本发明涉及一种水性聚氨酯隔热涂料，尤其涉及到一种ps微球改性的水性聚氨酯透明隔热涂料，属于水性功能涂料技术领域。
背景技术：
中国有建筑近400亿平方米，95％属不节能建筑，与气候条件相近的发达国家相比，我国每平方米采暖制冷能耗约为发达国家的3倍，但舒适度远不如人，为此，国家建筑节能新标准规定，新建建筑节能必须达50％，到2020年，要使全社会建筑的总能耗能够达到65％的总目标。据资料表明，中国总量正逐年上升，目前我国建筑能耗占总能耗的40％，其中通过门窗损失的能量为46％，即每年通过玻璃窗损耗的能量约2.25亿吨标准煤，相当于21个三峡电站年发电量，所以建筑节能首先要从门窗抓起。而高性能的选择性屏蔽材料可以使玻璃对光谱具有选择性透过功能，在能透过大部分可见光而不影响采光的前提下，又能阻挡红外光、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。
太阳到达地面的辐射波段范围大约为200～2500nm，其中200～400nm为紫外线，400～800nm为可见光，800～2500nm为近红外线，而近红外又可分为短波近红外(800～1100nm)和长波近红外(1100～2500nm)，人眼只对可见光有直接感知，所以要达到节能的目的，就需要尽可能的屏蔽红外线和紫外线屏，只让可见光透过。
现在透明隔热涂料都采用纳米稀土材料作为屏蔽隔热材料，几乎所有的水性树脂都可以作为成膜树脂，但涂层的耐水性、耐老化、自洁性、耐腐蚀性等性能还不是很理想，存在涂料寿命短、粘污性差，因而提高涂膜的耐大气腐蚀性、耐沾污性、耐湿热性、自洁性是非常必要的。
技术实现要素：
本发明采用由纳米稀土、金属氧化物组成的纳米复合材料如zno、ito、ato、iao、lab6、wo3、tio2作为透明隔热材料；纳米ito、ato在1300nm～2500nm(长波近红外线)间有较好的屏蔽作用；纳米lab6、ceo2在200nm～400nm(紫外线)及800nm～1300nm(短波近红外线)有非常好的屏蔽作用，却不会吸收太多的可见光；纳米wo3对人体有危害的波长在200nm～400nm、介于紫外线和γ射线间的电磁辐射x射线有很好的屏蔽作用，同时氧化钨对长波、短波近红外线均有一定屏蔽作用，可见光透过率高；纳米tio2、zno、ceo2、sio2具有光催化作用和自洁去污功能；因此，本发明既能屏蔽所有的紫外线和近红外线，又能满足高的可见光透过率。
本发明采用ps微球改性的水性聚氨酯树脂，在聚氨酯树脂分子骨架中引入ps微球，从而提高涂膜的透明性、光泽、耐磨性、耐温性、耐老化性、耐湿热性、耐腐蚀性和抗裂性。
为了解决上面所述的技术问题，本发明采取以下技术方案：本发明涉及一种ps微球改性的水性聚氨酯透明隔热涂料，其组成为：ps微球改性聚氨酯水性树脂30.0～70.0％、纳米透明隔热剂15.0～40.0％、纳米光催化剂5.0～15.0％、透明纳米色浆0～10.0％、助溶剂2.0～10.0％、底材促进剂0.5～3.0％、助剂2.0～10.0％、去离子水至100％。
其中，所述纳米光催化剂为粒径为d50≤40nm、d90≤100nm、固含量为5.0～15.0％的纳米氧化物水性分散体；所述纳米氧化物为纳米tio2、纳米zno、纳米ceo2、纳米sio2中的至少一种。
所述助溶剂为醇类、醇酯类、醇醚类溶剂中的至少一种。
所述助剂至少包括分散剂、增稠剂、消泡剂、流平剂、成膜助剂、基材润湿剂、ph调节剂中的一种或几种的组合。
所述的ps微球改性聚氨酯水性树脂，在申请的发明专利“一种聚苯乙烯微球改性聚氨酯水性树脂及制备方法”中已有记载；其制备步骤如下：
