一种反射隔热无机涂料及其制备方法与流程

1.本发明涉及涂料领域，具体涉及一种反射隔热无机涂料及其制备方法。


背景技术：

2.太阳光照射在建筑表面，会使其内部温度升高，增加空调系统的负担，从而增加能源消耗和co2排放量。而且太阳辐射引起物体表面温度过高，还会加快材料的腐蚀，老化和讲解速度。
3.因此，开发高效的保温隔热涂料，使其在不消耗能量的情况下，能有效降低夏季暴露在太阳下的物体表面温度，以及提高冬季寒冷地区物体内部温度，从而源头上阻止热传导，达到节省能源，降低消耗，提高安全的目的。
4.传统上，反射隔热涂料是通过热传递(对流，辐射和振动热传导)的显著阻抗性来实现隔热。如采用低导热系数的组合物或在涂膜过程中增加涂料内的气孔，来实现隔热。但实际应用时，两种方式均会造成生产以及施工成本高，且物体上的涂料厚度大，不美观。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种反射隔热无机涂料及其制备方法，以解决现有技术中涂料导热效果差、隔热工艺难的技术问题。
6.为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：
7.本发明提供了一种反射隔热无机涂料，按重量份数计，包括如下组分：水140-180份、纤维素4-6份、润湿剂1-2份、多功能调节剂4-6份、分散剂4-6份、防冻剂3-5份、金红石钛白粉150-200份、高岭土80-100份、重钙200-300份、纳米孔隔热粉60-100份、水性树脂乳液50份、硅酸钾溶液100-200份、硅溶胶溶液200-300份、成膜助剂3-4份、消泡剂2-4份、流平剂4-8份、增稠剂4-6份。
8.作为本发明的一种优选方案，所述纳米孔隔热粉中的气孔直径小于50nm。
9.作为本发明的一种优选方案，所述纳米孔隔热粉具有磁性。
10.本发明还提供了一种反射隔热无机涂料的制备方法，包括如下步骤：
11.制备纳米孔隔热粉；
12.s100、按照所述原料组分配比，依次将水、纤维素、分散剂、润湿剂、防冻剂、多功能调节剂、成膜助剂加入到水中，进行第一混合，以制得浆料；
13.s200、依次所述纳米孔隔热粉、金红石钛白粉、高岭土、重钙加入至所述浆料，进行第二混合，以制得料液；
14.s300、依次将水性树脂乳液、硅酸钾溶液，硅溶胶溶液，消泡剂、流平剂、增稠剂加入所述料液中，进行第三混合，以制得反射隔热无机涂料。
15.作为本发明的一种优选方案，所述纳米孔隔热粉的制备方法如下：
16.s000、在搅拌状态下，将酸性调节剂、正硅酸乙酯依次加入至水中，进行第一次搅拌，以制得硅酸溶液；
17.s001、将碱性调节剂加入至所述硅酸溶液中，进行第二次搅拌，陈化处理，以制得二氧化硅溶胶；
18.s002、将所述二氧化硅溶胶在水中进行第一次浸泡处理，去除可溶粒子，以制得含水溶胶；
19.s003、将所述含水溶胶放入至乙醇中进行第二次浸泡处理，以制得醇溶胶；
20.s004、对醇溶胶进行烘干，研磨，以制得所述纳米孔隔热粉。
21.作为本发明的一种优选方案，所述酸性调节剂为盐酸；
22.其中，加入所述酸性调节剂的水满足：ph值为1.5-2；
23.其中，所述碱性调节剂为nh4(0h)；
24.其中，所述硅酸溶液满足：ph值为5-6。
25.作为本发明的一种优选方案，所述第一次搅拌满足以下条件：水温为60
±
2℃，时间为2h。
26.作为本发明的一种优选方案，在s003中，水与乙醇互溶，乙醇代替所述含水溶胶内的水分子并使得所述醇溶胶内形成孔隙。
27.作为本发明的一种优选方案，在s003中，还包括如下步骤：
28.s013、向乙醇溶液中添加磁性纳米粒子；
29.s023、在浸泡的过程中对所述含水溶胶以及所述磁性纳米粒子进行搅拌，以制得磁性混合液；
