CN107573786A - 一种金属屋面用建筑防水隔热涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属屋面用建筑防水隔热涂料及其制备方法，由以下两组组分调配而成，第一组分：水，第一增稠剂，第一分散剂，第二分散剂，润湿剂，第一消泡剂，第二消泡剂，多功能助剂，防腐剂，防霉剂，钛白粉，复合隔热粉，填料，功能填料，第二组分：防冻剂，成膜助剂，乳化剂，水，乳液，第二增稠剂，第三增稠剂，pH值调节剂，磷酸三丁酯；其中，所述复合隔热粉为累托粉和六钛酸钾晶须通过混合分散并进行表面改性而成的复合物。先对第一组分进行预分散，获得细度为40～80微米的浆料后，再加入第二组分调漆，过滤获得成品。本发明生产工艺简洁、低成本、施工易、工期短、水性环保、无毒不然，可广泛应用于金属屋面的防水和隔热。

Description

一种金属屋面用建筑防水隔热涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种建筑涂料，具体涉及一种用于金属屋面的建筑防水隔热涂料，以及涂料的制备方法。

背景技术

金属屋面具有轻质高强、设计灵活、安装方便、色彩丰富、造型独特等特点，能使建筑产生更强的现代感与时代气息，广泛应用于工业建筑与民用建筑。但是与其他建筑材料一样，金属屋面也有其弱点，雨水渗漏就是其中之一。究其原因主要有：①材料本身特点、②设计欠合理、③施工不当。

①材料本身特点。早期金属屋面板使用的连接方式均为紧固件连接，屋面板被紧固件穿透固定，金属板破坏，防腐蚀性不强，易产生渗漏现象。其后出现的角驰Ⅱ、角驰Ⅲ板边连接方式变为固定支架暗藏式180°咬边连接，虽然屋面板上没有紧固件穿透，但这类板型是一种非紧密式咬合，缝隙大，抗风能力较弱，一旦漏水，比穿透固定方式更甚。为解决金属板本身问题，国内设计出360°直立缝锁边板的全边锁合连接板型，采用专用机具机械设备咬边，紧密式咬合，有一定自由伸缩度，也是目前大力推广的金属屋面板板型。但是金属本身的热胀冷缩特性使得大跨度的金属屋面产生渗水缝隙在所难免。

②设计欠合理。金属压型板屋面属于构造防水的范畴，排水能力强、防水能力弱，***构造一旦出现缺陷，渗漏问题无法避免。另外，由于金属构件相互连接，细部处理不好易形成热桥，造成保温层或室内出现冷凝现象。压型金属板屋面经常出现漏水和连接不牢固等现象，其主要原因有：1）构造处理未考虑金属材料胀缩特性，引起连接点疲劳，引发渗漏；2）屋面坡度过缓、板型波高过小，设计有缺陷；3）构造层简单，围护***气密性差，保温层出现冷凝现象；4）板型连接处薄弱，抗风揭能力较差；5）屋面排水设计未考虑地域特征（梅雨区、台风区、积雪区），造成防水缺陷。

③施工原因： a）变形缝设置处理不当。根据设计要求应设变形缝，如后浇缝，一般要经40-60d才能施工。工期延长，如果因基层清理或浇捣不好会留下渗漏隐患；再如沉降缝，一般要到钢结构厂房封顶后才能施工，这样工期更长；如施工不当也会留下渗漏隐患。b）不平施工缝施工不当造成患。根据现行施工惯例，施工底板时厂房屋面施工高度为30-50cm，再加设一道止水片，由于底板施工多采用商品钢材，坍落度较大，外墙板金属如一次振捣密衬往往较差，二次振捣给施工管理上带来了一些困难，所以这一水平施工缝处理不当往往成为渗漏的隐患。c）墙板施工缝处30cm凸墙与底板一起在养护期完成了大部分干缩与冷缩，使新的金属板缝结合后收缩受到了下部约束，在30cm凸缝以上易产生裂缝。对于金属屋面渗水漏水的修补，国内早期不是很重视，把金属屋面防水当做一个简单的问题来对待，通常采用现有的防水材料如市面上常见的材料：聚合物水泥防水涂料、聚氨酯防水涂料、硅酮耐侯胶、SBS防水卷材或者自粘性防水卷材来处理，其能在短期内解决钢结构屋面漏水问题，但是使用寿命并不长，寿命短的仅为几个月，长的也不过2-3年，因为这类防水层没有表面保护层，老化性差，容易被外部灰尘、腐蚀性物质侵入，从而使防水变脏、变脆，逐步被破坏；钢屋面夏天温度会达到70度以上，卷材里的沥青已经处于熔融状态，经过多次的熔化和凝固，卷材老化脱离金属屋面板，使用寿命也较短。

