CN112225493A - 超耐候红外反射隔热无机涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超耐候红外反射隔热无机涂料及其制备方法，主要由以下组分按照以下重量份数比制备而成：水250‑300份分散剂为3‑7份润湿剂为2‑4份消泡剂为2‑4份纤维素醚为3‑7份红外反射颜料75‑130份硅灰石粉为150‑200份硫酸钡为100‑200份钛白粉为75‑125份抗冻融稳定剂为5‑10份有机改性硅酸钾为50‑150份丙烯酸乳液为50‑100份有机硅消泡剂为2‑4份。该发明克服了现有市场上还没有一款既具有反射隔热性能又耐火性、耐候性优异的无机涂料的缺点，通过优选的丙烯酸乳液与优选的红外反射颜料配合，使漆膜同时具有优异的反射隔热性能、耐火性、耐候性。

Description

超耐候红外反射隔热无机涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种超耐候红外反射隔热无机涂料及其制备方法，应用在无机涂料生产领域。

背景技术

目前无机涂料至今没有明确的定义，按照涂料命名的习惯一般是按主要成膜物质来分类，因此无机涂料通常是指以无机材料为主要成膜物质或粘结剂的一类涂料。常见的无机粘结剂有水泥、石膏、碱金属硅酸盐(水玻璃)、硅溶胶、石灰等。硅酸盐乳胶涂料(Silicate Emulsion Paints)是以硅酸钾为主要粘结剂，辅以有机乳液基料(＜5％)，并加入适量无机颜、填料和多种助剂配制而成的单组份涂料，具有单组份、稳定性好、应用范围广、耐水性特别是早期耐水性更好的特点。市场上无机涂料因耐火等级可以达到A级，又因GB50222-2017强制在某些装修墙面中必须达到A级防火，所以最近几年无机涂料比较流行。无机涂料另一大特性就是与建筑物同寿命，所以耐候性超强。反射隔热涂料因其特殊的反射太阳红外线的特性近年来应用较广泛，但是目前市场上还没有一款既具有反射隔热性能又耐火性、耐候性优异的无机涂料。

因此提供一种反射隔热性能、耐火性、耐候性俱佳的超耐候红外反射隔热无机涂料及其制备方法己成为当务之亟。

发明内容

为了克服现有市场上还没有一款既具有反射隔热性能又耐火性、耐候性优异的无机涂料的缺点，本发明提供一种超耐候红外反射隔热无机涂料及其制备方法，通过优选的丙烯酸乳液与优选的红外反射颜料配合，使漆膜同时具有优异的反射隔热性能、耐火性、耐候性。

本发明的技术方案如下：

一种超耐候红外反射隔热无机涂料，主要由以下组分按照以下重量份数比制备而成：

水250-300份

分散剂3-7份

润湿剂2-4份

消泡剂2-4份

纤维素醚3-7份

红外反射颜料75-130份

硅灰石粉150-200份

硫酸钡100-200份

钛白粉75-125份

抗冻融稳定剂5-10份

有机改性硅酸钾50-150份

丙烯酸乳液50-100份

有机硅消泡剂2-4份。

本案的超耐候红外反射隔热无机涂料通过优选的丙烯酸乳液与优选的红外反射颜料配合，并在其他优选助剂共同构成漆料体系，使漆膜同时具有优异的反射隔热性能、耐火性、耐候性。另外，本配方无机涂料因乳液添加量少，所以燃烧性能等级更高，配方中不含防冻剂(乙二醇、丙二醇)、成膜助剂、杀菌剂异噻唑林酮等有害物质，环保性能更优异。采用有机改性硅酸钾搭配化学稳定性、耐候性好的颜填料，故耐候性极佳。选用有机改性硅酸钾而不是选择性能更好的硅酸锂，主要原因是硅酸锂价格太高，无法大面积落地推广，没有太大实际意义，最终选择性能差不多，但是价格便宜的有机改性硅酸钾，使得本方案成本低廉，市场接受度高，容易推广。有机改性硅酸钾生产的无机涂料后增稠少，有更好的储存稳定性。

