一种隔热涂料及其制备方法与流程

1.本技术涉及涂料技术领域，更具体地说，它涉及一种隔热涂料及其制备方法。


背景技术：

2.建筑物隔热保温是节约能源、改善居住环境和使用功能的一个重要方面。建筑能耗在人类整个能源消耗中所占比例一般在30～40％，绝大部分是采暖和空调的能耗，故建筑节能意义重大。
3.隔热保温涂料是涂刷在被施工表面后，对被施工表面具有隔热保温的作用。所以，将保温隔热涂料涂覆在建筑外侧是实现建筑物隔热保温的一项措施。保温隔热涂料按特性原理进行可分为隔绝传导型保温隔热涂料、反射型保温隔热涂料和辐射型保温隔热涂料。保温阻隔型隔热涂料的隔热机理是阻抗热传递,反射型保温隔热涂料的隔热机理是反射太阳光，辐射型保温隔热涂料是通过辐射的形式把建筑物吸收的日照光线热量以一定的波长发射到空气中达到隔热降温。
4.目前，存在一种隔热涂料，采用二氧化钛改性的中空二氧化硅微球、硅丙乳液、钛白粉等原料制成，所得隔热涂料的导热系数为0.2209w/(m
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k)。在保温隔热涂料中，导热系数是衡量保温隔热涂料性能优劣的主要指标。导热系数越小，则通过隔热保温涂料传送的热量越小，隔热性能就越好。
5.近年来，随着全球变暖，温度不断升高，太阳光照射建筑物的强度逐渐增强，导致建筑物温度变化较为明显。所以，建筑行业或者其他行业对隔热保温涂料的隔热性能也提出了更高的要求。因此，开发出一种隔热效果更好的涂料具有非常重要的意义。


技术实现要素：

6.为了提高涂料的隔热效果，本技术提供一种隔热涂料及其制备方法。
7.第一方面，本技术提供一种隔热涂料，采用如下的技术方案：一种隔热涂料，包括如下重量份数的组分：丙烯酸树脂40-60份；氧化铝凝胶微球20-30份；硅酸铝纤维20-30份；水20-40份；成膜助剂1-2份。
8.进一步的，所述隔热涂料，按重量份数计，还包括2-4重量份消泡剂和3-4重量份润湿剂。
9.通过采用上述技术方案，按上述配比，将氧化铝凝胶微球和硅酸铝纤维加入丙烯酸树脂中，硅酸铝纤维在丙烯酸树脂中填充并形成骨架，氧化铝凝胶微球分散在骨架的缝隙中，提高所得混合体系的致密性，有利于提高最终所得隔热涂料的力学性能和耐水性能。
10.同时，一方面，氧化铝凝胶微球具有较低的密度和由纳米气囊形成的空间网络结
构，当丙烯酸树脂、硅酸铝纤维与氧化铝凝胶微球混合后，增强了氧化铝凝胶微球空间网络结构的强度和多个纳米气囊之间的连续性，减小氧化铝凝胶微球的孔径，从而提高混合体系抑制固态和气态热传导的效果，使最终所得隔热涂料的膜层具有较低的导热系数。另一方面，丙烯酸树脂、硅酸铝纤维与氧化铝凝胶微球的混合体系，增强了混合体系的体积密度，从而使得混合体系可对红外辐射进散射和吸收，从而进一步提高了所得隔热涂料的隔热性能。
11.优选的，所述氧化铝凝胶微球为改性氧化铝凝胶微球，其改性步骤为：将仲丁醇铝和氧化硅溶胶溶胶搅拌混合后，再加入氧化铝凝胶微球，在50-60khz超声搅拌混合1-2h，过滤，收集沉淀，干燥，即得改性氧化铝凝胶微球。
12.通过采用上述技术方案，通过将氧化铝凝胶微球在仲丁醇铝和氧化硅溶胶溶胶进行进浸泡，不仅可增大氧化铝凝胶微球的颗粒，还能提高氧化铝凝胶微球的网络结构，以及减小氧化铝凝胶微球的孔径，并在所得改性氧化铝凝胶微球表面生成氧化硅颗粒，提高最终所得的改性氧化铝凝胶微球的相转变能力。将所得改性氧化铝溶胶与丙烯酸树脂、硅酸铝纤维混合后形成的混合体系，抑制固态和气态热传导的效果更强，最终所得隔热涂料的膜层的导热系数更低，也即最终所得隔热涂料具有更好的隔热性能。同时，在改性氧化硅凝胶表面生产的氧化硅颗粒水解后，生成的硅氧键与混合体系中的水分子键合，提高最终隔热涂料的疏水性能。
13.优选的，所述改性氧化铝溶胶的改性步骤中，氧化铝凝胶微球、仲丁醇铝和氧化硅溶胶溶胶按重量比1:(1.8-2.2):(0.8-1.2)混合组成。