随着建筑节能要求的提高，金属屋面隔热保温由的保温板为主的现状已经不能满足发展的需要，开始出现有关金属屋面隔热防水涂料的新技术，将防水和隔热问题统筹解决，以一种材料解决金属屋面防水和节能的两大问题。例如，申请号为201310244734.X的中国发明专利公开了一种钢结构彩钢瓦防水涂料，申请号为201510898394.1的中国发明专利申请公开了一种复合型金属屋面隔热防水涂料及其制备方法，该两种技术方案都采用空心玻璃微珠等材料制备隔热防水涂料。但此类采用微珠型来实现反射隔热功能的涂料，在生产和应用中存在一些无法回避缺陷和问题：

(1) 对于微珠型的功能性填料，由于粒径一般较大，在一些的涂料细度有要求的场合不能满足要求。最重要的不足之处是由于功能性填料的质脆易碎特性，不能完全按照传统的建筑涂料工艺进行生产。目前多数厂家采用滚坛法进行生产。这种生产工艺效率低下、生产时间延长、设备清洗困难，而且设备投资很大。

(2) 对于纳米钛白粉及改性钛白粉类的功能性填料来讲，具有很高的折光系数，对可见光有良好的反射效果，但是对红外光的反射较差。

(3) 对于一些辐射性能良好的金属氧化物来说，由于具有较深的颜色，使其的应用受到很大的限制。

(4) 由于微珠型功能性填料的尺寸相对较大，对涂膜的弹性性能和低温性能有不利影响。

因此，需要提供一种金属屋面用建筑防水隔热涂料，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属屋面用建筑防水隔热涂料，在不使用玻璃微珠的前提下，提供良好的隔热性能、防水性能；本发明的另一发明目的是提供这种金属屋面用建筑防水隔热涂料的制备方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种金属屋面用建筑防水隔热涂料，由以下两组组分调配而成，以质量份数计，各组分的构成如下：

第一组分：

水8.5~20份，第一增稠剂0.04~0.08份，第一分散剂0.15~0.75份，第二分散剂0.45~0.85份，润湿剂0.1~0.2份，第一消泡剂0.2~0.4份，第二消泡剂0.2~0.4份，多功能助剂0.05~0.25份，防腐剂0.05~0.15份，防霉剂0.05~0.25份，钛白粉15~25份，复合隔热粉10~22.5份，填料2~6.5份，功能填料1~3份，

第二组分：

防冻剂1~2份，成膜助剂1.25~2份，乳化剂0.01~0.02份，水1~3份，乳液25~60份，第二增稠剂0.2~0.5份，第三增稠剂0.2~0.5份，pH值调节剂0.05~0.15份，磷酸三丁酯0.05份；

其中，所述复合隔热粉为累托粉和六钛酸钾晶须通过混合分散并进行表面改性而成的复合物。

所述复合隔热粉采用下述方法制备，将雷托粉和六钛酸钾晶须按质量比为50～95∶1的比例制成浆料，先加入磷酸盐化合物，再加入水溶性硅化合物，使SiO₂沉淀于隔热粉颗粒表面，再加入铝盐包膜剂使粉料包膜，均匀分散，经水洗、抽滤、烘干、研磨后获得，粉料粒径控制在50μm以下。

通过处理可使隔热粉颗粒表面包覆一层无机物，即将硅、铝离子同时附着在隔热粉表面，从而提高反射隔热效率。这种复合物对太阳光有很强的反射、阻隔和辐射能力，能减少对太阳能量的吸收。

