水性热迟滞蓄热涂料及其应用的制作方法

1.本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及水性热迟滞蓄热涂料及其应用。


背景技术：

2.建筑物内外墙保温系统中最常用的高分子聚合物保温板包括挤塑聚苯板、聚氨酯保温板和酚醛保温板。三种材料的保温效果虽好，但容易燃烧且释放出有毒气体。同样可以保温的无机保温岩棉，虽然其耐火性能达到a级，但施工过程必须作好防护，防止岩棉纤维吸入肺中，造成肺部纹理改变。
3.另一方面，三种保温材料的建筑内外保温的施工方法基本一样。用于外保温时，均存在脱落隐患。
4.为解决建筑物的内外保温的问题，这些年，不断有各种各样的保温涂料问世，但始终没有能够获得大规模的应用，更遑论替代上述几种传统的保温体系。细究起来，保温涂料因为下述原因，始终不被建筑热工专家们所认可。
5.众所周知，挤塑聚苯板、聚氨酯保温板、酚醛保温板和保温岩棉的导热系数分别为0.03、 0.02、0.023和0.04瓦/(米度)，四种保温材料的厚度通常以厘米记。保温涂料的厚度则通常在2毫米以下，过厚则会开裂和脱落。因此，要取代很薄的(比方说2厘米)的保温板，最厚保温涂层(比如说2毫米)的导热系数也应该低一个数量级，这样才有同样保温效果所需要的等效热阻。
6.然而，用来制造保温涂料的常用真空绝热填料的导热系数如下：真空陶瓷微珠、真空玻璃微珠和气凝胶的导热系数分别为0.03、0.038和0.02瓦/(米.度)，几乎与有机和无机保温材料相当。因此，用这些填料制备出的保温涂料至少需要同等厚度才有同样的热阻和保温效果。
7.综上，现有的保温板材想要达到保温效果，通常厚度较大(厘米级)；现有的保温涂料至少需要与保温板材同等厚度(厘米级)才有同样的热阻和保温效果，但是，保温涂料过厚则会开裂和脱落。因此，亟需研究一种即使是涂层极薄，也能起到较好保温效果的涂料。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供水性热迟滞蓄热涂料，该涂料的干膜厚度为微米级、且保温效果好，且具有环保、不燃的优点。
9.此外，本发明还提供上述水性热迟滞蓄热涂料的应用。
10.本发明通过下述技术方案实现：
11.水性热迟滞蓄热涂料，包括以下组分：
12.铝粉、稀土金属氧化物、颜料、乳液、助剂和水。
13.本发明采用铝粉作为主填料，铝粉不仅具有低红外辐射率，且相比其他低红外辐射率填料，铝粉既不像铁粉作填料外用时那样出现锈蚀现象；也没有铜粉那样高的密度引起涂料沉降及结块；更不像金粉和银粉那样价格昂贵。
14.本发明通过添加稀土金属氧化物，稀土金属氧化物与铝粉配合使用可进一步降低红外辐射率。
15.本发明通过的颜料可根据不同需求调制成不同颜色。
16.热传递的方式有传导、对流和辐射三种。本发明的水性热迟滞蓄热涂料另辟蹊径，不用隔热填料，因为涂层极薄，也不涉及导热系数或热阻两个用来定义和定量传导传热的物理参量，而是采用全新的热迟滞蓄热机理，大幅降低建筑物内部空间与周边冷热环境之间辐射热交换，用于内墙保温时起到降低室内空间热量散发；用于外墙系统时，起到冬暖夏凉，降低建筑物暖通系统夏季制冷和冬季取暖能耗的效果。
17.并且，本发明所述水性热迟滞蓄热涂料可以采用喷涂、刷涂和滚涂的方法应用于建筑围护结构的内表面和外表面，本发明的水性热迟滞蓄热涂料的干膜厚度250～300微米。如此薄的厚度，涂层的导热系数和热阻变化几乎可以忽略不计，改变的只是墙体的红外辐射特性。
18.综上，本发明的水性热迟滞蓄热涂料为水性涂料，该水性涂料不含污染成分，具有环保、不燃的特性，且该水性涂料的光谱学特征是红外区域辐射率极低，太阳光谱的可见光区域具有选择性吸收，因此颜色可调。用于建筑物内墙时，与聚苯板内保温系统相比，可以极大地延迟室内热量的散发，起到内保温作用；用于外墙时，涂层低辐射的红外特征可以大幅降低建筑内部与外部周边热冷环境之间的辐射热交换，起到冬暖夏凉，提高建筑物居住热舒适性；全天候降低暖通系统(havc)的夏季制冷能耗及冬季取暖能耗。与高分子保温板材相比具有施工方便和不易燃的安全特点。
