CN108951181A

CN108951181A - 用于纺织布基底的水性真空陶瓷微珠隔热涂料及制备方法

Info

Publication number: CN108951181A
Application number: CN201810744928.9A
Authority: CN
Inventors: 高瑾; 张志�; 李晓刚; 吕镇; 王睿; 郭斐斐
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2018-07-09
Filing date: 2018-07-09
Publication date: 2018-12-07

Abstract

一种纺织布用水性真空陶瓷微珠隔热涂料及制备方法，涂料由单组份水性聚醚型聚氨酯树脂、有机无机杂化树脂、反射功能填料、真空陶瓷微珠、辅助颜填料、助剂组成。涂层采用双级配模型配比的真空陶瓷微珠排列更加致密，使常温固化后的涂层有更低的导热系数，可显著提高涂层的隔热性能；真空陶瓷微珠经过有机无机杂化树脂表面处理后可提高树脂与微珠之间的相容性，并显著提高了涂层与基材之间的附着力；辅助颜填料具有反射功能，使漆膜具有较高的反射率，可反射大部分太阳光。本发明涂层与织物基材相容性好，具有优异的附着力、耐曲折性以及强度，满足了纺织布制品的反复折叠的需求并具有优异的抗划伤能力，涂料隔热性能优异，隔热温差可达12℃以上，水性环保。

Description

用于纺织布基底的水性真空陶瓷微珠隔热涂料及制备方法

技术领域

本发明属于隔热涂料与涂装领域，涉及一种由于纺织布基底的水性真空陶瓷微珠隔热涂料及制备方法。

背景技术

隔热涂料是一种能够有效阻止热传导、降低表面温度以改善工作环境及降低能耗而广泛应用于建筑物、纺织布、船舶甲板以及航天军事等领域的功能性涂料。例如将织布用隔热涂料涂覆于帐篷后不仅可以改善帐篷内舒适度，还可以降低帐篷内的冷却能耗。随着人们对户外活动以及休闲生活品质的重视，应用于户内户外纺织品的隔热显得尤为重要，特别是军用帐篷、户外帐篷的保温隔热。

现今对于隔热涂料的研制主要针对建筑行业、工业设备等，应用于纺织品的隔热涂料鲜有报道，目前主要通过与织物基布复合一层低导热的薄膜以达到隔热效果，如专利号为201120180965.5的中国专利《一种具有保温隔热效果的窗帘布》，其特征在于在基布表面通过热处理复合一层PVC透明膜覆盖层，隔热功能十分有限；专利号为201620375957.9的中国专利《一种隔热涂层布》，其特征在于包含基布、PU涂层、陶瓷纤维颗粒、隔热填料、阻燃涂层、皮膜涂层，基布表面设置有PU涂层，PU涂层上面设置含有陶瓷纤维颗粒的气凝胶隔热填料，隔热填料上面设置有阻燃涂层，阻燃涂层上表面设置有皮膜涂层，该专利仅考虑到了热量传递中的热传导方式，在反射辐射功能上有限，并且相关专利对于隔热效果并未进行具体的表示。因此亟待一种新型，兼具工艺简单与良好隔热效果的纺织布用隔热技术来满足纺织布制品的保温隔热需求。

纺织布基材具有反复折叠以及低表面能的特点，与涂料的相容性较差，涂装困难，鉴于此，要求隔热涂料在具有较好隔热效果的前提下与纺织布基材有较好相容性、兼顾优异附着力与耐曲折性。

发明内容

本发明目的在于针对纺织布制品(帐篷)的保温隔热等需求，提供一种适用于纺织布基底的水性真空陶瓷微珠隔热涂料及制备方法。

本发明涂料由单组份水性聚醚型聚氨酯树脂、有机无机杂化树脂、反射功能填料、真空陶瓷微珠及辅助颜填料、助剂组成。成分范围为：单组份水性聚醚型聚氨酯树脂质量百分比为40～70wt％、真空陶瓷微珠质量百分比为20～40wt％、反射颜功能填料质量百分比为5～8wt％、辅助颜填料质量百分比为2～8wt％、助剂质量百分比为2～7％。

进一步地，配方中的水性聚醚型聚氨酯树脂(成膜物)是根据分子链设计原理的软硬段比例与力学性能关系设计制备的，软硬段比例为8:2～9:1，分子链的软硬段比例及醚键、羟基、苯环等基团赋予了树脂较高的柔性及强度，满足了织布耐折叠、抗划伤、附着力的需求。

进一步地，本发明所用的陶瓷微珠的真空结构赋予了其更低的导热系数，其粒径在4～300μm。并采用双级配模型对其进行紧密填充，即采用大、小两种尺寸的微珠进行级配，在紧密排列时，允许自由填入大颗粒之间空隙的小颗粒直径为d₂＝0.0414d₁，根据计算最终确定大小微珠质量比为3:1～6:1。