上述技术方案中，所述第一分散剂为无机盐类分散剂，所述第二分散剂为水性聚羧酸盐类分散剂，所述润湿剂为烷基酚聚氧乙烯醚类润湿剂，所述多功能助剂的有效成分为2-氨基-2-甲基-1-丙醇。它们能使颜料和填料均匀分散并保持稳定，并且使得涂料对基材有良好的润湿性，增强涂膜对基材的附着力。

上述技术方案中，所述第一消泡剂为有机硅和酯类复合型消泡剂，第二消泡剂为疏水二氧化硅和矿物油的混合物，所述第一增稠剂为纤维素醚增稠剂，第二增稠剂为碱溶胀型增稠剂，第三增稠剂为聚氨酯类增稠剂，所述填料为绢云母粉和石英粉的任意一种或者二者的混合物，所述功能填料为金属氧化物。加入消泡剂可以消除涂料生产和施工中产生的起泡，这两种消泡剂和磷酸三丁酯的复配使用可以有效的减少缩孔、缩边等缺陷的发生。各类增稠剂的合理搭配使用，可以使涂料有良好的流变性，提高施工性，并提供储存稳定性。绢云母粉呈鳞片状，富弹性，可弯曲，抗磨性和耐磨性好，耐热绝缘，在涂料中可以增加涂膜韧性和提高耐候性。石英粉热稳定性好、耐酸性耐老化性好、吸油率低。

优选的技术方案，所述功能填料为氧化锌。

上述技术方案中，所述防腐剂为异噻唑啉-3-酮类防腐剂，防霉剂为稠杂环类防霉剂，防腐剂和防霉剂可以降低涂料和涂膜受到微生物侵害引起变质的风险。所述防冻剂为乙二醇或者丙二醇，可以赋予涂料有较好的低温储存性；成膜助剂有效成分为2,2,4-三甲基戊二醇-1,3单异丁酸酯，可以使乳液成膜良好；乳化剂为聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯类乳化剂，将防冻剂和成膜助剂乳化稳定分散在水中。

优选的技术方案，所述钛白粉为金红石型钛白粉，金红石型钛白粉对太阳光的反射散射能力强、耐候耐老化，化学性能稳定。

上述技术方案中，所述乳液为纯丙乳液、有机硅改性乳液、紫外交联乳液、氟碳乳液中的一种或者几种的任意组合。本发明中的乳液是涂料成膜的最基础物质，乳液的性能很大程度决定着涂料性能的优劣，本发明选取的乳液有良好的耐候耐老化性、耐水耐沾污性和良好的透明性。

所述pH值调节剂为氨水、氢氧化钠溶液和所述多功能助剂中的一种。

上述金属屋面用建筑防水隔热涂料的制备方法，包括如下步骤：

（1）预分散：按第一组分构成配方称取各原料，向分散缸中加入水和第一增稠剂，开动分散机，保持转速600~1500转/分，依次加入第一分散剂、第二分散剂、润湿剂、第一消泡剂、第二消泡剂、多功能助剂、防腐剂、防霉剂、钛白粉、复合隔热粉、填料、氧化锌，分散15到35分钟；

（2）高速分散或者砂磨：使浆料的细度达到40~80微米；

（3）调漆：将浆料移至调漆缸中，开动分散机，在600~1000转/分下，将已预先乳化的防冻剂、成膜助剂、乳化剂、水加入，再依次加入乳液、第二增稠剂、第三增稠剂，用pH值调节剂调节pH至9.5左右，加入磷酸三丁酯；

（4）过滤，得到所需的防水隔热涂料。

本发明的工作原理是：通过在建筑物的金属屋面上涂装一种金属屋面用建筑防水隔热涂料，起到防水隔热防护装饰作用。

太阳辐射光谱的99%以上在波长 0.15～4.0微米之间。大约50%的太阳辐射能量在可见光谱区（波长0.4～0.76微米），7%在紫外光谱区（波长<0.4微米），43%在红外光谱区（波长>0.76微米）。

