一种隔热涂料及其用途的制作方法

专利名称：一种隔热涂料及其用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种涂料，具体地说是涉及一种可广泛应用于各种需要降温、隔热设备或建筑的新型隔热涂料及其用途。
背景技术：
当今世界，人类对能源的消耗急剧增长，使得能源紧缺，从而带动能源及其相关系列产品的价格不断升高。以中国为例，近年来用电持续出现紧张，2004年共有近30个省级电网拉闸限电，大量工厂被迫停产，造成大量经济损失。2003年中国每天的原油消费量增长44万桶，对全球原油需求增长的贡献率达到35％；到2020年，中国的石油需求量的下限为4.5亿吨，上限为6.1亿吨，中国的能源需求总量将达到25亿吨标准煤，这个数字比2000年高出90％～152％，对海外资源的依存度至少将达到55％以上，与目前美国58％的对外依存度大体相当。虽然人类不断地尝试开发新能源，但目前还未找到一种可以完全替代石油、煤炭、天然气等关系到国计民生的新能源。因此，如何高效地利用能源、减少能源浪费就显得更加重要。
造成能源浪费的原因很多。以隔热领域为例，在炎热的夏季，由于太阳的辐射，石油化工、酒厂的金属和水泥储罐表面温度高达五六十度，罐内的温度甚至会更高，不仅造成大量的蒸发损耗，污染环境，而且会造成危险。传统涂刷银粉漆和使用喷淋水降温，腐蚀设备、浪费能源，而且设备使用寿命短，仅有两三年。粮仓粮库的升温会加速粮食的劣变和生虫，用空调降温用电量大，成本高。飞行器、工厂的仪器设备等由于受到热辐射或红外辐射而减少了使用寿命或降低了精确度，同样造成了浪费。总之，从工业建筑到民用建筑，从储罐、管道、厂房、仓库、仪器设备、飞行器到住宅楼、售货厅、电话厅等由于受辐射升温的影响而采用传统的方法去降温，都会造成大量的人力、物力、财力的浪费。
人们早已认识到了这一问题的重要性，并提出和实施了多种解决办法。在现有的相关技术中，中国专利CN1204672A公开了一种白色改性丙烯酸醇酸类反射太阳热涂料，但其太阳热反射率低，仅有80％，且颜色单一，户外耐候性较差。中国专利CN1405248A公开了一种丙烯酸树脂太阳热反射涂料，但其附着力较差，冲击强度不高，太阳热吸收率随时间变化较大，且不具有反射红外辐射的性能。中国专利CN1257897A公开了一种既能反射太阳热，又有一定隔热和自清洁作用的隔热涂料，但效果都不是很好。另外，日本专利JP98-1209466、德国专利DE19501114、美国专利US5540998、中国专利CN1434063A都公开了的反射涂料，反射率都不高，隔热效率也不是很好。

