本发明涉及纳米隔热功能型新材料技术领域，尤其是指一种水性纳米隔热节能涂料及其制备方法。
背景技术：
随着全球能源的缺乏与及竞争，引起了各国对能源节能的高度重视，其中最为关注的是占社会总能耗30％的人们居住环境的建筑方面。即使是近几年的新建筑中，尤其民用住宅门窗仍然大量使用普通透明玻璃。以中国的情况为例，南方地区夏季炎热，制冷是夏季空调耗电峰值屡创新高的重要原因，在南方漫长的夏季中，日照充足，气温时常都在30℃以上，夏季白天室外的太阳热辐射大多是通过玻璃门窗进入室内使室温升高，需要加大制冷负荷抵消热量，夜间室内的制冷能量通过玻璃中流失，冬天室内温度更是通过玻璃流散，从而大大增加了能源消耗，这就是造成建筑物使用能耗高的一个直接原因。旧有建筑玻璃面积占总墙面面积30％―70％，大量的电能耗50％是从玻璃中流失的。
节能和环保是人类社会经济所面临的共同课题，建筑节能是节能战略的重要组成部分，建筑节能的一个重要环节是建筑门窗和玻璃幕墙的隔热保温。
在全球能源日益紧张之际，为缓解经济发展带来的能源压力，国家正全面普及推广节能耗材，建筑节能设计理念已成为一项常规性项目预算，在中国国标gb50176-1993《民用建筑热工设计规范》、gb50189-2005《公共建筑节能设计标准》、《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》中均明确指出了这点。然而真正节能的建筑材料却极度缺乏，随着建筑节能目标和人民生活需求的提高，从节能、节材、安全、装饰来考虑分析，研发出一种高效、实用、节能、耐候性、施工性优异，能够阻隔紫外线和红外线，不影响采光，隔热效果显著，符合voc含量标准的环保型隔热节能涂料，是亟待解决的问题。
目前传统石棉隔热保温层包括、贴膜、中空玻璃等隔热保温材料，也还存在一些缺点，如污染环境、成本较高，施工难度高，含有voc有毒挥发物质，某些品种的隔热保温材料物理性能不够理想等等。
技术实现要素：
本发明实施例要解决的技术问题在于，提供一种水性纳米隔热节能涂料，能在被涂覆基材表面形成有效反射热能传导、阻隔热辐射、阻止红外热能传导到内部，有效阻隔太阳光中的红外线和紫外线穿透基材，明显降低热源由基材传导到内部环境的热能，不影响可见光通过，装饰性强、能耗低、隔热保温效果显著且使用寿命长。
本发明实施例进一步所要解决的技术问题在于，提供一种水性纳米隔热节能涂料的制备方法，其工艺简单，易于实施，以便能高效、节能地制备出能在被涂覆基材表面形成有效保护，不影响采光，以通过冬天有效阻止室内温度通过基材流散，从而有效减少制冷和保温设备的使用，节能效果显著。
为解决上述技术问题，本发明实施例采用的技术方案是：提供一种水性纳米隔热节能涂料，其原料包括以下以质量百分比计的组分：水性丙烯酸乳液35%～50％，水性硅酸锂5%～15％，水性聚氨酯5%～15％，水性纳米复合隔热分散体浆料5%～10%，水性纳米二氧化钛隔热浆料5％～10％，流平剂0.2％～0.5％，增稠剂0.2％～1％，防霉抗菌剂0.1％～0.2％，成膜助剂0.5％～2.5％，硅烷偶联剂0.5％～2％以及去离子水12％～25％。
进一步地，所述水性丙烯酸乳液为杂化交联接枝丙烯酸乳液、有机硅接枝丙烯酸乳液和有机氟接枝丙烯酸乳液中的至少一种。
进一步地，所述水性纳米复合隔热分散体浆料包括水性纳米三氧化钨隔热浆料和水性纳米六硼化镧隔热浆料，其中，所述水性纳米六硼化镧隔热浆料的用量占水性纳米复合隔热分散体浆料总用量的质量百分比为10～40%，所述水性纳米三氧化钨隔热浆料的用量占水性纳米复合隔热分散体浆料总用量的质量百分比为60%～90%。
