆盖率及避免机械性质脆化，但会影响到涂料的隔热性能。
因此，研发一种新型隔热复合涂料迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在于提供一种隔热纳米复合涂料及其制备方法，该隔热纳米复合涂料采用超声震荡方法将锆酸钆与纤维素气凝胶复配，再将复配的锆酸钆与纤维素气凝胶填充到水性环氧树脂中制得隔热纳米复合涂料。该隔热纳米复合涂料的隔热性能大大加强，同时解决了涂料的机型性质不佳及涂层覆盖率问题，又使涂层的耐久性、防腐性和强度均提高。
本发明的目的是这样实现的：一种隔热纳米复合涂料，该隔热纳米复合涂料由以下重量份数的原料组成：25-50份水性固化剂，50-100份水性环氧复合涂料的母液，所述水性环氧复合涂料的母液由锆酸钆纳米粉体和纤维素气凝胶作为填料，加入水和水性环氧树脂的混合液中得到。
所述的水性固化剂为Aq419、或H228B、或W651、或W650。
一种隔热纳米复合涂料的制备方法，该方法包括如下步骤。
a.共沉淀法锆酸钆粉体制备：取5-10份氧化钆(Gd203)，8-17份氧氯化锆(ZrOCl2·8H2O)，ZrOCl2.8H20溶于20-30份氨水中，充分反应得到白色絮状沉淀物，用无水乙醇和去离子水清洗5-10次，然后充分溶于20-30份HN03中，得到溶液一，即ZrO(N03)2溶液；将Gd203溶于5-10份的硝酸中，制成溶液二，即Gd(N03)3溶液；把所得溶液一和溶液二混合配制成阳离子浓度为0.05mol/L-0.07mol/L的母盐溶液，将其滴入至浓度为22-25%的氨水中得到沉淀物，时效24h-48h后过滤，置于50℃-70℃烘箱中干燥，经研磨过筛后于马弗炉中在500-1000℃煅烧4-6h，获得Gd2Zr2O7纳米粉体。
b.纤维素气凝胶制备：含有10g-151.4%-1.6%纤维素微纤悬浮液的烧杯中，用盐酸调节pH值为4-5，在转速为500-600rpm，温度为25℃-27℃条件下搅拌2h-4h，样品冷冻干燥，制备出纤维素气凝胶。
c.取制备出的锆酸钆纳米粉体及纤维素气凝胶，超声震荡2h-4h，震荡频率为100Hz-200Hz，取出并放入真空干燥箱60℃-80℃、30min-60min，得到隔热纳米复合材料；取10-40份上述隔热纳米复合材料作为填料，加入到100-200份水和100-200份水性树脂的混合液中，在球磨机中分散1-2h，即得水性环氧复合涂料的母液。
d.取25-50份水性固化剂与50-100份水混合均匀后再与水性环氧复合涂料的母液按1：3-4的比例混合即可。
该方法步骤c中的水性环氧树脂为Ar555环氧树脂、或H228A环氧树脂、或E44环氧乳液、或E51环氧乳液、或E20环氧乳液。
与现有技术相比，本发明的优点与效果在于。
本发明采用的锆酸钆纳米粉体具有缺陷萤石结构，每个Gd2Zr2O7单元中均存在一个氧空位，相比于传统隔热填料热导率更低，进而使得涂层隔热效果更优。但只添加锆酸钆，不仅会造成机械性质脆化而且涂料覆盖率不佳。但是如果降低锆酸钆的加入量时，虽然可以改善机械性能，增加涂料覆盖率，但会影响到涂料的隔热性能。本发明采用纤维素气凝胶与锆酸钆联用，改善机械性能，增加涂料覆盖率。同时纤维素气凝胶相比于传统气凝胶来讲，同时还具备生物可再生性、生物相容性和生物可降解性，生态环保。
本发明提出使用的水性环氧复合隔热涂料的制备方法，所用的填料是锆酸钆粉体与纤维素气凝胶复配形成隔热纳米粉体,由于锆酸钆粉体具有高隔热性，低热导率使其隔热效果大幅增强。而纤维素气凝胶又解决了无机填料带来的涂料力学性能的缺点。并且纤维素气凝胶不对环境进行破坏。
附图说明
图1 为实施例1-4热导率的比较示意图。
图2 为实施例1-4隔热效果比较示意图。
图3 为简易涂膜综合隔热性能测定装置，1：加热光源， 2：数显温度计， 3：待测试样或空白板，4：测温室。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1：未添加任何填料的水性环氧涂料。