发明内容
本发明的目的在于克服现有的太阳热反射涂料的反射率低、隔热效率不是很好、而且颜色单一、户外耐候性和附着力较差、冲击强度不高的缺陷，从而提供一种对太阳热和红外辐射都有高反射率、隔热效率高、抗紫外线能力强，且具有超耐候性、强附着力及高自洁性性能的新型隔热涂料，及其用途。
本发明的目的是通过如下的技术方案实现的本发明提供的隔热涂料，其组成包括成膜物 15～65重量份；纳米多孔SiO23～20重量份；纳米氧化铁黄 1～12重量份；颜料 5～30重量份；填料 3～22重量份；助剂 0.4～8重量份；溶剂 6～30重量份；所述的成膜物包括聚酯树脂、醇酸树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、氨基树脂、酚醛树脂、聚氯乙烯树脂、有机硅改性聚酯树脂、有机硅改性丙烯酸树脂、有机硅树脂、氟碳树脂，根据不同的性能要求，选择不同的树脂。
所述的纳米多孔SiO2的粒径为10～600nm，其制备方法如下在三口烧瓶中加入100ml乙醇，搅拌下加入0.2～1.2ml浓度为0.1M的盐水和0.1M聚合物的乙醇溶液，室温下继续搅拌，通氮保护，再加入0.8～4.2ml的正硅酸四乙酯(TEOS)，充分搅拌1～5h，静置，离心分离后用乙醇洗涤，反复数次，最后在230～460℃下烧结，过筛，即得到纳米多孔SiO2；
其中，所述的盐包括NaCl、NaI、KBr、KCl、KI、KNO3、LiCl、CsCl等；所述的聚合物为RaO(CH2CH2O)bH，Ra为C6～C18的烷基，b＝3～15；或HO(CH2CH2O)x(CH(CH3)CH2O)y(CH2CH2O)zH，x，y，z＝1～65，且摩尔质量为1650～2900g/mol。
所述的纳米氧化铁黄的粒径为10～500nm，其制备方法如CN200410047955.3中所公开。
所述的颜料为选自金红石钛白、酞菁蓝、酞菁绿、碳黑、氧化铁红、锌铬黄、中铬黄、柠檬铬黄、深铬黄、铬绿、钼铬红中的一种或几种。
所述的填料为选自氧化锌、硫酸钡、二氧化硅、滑石粉、绢云母、轻质碳酸钙、硅灰石粉中的一种或几种。
所述的助剂包括分散剂(如德国BYK Chemie公司的BYK-110、BYK-P104、Disperbyk-130；荷兰EFKA公司的Efka-766、Efka Polymer452)、消泡剂(如德国BYKChemie公司的BYK-065、BYK-052；荷兰EFKA公司的Efka-20；德国Tego公司的Airex970)、流平剂(如德国BYK Chemie公司的BYK-354、BYK-300；荷兰EFKA公司的Efka-30、Efka-772)、酸催化剂(如德国BYK Chemie公司的的BYK-Catalyst450；KIMG INDUSTRIES公司的NACURE155、1051、K-CURE1040)、防沉剂(如台湾德谦贸易公司的防沉剂902、201P；德国Bayer公司的BORCHIGEL THIXO Z等)、增塑剂(如上海溶剂厂的增塑剂DOP、磷酸三丁酯；德国Henkel公司的EDENOL344)、增滑剂(如台湾三化实业公司的840SL、AMA；Allied Signal公司的A-C6、Acumist B-6)、增稠剂(如德国Henkel公司的DEHYSOLR、RILANIT45)、固化剂(如台湾德谦贸易公司的KB、KC、DBTDL固化促进剂；江西泰兴涂料助剂厂的JTY固化促进剂)中的一种或几种。
所述的溶剂选自乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙二醇乙醚醋酸酯、二甲苯、乙二醇丁醚、丁醇、甲基异丁基酮、丙二醇甲醚乙酸酯、石油醚、200号油漆溶剂油、环己酮、芳烃溶剂100号、芳烃溶剂150号、芳烃溶剂200号、混合二元酸二酯中的一种或几种。
将上述组份混合，经分散、研磨、调色后即得到本发明的隔热涂料。
本发明提供的隔热涂料可广泛应用于各种需要降温、隔热设备或建筑，特别是用于外墙、金属储罐、管道、仪器设备、运输业、工业建筑、民用建筑及飞行器等。20μm的涂层厚度即可明显改善隔热降温效果，最佳涂膜厚度为35～45μm。
在用于外墙、储罐、管道、仪器设备、飞行器等时，本发明提供的新型隔热涂料组成优选下述组成成膜物15～50重量份；纳米多孔SiO24～20重量份；纳米氧化铁黄 1～9重量份；颜料 5～30重量份；填料 6～22重量份；助剂 0.4～6重量份；溶剂 6～25重量份。
在用于厂房、仓库、售货厅、电话厅等彩钢板时，本发明提供的新型隔热涂料组成优选下述组成成膜物20～65重量份；纳米多孔SiO23～18重量份；纳米氧化铁黄 3～12重量份；颜料 5～30重量份；填料 3～20重量份；助剂 0.6～8重量份；溶剂 10～30重量份。
本发明提供的新型隔热涂料与现有的太阳热反射涂料相比，其优益之处在于涂料附着力强，防腐性能优良，耐候性好，抗划伤能力强，既可作底漆也可作面漆；而且反射热辐射能力强，隔热效率高，20μm的涂层厚度即可明显改善隔热降温效果，最佳涂膜厚度为35～45μm；另外，该新型隔热涂料同时具有优良的自清洁性能，反射率随时间变化较小。
具体实施例方式
以下结合实例对本发明作进一步具体描述，但并不局限于此。
其中，所述的纳米多孔SiO2为按下述方法自制在三口烧瓶中加入100ml乙醇，搅拌下加入0.2～1.2ml浓度为0.1M的盐水(NaCl、NaI、KBr、KCl、KI、KNO3、LiCl或CsCl)和0.1M聚合物(RaO(CH2CH2O)bH，Ra为C6～C18的烷基，b＝3～15；或HO(CH2CH2O)x(CH(CH3)CH2O)y(CH2CH2O)zH，x，y，z＝1～65，且摩尔质量为1650～2900g/mol)的乙醇溶液，室温下继续搅拌，通氮保护，再加入0.8～4.2ml的正硅酸四乙酯(TEOS)，充分搅拌1～5h，静置，离心分离后用乙醇洗涤，反复数次，最后在230～460℃下烧结，过筛，即得到纳米多孔SiO2；所述的纳米氧化铁黄的制备方法如CN200410047955.3中所公开。
实施例1、海蓝醇酸树脂新型外墙隔热涂料本发明提供的海蓝醇酸树脂新型外墙隔热涂料的配方列于表1。
表1、海蓝醇酸树脂新型外墙隔热涂料的配方

