一种用于热管理的反光涂料及其制备方法与流程

1.本发明属于反光涂料技术领域，具体涉及一种用于热管理的反光涂料及其制备方法。


背景技术：

2.近些年来，中国的经济高速发展，随之而来的是各种行业对能源的消耗也越来越大，碳排放量也越来越高。2018年全国建筑全过程能耗总量为21.47亿吨标准煤当量，占全国能源消费总量比重为46.5%，同年全国建筑全过程碳排放总量为49.3亿吨co2，占全国碳排放的比重为51.3%。为响应国家2030年碳达峰目标，需要对各个高能耗行业，特别是建筑行业的能源消耗进行管理，降低建筑能耗。降低建筑能耗的一种策略是应用热管理和光管理材料来控制传热和光反射。在这方面，具有高隔热和高反射能力的内部和外部结构的涂料可以在热管理和能源效率方面发挥关键作用。在炎热的夏季，外墙涂料材料会直接反射太阳辐射，而内墙涂料可以通过减少热传递来隔离和保持室内舒适的生活温度。低导热率的隔热填料和高反射率的反光材料是隔热涂料的重要组成部分。使用中空或多孔结构作为热障填料可以显著减少由于孔结构中受限的空气分子的热传递，而具有优异光反射率的分级粒度的反射颜料可以在广谱范围内有效地反射和散射光。但是，如何通过设计建筑涂料，使其实现卓越的隔热性和高光反射率以及强附着力和耐磨性的协同组合到目前为止仍旧是一项重大挑战。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术中建筑涂料难以实现卓越的隔热性、高光反射率、以及强附着力和耐磨性的多性能协同组合的问题，本发明提供了一种适用于节能建筑热管理的反光涂料及其制备方法。
4.首先，本发明提供了一种用于热管理的反光涂料，包括以下组分：表面活性剂 10~15份，水 1200~1600份，氨水 1~3份，均三甲苯 10~30份，正硅酸四乙酯 10~30份，油漆 50~200份疏水气凝胶颗粒 1-10份。
5.优选地，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。
6.优选地，所述水为工业用去离子水，纯度大于99.9999%。
7.优选地，所述疏水气凝胶颗粒的尺寸在200-500微米范围，是由超临界干燥法制备的气凝胶经过行星球磨得到的粉末。
8.优选地，所述油漆为内墙乳胶漆。
9.本发明还提供了上述反光涂料的制备方法，包括以下步骤：步骤（i）：二氧化硅干凝胶的制备(1)称取10~15重量份的十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂和1200~1600重量份的水，将所述表面活性剂（ctab），优选十六烷基三甲基溴化铵，在一定的温度下溶于700~1100重量份的水中，得到液体a；(2)向所述液体a中加入1~3重量份的氨水和和10~30重量份的均三甲苯，进行混合、搅拌，得到液体b；(3)向所述液体b中缓慢加入10~30重量份的正硅酸四乙酯（teos），控制在一定温度下，让其进行化学反应，得到介孔二氧化硅纳米颗粒悬浮液c；(4)将所述悬浮液c保存在一定保温温度的烘箱中，使其凝胶化，得到干燥的颗粒状干凝胶；(5)将所述颗粒状干凝胶在一定温度下烧结一定时间，以去除有机残留物，得到不含有机残留物的颗粒状干凝胶；(6)将不含有机残留物的颗粒状干凝胶分成四份，该四份之间的重量可以相同也可以不同；将前三份分别装入三个行星球磨机中进行球磨，以减小颗粒尺寸，最后一份备用；其中，三个行星球磨机的球磨时间设置不同，得到三份不同尺寸的干凝胶粉末；步骤（ii）：油漆材料的喷涂(1)将所述三份不同尺寸的气凝胶粉末、所述一份备用的不含有机残留物的颗粒状干凝胶、1-10重量份的疏水气凝胶颗粒、以及50~200重量份的油漆进行混合，边加入步骤（i）第（1）步中剩余的水边进行搅拌至完全溶解，得到油漆浆料；(2)进一步使用超声振动将所述油漆浆料均匀混合，优选地，混合时间为5~15分钟；(3)将混合均匀的所述油漆浆料喷到置于热板上的载玻片上，使得所述油漆浆料中的水分快速蒸发，得到反光涂料涂层。