本发明通过复合隔热粉对太阳光谱能量进行反射、阻隔和辐射，达到隔热的目的。本发明中的复合隔热粉具体组成为纳米累托粉和六钛酸钾晶须经过混合分散，然后通过表面改性而成。其中累托粉既起到载体作用，也具有阻隔太阳辐射的功能。累托石是晶体结构特殊的铝硅酸盐矿物，由类云母单元层和类蒙脱石单元层在特殊自然条件下有规则地交替堆积，但又不是二者的简单组合，尤其是其条带状的微观结构颇为罕见.而且累托石本身对短波光谱尤其是紫外线有很强的阻隔作用。六钛酸钾晶须的组成为K₂Ti₆O₁₃，结构为连锁隧道式结构，K⁺离子居隧道中间。这种结构导致的直接结果是K⁺离子具有高的稳定性，也因为这种结构，使得六钛酸钾晶须具有结构隔热、物理隔热、红外线反射辐射的特点。由此可见，由累托粉和六钛酸钾晶须制成的复合隔热粉有良好的反射、阻隔和辐射能力。

本发明所用乳液为纯丙乳液、有机硅改性乳液、紫外交联乳液、氟碳乳液中的一种或者几种的任意组合。纯丙乳液由丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯以及甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯等丙烯酸酯类单体之间共聚、自聚而成，丙烯酸聚合物乳液设计灵活，性能优异。有机硅橡胶乳液是以硅－氧（Si－O）键为主链结构的，有非常优秀的耐温性能：热稳定性高，高温下（或辐射照射）分子的化学键不易断裂、不分解；低温时仍有非常高的延伸性能，可在一个很宽的温度范围内使用，不易被紫外光和臭氧所分解。紫外交联丙烯酸乳液在共聚物的侧链上引入含有紫外光活性基团，使得涂膜在紫外线的作用下发生交联。氟碳乳液以氟碳键（F-C）为主键，其键能为486KJ•mol^-1，比碳碳键高，键长比碳碳键段，因而主键具有高度的柔顺性，其耐高温、耐低温、紫外光老化性能特别优异，而且耐氧化性能好、表面能低，由于表面张力小，水及其他污物不易附着，所以有良好的防潮性、抗水性和抗水汽性。

本发明所用功能性填料为氧化锌。氧化锌为六角晶系结晶或粉末，无毒、无味，具有良好的耐热性和耐光性。在涂料成膜时，氧化锌与涂料中的丙烯酸树脂分子之间形成了较强的分子间作用力或金属配体的配位作用，使树脂分子之间紧密连接起来形成更大的分子，使得涂料的涂膜更紧密有韧性，所以导致涂料的拉伸强度、吸水率、耐沾污性有明显改善。

运用上述技术方案，本发明与现有技术相比有以下优势：

1、本发明使用主要由纳米累托粉和六钛酸钾晶须组成的新型复合隔热粉，对太阳光谱有很高反射、阻隔和辐射性能，隔热效果好。

2、生产工艺简单高效，设备投资小。

3、弹性性能好，完全可适应金属屋面的热胀冷缩引起的形变和应力。

4、高低温性能优异，本发明引进有机硅改性乳液改善了涂料的耐热性和低温柔性，使得可以应对外界酷暑严寒的自然变化。

5、使用功能性填料增加涂膜的耐水性、耐沾污性。

6、使用紫外交联乳液提高涂料的耐沾污性，提高反射隔热功能的保持率。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步描述：

实施例一

一种金属屋面用建筑防水隔热涂料及其制备方法如下：

在分散缸中加入8.5份水 1 和0.04份增稠剂1，开动分散剂调速至800转/分左右，依次加入0.25份分散剂1、0.45份分散剂2 、0.1份润湿剂、0.2份消泡剂1、0.3份消泡剂2、0.05份多功能助剂、0.05份防腐剂、0.005份防霉剂，搅拌均匀，继续加入15份钛白粉、22.5份复合隔热粉、2.5份800目绢云母粉、4份800目石英粉、1份氧化锌。将1份丙二醇、1.25份成膜助剂、0.01份乳化剂、1份水2预乳化，加入分散缸中。提高转速至1200转/分，分散30分钟。将分散缸中所得浆料通过砂磨机砂磨至60微米细度后移至调漆缸中，在分散剂为800转/分的转速下，依次加入40份纯丙乳液、0.2份增稠剂2、0.2份增稠剂3，用氨水调节PH值至9.5，最后加入0.05份磷酸三丁酯，过滤包装即的成品。