进一步地，所述水性纳米三氧化钨隔热浆料、水性纳米六硼化镧隔热浆料和水性纳米二氧化钛隔热浆料的粒径均为40～80nm、固含量均为15～30％。
进一步地，所述水性纳米三氧化钨隔热浆料、水性纳米六硼化镧隔热浆料和水性纳米二氧化钛隔热浆料均是以纳米粉体、润湿分散剂和去离子水为原料预先配制得到的隔热浆料，其中，所述纳米粉体是指是指纳米三氧化钨或纳米六硼化镧或纳米二氧化钛的粉体，所述润湿分散剂为六偏磷酸钠类润湿剂。
进一步地，所述水性硅酸锂为二氧化硅、氧化锂和多聚硅酸锂中的至少一种。
进一步地，所述流平剂选用水性丙烯酸酯共聚物、氟改性聚丙烯酸酯共聚物和聚醚改性聚硅氧烷聚合物中的至少一种；所述增稠剂为非离子型聚氨酯增稠剂；所述防霉抗菌剂为二硫代水杨胶型防霉抗菌剂；所述成膜助剂为二丙二醇丁醚和二丙二醇甲醚中的至少一种；所述硅烷偶联剂为改性氨基硅烷偶联剂和环氧基有机硅烷偶联剂的至少一种，所述去离子水为去除杂质的自来水。
另一方面，本发明实施例还提供一种如上任一项所述的水性纳米隔热节能涂料的制备方法，包括如下步骤：按原料配方质量百分比计，把预先配制好的水性纳米复合隔热分散体浆料和水性纳米二氧化钛隔热浆料依次滴加到水性丙烯酸乳液中，同时开动搅拌机，在1200～1500rpm的转速下，搅拌分散15～30分钟，再加入占去离子水总质量的5％～10%的去离子水，在300～400rpm的转速下搅拌20～30分钟，然后加入剩下的去离子水组分，再依次加入硅酸锂、聚氨酯、流平剂和增稠剂，再在600～800rpm的转速下加入防霉抗菌剂、成膜助剂和硅烷偶联剂，继续分散25～40分钟，测得粘度为（35±2）s后过滤后出料，即得到水性纳米隔热节能涂料。
进一步地，所述水性纳米复合隔热分散体浆料包括预先分别制备并在使用时依次添加到水性丙烯酸乳液中的水性纳米六硼化镧隔热浆料和水性纳米三氧化钨隔热浆料，其中，所述水性纳米六硼化镧隔热浆料的用量占水性纳米复合隔热分散体浆料总用量的质量百分比为10～40%，所述水性纳米三氧化钨隔热浆料的用量占水性纳米复合隔热分散体浆料总用量的质量百分比为60%～90%。
进一步地，所述水性纳米三氧化钨隔热浆料、水性纳米六硼化镧隔热浆料以及水性纳米二氧化钛隔热浆料这三种隔热浆料的配方为：纳米粉体15%～30％，润湿分散剂2%～12％，去离子水60%～75％，所述纳米粉体是指纳米三氧化钨或纳米六硼化镧或纳米二氧化钛；所述三种隔热浆料的配制方法相同且具体为：按照质量百分比，依次加入去离子水、润湿分散剂搅拌均匀，然后边搅拌边缓慢加入纳米粉体，纳米粉体加完后，开动搅拌机，以1200～1500rpm的转速高速分散30～40分钟，开启纳米研磨机，进行循环研磨，研磨时间大约为13～15小时，得到固含量为15%～30％、中位粒径（d50）在40～80nm的隔热浆料。
采用上述技术方案，本发明实施例至少具有以下有益效果：本发明实施例通过采用水性纳米复合分散体隔热浆料以及水性纳米二氧化钛隔热浆料等可以对光谱具有选择性透过功能的屏蔽材料，在能透过大部分可见光而不影响采光的前提下，有效阻挡红外光、远红外光、紫外光，阻断热辐射，从而降低空调或取暖装置的能耗，达到节能的目的。隔热节能材料从扼制、规范住宅、建筑的节能，从节能、节材、安全、装饰来考虑分析，对我国提倡节能材料、满足发展高性能涂料的需要具有深远的意义。