14.通过采用上述技术方案，氧化铝凝胶微球、仲丁醇铝和氧化硅溶胶溶胶在上述重量比下混合，最终所得的改性氧化硅凝胶，应用后，与丙烯酸树脂、硅酸铝纤维的相容性良好，可提高最终所得隔热涂料的隔热性能。
15.优选的，所述改性氧化铝凝胶微球的粒径为40-70nm。
16.通过采用上述技术方案，在该粒径的改性氧化铝凝胶微球与丙烯酸树脂、硅酸铝纤维所制得的隔热涂料，抑制固态和气态热传导的效果更强，隔热性能更好。
17.优选的，所述丙烯酸树脂为有机硅改性的丙烯酸树脂。
18.通过采用上述技术方案，有机硅改性的丙烯酸树脂与氧化铝气凝胶复配后，可抑制氧化铝凝胶微球中铝原子的表面扩散和重排，提高了氧化铝凝胶微球的热稳定性，有利于提高最终所得隔热涂料的耐温性能。
19.优选的，所述硅酸铝纤维还经过预处理，预处理步骤为：将硅酸铝纤维加入质量分数为10-20％的氢化钠水溶液中，静置15-25mi，过滤，收集硅酸铝纤维，将硅酸铝纤维干燥，得到预处理后的硅酸铝纤维。
20.通过采用上述技术方案，硅酸铝纤维经过在氢氧化钠溶液中浸泡后，硅酸铝纤维表面被氢氧化钠溶液腐蚀，提高硅酸铝纤维表面的微孔结构数量，便于提高其填充在丙烯酸树脂的中形成稳定的骨架，以及提高氧化铝凝胶微球填充在相邻硅酸铝纤维缝隙中的稳定性，从而提高最终所得隔热涂料的力学性能和隔热性能。
21.优选的，所述硅酸铝纤维的预处理步骤中，氢化钠水溶液的质量浓度为15％。
22.通过采用上述技术方案，上述质量浓度的氢化钠水溶液对硅酸铝纤维的表面处理较好，最终所得的硅酸铝纤维在丙烯酸树脂中的分散性较好，增强含有硅酸铝纤维、丙烯酸
树脂和氧化铝凝胶微球的混合体系的结构稳定性和体积密度，进一步提高混合体系对红外辐射进散射和吸收的能力，有利于提高了所得隔热涂料的隔热性能。
23.优选的，按重量份数计，还包括5-8重量份的云母粉和5-8重量份的玻璃粉。
24.通过采用上述技术方案，加入云母粉和玻璃粉制得的隔热涂料，在较高温度下，可使云母粉和玻璃粉中的金属离子插入丙烯酸树脂中的分子链中，提高所得隔热涂料的耐热性。同时，隔热涂料在高温环境下，玻璃粉熔融，可提高隔热涂料中，硅酸铝纤维、氧化铝凝胶微球和丙烯酸树脂的粘结强度，并在填充在硅酸铝纤维、氧化铝凝胶微球和丙烯酸树脂的缝隙中，提高隔热涂料结构的稳定性和致密性，保持隔热涂料在高温环境下的体积密度，从而提高隔热涂料的隔热性能。
25.第二方面，本技术提供一种隔热涂料的制备方法，采用如下的技术方案：一种隔热涂料的制备方法，包括以下步骤：先将丙烯酸树脂、水和硅酸铝纤维搅拌混合后，再加入云母粉、玻璃粉、消泡剂和润湿剂，搅拌混合，最后再加入氧化铝凝胶微球和成膜助剂，搅拌混合，即得。
26.通过采用上述技术方案，本技术隔热填料的制备步骤简单，可大规模推广。并且，通过分步混合各原料，可提高各原料之间的分散性能，有利于提高所得隔热填料的隔热性能和力学性能。
27.综上所述，本技术具有以下有益效果：1、由于本技术采用丙烯酸树脂、硅酸铝纤维与氧化铝凝胶微球复配，硅酸铝纤维在丙烯酸树脂中填充并形成骨架，氧化铝凝胶微球分散在骨架的缝隙中，不仅增强了所得隔热涂料成膜后的致密性，还能减少氧化硅凝胶球中的孔径，提高所得隔热涂料的体积密度，从而提高所得隔热涂料抑制固态和气态热传导的能力，以及促使所得隔热涂料成膜后对红外辐射进行散射和吸收，从而提高了所得隔热涂料的隔热性能。
28.2、本技术中优选采用仲丁醇铝和氧化硅溶胶溶胶对氧化铝凝胶微球进行改性，增大了氧化铝凝胶微球的粒径，同时在氧化铝凝胶表面生成了氧化硅颗粒，提高所得改性氧化硅凝胶微球的相转变能力，使所得隔热涂料具有更好的隔热性能；3、本技术中通过将硅酸铝纤维浸泡在特定质量分数的强氧化钠水溶液中，提高硅酸铝纤维表面的为空结构数量，一方面能提高氧化铝凝胶微球填充在相邻硅酸铝纤维缝隙中的稳定性，另一方面可增强含有硅酸铝纤维、丙烯酸树脂和氧化铝凝胶微球的混合体系的体积密度，从而提高最终所得隔热涂料的力学性能和隔热性能。