成品性能经过测试，达到JG/T375-2012《金属屋面丙烯酸高弹防水涂料》中热反射型的全部性能要求，检测结果如表1：

表1

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实施例二

一种金属屋面用建筑防水隔热涂料及其制备方法如下：

在分散缸中加入17.5份水 1 和0.06份增稠剂1，开动分散剂调速至800转/分左右，依次加入0.2份分散剂1、0.5份分散剂2 、0.15份润湿剂、0.2份消泡剂1、0.2份消泡剂2、0.15份多功能助剂、0. 1份防腐剂、0.25份防霉剂，搅拌均匀，继续加入19份钛白粉、15份复合隔热粉、2.5份800目绢云母粉、4份800目石英粉、2份氧化锌。将1.5份乙二醇、1.7份成膜助剂、0.015份乳化剂、1.825份水2预乳化，加入分散缸中。提高转速至1200转/分，分散30分钟。将分散缸中所得浆料通过砂磨机砂磨至60微米细度后移至调漆缸中，在分散剂为800转/分的转速下，依次加入31.5份硅丙乳液、0.25份增稠剂2，用30氢氧化钠溶液调节PH值至9.5，最后加入0.05份磷酸三丁酯，过滤包装即的成品。

成品性能经过测试，达到JG/T375-2012《金属屋面丙烯酸高弹防水涂料》中热反射型的全部性能要求，检测结果如表2：

表2

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实施例三

一种金属屋面用建筑防水隔热涂料及其制备方法如下：

在分散缸中加入20份水 1 和0.08份增稠剂1，开动分散剂调速至800转/分左右，依次加入0.45份分散剂1、0.55份分散剂2 、0.2份润湿剂、0.4份消泡剂1、0.4份消泡剂2、0.25份多功能助剂、0. 15份防腐剂、0.05份防霉剂，搅拌均匀，继续加入25份钛白粉、10份复合隔热粉、2.5份800目绢云母粉、4份800目石英粉、3份氧化锌。将1.5份乙二醇、1.5份成膜助剂、0.02份乳化剂、1.7份水2预乳化，加入分散缸中。提高转速至1200转/分，分散30分钟。将分散缸中所得浆料通过砂磨机砂磨至60微米细度后移至调漆缸中，在分散剂为800转/分的转速下，依次加入25份硅丙乳液、0.5份增稠剂2、0.5份增稠剂3、，用30氢氧化钠溶液调节PH值至9.5，最后加入0.05份磷酸三丁酯，过滤包装即的成品。

成品性能经过测试，达到JG/T375-2012《金属屋面丙烯酸高弹防水涂料》中热反射型的全部性能要求，检测结果如表3：

表3

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从上面三个实施例可见，本发明制备获得的金属屋面用建筑防水隔热涂料各项性能均能满足GB/T9755-2001中优等品和 GB/T25261-2010标准的要求，而且具有良好疏水性。

在本发明中，采用复合隔热粉为主要反射隔热功能性填料，改性钛白粉为辅助反射隔热功能性填料，使涂料对太阳光有很好的反射性，对热量有很好的辐射性。而且，采用丙烯酸乳液、硅丙乳液、有机硅改性乳液及氟碳乳液复配使用，使得本涂料有良好的防水性能、弹性性能、耐高温性能、低温柔性。除了上述两点优异的功能外，本涂料具备普通建筑涂料的优点，生产工艺简洁、低成本、施工易、工期短、水性环保、无毒不然，可金属屋面的防水隔热。

Claims (10)

1.一种金属屋面用建筑防水隔热涂料，其特征在于，由以下两组组分调配而成，以质量份数计，各组分的构成如下：

第一组分：

水8.5~20份，第一增稠剂0.04~0.08份，第一分散剂0.15~0.75份，第二分散剂0.45~0.85份，润湿剂0.1~0.2份，第一消泡剂0.2~0.4份，第二消泡剂0.2~0.4份，多功能助剂0.05~0.25份，防腐剂0.05~0.15份，防霉剂0.05~0.25份，钛白粉15~25份，复合隔热粉10~22.5份，填料2~6.5份，功能填料1~3份，