19.进一步地，以质量百分比计，包括：
20.铝粉22～35％，稀土金属氧化物3.0～10.0％，颜料2～6％，乳液35～45％，助剂3～6％和水17～22％。
21.试验证明：上述配方的水性热迟滞蓄热涂料具有较好的保温效果。
22.稀土金属氧化物优选具有红外低辐射且在可见光区域为透明的特性材料。
23.进一步地，稀土金属氧化物至少包括氧化铟锡和氧化锡锑中的一种。选择稀土掺杂金属氧化物氧化铟锡和氧化锡锑作辅助填料基于如下两个层面的考虑：两种氧化物均为红外低辐射填料且在可见光区域是透明的；与铝粉配合使用可进一步降低红外辐射率。
24.颜料优选具有在中红外区域为透明的特性的颜料，即颜料优选为。
25.进一步地，颜料至少包括钛白粉、锌钡白、氧化铁红、钛镍黄、钛铬黄、钴蓝、钴绿、重灰黑、氧化铜黑中的一种。
26.之所以选择上述颜料而非其它颜料，是因为这些颜料在中红外区域是透明的，不会增加涂层的红外辐射率或者说不会降低涂层的红外反射率。
27.其中，钛白粉和锌钡白为白色颜料，氧化铁红为红色颜料；钛镍黄和钛铬黄为黄色颜料；钴蓝为蓝色颜料；钴绿为绿色颜料，重灰黑和氧化铜黑为黑色颜料。
28.其中，以制备白色，红、黄、蓝三原色，绿色、灰色或者是某两种的混合物以配制出橙色、紫色和绿色三种间色及灰色。
29.在制备出红、黄、蓝三原色热迟滞蓄热涂料后，通过红色与黄色，红色与蓝色以及黄色和蓝色的混配可以分别制备出橙色、紫色和绿色的热迟滞蓄热涂料。
30.在制备出红色、橙色、黄色、绿色、紫色和蓝色热迟滞蓄热涂料的基础上，通过互补
色热迟滞蓄热涂料(红色与绿色，黄色与紫色，蓝色与橙色)的复配，再与白色热迟滞蓄热涂料混合，就可以制备出各种偏色的灰色热迟滞蓄热涂料。
31.进一步地，助剂包括分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠流平剂和成膜助剂。
32.本发明的水性热迟滞蓄热涂料有着独特的光谱学特征：具体地，在太阳光谱(0.25～2.5 微米)的可见光区域(0.4～0.7微米)具有选择性吸收，从而呈现其补色的颜色；在红外光谱区域的中红外波段(2.5～20微米)有极低的吸收或很高的反射；因此，可以阻遏建筑物内部和外部环境之间的辐射热交换。
33.本发明所述水性热迟滞蓄热涂料的制备方法与普通水性涂料的制备方法类似。具体地，按配方量称取除增稠流平剂、成膜助剂和防沉降剂之外的各组分，加入到涂料分散及混合装置后，在常温常压下，以1000～2000转/分钟的转速高速搅拌分散2小时。按配方量加入增稠流平剂、成膜助剂和防沉降剂，将转速调至200转/分，低速搅拌30～60分钟后放料分装即可。
34.一种水性热迟滞蓄热涂料在制备保温材料中的应用。
35.一种水性热迟滞蓄热涂料在制备建筑物内墙涂层中的应用。
36.一种水性热迟滞蓄热涂料在制备建筑物外墙涂层中的应用。
37.本发明的性热迟滞蓄热涂料用于建筑物内墙时，低红外辐射特征可以阻止室内空间热量的辐射散发，起到良好的内保温作用；用于建筑物外墙时，可以大幅降低或延迟建筑物内部与外部冷热环境之间的热交换，起到冬暖夏凉的效果，提高居住环境的热舒适性，全天候降低建筑物暖通系统夏季的制冷能耗和冬季的取暖能耗。
38.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
39.1、本发明的水性热迟滞蓄热涂料水性、环保、不燃烧，该涂料的干膜厚度为微米级、且保温效果好。
40.2、本发明的水性热迟滞蓄热涂料与现有的内保温和外墙有机及无机保温系统相比，施工简单，直接刷涂、滚涂或喷涂即可。
41.3、本发明的水性热迟滞蓄热涂料由于干膜厚度为微米级，用于外墙保温不存在剥落问题。
