一种隔热保温相变涂料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种隔热保温相变涂料，该涂料包含以下各重量份的组分：40～80份双组分环氧树脂，5～35份散热填料，5～30份高热阻填料，5～25份相变材料。本发明所制隔热涂料具有高热反射性和高热辐射性、低导热性、同时具有在一定的温度范围内吸储和释放热量的特点，多种功效合一，反射光照、隔热降温效果好，安全环保、附着力强，便于施工。同时本发明还公开了所述涂料的制备方法。
【专利说明】一种隔热保温相变涂料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及隔热涂料【技术领域】，特别涉及一种隔热保温相变涂料及其制备方法。【背景技术】
[0002]隔热涂料是20世纪80年代发展起来的一种具有隔热、反射、节能、环保的功能性涂料。应用较多的是硅酸盐类复合涂料，主要采用导热系数低、中空的隔热骨料，如石棉、蛀石、膨胀珍珠岩等，结合无机、有机粘结剂和其他助剂制成，广泛应用于石油化工行业、粮食储备等行业。相关数据显示，将温度降低l°c所需能耗是将温度升高1°C所需能耗的4倍。在能源危机日益严重的情况下，隔热涂料对节约能源、减少排放、保护环境、创建人与自然的和谐关系具有重要的意义，隔热涂料的应用前景非常广阔。
[0003]热传递是通过对流、辐射及分子振动热传导三种途径来实现的。传统上，隔热涂料从特性原理分类主要有三种，阻隔传导型隔热涂料、反射型隔热涂料和辐射型隔热涂料。阻隔型隔热涂料是通过对热传递的显著阻抗性实现隔热的涂料。材料导热系数的大小是材料隔热性能的决定因素，导热系数越小，隔热性能就越好。反射型隔热涂料就是通过制得高反射率的涂层来反射热，从而达到隔热降温的目的；辐射型隔热涂料通过辐射的形式把物体吸收的日照光线和热量以一定的波长发射到空气中，从而达到良好的隔热降温效果。除了上述三种类型的隔热涂料以外，又出现了复合相变型隔热材料，利用了相变材料在一定的温度范围内、在相变过程中，实现储、放热功能，而材料的温度几乎保持不变的特点。换句话说:当环境温度高于一定值时，相变材料由固态融化为液态，吸收热量，相变材料吸收大量热量从而使涂料的温度不变，形成一个宽的温度平台，虽然温度不变，但吸收或释放的潜热却相当大。相变材料是一种节能环保的绿色环保载体。 [0004]典型的有机类相变材料有:石蜡、脂肪酸类、多元醇类相变材料等。目前已公开的中国专利中，均采用有机相变材料应用于隔热涂料，如CN101481583A和CN102352159A都采用来石蜡作为相变材料，专利CN102604500A采用聚乙二醇作为相变材料，专利CN101693807A同时采用石蜡和聚乙二醇作为相变材料，专利CN102391770A采用十二醇作为相变材料，专利CNlOl 139472A是由多孔石墨微粉和有机相变材料构成，总之，以上专利都采用了有机类相变材料作为隔热涂料里的组分。但是还没有见到将无机相变材料应用于隔热涂料的报导。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种隔热保温相变涂料，该涂料具有相变时体积变化小，储能密度大，储能能力强，温度恒定，价格低廉的特点。
[0006]本发明所要解决的另一个技术问题是提供制备所述涂料的方法。
[0007]为解决第一个技术问题，本发明采用的技术方案是提供一种隔热保温相变涂料，所述涂料包含以下各重量份的组分:40~80份双组分环氧树脂，5~35份散热填料，5~30份高热阻填料，5~25份相变材料。[0008]优选地，还包括O~6份助剂，所述助剂选自颜料，流平剂，消泡剂，分散剂，稳定剂，增稠剂，防腐剂和防沉剂的一种或几种。
[0009]优选地，所述涂料包括如下重量份的组分:50~70份双组份环氧树脂，5~20份散热填料，5~15份高热阻填料，10~20份相变材料。