所述硫酸钡为1200-1300目的超细硫酸钡，所述硅灰石粉为1200-1300目的超细硅灰石粉。

无机涂料属于敏感性体系，对填料要求较高，填料中不可含有高反应性多价阳离子(Ca2+,Mg2+,Al3+,Fe3+等)，这些离子的存在会导致后增稠甚至凝胶化，同时填料不能同碱反应，引起溶液PH值和粒子表面电荷的改变，从而改变酸碱平衡量和缩聚离解平衡反应。故优选稳定性好的超细硫酸钡、超细硅灰石粉。超细硫酸钡要求：高惰性，耐酸碱，具有良好的抗晒型和耐候性，纯度高杂质少，无微量矿石和盐杂质(无腐蚀或硫化成分)。超细硅灰石粉要求：化学惰性，针状结构，白色、粒径超细。

所述红外反射颜料主要由以下组分按照以下重量份数比混合制备而成：

范能拓近红外反射钛白粉Altiris 550 25-50份

范能拓近红外反射钛白粉Altiris 800 50-75份。

红外反射颜料中的范能拓近红外反射钛白粉Altiris 550反射波长为1300纳米，主要针对中高明度涂料，范能拓近红外反射钛白粉Altiris800反射波长为1880纳米，主要针对中低明度涂料。范能拓近红外反射钛白粉Altiris 550与范能拓近红外反射钛白粉Altiris 800的组合搭配可以进行全波长的覆盖，达到配方通用性的特点，有效提升红外反射隔热性能，而常规无机涂料不具备反射隔热性能，。类似其他的专利中使用的反射颜料多为IR1000，其反射波长有限制，且粒径正态分布较宽，影响涂料性能。

其原理如下：

外界光入射到涂层上时，光会受到其中颗粒的散射和吸收。根据Weber’s Law定义，颗粒的结晶粒径(D)和散射光波长(λ)关系如下：

λ＝530所需反射最大能量的波长，对应为绿光

n₁＝2.7(金红石二氧化钛的折光率)

n₂＝1.5(树脂的折光率)

D＝(2x530)/3.14x(2.7–1.5)＝280nm or 0.28microns

根据Webber’s Law，

颜料的粒径与反射光计算结果如下：

范能拓近红外反射钛白粉Altiris 550的粒径为700纳米，可反射最大能量的光谱波长为1300纳米，在整个波长范围内具有良好的反射率，具有优异的红外反射性能并具有一定的可见光反射率。范能拓近红外反射钛白粉Altiris 800的粒径为1000纳米，可反射最大能量的光谱波长为1880纳米，在可见光反射率最小的情况下可反射最大比例的红外线，适用于深色及鲜艳的颜色。同时，ALTIRIS颜料基于二氧化钛经过特殊的结晶改性，从而能达到很高的红外反射性能吗，且该颜料经过改性包覆，超级耐用。图1从左到右依次为扫描电镜下显示的范能拓近红外反射钛白粉Altiris 800颜料、范能拓近红外反射钛白粉Altiris 550颜料、普通金红石二氧化钛颜料的结晶形状。从图中可以看出，范能拓近红外反射钛白粉Altiris 550和范能拓近红外反射钛白粉Altiris 800的结晶形状很好地反映了其粒径大小分布特性和粒径分布图。

所述丙烯酸乳液为罗斯夫5566乳液。

本案涂料体系中优选的丙烯酸乳液(罗斯夫5566乳液)的原因是：普通乳液容易出现后增稠、漆膜发脆、容易开裂、耐候性差等问题，而罗斯夫5566乳液是最新研发的一款专门针对无机涂料的乳液，具有稳定性好、漆膜耐温变性好、耐候性强等优点，尤其是该乳液可以与本案体系中的有机改性硅酸钾进行交联缔合反应，行成立体网状结构，配合合理的添加配比，交联缔合后漆膜坚硬，耐候性优异，不容易开裂。该罗斯夫5566乳液含有少量中空遮盖聚合物结构，干燥后可以与本配方中范能拓近红外反射钛白粉Altiris550、范能拓近红外反射钛白粉Altiris800形成空腔遮盖效应，提高遮盖力，降低添加量，这也就变相降低成本，为制成物美价廉的涂料提供基础。