涂料的制备：1）取100份水性环氧树脂和100份水，
2）在球磨机中分散4h。
3）取50份水性固化剂与100份水混合均匀；将水性环氧涂料的母液与稀释好的水性固化剂按4：1的比例混合涂覆在经处理好的金属基板上，控制厚度在50-200um，室温固化即可。
实施例2：仅添加纤维素气凝胶的水性环氧涂料。
（1）纤维素气凝胶制备：含有10g1.4%纤维素微纤悬浮液的烧杯中，用盐酸调节pH值为4，在转速为500rpm，温度为25℃条件下搅拌2h，样品冷冻干燥，制备出纤维素气凝胶。
（2）纤维素气凝胶涂料的制备：取100份水性环氧树脂和100份水，取30份纤维素气凝胶填料，加入以上树脂体系中，在球磨机中分散4h。在取50份水性固化剂与100份水混合均匀；将水性环氧复合隔热涂料的母液与稀释好的水性固化剂按4：1的比例混合涂覆在经处理好的金属基板上，控制厚度在50-200um，室温固化即可。
实施例3：仅添加锆酸钆纳米材料的水性环氧涂料。
（1）共沉淀法制备纳米锆酸钆涂料：取6份氧化钆(Gd203)，10份氧氯化锆(ZrOCl2·8H2O)，其它均为分析纯。ZrOCl2.8H20溶于25份氨水中，充分反应得到白色絮状沉淀物，用无水乙醇和去离子水清洗6次，然后充分溶于25份HN03中，得到ZrO(N03)2溶液。将Gd203溶于5份的硝酸中，制成Gd(N03)3溶液。把两种溶液混合配制成阳离子浓度为0.05mol/L的母盐溶液，将其滴入至浓氨水中得到沉淀物，时效24h后过滤，置于60℃烘箱中干燥，经研磨过筛后于马弗炉中在800℃煅烧4-6h，获得Gd2Zr2O7纳米粉体
（2）锆酸钆涂料的制备：取100份水性环氧树脂和100份水，取50份锆酸钆粉体填料，加入以上树脂体系中，在球磨机中分散4h。在取50份水性固化剂与100份水混合均匀；将水性环氧复合隔热涂料的母液与稀释好的水性固化剂按4：1的比例混合涂覆在经处理好的金属基板上，控制厚度在50-200um，室温固化即可。
实施例4：本发明隔热纳米复合涂料。
（1）共沉淀法制备纳米锆酸钆涂料：取6份氧化钆(Gd203)，10份氧氯化锆(ZrOCl2·8H2O)，其它均为分析纯。ZrOCl2.8H20溶于25份氨水中，充分反应得到白色絮状沉淀物，用无水乙醇和去离子水清洗6次，然后充分溶于25份HN03中，得到ZrO(N03)2溶液。将Gd203溶于5份的硝酸中，制成Gd(N03)3溶液。把两种溶液混合配制成阳离子浓度为0.05mol/L的母盐溶液，将其滴入至浓氨水中得到沉淀物，时效24h后过滤，置于60℃烘箱中干燥，经研磨过筛后于马弗炉中在800℃煅烧4-6h，获得Gd2Zr2O7纳米粉体。
（2）纤维素气凝胶制备：含有10g1.4%纤维素微纤悬浮液的烧杯中，用盐酸调节pH值为4，在转速为500rpm，温度为25℃条件下搅拌2h，样品冷冻干燥，制备出纤维素气凝胶。
（3）隔热纳米复合材料的制备：取制备出的锆酸钆纳米粉体及纤维素气凝胶，采用超声震荡3h，震荡频率为100Hz，取出并放入真空干燥箱60℃、50min。取100份水性环氧树脂和100份水，将锆酸钆粉体及纤维素气凝胶加入以上树脂体系中，在球磨机中分散2 h, 即得隔热纳米复合涂料的母液；再取50份水性固化剂与100份水混合均匀；将隔热纳米涂料的母液与稀释好的水性固化剂按4：1的比例混合涂覆在经处理好的金属基板上，控制厚度在50-200um，室温固化即可。
实施例5 不同涂料的热导率比较。
使用德国NETZSCH公司生产的DIL 402C型膨胀仪对实施例1-4的涂层的热导率进行测定，样品尺寸为2.5mm×5mm×26mm，升温速率为5℃/min，测试温度范围25-1200℃，空气气氛，结果如图1所示，实施例4的热导率优于实施例1-3，即相对于未添加任何填料、仅添加纤维素气凝胶的水性环氧涂料或仅添加锆酸钆纳米材料的水性环氧涂料，本发明的隔热纳米复合涂料中锆酸钆纳米粉体和纤维素气凝胶作为填料，二者可协同增效，使热导率显著提高。