实施例2、白色丙烯酸树脂新型储罐用隔热涂料本发明提供的白色丙烯酸树脂新型储罐用隔热涂料的配方列于表2。
表2、白色丙烯酸树脂新型储罐用隔热涂料的配方

实施例3、用于机器设备防红外辐射的丙烯酸树脂新型隔热涂料本发明提供的用于机器设备防红外辐射的丙烯酸树脂新型隔热涂料的配方列于表3。
表3、用于机器设备防红外辐射的丙烯酸树脂新型隔热涂料的配方


实施例4、用于飞行器的亚光有机硅改性丙烯酸树脂新型隔热涂料本发明提供的用于飞行器的亚光有机硅改性丙烯酸树脂新型隔热涂料的配方列于表4。
表4、用于飞行器的亚光有机硅改性丙烯酸树脂新型隔热涂料的配方


对实施例1～4制备的新型隔热涂料进行性能测试，列于表5。
表5、新型隔热涂料性能测试

实施例5、银灰聚酯卷材面漆新型隔热涂料本发明提供的银灰聚酯卷材面漆新型隔热涂料的配方列于表6。
表6、银灰聚酯卷材面漆新型隔热涂料的配方

实施例6、氨基树脂固化聚酯卷材新型隔热涂料本发明提供的氨基树脂固化聚酯卷材新型隔热涂料的配方列于表7。
表7、氨基树脂固化聚酯卷材新型隔热涂料的配方

对实施例5、6制备的彩钢板用新型卷材隔热涂料进行性能测试，列于表8。
表8、新型隔热涂料性能测试

实施例7、性能实验1对本发明提供的新型隔热涂料的隔热性能进行测试时，是将其置于风小，天气晴朗，阳光充足的室外进行的，该方法适用范围广，对小型或大型实验样品均可测试。
取三块薄铁皮板，尺寸均为150mm×150mm，其中板II、板III的表面分别涂刷厚度均为40μm的市售的绿盾牌太阳热反射涂料LD-RFS和本发明实施例4制备的新型隔热涂料，另一块板I不涂刷任何涂料作为对照。在阳光充足的室外进行测试，铁皮板的表面温度采用红外测温仪测量，气温采用J207-1-100±0.1℃型温度计进行测量，检测数据列于表9。
表9、薄铁皮板测试数据2004-07-15晴 风速≤2级