1.本发明通过采用水性丙烯酸、水性聚氨酯、可以实现涂层漆膜的连整性和耐水性、耐候性、耐腐蚀和防水性，有优秀的成膜能力、超强粘附力，协同其他组分，可以满足在各种形状不一的异形基材工件的良好施工性。
2.本发明通过采用水性硅酸锂，主要利用了高渗透性，可进入基材的细微空隙，尤其在被涂覆后能与基材形成一体，形成一层特有的陶瓷状釉质效果，一旦成膜就不会被溶解，抑制可视光线散乱，协同其他组分，能有效提高涂膜对基材的附着力、耐温性、硬度，保证涂料的性能持久性，不影响基材本身任何性能，有效实现涂膜的耐沾污能力。
3.本发明通过用了纳米微粒研磨技术，主要是利用了纳米粒子化后的稀土、有机金属氧化物，纳米粒径小，尤其可以通过复合控制纳米微粒的颜色，充分保证在透明基材使用时所需的透明性，可视光线可以通过，而远近红外线和紫外线则被反射，制备成的透明隔热涂料，可以有效实现达到减热传递效果，具有优异的远近红外和紫外光屏蔽性和透明性。
4.本发明还进一步通过采用水性纳米六硼化镧、三氧化钨制得的隔热浆料，纳米粒子化技术使材料纳米粒子化后，自由电子密度适中，经复配后能有效利用其结构特殊性，使得有更强的阻隔能力，有效反射、散射远近红外线、紫外线，协同其他组分材料复配组成的透明隔热涂料，充分发挥各种不同材料对不同波段的远近红外线和紫外线的阻隔和反射，远近红外线和紫外线则被反射，其对太阳辐射的近红外线及紫外线均有很好屏蔽效果，可以有效的实现被涂覆基材的内外温差传热，节能隔热保温效果。
综上所述，水性纳米隔热节能涂料与普通涂料相比，能够在不影响采光的前提下，可永久性以涂层形式涂覆在多种材质表面，并能广泛应用于玻璃、五金钢构、水泥、内外墙等范围的材质，涂层以通过有效反射热能传导，阻隔热辐射，阻止红外热能通过基材传导到内部环境。夏天有效阻隔太阳光中的红外线和紫外线，明显降低热源由基材传导到内部环境的热能，有效降低暴露在太阳光下的基材表面温度和内部环境温度，从而达到隔热的效果，隔热效果显著；冬天有效阻止室内温度流散，从而有效减少制冷和保温设备的使用，对发展环保产业、节约能源、保护环境、实现污染物的低排放，促进人与自然和谐发展等循环经济要求，具有重要意义。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，以下的示意性实施例及说明仅用来解释本发明，并不作为对本发明的限定，而且，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
本发明实施例提供一种水性纳米隔热节能涂料，其原料包括以质量百分比计的如下组分：
水性丙烯酸乳液35%～50％；
水性硅酸锂5%～15％；
水性聚氨酯乳液5%～10％；
水性纳米复合隔热分散体浆料5％～10％；
水性纳米二氧化钛隔热浆料5％～10％；
流平剂0.2％～0.5％；
增稠剂0.2％～1％；
防霉抗菌剂0.1％～0.2％；
成膜助剂0.5％～2.5％；
硅烷偶联剂0.5％～2％；以及
去离子水12％～25％。
本发明实施例通过采用水性纳米复合隔热分散体浆料、水性纳米二氧化钛隔热浆料等可以对光谱具有选择性透过功能的屏蔽材料，在能透过大部分可见光而不影响采光的前提下，有效阻挡红外光、远红外光、紫外光，阻断热辐射，从而降低空调或取暖装置的能耗，达到节能的目的。隔热节能材料从扼制、规范住宅、建筑的节能，从节能、节材、安全、装饰来考虑分析，对我国提倡节能材料、满足发展高性能涂料的需要具有深远的意义。