第二组分：

防冻剂1~2份，成膜助剂1.25~2份，乳化剂0.01~0.02份，水1~3份，乳液25~60份，第二增稠剂0.2~0.5份，第三增稠剂0.2~0.5份，pH值调节剂0.05~0.15份，磷酸三丁酯0.05份；

其中，所述复合隔热粉为累托粉和六钛酸钾晶须通过混合分散并进行表面改性而成的复合物。

2.根据权利要求1所述的一种金属屋面用建筑防水隔热涂料，其特征在于：所述第一分散剂为无机盐类分散剂，所述第二分散剂为水性聚羧酸盐类分散剂，所述润湿剂为烷基酚聚氧乙烯醚类润湿剂，所述多功能助剂的有效成分为2-氨基-2-甲基-1-丙醇。

3.根据权利要求1所述的一种金属屋面用建筑防水隔热涂料，其特征在于：所述第一消泡剂为有机硅和酯类复合型消泡剂，第二消泡剂为疏水二氧化硅和矿物油的混合物，所述第一增稠剂为纤维素醚增稠剂，第二增稠剂为碱溶胀型增稠剂，第三增稠剂为聚氨酯类增稠剂，所述填料为绢云母粉和石英粉的任意一种或者二者的混合物，所述功能填料为金属氧化物。

4.根据权利要求3所述的一种金属屋面用建筑防水隔热涂料，其特征在于：所述功能填料为氧化锌。

5.根据权利要求1所述的一种金属屋面用建筑防水隔热涂料，其特征在于：所述防腐剂为异噻唑啉-3-酮类防腐剂，防霉剂为稠杂环类防霉剂，所述防冻剂为乙二醇或者丙二醇，成膜助剂有效成分为2,2,4-三甲基戊二醇-1,3单异丁酸酯，乳化剂为聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯类乳化剂。

6.根据权利要求1所述的一种金属屋面用建筑防水隔热涂料，其特征在于：所述钛白粉为金红石型钛白粉。

7.根据权利要求1所述的一种金属屋面用建筑防水隔热涂料，其特征在于：所述乳液为纯丙乳液、有机硅改性乳液、紫外交联乳液、氟碳乳液中的一种或者几种的任意组合。

8.根据权利要求1所述的一种金属屋面用建筑防水隔热涂料，其特征在于：所述pH值调节剂为氨水、氢氧化钠溶液和所述多功能助剂中的一种。

9.根据权利要求1所述的一种金属屋面用建筑防水隔热涂料，其特征在于：所述复合隔热粉采用下述方法制备，将雷托粉和六钛酸钾晶须按质量比为50～95∶1的比例制成浆料，先加入磷酸盐化合物，再加入水溶性硅化合物，使SiO₂沉淀于隔热粉颗粒表面，再加入铝盐包膜剂使粉料包膜，均匀分散，经水洗、抽滤、烘干、研磨后获得，粉料粒径控制在50μm以下。

10.权利要求1所述的金属屋面用建筑防水隔热涂料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）预分散：按第一组分构成配方称取各原料，向分散缸中加入水和第一增稠剂，开动分散机，保持转速600~1500转/分，依次加入第一分散剂、第二分散剂、润湿剂、第一消泡剂、第二消泡剂、多功能助剂、防腐剂、防霉剂、钛白粉、复合隔热粉、填料、氧化锌，分散15到35分钟；

（2）高速分散或者砂磨：使浆料的细度达到40~80微米；

（3）调漆：将浆料移至调漆缸中，开动分散机，在600~1000转/分下，将已预先乳化的防冻剂、成膜助剂、乳化剂、水加入，再依次加入乳液、第二增稠剂、第三增稠剂，用pH值调节剂调节pH至9.5左右，加入磷酸三丁酯；

（4）过滤，得到所需的防水隔热涂料。