进一步地，本发明基于K-M理论配伍了具有反射功能的填料，使漆膜具有较高的反射率，可反射大部分太阳光，进一步提高了隔热效果，该反射填料为钛白粉、氧化锌、氧化硅中的任意一种。

进一步地，所用有机无机杂化树脂是以环氧基硅烷、丙烯酰胺丙基硅烷、异丙氧基钛酸酯、正硅酸乙酯、氧乙酸螯合基钛酸酯中至少两种为反应单体，以去离子水、乙醇混合液为反应介质，以醋酸、磷酸、硝酸至少一种为催化剂，在30～60℃温度下制得，可提高填料与树脂的相容性，增强涂层的附着力等。

进一步地，所用助剂包括分散剂、润湿剂、流平剂、消泡剂、成膜助剂、防霉剂、中和剂等。

进一步地，所用分散剂为含有颜料亲和基团的嵌段共聚物；所用流平剂和润湿剂均为聚醚硅氧烷系列；所用消泡剂为不含有机硅的聚合物型消泡剂；所用成膜助剂为醇酯类化合物；所用中和剂为二乙醇胺、三乙醇胺、二甲基乙醇胺中的任意一种。

进一步地，所用防霉剂为1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(BIT)、2-n-辛基-4-异噻唑啉-3-酮(OIT)、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮(MIT)、5-氯-2-甲基-4-异噻唑琳-3-酮(CMIT)中的任意一种，

进一步地，所用醇酯类化合物为：丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯、十二醇酯中的任意一种。

一种如上所述水性真空陶瓷微珠隔热涂料的制备方法，主要包括以下制备工序：

1.真空陶瓷微珠的表面处理工艺。

取部分真空陶瓷微珠用自制的有机无机杂化树脂浸润，然后烘干待用。

2.色浆的配制工艺

称取总分散剂量的50％(质量百分比，下同)、总成膜助剂量的50％加入到全部树脂中，低速搅拌5～10min，然后加入烘干的全部反射填料、辅助颜填料，高速剪切(1000～3000r/min)分散30～90min后得到色浆。

3.真空陶瓷微珠的添加工艺

低速搅拌(50-100r/min)下加入经过有机无机杂化表面处理的真空陶瓷微珠与剩余的50％分散剂、50％成膜助剂以及全部的流平剂、消泡剂、防霉剂、中和剂等，搅拌10～20min混合均匀得到涂料。

本发明采用的真空陶瓷微珠不仅具备较低的导热性，还具有较高的红外发射率，可以将自身热量以红外波的方式发射到大气中，因此在辐射降温方面具有独特的优势，同时配伍反射功能填料，可以反射大部分太阳光，进一步提升了隔热效果，而关于真空陶瓷微珠的织布用水性隔热涂料未见报道。

本发明根据纺织布使用特点，根据分子链设计原理的软硬段比例与力学性能关系设计制备的高性能单组份聚醚型聚氨酯树脂作为成膜物质，赋予了涂层优异的柔性与强度，并与纺织布基材具有较好的相容性和附着性，满足了纺织布的耐折叠与抗划伤需求；同时采用具有更低的导热系数以及高红外发射率的真空陶瓷微珠，通过双级配模型设计达到最紧密填充，与其他功能性填料及助剂配伍获得优异的隔热效果；可广泛应用于帐篷等制品的表面涂装，并满足环保要求。

本发明涂料与基材相容性好、具有较高的附着能力与柔韧性，工艺简单可行、可室温固化、水性环保，隔热性能优异，隔热温差可达12℃以上，用于纺织布制品的隔热、保温、保冷、防冻等。

具体实施方式

实施例1

1.实验材料：若干块纺织布，大小为70*50mm。

2.涂料制备

取部分真空陶瓷微珠用自制的有机无机杂化树脂浸润，然后烘干备用；取0.25g分散剂、

1g成膜助剂加入到60g树脂中，低速搅拌10min，加入烘干的5g钛白粉、2g云母粉、高速剪切30～40min得到色浆备用；称取30g经过有机无机杂化树脂表面处理的真空陶瓷微珠加入到色浆中，低速搅拌并缓慢加入，随后加入0.1g杀菌剂、0.25g分散剂、1g成膜助剂、0.25g流平剂、0.5g防冻剂低速搅拌10～15min混合均匀，最后加入适量去离子水调整黏度，得到水性真空陶瓷微珠隔热涂料，刷涂于准备好的纺织布基材上。