在一个具体实施例中，所述水性丙烯酸乳液为杂化交联接枝丙烯酸乳液、有机硅接枝丙烯酸乳液和有机氟接枝丙烯酸乳液中的至少一种，该乳液有效提高涂层漆膜的连整性和耐水性、耐候性、耐腐蚀和防水性，效果明显优于普通的水性涂料。
在一个可选实施例中，所述水性硅酸锂为二氧化硅、氧化锂和多聚硅酸锂中的至少一种，水性硅酸锂具有优秀的成膜能力、超强粘附力以及良好的耐水性，特点是液态时可以浸入基材空隙，使其表面光滑；聚合成膜后形成一层特有的玻璃釉质，能有效提高底漆对基材的封闭性，能有效提高涂膜对基材的附着力、耐温性、硬度，尤其在被涂覆后能与玻璃底材形成一体，保证涂料的性能持久性，有效提高涂膜的耐沾污能力。
在一个可选实施例中，所述水性聚氨酯乳液为多元醇的聚酯型或聚醚型的一种或组合制成的乳液，该水性聚氨酯乳液能够赋予涂膜良好的柔韧性和施工性，以满足于各种滚涂、淋涂、喷涂、刮涂、刷涂、浸涂的施工形式，在各种形状不一的异形基材工件施工条件。
在一个可选实施例中，所述水性纳米复合隔热分散体浆料包括水性纳米三氧化钨隔热浆料和水性纳米六硼化镧隔热浆料，其中，所述水性纳米六硼化镧隔热浆料的用量占水性纳米复合隔热分散体浆料总用量的质量百分比为10～40%，所述水性纳米三氧化钨隔热浆料的用量占水性纳米复合隔热分散体浆料总用量的质量百分比为60%～90%。
在一个实施例中，所述水性纳米三氧化钨隔热浆料、水性纳米六硼化镧隔热浆料和水性纳米二氧化钛隔热浆料的粒径均为40～80nm、固含量均为15～30％。
在具体实施时，所述水性纳米三氧化钨隔热浆料、水性纳米六硼化镧隔热浆料和水性纳米二氧化钛隔热浆料均是以纳米粉体、润湿分散剂和去离子水为原料预先配制得到的隔热浆料，其中，所述纳米粉体是指是指纳米三氧化钨或纳米六硼化镧或纳米二氧化钛的粉体，所述润湿分散剂为六偏磷酸钠类润湿剂。
本实施例通过采用水性纳米六硼化镧、三氧化钨制得的隔热浆料，纳米粒子化技术使材料纳米粒子化后，自由电子密度适中，经复配后能有效利用其结构特殊性，使得有更强的阻隔能力，有效反射、散射远近红外线、紫外线，协同其他组分材料复配组成的透明隔热涂料，充分发挥各种不同材料对不同波段的远近红外线和紫外线的阻隔和反射，远近红外线和紫外线则被反射，其对太阳辐射的近红外线及紫外线均有很好屏蔽效果，可以有效的实现被涂覆基材的内外温差传热，节能隔热保温效果。
在一个实施例中，所述流平剂选用水性丙烯酸酯共聚物、氟改性聚丙烯酸酯共聚物和聚醚改性聚硅氧烷聚合物中的至少一种；所述增稠剂为非离子型聚氨酯增稠剂；所述防霉抗菌剂为二硫代水杨胶型防霉抗菌剂；所述成膜助剂为二丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚的一种或其组合；所述硅烷偶联剂为改性氨基硅烷偶联剂或环氧基有机硅烷偶联剂的一种或其组合；所述去离子水为去除杂质的自来水。
本发明还提供几个具体实施的配方如下表，表中的百分比均为质量百分比：
上述配方虽然在原料组分及用量上稍有调整，但总体上均能达到基本一致的效果。
另一方面，本发明实施例还提供上述水性纳米隔热节能涂料的制备方法，其包括如下步骤：
按原料配方质量百分比计，把预先配制好的水性纳米复合隔热分散体浆料和水性纳米二氧化钛隔热浆料依次滴加到水性丙烯酸乳液中，同时开动搅拌机，在1200～1500rpm的转速下，搅拌分散15～30分钟，再加入占去离子水总质量的5％～10%的去离子水，在300～400rpm的转速下搅拌20～30分钟，然后加入剩下的去离子水组分，再依次加入水性硅酸锂、聚氨酯、流平剂和增稠剂，再在600～800rpm的转速下加入防霉抗菌剂、成膜助剂和硅烷偶联剂，继续分散25～40分钟，测得粘度为（35±2）s后过滤后出料，即得到水性纳米隔热节能涂料。