由此可见，与不涂刷任何涂料的板I相比，涂刷了市售的绿盾牌太阳热反射涂料LD-RFS和本发明实施例4制备的新型隔热涂料的板II、板III的铁皮板的降温效果明显，尤其是涂刷了本发明的新型隔热涂料的板III，其隔热效果尤为明显。
而且由于试验用的铁板小，影响因素多，而且平板散热快，所以温差不是很大。如果降低影响因素，用大表面积的密闭容器作测试，本发明提供的新型隔热涂料还可获得更为明显的降温效果，而且与太阳照射接触的面积越大，降温效果越好。
实施例8、性能实验2将200L的汽油桶在空桶条件下，使用本发明实施例6制备的新型隔热涂料涂刷，编号甲桶；使用市售的绿盾牌太阳热反射涂料LD-RFS涂刷，编号乙桶。顶部和距底部80cm处的桶体侧面温度用红外测温仪测试，所有测试面均为迎光面，气温、桶体内部采用J207-1-100±0.1℃型温度计测试。测试结果列于表10。
表10、汽油桶测试数据2004-07-28 晴 风速盐≤2级

由此可见，与涂刷了市售的绿盾牌太阳热反射涂料LD-RFS的乙桶相比，涂刷了本发明实施例6制备的新型隔热涂料的甲桶的降温效果更为显著，而且太阳直射温度越高降温越明显。
实施例9、性能实验3将某酒厂250m3不锈钢空酒罐，使用本发明实施例2制备的新型储罐用隔热涂料涂刷，编号甲罐；使用银粉涂刷的，编号乙罐。本次测温在空罐条件下，所有测试面均为迎光面；罐体表面温度采用红外测温仪测试，罐体内部温度采用J207-1-100±0.1℃温度计测试。测试结果列于表11。
表11、250m3不锈钢空酒罐测试数据2004-08-03 晴 风速≤2级