a)、在装有搅拌器及温度计的四口烧瓶中，在n2保护和搅拌下，依次加入二异氰酸酯、胺改性聚苯乙烯微球、低聚物多元醇和亲水改性剂，控制温度75～95℃下反应1～3h，取样检测，当所测得的-nco值达到所规定的理论值时，降温至60～70℃停止反应；
b)、加入溶剂a调节体系粘度，在转速为500～600rpm搅拌下加入小分子醇扩链剂和催化剂，1h后开始取样检测，当所测得的-nco值达到所规定的理论值时，降至室温停止反应，得到改性聚氨酯预聚物；
c)、预先将10～20％的去离子水加入到有机胺扩链剂配制成有机胺扩链剂水溶液；
d)、在保持搅拌转速下，加入三乙胺，反应10～20min；然后加入余下的去离子水，提高转速到1000～1500rpm乳化10～30min；降低搅拌速度为500～600rpm下滴加有机胺扩链剂水溶液，在15～30min内滴加完毕，保持室温下反应1～2h；减压蒸馏出溶剂a，得所述的ps微球改性聚氨酯水性树脂；
按重量份数计，各原料成分为：胺改性聚苯乙烯微球8.0～16.0份，低聚物多元醇15.0～25.0份，二异氰酸酯10.0～25.0份，亲水改性剂3.0～6.0份，有机溶剂10.0～25.0份，催化剂0.03～0.4份，小分子醇扩链剂3.0～8.0份，三乙胺2.0～5.0份，有机胺扩链剂0.8～2.0份，去离子水100.0～160.0份。
其中，所述胺改性聚苯乙烯微球由聚苯乙烯交联微球通过氯甲基化反应制成氯球，然后与胺反应精制而成。
所述低聚物多元醇为聚酯多元醇或聚醚多元醇；所述聚酯多元醇为聚己二酸丁二醇酯二元醇、聚碳酸酯二元醇或聚己内酯二元醇中的至少一种，其数均分子量mn为1000～3000；所述聚醚多元醇为聚四氢呋喃醚二醇、聚四亚甲基醚二醇或聚环氧丙烷醚二醇中的至少一种，其数均分子量mn为1000～3000。
所述二异氰酸酯为hdi、mdi、ipdi或hmdi中的至少一种。
所述亲水改性剂为2-羟基丙酸、2-吡咯烷酮、3-羟基丙酸或2-羟基丁酸中的至少一种。
所述有机溶剂为丙酮、丁酮、乙酸乙酯、环己酮或n-甲基吡咯烷酮中的至少一种。
所述催化剂为碱性金属羧酸盐、有机金属化合物、含磷化合物或胺化合物；进一步的，优选为二月桂酸二丁基锡、醋酸锂、三正丁基磷、辛酸亚锡、环烷酸锡、环烷酸铅、环烷酸钴、马来酸二丁基锡或二乙酸二丁基锡中的至少一种。
所述小分子醇扩链剂为乙二醇、1,2-丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、1,5-戊二醇、三羟甲基丙烷、新戊二醇或二甘醇的至少一种。
所述有机胺扩链剂为乙二胺、二乙烯三胺、己二胺或哌嗪中的至少一种。
所述纳米透明隔热剂其粒径为d50≤70nm、d90≤120nm、固含量为15.0～25.0％的纳米稀土氧化物水性分散体；所述纳米稀土氧化物为ito、ato、iao、lab6、wo3中的至少两种以上。
所述纳米透明隔热剂，其组成为：纳米稀土氧化物15.0～25.0％、硅烷偶联剂1.0～5.0％、乙醇5.0～20.0％、高分子润湿分散剂5.0～20.0％、消泡剂0.1～0.5％、ph调节剂0.1～0.5％、增稠剂0.1～0.5％、去离子水至100％。
所述纳米透明隔热剂，其制备步骤如下：
a)将纳米稀土氧化物粉体放入烘箱，在40～50℃条件下干燥5h，将干燥好的纳米粉料加入溶有硅烷偶联剂的乙醇溶液中，超声波分散1h，制得预分散液；
b)将预分散液加入带有回流冷凝器和搅拌器的反应器中，升温至80～90℃，搅拌，回流反应24h，过滤出料，在70～80℃下真空干燥，得改性纳米粉体；
c)在高速分散机中加入去离子水、高分子润湿分散剂，搅拌均匀，加入改性纳米粉体，高速分散30min，调ph值为7.5～8.0，移至纳米砂磨机循环研磨8～10h，经激光粒度仪检测，当分散体的粒径为d50≤70nm、d90≤120nm、为合格，调粘消泡，得固含量为15.0～25.0％的所述纳米透明隔热剂。