30.s033、对所述磁吸混合液进行离心分离处理，弃去上层溶液，以制得醇溶胶。
31.作为本发明的一种优选方案，在s023中，部分所述磁性纳米粒子在乙醇流动的过程中进入所述孔隙；
32.其中，所述磁性纳米粒子的粒径为1-5nm。
33.本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
34.1、本发明提供了一种具有微小孔径的纳米隔热粉末，使其导热系数小于空气导热系数，具有极强的热阻隔功能，且纳米隔热粉末具有磁性，当外部提供磁吸环境时，均匀分布在涂料内的错层纳米隔热粉末吸附在同一层上，增加纳米隔热粉末在同一个平面的密度，提高对物体表面的覆盖效果，提高集热反射系数，能够进一步提高隔热效果。
35.2、本发明采用多级浸泡处理的方式，使得两种互溶的液体对溶胶进行造孔，且同时能够在孔隙内插入磁性纳米材料，使其后续的干燥与研磨过程中，成为具有大量微小孔隙且轻质的材料，，制备方法简单。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
37.图1为本发明提供反射隔热无机涂料及其制备方法的结构示意图。
具体实施方式
38.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.本发明提供了一种反射隔热无机涂料及其制备方法，按重量份数计，包括如下组分：水140-180份、纤维素4-6份、润湿剂1-2份、多功能调节剂4-6份、分散剂4-6份、防冻剂3-5份、金红石钛白粉150-200份、高岭土80-100份、重钙200-300份、纳米孔隔热粉60-100份、水性树脂乳液50份、硅酸钾溶液100-200份、硅溶胶溶液200-300份、成膜助剂3-4份、消泡剂2-4份、流平剂4-8份、增稠剂4-6份。
40.本发明涉及反射隔热无机涂料，通过添加纳米孔隔热粉来实现隔热的目的。纳米孔隔热粉为纳米类隔热材料，其气孔尺寸小于空气平均分子自由程(≤70nm)，且其孔隙中含有大量的空气，具有比较低的体积密度，此材料在常温和设定的温度下有比空气更低的绝热系数。
41.该产品是利用纳米孔材料解决对流传热的问题，使对流传热降低。且再增加结合剂，从而使该产品达到比空气导热系数还小的纳米超级绝热材料。此涂料可以制作高效节能热屏蔽降温涂层，涂装该涂层材料后可以有效地降低被涂装物表面和内部温度，起到节约能源的作用
42.进一步的，所述纳米孔隔热粉中的气孔直径小于50nm。
43.在本实施例中，纳米隔热粉内80％以上的气孔尺寸都小于50nm，由于空气中的主要成分氮气和氧气的自由程都在70nm，因此纳米孔隔热粉才能消除对流，使对流传热大幅降低。此纳米隔热粉具有极高的耐候性以及隔热效率，且纳米材料的红外光的反射性很强，而在可见光区透过率高，利用这类纳米材料作为功能性填料制备的反射隔热涂料，具有反射红外线的功能，阻隔热量的传递。
44.进一步的，在涂刷涂料时，纳米孔隔热粉在使用时容易因为涂刷不均匀，上下分层设置，每层的覆盖力度都较弱，容易造成光线的穿透，故为了更好地对墙面进行全面的覆盖，纳米孔隔热粉具有磁性。
45.当涂料涂抹在物体上，还未完全干燥时，采用具有磁性的工具，在靠近物体的位置对涂料进行平滑的吸附处理，具有磁性的纳米孔隔热粉在外力的磁吸作用下，可以聚集在涂料内的同一个平面上，使得纳米孔隔热粉对物品的覆盖能力增强。
46.在本实施例中，涂料的其他材料如下所示：
47.优选的，所述水性合成树脂乳液为苯乙烯-丙烯酸酯共聚物水性乳液，如巴德富公司生产的rs-833w乳液。
48.优选的，所述水为去离子水。