所述的超耐候红外反射隔热无机涂料的制备方法，其特征在于：包括以下依序进行的步骤：

1)向水中依次加入分散剂、润湿剂以及消泡剂后，以300-500rpm/min的转速搅拌混合至少5分钟；

2)提高转速至700-1000rpm/min，向步骤1)获得的混合物中加入纤维素醚，再继续加入红外反射颜料、硅灰石粉、硫酸钡以及钛白粉，分散混合至少30分钟后，调节转速到500-700rpm/min，直至混合物的细度≤60μm；

3)向步骤2)获得的混合物中加入抗冻融稳定剂、有机改性硅酸钾、丙烯酸乳液和有机硅消泡剂，之后以900-1100rpm/min的转速混合搅拌至少10分钟，即制得所述超耐候红外反射隔热无机涂料。

本案的超耐候红外反射隔热无机涂料制备方法便捷、快速、漆料稳定性好。

步骤3)中,以900-1100rpm/min的转速混合搅拌至少10分钟后,还经100-140目滤网过滤,最后获得所述超耐候红外反射隔热无机涂料。

增加过滤步骤使得漆料更适合于喷涂。

所述超耐候红外反射隔热无机涂料的制备方法还包括设在步骤1)或步骤2)前的制备红外反射颜料工序，该工序为：将所述范能拓近红外反射钛白粉Altiris 550与所述范能拓近红外反射钛白粉Altiris 800进行混合，即制得红外反射颜料。

与现有技术相比，本发明申请具有以下优点：

1)本申请的超耐候红外反射隔热无机涂料通过优选的丙烯酸乳液与优选的红外反射颜料配合，并在其他优选助剂共同构成漆料体系，使漆膜同时具有优异的反射隔热性能、耐火性、耐候性；

2)本案的超耐候红外反射隔热无机涂料制备方法便捷、快速、漆料稳定性好；

3)制备好漆料后增加过滤步骤使得漆料更适合于喷涂

4)本产品具有A级耐火，耐候性强，与建筑物同寿命，透气不透水，红外反射隔热，能降低能源消耗，符合绿色主题，涂料不含甲醛/杀菌剂/苯乙苯/重金属等有害物质。

附图说明

图1是本发明所述超耐候红外反射隔热无机涂料及其制备方法的扫描电镜下显示的金红石型二氧化钛、范能拓近红外反射钛白粉Altiris 550、范能拓近红外反射钛白粉Altiris 800的晶体结构图、粒径分布图。

具体实施方式

下面结合各实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

实施例1

本发明所述的一种超耐候红外反射隔热无机涂料及其制备方法，主要由以下组分按照以下重量份数比制备而成：

水270份

分散剂为6份

润湿剂为3份

消泡剂为3份

纤维素醚为5份

红外反射颜料100份

硅灰石粉为180份

硫酸钡为180份

钛白粉为100份

抗冻融稳定剂为8份

有机改性硅酸钾为100份

丙烯酸乳液为80份

有机硅消泡剂为3份，

其中，所述红外反射颜料主要由以下组分按照以下重量份数比制备而成：

Altiris 550为35份

Altiris 800为60份，

所述丙烯酸乳液为罗斯夫5566乳液。

所述硫酸钡为1250目的超细硫酸钡，所述硅灰石粉为1250目超细硅灰石粉。

所述的超耐候红外反射隔热无机涂料的制备方法，其特征在于：包括以下依序进行的步骤：

1)将所述范能拓近红外反射钛白粉Altiris 550与所述范能拓近红外反射钛白粉Altiris 800进行混合，即制得红外反射颜料；

1)向水中依次加入分散剂、润湿剂以及消泡剂后，以400rpm/min的转速搅拌混合至少5分钟；

3)提高转速至900rpm/min，向步骤2)获得的混合物中加入纤维素醚，再继续加入红外反射颜料、硅灰石粉、硫酸钡以及钛白粉，分散混合30分钟后，调节转速到600rpm/min，直至混合物的细度60μm；

4)向步骤3)获得的混合物中加入抗冻融稳定剂、有机改性硅酸钾、丙烯酸乳液和有机硅消泡剂，之后以1000rpm/min的转速混合搅拌10分钟，即制得所述超耐候红外反射隔热无机涂料。