本发明提出一种ps微球改性水性聚氨酯透明隔热涂料的制备方法，其步骤如下：按配方重量比计把去离子水、助溶剂、底材促进剂或基材润湿剂加入到容器中，然后加入ps微球改性水性聚氨酯树脂，低速搅拌下缓慢加入纳米透明隔热剂、纳米光催化剂、透明纳米色浆，搅拌至均匀，再按配方要求加入消泡剂、成膜助剂、增稠剂、ph调节剂，搅拌，过滤，得所述的ps改性水性聚氨酯透明隔热涂料。
本发明制得的一种ps微球改性水性聚氨酯透明隔热涂料，其涂层具有优异的附着力、耐磨性、耐温性、耐老化性、耐湿热性、耐腐蚀性和抗裂性；其可见光透过率大于75％，能屏蔽紫外线和红外线，隔热性能非常显著。广泛用于各种建筑物玻璃、车用玻璃、工程塑料、钢结构及水泥表面上的隔热与保护。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的一种ps微球改性水性聚氨酯透明隔热涂料做进一步的描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。
实施例1
一种ps微球改性水性聚氨酯透明隔热涂料，按重量份计，其组成为：ps微球改性水性聚氨酯树脂a40.0份、二丙二醇甲醚2.5份、硅烷偶联剂1.0份、20％纳米ato分散体20.0份、20％纳米wo3分散体10.0份、20％纳米lab6分散体5.0份、10％纳米tio2分散体8.0份、流平剂0.1份、消泡剂0.1份、增稠剂0.3份、ph调节剂0.2份、去离子水12.8份；
其中，所述ps微球改性水性聚氨酯树脂a为申请的发明专利“一种聚苯乙烯微球改性聚氨酯水性树脂及其制备方法”中的实施例4。
实施例2
一种ps微球改性水性聚氨酯透明隔热涂料，按重量份计，其组成为：ps微球改性水性聚氨酯树脂b45.0份、丙二醇丁醚2.5份、硅烷偶联剂1.0份、25％纳米ito分散体16.0份、20％纳米wo3分散体15.0份、10％纳米ceo2分散体5.0份、35％透明氧化铁红色浆3.0份、流平剂0.1份、消泡剂0.1份、增稠剂0.3份、ph调节剂0.2份、去离子水11.8份；
其中，所述ps微球改性水性聚氨酯树脂b为申请的发明专利“一种聚苯乙烯微球改性聚氨酯水性树脂及其制备方法”中的实施例5。
实施例3
一种ps微球改性水性聚氨酯透明隔热涂料，按重量份计，其组成为：ps微球改性水性聚氨酯树脂c50.0份、二丙二醇丁醚3.0份、硅烷偶联剂1.0份、25％纳米iao分散体12.0份、25％纳米lab6分散体6.0份、25％纳米wo3分散体8.0份、15％纳米zno分散体6.0份、流平剂0.1份、消泡剂0.1份、增稠剂0.2份、ph调节剂0.2份、去离子水13.4份；
其中，所述ps微球改性水性聚氨酯树脂c为申请的发明专利“一种聚苯乙烯微球改性聚氨酯水性树脂及其制备方法”中的实施例6。
按照相关标准，对本发明实施例中的ps微球改性水性聚氨酯透明隔热涂料进行检测，其性能指标如表1所示。
表1：ps微球改性水性聚氨酯透明隔热涂料性能技术指标
本发明的ps微球改性水性聚氨酯透明隔热涂料采用纳米透明隔热剂复合体系作为隔热材料，比市面上单独采用ato、ito的纳米透明隔热涂料的涂层在紫外-可见光-红外透过光谱对比，本发明的可见光平均透过率大于75％；在320～380nm处的透过率为1％，在700～900nm处的透过率为1％，在1000～2000nm处的透过率小于3％；也就是说，本发明的涂料涂层完全屏蔽紫外线和红外线，只有可见光能透过，且隔热效果非常显著。
尽管本发明已作了详细说明并引证了实施例，但对于本领域的普通技术人员，显然可以按照上述说明而做出的各种方案、修改和改动，都应该包括在权利要求的范围之内。