具体实施方式
29.以下结合实施例对本技术作进一步详细说明。
30.本技术各实施例中所用的原料，除下述特殊说明之外，其他均为市售。
31.对实施例和对比例所得的隔热涂料进行导热系数、隔热性能、铅笔硬度、耐水性、耐碱性、耐人工气候老化性检测，检测标准如下：导热系数检测：参照gb 10294-2008《稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》测定；隔热性能检测：参照jc/t 1040-2020《建筑外表面用热反射隔热涂料》并采用“平涂型”测定；铅笔硬度检测：参照gbt 6739-2006《色漆和清漆铅笔法测定漆膜铅笔硬度》；
耐水性、耐碱性、耐人工气候老化性检测：参照gb/t9755-2014《合成树脂乳液外墙涂料》测定。实施例
32.实施例1一种隔热涂料，各组分及其相应的重量如下表所示，并通过如下步骤制备获得：先将丙烯酸树脂和硅酸铝纤维加入水中，在2000r/min搅拌混合30min后，再加入消泡剂、润湿剂we 3323，搅拌混合60min，最后再加入氧化铝凝胶微球和成膜助剂，在500r/min搅拌混合30min搅拌混合，即得。
33.其中，成膜助剂为十二碳醇酯。
34.实施例2-3一种隔热涂料，与实施例1的不同之处在于，各组分及其相应的重量如表1所示。
35.对上述实施例1-3所得隔热涂料进行导热系数、隔热性能、铅笔硬度、耐水性、耐碱性、耐人工气候老化性检测，检测结果如下表所示。
36.从上表可知，实施例1-3所得的隔热涂料，导热系数为0.016-0.018w/(m
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k)，太阳光反射比为90-91％，半球发射率为91％，隔热温差为15.2-15.3℃，铅笔硬度为2h，耐水性、耐碱性和耐人工气候老化性均符合gb/t9755-2014《合成树脂乳液外墙涂料》中的标准。由此表明，本技术所得的隔热涂料，具有良好的隔热性能、力学性能、耐水性能和耐气候性能。
37.实施例4一种隔热涂料，与实施例2的不同之处在于，除氧化铝凝胶为改性氧化铝凝胶外，其他均与实施例2相同。
38.改性氧化铝凝胶的改性步骤为：将1.8kg仲丁醇铝和0.8kg氧化硅溶胶溶胶在25℃，200r/min条件下，搅拌混合20min后，再加入1kg氧化铝凝胶，在50-60khz(本实施例是60khz)超声搅拌混合1-2h(本实施例是2h)，过滤，收集沉淀，将沉淀在80℃干燥1h，即得改性氧化铝凝胶。
39.经检测，改性氧化铝凝胶的粒径为40nm。
40.实施例5-8一种隔热涂料，与实施例4的不同之处在于，除改性氧化铝凝胶的改性步骤中，氧化铝凝胶、仲丁醇铝和氧化硅溶胶溶胶的重量不同，以及相应所得的改性氧化铝凝胶粒径不同外，其他均与实施例4相同。氧化铝凝胶、仲丁醇铝和氧化硅溶胶溶胶的重量，以及相应所得的改性氧化铝凝胶粒径如下表所示。
41.对上述实施例4-8所得隔热涂料进行导热系数、隔热性能、铅笔硬度、耐水性、耐碱性、耐人工气候老化性检测，检测结果如下表所示。性、耐人工气候老化性检测，检测结果如下表所示。
42.从上表可知，实施例4-8所得的隔热涂料，导热系数为0.012-0.016w/(m
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k)，太阳光反射比为90-92％，半球发射率为90-92％，隔热温差为15.4-16.2℃，铅笔硬度为2h-3h，耐水性、耐碱性和耐人工气候老化性均符合gb/t9755-2014《合成树脂乳液外墙涂料》中的标准。
43.通过进一步分析可知，实施例4-6所得的隔热涂料，导热系数为0.012-0.014w/(m