实施例2

1.实验材料：同实施例1。

2.涂料制备

取部分真空陶瓷微珠用自制的有机无机杂化树脂浸润，然后烘干备用；取0.25g分散剂、1g成膜助剂加入到15g树脂中，低速搅拌10min，加入烘干的3g钛白粉、2g云母粉、高速剪切30～40min得到色浆备用；称取0.1g杀菌剂、0.25g分散剂、1g成膜助剂加入到45g树脂中，低速搅拌10min，称取30g真空陶瓷微珠缓慢加入到上述体系，边低速搅拌边加，加入完毕后加入剩余助剂，然后低速搅拌15min混合均匀得到微珠浆料；将得到的色浆缓慢加入到微珠浆料中，低速搅拌10～15min混合均匀，最后加入适量去离子水调整黏度，得到隔热涂料，刷涂于准备好的纺织布基材上。

选择实施例1做涂膜性能分析。

附表1水性隔热涂层常规性能表

Claims

1.一种纺织布用水性真空陶瓷微珠隔热涂料，其特征在于涂料由单组份水性聚醚型聚氨酯树脂、有机无机杂化树脂、反射功能填料、真空陶瓷微珠及辅助颜填料、助剂组成；成分范围为：单组份水性聚醚型聚氨酯树脂质量百分比为40～70wt％、真空陶瓷微珠质量百分比为20～40wt％、反射颜功能填料质量百分比为5～8wt％、辅助颜填料质量百分比为2～8wt％、助剂质量百分比为2～7％。

2.如权利要求1所述一种纺织布用水性真空陶瓷微珠隔热涂料，其特征在于配方中的水性聚醚型聚氨酯树脂是根据分子链设计原理的软硬段比例与力学性能关系设计制备的，软硬段比例为8:2～9:1，分子链的软硬段比例及醚键、羟基、苯环基团赋予了树脂较高的柔性及强度，满足了织布耐折叠、抗划伤、附着力的需求。

3.如权利要求1所述一种纺织布用水性真空陶瓷微珠隔热涂料，其特征在于所述陶瓷微珠粒径在4～300μm；并采用双级配模型对其进行紧密填充，即采用大、小两种尺寸的微珠进行级配，在紧密排列时，允许自由填入大颗粒之间空隙的小颗粒直径为d₂＝0.0414d₁，根据计算最终确定大小微珠质量比为3:1～6:1。

4.如权利要求1所述一种纺织布用水性真空陶瓷微珠隔热涂料，其特征在于所述反射功能填料为钛白粉、氧化锌、氧化硅中的任意一种。

5.如权利要求1所述一种纺织布用水性真空陶瓷微珠隔热涂料，其特征在于所述有机无机杂化树脂是以环氧基硅烷、丙烯酰胺丙基硅烷、异丙氧基钛酸酯、正硅酸乙酯、氧乙酸螯合基钛酸酯中至少两种为反应单体，以去离子水、乙醇混合液为反应介质，以醋酸、磷酸、硝酸至少一种为催化剂，在30～60℃温度下制得。

6.如权利要求1所述一种纺织布用水性真空陶瓷微珠隔热涂料，其特征在于所述助剂包括分散剂、润湿剂、流平剂、消泡剂、成膜助剂、防霉剂、中和剂。

7.如权利要求6所述一种纺织布用水性真空陶瓷微珠隔热涂料，其特征在于所述分散剂为含有颜料亲和基团的嵌段共聚物；所述流平剂和润湿剂均为聚醚硅氧烷系列；所述消泡剂为不含有机硅的聚合物型消泡剂；所述成膜助剂为醇酯类化合物；所述中和剂为二乙醇胺、三乙醇胺、二甲基乙醇胺中的任意一种。

8.如权利要求6所述一种纺织布用水性真空陶瓷微珠隔热涂料，其特征在于所述防霉剂为1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(BIT)、2-n-辛基-4-异噻唑啉-3-酮(OIT)、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮(MIT)、5-氯-2-甲基-4-异噻唑琳-3-酮(CMIT)中的任意一种。

9.如权利要求7所述一种纺织布用水性真空陶瓷微珠隔热涂料，其特征在于所述醇酯类化合物为：丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯、十二醇酯中的任意一种。

10.一种如权利要求1所述纺织布用水性真空陶瓷微珠隔热涂料的制备方法，其特征在于制备工序如下：

1).真空陶瓷微珠的表面处理工艺；取部分真空陶瓷微珠用自制的有机无机杂化树脂浸润，然后烘干待用；

2).色浆的配制工艺：

称取总分散剂量的50％、总成膜助剂量的50％加入到全部树脂中，低速搅拌5～10min，然后加入烘干的全部反射填料、辅助颜填料，高速剪切(1000～3000r/min)分散30～90min后得到色浆；

3).真空陶瓷微珠的添加工艺：

低速搅拌(50-100r/min)下加入经过有机无机杂化表面处理的真空陶瓷微珠与剩余的50％分散剂、50％成膜助剂以及全部的流平剂、消泡剂、防霉剂、中和剂，低速搅拌10～20min混合均匀得到涂料。