49.优选的，所述润湿剂为聚氧乙烯烷基酚醚、聚氧乙烯脂肪醇醚、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物中的一种或多种，如科莱恩公司生产的lcn 407。
50.优选的，所述增稠剂为聚氨酯类增稠剂，如陶氏公司生产的rm-8w。
51.优选的，所述纤维素为纤维素为美国亚跨龙公司的250羟乙基纤维素。
52.优选的，分散剂为聚丙烯酸铵盐类分散剂，如诺普科公司生产的sn-dispersant5027。
53.优选的，所述消泡剂为矿物油类消泡剂，如日本诺普科的nxz。
54.优选的，所述流平剂为聚氨酯类流平剂，如陶氏公司生产的rm-2020。
55.优选的，所述钛白粉为金红石型钛白粉，如四川龙蟒的r-996钛白粉。
56.优选的，高岭土为山西金宇的煅烧高岭土db80。
57.优选的，所用重质碳酸钙为广福的重质碳酸钙cc-700。
58.优选的，防冻剂为中国石化生产的丙二醇。
59.优选的，所述的成膜助剂为美国伊士曼的醇脂-12。
60.优选的，所述的多功能调节剂为上海信守ss1无机多功能调节剂。
61.如图1所示，本发明提供了一种反射隔热无机涂料的制备方法，包括如下步骤：
62.制备纳米孔隔热粉；
63.s100、按照所述原料组分配比，依次将水、纤维素、分散剂、润湿剂、防冻剂、多功能调节剂、成膜助剂加入到水中，进行第一混合，以制得浆料；
64.s200、依次所述纳米孔隔热粉、金红石钛白粉、高岭土、重钙加入至所述浆料，进行第二混合，以制得料液；
65.s300、依次将水性树脂乳液、硅酸钾溶液，硅溶胶溶液，消泡剂、流平剂、增稠剂加入所述料液中，进行第三混合，以制得反射隔热无机涂料。
66.反射隔热无机涂料具体的生产步骤如下所示：
67.1)制备纳米孔隔热粉；
68.2)按照所述原料组分配比，将去离子水加入反应罐中，以150rpm的速度搅拌，依次将纤维素、分散剂、润湿剂、防冻剂、多功能调节剂、成膜助剂加入到水中，以150rpm的速度搅拌5min，混合均匀，以制得浆料；
69.3)再向步骤2)所得浆料中依次加入金红石钛白粉、高岭土、重钙以及步骤1)所制得的纳米孔隔热粉，1200rpm的速度搅拌30min至均匀，以制得料液，刮细度为55um合格，料液的细度要求为≦55um；
70.4)依次将所述水性苯丙乳液、硅酸钾溶液，硅溶胶溶液，消泡剂加入步骤3)所得料液中，混合均匀，制得漆浆；
71.5)向步骤4)所得漆浆中加入流平剂，以900rpm的速度搅拌5分钟，测初始粘度，根据初始粘度，加入增稠剂进行增稠，至25℃、斯托默粘度计100ku，制得反射隔热无机涂料。
72.纳米孔隔热粉的制备与步骤2)的时间顺序不分先后。
73.本实施例通过对纳米孔隔热粉进行制备，并将制备完成的纳米孔隔热粉与填料一起加入至浆料中，可提高纳米孔隔热粉的分散程度，使得纳米孔隔热粉能够长时间在涂料中储存。
74.进一步的，在本实施例中，所述纳米孔隔热粉的制备方法如下：
75.所述纳米孔隔热粉的制备方法如下：
76.s000、在搅拌状态下，将酸性调节剂、正硅酸乙酯依次加入至水中，进行第一次搅拌，以制得硅酸溶液；
77.s001、将碱性调节剂加入至所述硅酸溶液中，进行第二次搅拌，陈化处理，以制得
二氧化硅溶胶；
78.s002、将所述二氧化硅溶胶在水中进行第一次浸泡处理，去除可溶粒子，以制得含水溶胶；
79.s003、将所述含水溶胶放入至乙醇中进行第二次浸泡处理，以制得醇溶胶；
80.s004、对醇溶胶进行烘干，研磨，以制得所述纳米孔隔热粉。
81.在本实施例中，所述二氧化硅溶胶在水中进行第一次浸泡处理时，除去各种可溶粒子，如酸性调节剂以及碱性调节剂的残留。