10.优选地，所述步骤（i）的第（1）步中，向十六烷基三甲基溴化铵加入适量水并同步匀速搅拌直至其完全溶解，溶解温度为30~50℃，十六烷基三甲基溴化铵溶解在水中的温度为30~50℃；优选地，所述水为去离子水。
11.优选地，所述步骤（i）的第（2）步中，搅拌速度为500~800转/分钟，搅拌时间为3~6小时。
12.优选地，所述步骤（i）的第（3）步中，化学反应的时间为1~2天，反应温度为30~50℃。
13.优选地，所述步骤（i）的第（4）步中，烘箱的保温温度为60~80℃。
14.优选地，所述步骤（i）的第（5）步中，进行烧结的温度为480~520℃、烧结时间为1~3小时。
15.优选地，所述步骤（i）的第（6）步中，所述分成四份不含有机残留物的颗粒状气凝胶之间的重量比为以下四种组合之一：1:1:1:3.7、1:1:1:1、1:1:1:2、1:0.75:0.5:2.75；所述球磨的频率设置为500~1000hz、处理时间0.5~4 小时。
16.优选地，所述步骤（ii）的第（3）步中，热板温度为80~100℃。
17.本发明提供的上述技术方案具有以下有益技术效果：（1）用本发明提供的方法制备的建筑涂料具有高效隔热和高反射率、机械附着力和耐磨性，在建筑节能方面具有极大的应用前景；（2）本发明所述的适用于节能建筑热管理的反光涂料的制备过程中没有有毒物质产生，制备过程绿色环保；（3）本发明所述的适用于节能建筑热管理的反光涂料的制备方法工艺简单，成本低，所用原料均廉价易得，重复性好，易实现工业化；（4）本发明所述的适用于节能建筑热管理的反光建筑涂料可广泛应用于纺织、军用保温帐篷节能、建筑节能、电子元器件热管理和余热回收等领域。
具体实施方式
18.下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
19.实施例1（1）二氧化硅干凝胶的制备将10份十六烷基三甲基溴化铵（ctab）表面活性剂在45℃的温度下溶于1100 份去离子水中；向溶液中加入1.5份氨水和20 份均三甲苯，并将混合物在700 rpm的转速下搅拌4小时；向搅拌后的混合物中缓慢加入30份的正硅酸四乙酯（teos），然后让反应在50℃的温度下进行1天；将反应后生成的介孔二氧化硅纳米颗粒悬浮液保存在70℃温度的烘箱中，使其凝胶化；将干燥的颗粒状干凝胶在480℃的温度下烧结2小时以去除有机残留物；将不含有机残留物的颗粒状干凝胶分成四份，其重量比为1:1:1:3.7，将前三份分别装入行星球磨机中球磨以减小颗粒尺寸，其频率设置为500hz，处理时间分别为 0.5小时、2 小时和 4 小时，最后一份备用。
20.（2）油漆材料的喷涂将上述三份球磨后的不同尺寸的干凝胶粉末、另一份备用的不含有机残留物的颗粒状干凝胶、1份疏水气凝胶颗粒、与50份市售油漆（glidden speed-wall 乳胶漆）进行混合，并加入步骤（1）中剩余的去离子水至完全溶解它们；使用超声振动将油漆浆料混合物均匀混合5分钟；在 100℃的热板上将涂料浆液喷到载玻片上，快速蒸发涂覆的去离子水得到所需涂层。