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k)，太阳光反射比为92-93％，半球发射率为92％，隔热温差为16.1-16.2℃，铅笔硬度为3h。
44.依据实施例4-6所得的隔热涂料与实施例2所得的隔热涂料相比，导热系数相对降低了12.5-25.00％，太阳光反射比相对提高了1.1-2.2％，半球发射率相对提高了1.1％，隔热温差相对提高了5.23-5.88％，铅笔硬度提高为3h。由此表明，在隔热涂料的总原料中，采用改性氧化铝凝胶，且改性氧化铝凝胶的改性步骤中，氧化铝凝胶、仲丁醇铝和氧化硅溶胶溶胶按重量比1:(1.8-2.2):(0.8-1.2)混合组成，最终所得的隔热涂料，隔热性能和力学性能均可显著提高。
45.分析其原因可能是，氧化铝凝胶、仲丁醇铝和氧化硅溶胶溶胶在上述重量比下，所得的改性氧化铝凝胶的粒径为40-70nm，在改粒径下的改性氧化铝凝胶，抑制固态和气态热传导的效果更强，所以可较为显著的提高所得隔热涂料的隔热性能和力学性能。
46.实施例7-8所得的隔热涂料，太阳光反射比为90％，隔热温差为15.4℃。依据实施
例7-8所得的隔热涂料与实施例2所得的隔热涂料相比，太阳光反射比相对降低了1.1％，隔热温差相对提高了0.65％。由此表明，在改性氧化铝凝胶的改性步骤中，氧化铝凝胶、仲丁醇铝和氧化硅溶胶溶胶不按按重量比1:(1.8-2.2):(0.8-1.2)混合组成，最终所得的改性氧化铝溶胶，对隔热涂料的隔热性能和力学性能影响不大。
47.实施例9一种隔热涂料，与实施例5的不同之处在于，除硅酸铝纤维还经过预处理外，其他均与实施例5相同。
48.硅酸铝纤维预处理步骤为：将0.1kg硅酸铝纤维加入1kg质量分数为10％的氢化钠水溶液中，静置15-25mi(本实施例为20min)，过滤，收集硅酸铝纤维，将硅酸铝纤维100℃干燥2h,得到预处理后的硅酸铝纤维。
49.实施例10-11一种隔热涂料，与实施例9的不同之处在于，除硅酸铝纤维预处理步骤中，氢化钠水溶液的质量分数不同外，其他均与实施例9相同。氢化钠水溶液的质量分数如下表所示。
50.对上述实施例9-10所得隔热涂料进行导热系数、隔热性能、铅笔硬度、耐水性、耐碱性、耐人工气候老化性检测，检测结果如下表所示。
51.从上表可知，实施例9-11所得的隔热涂料，导热系数为0.010-0.011w/(m
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k)，太阳光反射比为94-95％，半球发射率为93％，隔热温差为16.7-16.9℃，铅笔硬度为4h，耐水性、耐碱性和耐人工气候老化性均符合gb/t9755-2014《合成树脂乳液外墙涂料》中的标准。
52.依据实施例9-11所得的隔热涂料与实施例5所得的隔热涂料相比，导热系数相对
降低了8.33-16.67％，太阳光反射比相对提高了1.08-2.15％，半球发射率相对提高了1.09％，隔热温差相对提高了3.09-4.32％，铅笔硬度提高为4h。由此表明，在隔热涂料的总原料中，硅酸铝纤维经过预处理后，可提高最终所得的隔热涂料的隔热性能和力学性能。
53.特别是，在实施例9-11所得的隔热涂料中，实施例10所得的隔热涂料，隔热性能最好。
54.实施例12-14一种隔热涂料，与实施例10的不同之处在于，除隔热涂料中，还加入不同重量云母粉和玻璃粉，以及隔热涂料的制备步骤不同外，其他均与实施例10相同。
55.云母粉和玻璃粉的重量如下表所示。
56.隔热涂料的制备步骤为：先将丙烯酸树脂和硅酸铝纤维加入水中，在2000r/min搅拌混合30min后，再加入云母粉、玻璃粉、消泡剂、润湿剂we 3323，搅拌混合60min，最后再加入氧化铝凝胶微球和十二碳醇酯，在500r/min搅拌混合30min搅拌混合，即得。
57.对上述实施例12-14所得隔热涂料进行导热系数、隔热性能、铅笔硬度、耐水性、耐碱性、耐人工气候老化性检测，检测结果如下表所示。