[0010]优选地，所述相变材料选自氢氧化物或氢氧化物的水合物、硝酸盐、卤化物或卤化物的水合物、硫酸盐或硫酸盐的水合物、碳酸盐、磷酸盐、亚硝酸盐和亚硫酸盐中的一种或几种。
[0011 ] 优选地，所述硝酸盐选自硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾、硝酸锶、硝酸铵、硝酸镁、硝酸钙、硝酸钡、硝酸锌、硝酸铜、硝酸锡、硝酸铅、硝酸镍、硝酸锰、硝酸铁或硝酸铝；所述卤化物选自氯化锂、氯化钠、氯化钾、氯化锶、氯化铵、氯化镁、氯化钙、氯化钡、氯化锌、氯化铜、氯化锡、氯化铅、氯化镍、氯化锰、氯化铁、氯化亚铁、氯化铝、氟化钙、溴化镁或碘化银；所述硫酸盐选自硫酸锂、硫酸钠、硫酸氢钠、硫酸钾、硫酸锶、硫酸铵、硫酸镁、硫酸钙、硫酸钡、硫酸锌、硫酸铜、硫酸锡、硫酸铅、硫酸镍、硫酸锰、硫酸铁、硫酸铝、硫酸铝钾；所述碳酸盐选自碳酸锂、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸锶、碳酸铵、碳酸镁或碳酸铜；所述磷酸盐选自磷酸锂、磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸钾、磷酸锶、磷酸铵、磷酸镁、磷酸钙、磷酸钡、磷酸锌、磷酸铜、磷酸锡、磷酸铅、磷酸镍、磷酸锰、磷酸铁或磷酸铝；所述亚硝酸盐选自亚硝酸锂、亚硝酸钠、亚硝酸钾、亚硝酸锶、亚硝酸铵、亚硝酸镁、亚硝酸钙、亚硝酸铜、亚硝酸铁或亚硝酸铝；所述亚硫酸盐选自亚硫酸锂、亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸锶、亚硫酸铵、亚硫酸镁、亚硫酸钙、亚硫酸锌、亚硫酸铜、亚硫酸铁或亚硫酸铝；所述氢氧化物选自氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锶、氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化钡、氢氧化锌、氢氧化铁、或氢氧化招。[0012]优选地，所述双组份环氧树脂由甲组份和乙组份组成，所述甲组分选自6101环氧树脂、618环氧树脂或601环氧树脂；优选地所述甲组份为6101环氧树脂；所述乙组分选自聚酰胺树脂、乙二胺、间苯二甲胺、三乙烯四胺、苯二甲胺缩合物、邻苯二甲酸酐、顺丁烯二酸酐；优选地所述乙组份为聚酰胺树脂；所述甲组分与乙组分的重量比为9:1~1:1。
[0013]优选地，所述散热填料选自钛白粉、氧化铝、氧化锌、氧化锆、氧化镁、锌钡白、硫化锌、氧化铜、氧化铁、二氧化硅和稀土氧化物中的一种或几种，优选的所述散热填料选自金红石型钛白粉和氧化铟锡；所述高热阻填料选自空心玻璃微珠、空心陶瓷微珠、空心树脂微珠、云母粉、滑石粉、碳酸钙、蒙脱土、高岭土、珍珠岩、硅藻土、石墨粉、炭黑、碳纤维、碳纳米管、石棉和气相二氧化硅中的一种或几种。
[0014]为解决第二个技术问题，本发明提供了制备该涂料的方法，包括如下步骤:将40~80份双组分环氧树脂，5~35份散热填料，5~30份高热阻填料，5~25份相变材料混合，搅拌均匀得混合物A ;
[0015]所述相变材料直接与其他组分混合或做为芯材制作成微胶囊与其他组分混合。
[0016]优选地，将50~70份双组份环氧树脂，5~20份散热填料，5~15份高热阻填料，10~20份相变材料混合搅拌得混合物A。
[0017]优选地，还包括如下步骤:将O~6份助剂加入到混合物A中，搅拌均匀，即得所述隔热保温相变涂料。
[0018]本发明的有益效果是所制隔热涂料具有高热反射性和高热辐射性、低导热性、同时具有在一定的温度范围内吸储和释放热量的特点，多种功效合一，反射光照、隔热降温效果好，安全环保、附着力强，便于施工，且与有机相变材料对比，无机相变材料具有相变时体积变化小、储能密度大、储能能力强、温度恒定、价格低廉等优点。
【具体实施方式】
[0019]结合实施例对本发明进一步加以说明。