步骤4)中,以1000rpm/min的转速混合搅拌10分钟后,还经1130目滤网过滤,最后获得所述超耐候红外反射隔热无机涂料。

实施例2

本发明所述的一种超耐候红外反射隔热无机涂料及其制备方法，主要由以下组分按照以下重量份数比制备而成：

水250份

分散剂为7份

润湿剂为2份

消泡剂为4份

纤维素醚为3份

红外反射颜料130份

硅灰石粉为150份

硫酸钡为200份

钛白粉为75份

抗冻融稳定剂为10份

有机改性硅酸钾为50份

丙烯酸乳液为100份

有机硅消泡剂为2份，

其中，所述红外反射颜料主要由以下组分按照以下重量份数比制备而成：

Altiris 550为50份

Altiris 800为50份，

所述丙烯酸乳液为罗斯夫5566乳液。

所述硫酸钡为1200目的超细硫酸钡，所述硅灰石粉为1300目的超细硅灰石粉。

所述的超耐候红外反射隔热无机涂料的制备方法，其特征在于：包括以下依序进行的步骤：

1)将所述范能拓近红外反射钛白粉Altiris 550与所述范能拓近红外反射钛白粉Altiris 800进行混合，即制得红外反射颜料；

2)向水中依次加入分散剂、润湿剂以及消泡剂后，以300rpm/min的转速搅拌混合至少5分钟；

3)提高转速至700rpm/min，向步骤2)获得的混合物中加入纤维素醚，再继续加入红外反射颜料、硅灰石粉、硫酸钡以及钛白粉，分散混合40分钟后，调节转速到500rpm/min，直至混合物的细度40μm；

4)向步骤3)获得的混合物中加入抗冻融稳定剂、有机改性硅酸钾、丙烯酸乳液和有机硅消泡剂，之后以900rpm/min的转速混合搅拌12分钟，即制得所述超耐候红外反射隔热无机涂料。

步骤4)中,以900rpm/min的转速混合搅拌12分钟后,还经100目滤网过滤,最后获得所述超耐候红外反射隔热无机涂料。

实施例3

本发明所述的一种超耐候红外反射隔热无机涂料及其制备方法，主要由以下组分按照以下重量份数比制备而成：

水300份

分散剂为3份

润湿剂为4份

消泡剂为2份

纤维素醚为7份

红外反射颜料75份

硅灰石粉为200份

硫酸钡为100份

钛白粉为125份

抗冻融稳定剂为5份

有机改性硅酸钾为150

丙烯酸乳液为50份

有机硅消泡剂为4份，

其中，所述红外反射颜料主要由以下组分按照以下重量份数比制备而成：

Altiris 550为25份

Altiris 800为75份，

所述丙烯酸乳液为罗斯夫5566乳液。

所述硫酸钡为1300目的超细硫酸钡，所述硅灰石粉为1200目的超细硅灰石粉。

所述的超耐候红外反射隔热无机涂料的制备方法，其特征在于：包括以下依序进行的步骤：

1)将所述范能拓近红外反射钛白粉Altiris 550与所述范能拓近红外反射钛白粉Altiris 800进行混合，即制得红外反射颜料；

2)向水中依次加入分散剂、润湿剂以及消泡剂后，以500rpm/min的转速搅拌混合至少5分钟；

3)提高转速至1000rpm/min，向步骤2)获得的混合物中加入纤维素醚，再继续加入红外反射颜料、硅灰石粉、硫酸钡以及钛白粉，分散混合45分钟后，调节转速到700rpm/min，直至混合物的细度50μm；

4)向步骤3)获得的混合物中加入抗冻融稳定剂、有机改性硅酸钾、丙烯酸乳液和有机硅消泡剂，之后以1100rpm/min的转速混合搅拌13分钟，即制得所述超耐候红外反射隔热无机涂料。