实施例6
按照JG/T235-2008《建筑反射隔热涂料》中的制作方法，制备简易涂膜综合隔热性能测定装置，如图3所示。其中，加热光源是150W功率的加热灯，距离涂膜位置30cm,测温室除了上端放置待测试样的位置，其它部位可看做绝热，温度计显示的是测温室内的温度。仪器是模仿在太阳光照射下，不同外墙涂膜对应的室内温度变化情况。实验时将室温控制在25℃，相当于建筑物周围的环境温度恒定，空白板相当于裸露的外墙，待测试样相当于涂了隔热涂料的外墙，对模拟室内温度变化的测温室进行温度测试。实验时，用待测试样或空白板密封盖住测温室，接通加热灯电源，每2min记录一次测温室温度至温度稳定不变，绘制温度升高曲线，用于隔热性能比较。以隔热温差△T为参考指标，对实施例1-4制得涂膜的综合隔热性能进行表征，结果如图2所示。
隔热温差计算式如下:
式中:
T——隔热温度，℃；
Ton——第n块空白板温室的最终温度，℃；
T1n——第n块隔热涂膜板测温室的最终温度，℃。
实施例4的隔热效果优于实施例1-3，即相对于未添加任何填料、仅添加纤维素气凝胶的水性环氧涂料或仅添加锆酸钆纳米材料的水性环氧涂料，本发明的隔热纳米复合涂料中锆酸钆纳米粉体和纤维素气凝胶作为填料，二者可协同增效，显著提高涂料的隔热效果。
Claims (4)
1.一种隔热纳米复合涂料，其特征在于，该隔热纳米复合涂料由以下重量份数的原料组成：25-50份水性固化剂，50-100份水性环氧复合涂料的母液，所述水性环氧复合涂料的母液由锆酸钆纳米粉体和纤维素气凝胶作为填料，加入水和水性环氧树脂的混合液后得到。
2.根据权利要求1隔热纳米复合涂料，其特征在于，所述的水性固化剂为Aq419、或H228B、或W651、或W650。
3.一种如权利要求1所述的隔热纳米复合涂料的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
a.共沉淀法锆酸钆粉体制备：取5-10份氧化钆(Gd203)，8-17份氧氯化锆(ZrOCl2·8H2O)，ZrOCl2.8H20溶于20-30份氨水中，充分反应得到白色絮状沉淀物，用无水乙醇和去离子水清洗5-10次，然后充分溶于20-30份HN03中，得到溶液一，即ZrO(N03)2溶液；将Gd203溶于5-10份的硝酸中，制成溶液二，即Gd(N03)3溶液；把所得溶液一和溶液二混合配制成阳离子浓度为0.05mol/L-0.07mol/L的母盐溶液，将其滴入至浓度为浓度22-25%的氨水中得到沉淀物，时效24h-48h后过滤，置于50℃-70℃烘箱中干燥，经研磨过筛后于马弗炉中在500-1000℃煅烧4-6h，获得Gd2Zr2O7纳米粉体；
b.纤维素气凝胶制备：含有10g-151.4%-1.6%纤维素微纤悬浮液的烧杯中，用盐酸调节pH值为4-5，在转速为500-600rpm，温度为25℃-27℃条件下搅拌2h-4h，样品冷冻干燥，制备出纤维素气凝胶；
c.取制备出的锆酸钆纳米粉体及纤维素气凝胶，超声震荡2h-4h，震荡频率为100Hz-200Hz，取出并放入真空干燥箱60℃-80℃、30min-60min，得到隔热纳米复合材料；取10-40份上述隔热复合材料作为填料，加入到100-200份水和100-200份水性树脂的混合液中，在球磨机中分散1-2h，即得水性环氧复合涂料的母液；
d.取25-50份水性固化剂与50-100份水混合均匀后再与水性环氧复合涂料的母液按1：3-4的比例混合即可。
4.根据权利要求3所述的隔热纳米复合涂料的制备方法，其特征在于，该方法所述步骤c中的水性环氧树脂为Ar555环氧树脂、或H228A环氧树脂、或E44环氧乳液、或E51环氧乳液、或E20环氧乳液。
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