[0020]实施例1
[0021]I)隔热保温相 变涂料的制备:
[0022]将40g6101环氧树脂作为甲组分，5g氧化铝粉末，5g珍珠岩，IOg复合相变胶囊，复合相变胶囊含硝酸钾、亚硝酸钠、六水合氯化钙的重量比为1:1:8，以及40g聚酰胺树脂作为乙组分放入烧杯中搅拌均匀；制得隔热保温相变涂料；
[0023]2)隔热相变涂料涂刷实验:
[0024]将上步搅拌均匀的隔热保温相变涂料用毛刷涂抹于2mm厚度钢板上，固化24小时，按照相关标准，与水泥的粘接强度可达IMPa，与钢板可达到0.SMPa0在洁净、干燥的表面使用，都具有较好的粘接强度。按照GBT6739-2006标准测量其硬度为3H。对样品做太阳反射比的测试，全太阳光反射率为89%。经过对材料的导热系数进行测试，样品的导热系数为 0.09W/ (m.K)。
[0025]实施例2隔热相变涂料耐候实验
[0026]取36g618环氧树脂甲组分，5g 二氧化钛粉末，15g玻璃微珠，5g明矾(硫酸铝钾)以及4g乙二胺作为环氧树脂乙组分放入烧瓶中搅拌均匀后，加入喷枪储料罐中喷涂于不锈钢板上，涂膜厚约0.5mm,固化48小时。
[0027]经过测试，该涂膜具有很高的耐酸碱性，98%硫酸溶液和40%烧碱溶液滴入涂料表面不起反应。经实验室实验证明，500小时盐雾实验合格。紫外线照射500小时后，颜色略有变黄，无明显粉化和脆化。对样品做太阳反射比的测试，全太阳光反射率为90%。经过对材料的导热系数进行测试，样品的导热系数为0.llff/(m.K)。
[0028]实施例3隔热相变涂料反射实验
[0029]将40g601环氧树脂甲组分，25g锌钡白，IOg氧化铟锡，5g十水硫酸钠相变胶囊，5g碳酸1丐，3g增稠剂，Ig防腐剂,0.5g流平剂和0.5g银色颜料放入烧瓶中，最后加入IOg邻苯二甲酸酐作为环氧树脂乙组分，搅拌均匀，用毛刷涂刷于2mm厚的镀锌钢板上，涂膜厚约0.3mm。固化48小时后，对样品做太阳反射比的测试，全太阳光反射率为91%。按照相关标准进行检测，与水泥的粘接强度可达1.5MPa，与钢板可达到IMPa。在洁净、干燥的表面使用，都具有较好的粘接强度。按照GBT6739-2006标准测量其硬度为2H。经过对材料的导热系数进行测试，样品的导热系数为0.08ff/(m.K)。
[0030]实施例4隔热相变涂料导热系数
[0031 ] 将42g6101环氧树脂甲组分，5g氧化锌，30g陶瓷微珠2g氧化铟锡，9g八水合氢氧化钡、碳酸钡复合相变微胶囊，复合相变微胶囊中八水合氢氧化钡、碳酸钡的重量比为2:1，2g增稠剂，Ig防腐剂，Ig防沉剂，Ig稳定剂，0.5g流平剂、0.5g银颜料以及6g三乙烯四胺作为环氧树脂乙组分放入烧杯中搅拌均匀，采用流涎的方法，涂覆于2mm厚的镀锌钢板上，固化72小时后，膜厚约0.5mm，命名此样品为样品A，取42g6101环氧树脂甲组分以及6g三乙烯四胺作为环氧树脂乙组分放入烧杯中搅拌均匀，采用流涎的方法，涂覆于2mm厚的镀锌钢板上，固化72小时后，膜厚约0.5_，命名此样品为样品B，2_厚的镀锌钢板空白样命名为样品C。经过对材料的导热系数进行测试，样品A的导热系数为0.07ff/(m.K)，样品B的导热系数为0.12ff/(m.K)。
[0032]在500W的红外灯照射下，做钢板样品A，B, C的平行实验，在同样的照射时间和照射强度下，样品A背面温度为60°C时，样品B背面温度为69°C，而样品C背面温度为78°C，说明样品A中含有相变成分的隔热涂料具有一定的隔热效果。
[0033]将上述钢板样品A，B，C放入烘箱中，设定加热温度为75°C，恒温2小时，取出样品，放置在室温空气中，钢板上连接温度传感器，每隔I分钟记录一次数据，75°C时，样品C比样品A降温速度快4°C，而样品A比样品B降温速度快2V，而假定均同时处于50°C时，样品C比样品A降温速度快2V，而样品A比样品B降温速度快1°C，说明样品A散热较好，或者说有一定的热辐射散出，从而加快了降温速度。