步骤4)中,以1100rpm/min的转速混合搅拌13分钟后,还经140目滤网过滤,最后获得所述超耐候红外反射隔热无机涂料。

实验数据：

(1)耐火性能检测：

检测方法：GB 8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》

表1耐火性能检测结果

本案涂料耐火性优于标准GB 8624-2012中平板状建筑材料及制品A(A2-s1，d0)级不燃材料(制品)的技术要求。

(2)耐候性能及反射性能检测：

检测方法：GB/T 1865-2009、GB/T 1766-2008、GB/T 25261-2018

表2耐候性能及反射性能检测结果

本案涂料耐候性能及热反射性能优于检测标准。

(3)耐水性、涂层耐温变性、透过性检测：

检测方法：GB/T 9755-2014、ISO 7783-2

表3透过性检测结果

本案涂料水性、涂层耐温变性、透过性优于标准。

(4)环保参数检测：

检测方法：GB 24408-2009

表4环保参数检测结果

本案涂料环保性能优于标准。

另外，将常规无机涂料与本案无机涂料在性能方面进行了对比，

表5本案无机涂料与常规无机涂料性能对比表

本案涂料的燃烧性能、耐擦洗性、环保性能、耐人工老化性、明度值、隔热效果均能优于常规无机涂料。

可见本案涂料同时具备优异的耐火性能、耐候性能、热反射性能、环保性能、耐水性、涂层耐温变性、透过性。且其燃烧性能、耐擦洗性、环保性能、耐人工老化性、明度值、隔热效果均能优于常规无机涂料。

本案涉及的原料：

本发明所述的超耐候红外反射隔热无机涂料及其制备方法并不只仅仅局限于上述实施例，凡是依据本发明原理的任何改进或替换，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种超耐候红外反射隔热无机涂料，其特征在于：主要由以下组分按照以下重量份数比制备而成：

水250-300份

分散剂3-7份

润湿剂2-4份

消泡剂2-4份

纤维素醚3-7份

红外反射颜料75-130份

硅灰石粉150-200份

硫酸钡100-200份

钛白粉75-125份

抗冻融稳定剂5-10份

有机改性硅酸钾50-150份

丙烯酸乳液50-100份

有机硅消泡剂2-4份。

2.根据权利要求1所述的超耐候红外反射隔热无机涂料，其特征在于：所述硫酸钡为1200-1300目的超细硫酸钡，所述硅灰石粉为1200-1300目的超细硅灰石粉。

3.根据权利要求1所述的超耐候红外反射隔热无机涂料，其特征在于：所述红外反射颜料主要由以下组分按照以下重量份数比混合制备而成：

范能拓近红外反射钛白粉Altiris 550 25-50份

范能拓近红外反射钛白粉Altiris 800 50-75份。

4.根据权利要求1所述的超耐候红外反射隔热无机涂料，其特征在于：所述丙烯酸乳液为罗斯夫5566乳液。

5.根据权利要求1-4任一项所述的超耐候红外反射隔热无机涂料的制备方法，其特征在于：包括以下依序进行的步骤：

1)向水中依次加入分散剂、润湿剂以及消泡剂后，以300-500rpm/min的转速搅拌混合至少5分钟；

2)提高转速至700-1000rpm/min，向步骤1)获得的混合物中加入纤维素醚，再继续加入红外反射颜料、硅灰石粉、硫酸钡以及钛白粉，分散混合至少30分钟后，调节转速到500-700rpm/min，直至混合物的细度≤60μm；

3)向步骤2)获得的混合物中加入抗冻融稳定剂、有机改性硅酸钾、丙烯酸乳液和有机硅消泡剂，之后以900-1100rpm/min的转速混合搅拌至少10分钟，即制得所述超耐候红外反射隔热无机涂料。

6.根据权利要求5所述的超耐候红外反射隔热无机涂料的制备方法，其特征在于：步骤3)中,以900-1100rpm/min的转速混合搅拌至少10分钟后,还经100-140目滤网过滤,最后获得所述超耐候红外反射隔热无机涂料。

7.根据权利要求5所述的超耐候红外反射隔热无机涂料的制备方法，其特征在于：其还包括设在步骤1)或步骤2)前的制备红外反射颜料工序，该工序为：将所述范能拓近红外反射钛白粉Altiris 550与所述范能拓近红外反射钛白粉Altiris 800进行混合，即制得红外反射颜料。

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