测试实验数据表明，与涂刷银粉漆乙罐相比，涂刷了本发明实施例2制备的白色丙烯酸树脂新型储罐用隔热涂料的甲罐外表和内部温度下降都较明显，完全可以取代现有的涂银粉漆加喷淋水来降温的方法，而且使用寿命长，大大降低了成本。
权利要求
1.一种隔热涂料，其组成包括成膜物 15～65重量份；纳米多孔SiO23～20重量份；纳米氧化铁黄1～12重量份；颜料5～30重量份；填料3～22重量份；助剂0.4～8重量份；溶剂6～30重量份；所述的成膜物包括聚酯树脂、醇酸树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、氨基树脂、酚醛树脂、聚氯乙烯树脂、有机硅改性聚酯树脂、有机硅改性丙烯酸树脂、有机硅树脂、氟碳树脂；所述的填料为选自氧化锌、硫酸钡、二氧化硅、滑石粉、绢云母、轻质碳酸钙、硅灰石粉中的一种或几种；所述的助剂包括分散剂、消泡剂、流平剂、酸催化剂、防沉剂、增塑剂、增滑剂、增稠剂、固化剂中的一种或几种；将上述组份混合，经分散、研磨、调色后即得到本发明的隔热涂料。
2.如权利要求1所述的隔热涂料，其特征在于所述的纳米多孔SiO2的粒径为10～600nm。
3.如权利要求1或2所述的隔热涂料，其特征在于所述的纳米多孔SiO2为通过下述方法制得在三口烧瓶中加入100ml乙醇，搅拌下加入0.2～1.2ml浓度为0.1M的盐水和0.1M聚合物的乙醇溶液，室温下继续搅拌，通氮保护，再加入0.8～4.2ml的正硅酸四乙酯，充分搅拌1～5h，静置，离心分离后用乙醇洗涤，反复数次，最后在230～460℃下烧结，过筛，即得到纳米多孔SiO2；其中，所述的盐包括NaCl、NaI、KBr、KCl、KI、KNO3、LiCl、CsCl；所述的聚合物为RaO(CH2CH2O)bH，Ra为C6～C18的烷基，b＝3～15；或HO(CH2CH2O)x(CH(CH3)CH2O)y(CH2CH2O)zH，x，y，z＝1～65，且摩尔质量为1650～2900g/mol。
4.如权利要求1所述的隔热涂料，其特征在于所述的纳米氧化铁黄的粒径为10～500nm。
5.如权利要求1所述的隔热涂料，其特征在于所述的颜料为选自金红石钛白、酞菁蓝、酞菁绿、碳黑、氧化铁红、锌铬黄、中铬黄、柠檬铬黄、深铬黄、铬绿、钼铬红中的一种或几种。
6.如权利要求1所述的隔热涂料，其特征在于所述的分散剂为德国BYK Chemie公司的BYK-110、BYK-P104、Disperbyk-130、荷兰EFKA公司的Efka-766、EfkaPolymer452；所述的消泡剂为德国BYK Chemie公司的BYK-065、BYK-052、荷兰EFKA公司的Efka-20；德国Tego公司的Airex970；所述的流平剂为德国BYK Chemie公司的BYK-354、BYK-300、荷兰EFKA公司的Efka-30、Efka-772；所述的酸催化剂为德国BYK Chemie公司的的BYK-Catalyst450、KIMGINDUSTRIES公司的NACURE155、1051、K-CURE1040；所述的防沉剂为台湾德谦贸易公司的防沉剂902、201P、德国Bayer公司的BORCHIGEL THIXO Z；所述的增塑剂为上海溶剂厂的增塑剂DOP、磷酸三丁酯、德国Henkel公司的EDENOL344；所述的增滑剂为台湾三化实业公司的840SL、AMA；Allied Signal公司的A-C6、Acumist B-6；所述的增稠剂为德国Henkel公司的DEHYSOLR、RILANIT45；所述的固化剂为台湾德谦贸易公司的KB、KC、DBTDL固化促进剂、江西泰兴涂料助剂厂的JTY固化促进剂。
7.如权利要求1所述的隔热涂料，其特征在于所述的溶剂选自乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙二醇乙醚醋酸酯、二甲苯、乙二醇丁醚、丁醇、甲基异丁基酮、丙二醇甲醚乙酸酯、石油醚、200号油漆溶剂油、环己酮、芳烃溶剂100号、芳烃溶剂150号、芳烃溶剂200号、混合二元酸二酯中的一种或几种。
8.如权利要求1所述的隔热涂料，其特征在于，其组成包括成膜物 15～50重量份；纳米多孔SiO24～20重量份；纳米氧化铁黄 1～9重量份；颜料 5～30重量份；填料 6～22重量份；助剂 0.4～6重量份；溶剂 6～25重量份。
9.如权利要求1所述的隔热涂料，其特征在于，其组成包括成膜物 20～65重量份；纳米多孔SiO23～18重量份；纳米氧化铁黄 3～12重量份；颜料 5～30重量份；填料 3～20重量份；助剂 0.6～8重量份；溶剂 10～30重量份。
10.权利要求1、8或9所述的隔热涂料在各种需要降温、隔热设备或建筑上的应用。
全文摘要
本发明涉及一种隔热涂料，其组成包括成膜物15～65重量份；纳米多孔SiO
文档编号C09D127/06GK1800283SQ200510000149
公开日2006年7月12日 申请日期2005年1月5日 优先权日2005年1月5日
发明者张冬海, 吴镇江, 陈运法, 叶树峰 申请人:中国科学院过程工程研究所