21.实施例2（1）二氧化硅干凝胶的制备将15份十六烷基三甲基溴化铵（ctab）表面活性剂在40℃的温度下溶于700 份去离子水中；向溶液中加入3份氨水和30 份均三甲苯，并将混合物在800 rpm的转速下搅拌5小时；向搅拌后的混合物中缓慢加入30份的正硅酸四乙酯（teos），然后让反应在40℃的温度下进行1天；将反应后生成的介孔二氧化硅纳米颗粒悬浮液保存在60℃温度的烘箱中，使其凝胶化；将干燥的颗粒状干凝胶在500℃的温度下烧结1小时以去除有机残留物；将不含有机残留物的颗粒状干凝胶分成四份，其重量比为1:1:1:1，将前三份分别装入行星球磨机中球磨以减小颗粒尺寸，其频率设置为600hz，处理时间分别为 0.5小时、2 小时和 4 小时，最后一份备用。
22.（2）油漆材料的喷涂将上述三份球磨后的不同尺寸的气凝胶粉末、另一份备用的不含有机残留物的颗粒状干凝胶、6份疏水气凝胶颗粒、与150份市售油漆（glidden speed-wall 乳胶漆）进行混合，并加入步骤（1）中剩余的去离子水至完全溶解它们；使用超声振动将油漆浆料混合物均匀混合10分钟；在 90℃的热板上将涂料浆液喷到载玻片上，快速蒸发涂覆的去离子水得到所需涂层。
23.实施例3（1）二氧化硅干凝胶的制备将12份十六烷基三甲基溴化铵（ctab）表面活性剂在50℃的温度下溶于700 份去离子水中；向溶液中加入1份氨水和15份均三甲苯，并将混合物在500 rpm的转速下搅拌6小时；向搅拌后的混合物中缓慢加入30份的正硅酸四乙酯（teos），然后让反应在30℃的温度下进行1.5天；将反应后生成的介孔二氧化硅纳米颗粒悬浮液保存在60℃温度的烘箱中，使其凝胶化；将干燥的颗粒状干凝胶在520℃的温度下烧结3小时以去除有机残留物；将不含有机残留物的颗粒状干凝胶分成四份，其重量比为1:1:1:2，将前三份分别装入行星球磨机中球磨以减小颗粒尺寸，其频率设置为800hz，处理时间分别为 0.5小时、2 小时和 4 小时，最后一份备用。
24.（2）油漆材料的喷涂将上述三份球磨后的不同尺寸的气凝胶粉末、另一份备用的不含有机残留物的颗粒状干凝胶、8份疏水气凝胶颗粒、与200份市售油漆（glidden speed-wall 乳胶漆）进行混合，并加入步骤（1）中剩余的去离子水至完全溶解它们；使用超声振动将油漆浆料混合物均匀混合15分钟；在80℃的热板上将涂料浆液喷到载玻片上，快速蒸发涂覆的去离子水得到所需涂层。
25.实施例4（1）二氧化硅干凝胶的制备将15份十六烷基三甲基溴化铵（ctab）表面活性剂在30℃的温度下溶于1100 份去离子水中；向溶液中加入2份氨水和10 份均三甲苯，并将混合物在700 rpm的转速下搅拌4小时；向搅拌后的混合物中缓慢加入10份的正硅酸四乙酯（teos），然后让反应在30℃的温度下进行2天；将反应后生成的介孔二氧化硅纳米颗粒悬浮液保存在80℃温度的烘箱中，使其凝胶化；将干燥的颗粒状干凝胶在520℃的温度下烧结1.5小时以去除有机残留物；将不含有机残留物的颗粒状干凝胶分成四份，其重量比为1:0.75:0.5:2.75，将前三份分别装入行星球磨机中球磨以减小颗粒尺寸，其频率设置为1000hz，处理时间分别为 0.5小时、2 小时和 4 小时，最后一份备用。
26.（2）油漆材料的喷涂将上述三份球磨后的不同尺寸的气凝胶粉末、另一份备用的不含有机残留物的颗粒状干凝胶、10份疏水气凝胶颗粒、与50份市售油漆（glidden speed-wall 乳胶漆）进行混合，并加入步骤（1）中剩余的去离子水至完全溶解它们；使用超声振动将油漆浆料混合物均匀混合10分钟；在 100℃的热板上将涂料浆液喷到载玻片上，快速蒸发涂覆的去离子水得到所需涂层。