58.从上表可知，实施例12-14所得的隔热涂料，导热系数为0.009w/(m
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k)，太阳光反射比为96％，半球发射率为94-95％，隔热温差为17.2-17.3℃，铅笔硬度为4h，耐水性、耐碱性和耐人工气候老化性均符合gb/t9755-2014《合成树脂乳液外墙涂料》中的标准。
59.依据实施例12-14所得的隔热涂料与实施例10所得的隔热涂料相比，导热系数相对降低了10％，太阳光反射比相对提高了1.05％，半球发射率相对提高了1.08-2.15％，隔热温差相对提高了1.78-2.37％。由此表明，在隔热涂料的总原料中，加入云母粉和玻璃粉，可提高最终所得的隔热涂料的隔热性能和力学性能。
60.实施例15一种隔热涂料，与实施例13的不同之处在于，除采用等量的有机硅改性的丙烯酸树脂替代丙烯酸树脂外，其他均与实施例13相同。
61.对上述实施例15所得隔热涂料进行导热系数、隔热性能、铅笔硬度、耐水性、耐碱性、耐人工气候老化性检测，检测结果如下表所示。
62.依据实施例15所得的隔热涂料与实施例13所得的隔热涂料相比，导热系数相对降低了11.11％，太阳光反射比相对提高了1.04％，半球发射率相对提高了1.05％，隔热温差相对提高了2.89％。由此表明，在隔热涂料的总原料中，采用有机硅改性的丙烯酸树脂作为粘结主料，可较为明显的提高最终所得的隔热涂料的隔热性能和力学性能。
63.对比例对比例1一种隔热涂料，型号为nbs-127，采购自广州旺众聚氨酯材料有限公司。
64.对比例2一种隔热涂料，与实施例1的不同之处在于，除采用等量的二氧化硅凝胶替换氧化铝凝胶外，其他均与实施例1相同。
65.对比例3一种隔热涂料，与实施例1的不同之处在于，除采用等量的海泡石纤维替换硅酸铝纤维外，其他均与实施例1相同。
66.对比例4一种隔热涂料，与实施例1的不同之处在于，除采用等量的二氧化硅凝胶替换氧化铝凝胶，等量水性聚氨酯树脂替代的丙烯酸树脂外，其他均与实施例1相同。
67.对比例5一种隔热涂料，与实施例1的不同之处在于，除采用等量的海泡石纤维替换硅酸铝纤维，等量水性聚氨酯树脂替代的丙烯酸树脂外，其他均与实施例1相同。
68.对上述对比例1-5所得隔热涂料进行导热系数、隔热性能、铅笔硬度、耐水性、耐碱性、耐人工气候老化性检测，检测结果如下表所示。
69.从上表可知，对比例1为市售的隔热涂料，其导热系数为0.035w/(m
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k)，太阳光反射比为82％，半球发射率为83％，隔热温差为7.2℃，铅笔硬度为1h。依据实施例1所得的隔热涂料与对比例1所得的隔热涂料相比，导热系数相对降低了48.57％，太阳光反射比相对提高了9.76％，半球发射率相对提高了9.64％，隔热温差相对提高了111.11％，铅笔硬度提升为2h。由此表明，本技术所得的隔热涂料，相比于市售的隔热涂料，具有较为优异的隔热性能。
70.从上表可知，对比例2-5采用改变氧化铝凝胶、硅酸铝纤维和丙烯酸树脂在隔热涂料中的含量，最终所得的隔热涂料，与实施例1采用一定重量的氧化铝凝胶、硅酸铝纤维和丙烯酸树脂所得的隔热涂料相比，导热系数相对提高了40-48.57％，太阳光反射比相对降低了5.88-11.11％，半球发射率相对降低了7.06-9.64％，隔热温差相对降低了76.74-111.11％，铅笔硬度降低为1h。由此表明，在隔热涂料的总原料中，丙烯酸树脂、硅酸铝纤维与氧化铝凝胶具有协同增效作用，可提高本技术所得的隔热涂料隔热性能和力学性能。
71.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。