在上述方法中采用的所述水性纳米复合隔热分散体浆料包括预先分别制备并在使用时依次添加到水性丙烯酸乳液中的水性纳米六硼化镧隔热浆料和水性纳米三氧化钨隔热浆料，其中，所述水性纳米六硼化镧隔热浆料的用量占水性纳米复合隔热分散体浆料总用量的质量百分比为10～40%，所述水性纳米三氧化钨隔热浆料的用量占水性纳米复合隔热分散体浆料总用量的质量百分比为60%～90%。
而在具体实施时，所述水性纳米三氧化钨隔热浆料、水性纳米六硼化镧隔热浆料以及水性纳米二氧化钛隔热浆料这三种隔热浆料的配方均为：纳米粉体15%～30％，润湿分散剂2%～12％，去离子水60%～75％，所述纳米粉体是指纳米三氧化钨或纳米六硼化镧或纳米二氧化钛的粉体；所述三种隔热浆料的配制方法相同且具体为：按照质量百分比，依次加入去离子水、润湿分散剂搅拌均匀，然后边搅拌边缓慢加入纳米粉体，纳米粉体加完后，开动搅拌机，以1200～1500rpm的转速高速分散30～40分钟，开启纳米研磨机，进行循环研磨，研磨时间大约为13～15小时，得到固含量为15%～30％、中位粒径（d50）在40～80nm的隔热浆料。
本发明的水性纳米隔热节能涂料的优点如下：
1.绿色环保，本发明的水性纳米隔热节能涂料，voc含量低于50g/l，远低于hj2537-2014《环境标志产品技术要求水性涂料》要求的80g/l，符合绿色建筑要求。
2.隔热性能突出，产品标准状态下，远高于gbt25261-2010建筑用反射隔热涂料、jgt026-2008建筑反射隔热涂料应用技术规程、gb50176-1993《民用建筑热工设计规范》对夏热冬暖地区的设计要求，符合国家标准要求。
3.效果显著，产品标准状态下，有效降低暴露在太阳光下的基材表面温度和内部环境温度，冬天有效阻止室内温度通过基材流散。纳米微粒子化后的材料自由电子密度适中，活性大，具有独特的光电性能和光谱选择性的特点，尤其在不同波段的红外线具有不同的反射率，又能吸收反射阻隔紫外线的性能，有效阻隔太阳光中的红外线和紫外线。同时在可见光区具有较高的透过率，使得可视光线可以通过，远近红外线和紫外线则被反射和阻隔，明显降低热源由基材传导到内部环境的热能，可以达到减少红外线、紫外线的透射和热传递效果。
4.良好的施工性，本发明的水性纳米隔热节能涂料产品属于液体材料，施工快捷，能满足各种形状不一的异形基材工件表面，以喷涂、淋涂、刷涂、辊涂等各种施工方式，涂膜环保、不易燃、具有特强的渗透力，可永久性附着在基材表面不会剥落，涂层晶莹剔透高透明，不影响基材的颜色、硬度、抗冲击等本身性能。
5.涂膜的抗沾污、抗化学品性好，产品标准状态下，聚合成膜后具有独特的致密度，保证了良好的耐化学品性，有效抵抗空气中的污染，如：酸雨、烟雾、粉尘、海边的盐碱等物质侵蚀。
6.效果稳定持久，产品标准状态下，独有的釉质涂层具有保持被涂覆物基材外形稳定性和耐久性的特点。由于昼夜和气候的温差变化，普通水性涂膜会发生热胀冷缩等形变，新型水性反射隔热透明涂料对底材有相当程度的保护性，在基材表面聚合形成独特的釉质涂层，可渗透进入基材的细微空隙，与基材形成一体。形成的一层特有的陶瓷状釉质，能有效防止水分渗入膜层，一旦成膜就不会被溶解，尤其涂覆于基材后的膜层可以反射太阳光，有效延长持续使用寿命并且能长久的保持。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。