82.将所述含水溶胶放入至乙醇中进行第二次浸泡处理，在浸泡的过程中，水与乙醇互溶，最后凝胶体内绝大部分水分子都被乙醇取代，得到醇溶胶。对醇溶胶进行烘干，醇溶胶内的乙醇蒸发，变为轻质材料，最终经过研磨，得到具有小孔径的轻质颗粒。
83.相对于一般的纳米粒子的制备方法，此制备方法有利于使得纳米孔隔热粉在制备完成后直接作为填料加入至涂料中，不需要进行纯化等步骤，且制得的纳米孔隔热粉纯度高、隔热效果好。
84.优选的，为了提高可溶物在水中的溶解度，减少游离的金属离子与酸反应发生沉淀，所述酸性调节剂为盐酸。
85.其中，加入所述酸性调节剂的水满足：ph值为1.5-2。
86.其中，为了调节弱酸环境，所述碱性调节剂为nh4(0h)。
87.其中，为了使得正硅酸乙酯凝聚，所述硅酸溶液满足：ph值为5-6。
88.优选的，为了将正硅酸乙酯溶解在水中，所述第一次搅拌满足以下条件：水温为60
±
2℃，时间为2h。
89.具体的，纳米孔隔热粉的生产如下所述：
90.1、用酸性调节剂把蒸馏水的ph值调整到1.5-2，把蒸馏水加热到60
±
2℃，然后开启磁力搅拌，缓慢加入正硅酸乙酯，高速搅拌2个小时，以制得二氧化硅溶胶；
91.2、向上述二氧化硅溶胶中加入nh4(0h)，调节ph值到5-6，并伴随着强烈搅拌，进行数天陈化，得到较高强度的二氧化硅溶胶；
92.3、将上述饱含水的二氧化硅溶胶在水中反复浸泡，去除各种可溶粒子，以制得高纯度的含水溶胶；
93.4、将含水溶胶在乙醇中长时间浸泡，在浸泡的过程中，水与乙醇互溶，最后凝胶体内绝大部分水分子都被乙醇取代，得到醇溶胶；
94.5、对醇溶胶进行烘干，研磨，得到具有纳米孔的纳米孔隔热粉。
95.优选的，在s003中，水与乙醇互溶，乙醇代替所述含水溶胶内的水分子并使得所述醇溶胶内形成孔隙。水与乙醇在流动过程中形成微小通道。
96.进一步的，为了更好地使得纳米孔隔热粉具有磁性，在s003中，还包括如下步骤：
97.s013、向乙醇溶液中添加磁性纳米粒子；
98.s023、在浸泡的过程中对所述含水溶胶以及所述磁性纳米粒子进行搅拌，以制得磁性混合液；
99.s033、对所述磁吸混合液进行离心分离处理，弃去上层溶液，以制得醇溶胶。
100.当所述含水溶胶浸泡在乙醇溶液中时，水与乙醇互溶，且在流动时穿透至含水溶胶内，由于磁性纳米粒子的直径较小，故在水流的带动下磁性纳米粒子可以直接穿透至含
水溶胶内部，嵌合在含水溶胶内。对所述磁吸混合液进行离心分离处理，使得多于的磁性纳米粒子被分离出来，后续在对醇溶胶进行干燥研磨时，磁性纳米粒子被吸附在纳米孔隔热粉的气孔通道内。
101.在本实施例中，在s023中，部分所述磁性纳米粒子在乙醇流动的过程中进入所述孔隙。
102.优选的，为了更好地将磁性纳米粒子结合在醇溶胶内，所述磁性纳米粒子的粒径为1-5nm。
103.通过本实施例的反射隔热无机涂料及其制备方法，可以实现在外部提供磁吸环境时，将均匀分布在涂料内的错层纳米隔热粉末吸附在同一层上，增加纳米隔热粉末在同一个平面的密度，提高其隔热效果；其次本发明采用浸泡处理的方式在纳米隔热溶胶内制造孔隙，并在后续的干燥与研磨过程中，具有大量微小孔隙的纳米隔热溶胶变为孔径小于50nm的轻质材料，此材料为比空气导热系数还小的纳米超级绝热材料，可以制作高效节能热屏蔽降温涂层，热屏蔽降温涂层是一种集热反射、热辐射和热阻隔功能于一体的多功能降温涂料，涂装该涂层材料后可以有效地降低被涂装物表面和内部温度。
104.以上实施例仅为本技术的示例性实施例，不用于限制本技术，本技术的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本技术的实质和保护范围内，对本技术做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本技术的保护范围内。