[0034]实施例5
[0035]I)隔热保温相变涂料的制备:
[0036]将45g618环氧树脂作为甲组分，5g氧化锌，5g金红石型二氧化钛，IOg陶瓷微珠，2g氧化铟锡，25g磷酸氢二钠相变微胶囊，Ig增稠剂，Ig稳定剂，Ig流平剂、以及5g间苯二甲胺作为乙组分放入烧杯中搅拌均匀，制得隔热保温相变涂料；
[0037]2)隔热相变涂料的相变检测:
[0038]将上步制得的相变涂料，刮涂于玻璃板上，膜厚0.5mm,固化48小时。
[0039]对比例I[0040]将实施例5制备的涂料涂覆于玻璃板上，编号为样品1，按照实施例5，去掉其中的磷酸氢二钠相变微胶囊，将制备的此涂料涂于玻璃板上，编号为样品2，做样品I和样品2的平行实验，切取少量样品I和2,做示差扫描量热法(differential scanningcalorimetry)测试，温度范围为_50°C~200°C，升温速率10°C /min。两个试样在35~37°C出现明显差别，添加有磷酸氢二钠相变微胶囊的样品I出现了较大吸热峰。经过对材料的导热系数进行测试，添加与没有添加磷酸氢二钠相变微胶囊的样品2导热系数均为0.09W/(m.K)。按照GBT6739-2006标准测量两样品硬度均为2H。在500W的红外灯50cm高度的照射下，两样品做平行实验，添加磷酸氢二钠相变微胶囊的样品I在37°C时，样品I背面温度出现约7分钟的平台，在此7分钟内照射加热样品后样品温度不升高，而对照样品2的温度曲线为一近似直线，样品2背面温度为平缓上升。说明含有相变材料的样品I具有吸热或隔热的效果。
[0041]对比例2
[0042]将实施例5制备的涂料涂覆于玻璃板上，编号为样品甲，按照实施例5，以聚乙二醇相变微胶囊替换掉其中的磷酸氢二钠相变微胶囊，将制备的此涂料涂于玻璃板上，编号为样品乙，做样品甲和样品乙的平行实验，切取少量样品甲和样品乙，做示差扫描量热法(differential scanning calorimetry)测试，温度范围为-50°C ~200°C,升温速率 10°C /min。两个试样在35°C和52°C附近出现明显差别，添加有磷酸氢二钠相变微胶囊的样品甲在35°C出现了较大吸热峰，而样品乙在52°C附近出现较大吸热峰。比较单位重量的峰面积，样品甲在35°C出现了的吸热峰面积积分约是样品乙在52°C附近出现吸热峰面积的1.5倍以上，这是因为所使用的聚乙二醇的相变j:含约为140~175kJ/kg,而所用磷酸氢二钠材料的相变焓为265kJ/kg。在500W的红外灯照射下，两样品做平行实验，添加磷酸氢二钠相变微胶囊的样品甲在37 °C时，样品背面温度出现约7分钟的平台，在此7分钟内照射加热样品后样品温度不升高，而对照样品乙的温度在53°C时， 样品背面温度出现约3分钟的平台。说明含有相变材料的样品均具有吸热或隔热的效果，但本实验所用磷酸氢二钠相变材料的隔热效果较所使用的聚乙二醇相变材料的更好。
【权利要求】
1.一种隔热保温相变涂料，包含以下各重量份的组分，其特征在于:40~80份双组分环氧树脂，5~35份散热填料，5~30份高热阻填料，还包含5~25份相变材料。
2.根据权利要求1所述的隔热保温相变涂料，其特征在于:还包含O~6份助剂，所述助剂选自颜料，流平剂，消泡剂，分散剂，稳定剂，增稠剂，防腐剂和防沉剂中的一种或几种。
3.根据权利要求1或2所述的隔热保温相变涂料，其特征在于:包括如下重量份的组分:50~70份双组份环氧树脂，5~20份散热填料，5~15份高热阻填料，10~20份相变材料。
4.根据权利要求3所述的隔热保温相变涂料，其特征在于:包括如下重量份的组分:48份双组份环氧树脂，5份散热填料，30份高热阻填料，10份相变材料。
5.根据权利要求3所述的隔热保温相变涂料，其特征在于:所述相变材料选自氢氧化物或氢氧化物的水合物、硝酸盐、卤化物或卤化物的水合物、硫酸盐或硫酸盐的水合物、碳酸盐、磷酸盐、亚硝酸盐和亚硫酸盐中的一种或几种。
6.根据权利要求5所述的隔热保温相变涂料，其特征在于:所述硝酸盐选自硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾、硝酸锶、硝酸铵、硝酸镁、硝酸钙、硝酸钡、硝酸锌、硝酸铜、硝酸锡、硝酸铅、硝酸镍、硝酸锰、硝酸铁或硝酸铝；所述卤化物选自氯化锂、氯化钠、氯化钾、氯化锶、氯化铵、氯化镁、氯化钙、氯化钡、氯化锌、氯化铜、氯化锡、氯化铅、氯化镍、氯化锰、氯化铁、氯化亚铁、氯化铝、氟化钙、溴化镁或碘化银；所述硫酸盐选自硫酸锂、硫酸钠、硫酸氢钠、硫酸钾、硫酸锶、硫酸铵、硫酸镁、硫酸钙、硫酸钡、硫酸锌、硫酸铜、硫酸锡、硫酸铅、硫酸镍、硫酸锰、硫酸铁、硫酸铝、硫酸铝钾；所述碳酸盐选自碳酸锂、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸锶、碳酸铵、碳酸镁或碳酸铜；所述磷酸盐选自磷酸锂、磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸钾、磷酸锶、磷酸铵、磷酸镁、磷酸钙、磷酸钡、磷酸锌、磷酸铜、磷酸锡、磷酸铅、磷酸镍、磷酸锰、磷酸铁或磷酸铝；所述亚硝酸盐选自亚硝酸锂、亚硝酸钠、亚硝酸钾、亚硝酸锶、亚硝酸铵、亚硝酸镁、亚硝酸钙、亚硝酸铜、亚硝酸铁或亚硝酸铝；所述亚硫酸盐选自亚硫酸锂、亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸锶、亚硫酸铵、亚硫酸镁、亚硫酸钙、亚硫酸锌、亚硫酸铜、亚硫酸铁或亚硫酸铝；所述氢氧化物选自氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锶、氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化钡、氢氧化锌、氢氧化铁、或氢氧化铝。
7.根据权利要求3所述的隔热保温相变涂料，其特征在于:所述双组份环氧树脂由甲组份和乙组份组成，所述甲组分选自6101环氧树脂、618环氧树脂或601环氧树脂；优选地所述甲组份为6101环氧树脂；所述乙组分选自聚酰胺树脂、乙二胺、间苯二甲胺、三乙烯四胺、苯二甲胺缩合物、邻苯二甲酸酐、顺丁烯二酸酐；优选地所述乙组份为聚酰胺树脂；所述甲组分与乙组分的重量比为9:1~1:1。
8.根据权利要求3所述的隔热保温相变涂料，其特征在于:所述散热填料选自钛白粉、氧化铝、氧化锌、氧化锆、氧化镁、锌钡白、硫化锌、氧化铜、氧化铁、二氧化硅和稀土氧化物中的一种或几种，优选的所述散热填料选自金红石型钛白粉和氧化铟锡；所述高热阻填料选自空心玻璃微珠、空心陶瓷微珠、空心树脂微珠、云母粉、滑石粉、碳酸钙、蒙脱土、高岭土、珍珠岩、硅藻土、石墨粉、炭黑、碳纤维、碳纳米管、石棉和气相二氧化硅中的一种或几种。
9.一种隔热保温相变涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:将40~80份双组分环氧树脂，5~35份散热填料，5~30份高热阻填料，5~25份相变材料混合，搅拌均匀得混合物A ;优选地，将50~70份双组份环氧树脂，5~20份散热填料，5~15份高热阻填料，10~20份相变材料混合搅拌得混合物A ;所述相变材料直接与其他组分混合或做为芯材制作成微胶囊与其他组分混合。
10.根据权利要求9所述的隔热保温相变涂料的制备方法，其特征在于，还包括如下步骤:将O~6份助剂加入到混合物A中，搅拌均匀，即得所述隔热保温相变涂料。
【文档编号】C09D163/00GK103642364SQ201310705375
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月19日 优先权日:2013年12月19日
【发明者】王凤奇, 张宝庆, 焦迎涛 申请人:中国科学院理化技术研究所