42.4、本发明的水性热迟滞蓄热涂料用于内保温时，可以极大延迟内部热量的散发，起到良好的保温效果；且由于干膜厚度为微米级，可以节约内部空间。
43.5、本发明的水性热迟滞蓄热涂料用于外墙保温系统时，阻遏室内环境与外界冷热环境之间的辐射热交换，起到冬暖夏凉，提高建筑物居住热舒适性，节约建筑物冬季的取暖能耗和夏季的制冷能耗。
44.6、本发明的水性热迟滞蓄热涂料颜色可调，可以满足用户内外装的美学需求。
附图说明
45.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
46.图1为实施例1-3制备的热迟滞蓄热涂料以及聚苯板用于建筑内表面放热过程温度变化曲线图一；
47.图2为实施例1-3制备的热迟滞蓄热涂料以及聚苯板用于建筑内表面放热过程温
度变化曲线图二；
48.图3为空白混凝土建筑模拟实验箱、外表面涂敷实施例1制备的灰色热迟滞涂料实验箱及外表面安装5cm挤塑聚苯板保温板户外低温环境下的温度随时间变化曲线图；
49.图4为两个1：1比例模型房室内温度、环境气温和取暖耗电量随时间的变化曲线图；
50.图5为空白混凝土建筑模拟实验箱、外表面涂敷实施例1制备的灰色热迟滞涂料实验箱及外表面安装5cm挤塑聚苯板保温板高温环境下的温度随时间变化曲线图。
具体实施方式
51.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
52.实施例1：
53.水性热迟滞蓄热涂料，由以下组分组成：
54.铝粉、氧化铟锡、钛白粉、苯丙乳液、分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠流平剂、成膜助剂、水；
55.其中铝粉、氧化铟锡、钛白粉、苯丙乳液、分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠流平剂、成膜助剂、水的重量比为：35：3：2：35：0.5：0.5：0.5：0.5：0.5：0.5：22。
56.在本实施例中，分散剂为聚羧酸氨盐分散剂、润湿剂为壬基酚聚氧乙烯醚润湿剂、消泡剂为聚醚消泡剂、增稠流平剂为聚氨酯增稠流平剂、成膜助剂为酯类成膜助剂，上述分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠流平剂和成膜助剂仅仅是本实施例中个一个选择，不是本实施例的发明点，采用其他的分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠流平剂和成膜助剂也能达到相同效果。
57.本实施例所述水性热迟滞蓄热涂料的制备过程如下：
58.按上述比例称取铝粉、氧化锡锑、钛白粉、苯丙乳液、分散剂、润湿剂、消泡剂和水，加入搅拌分散设备中，以2000转/分的转速，高速搅拌2小时后，加入增稠流平剂、成膜助剂和防沉降剂，然后以200米/秒转速低速搅拌30分钟即可制备出白色热迟滞蓄热涂料。
59.本实施例制备的水性热迟滞蓄热涂料记为涂料1。
60.实施例2：
61.性热迟滞蓄热涂料，由以下组分组成：
62.铝粉、氧化锡锑、钛白粉、苯丙乳液、分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠流平剂、成膜助剂、水；
63.其中铝粉、氧化锡锑、钛白粉、苯丙乳液、分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠流平剂、成膜助剂、水的重量比为：22：10：4：39：1.0：1.0：1.0：1.0：1.0：1.0：19。
64.本实施例的分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠流平剂和成膜助剂同实施例1，水性热迟滞蓄热涂料的制备过程同实施例1。
65.本实施例制备的水性热迟滞蓄热涂料记为涂料2。
66.实施例3：
67.性热迟滞蓄热涂料，由以下组分组成：
68.铝粉、氧化锡锑、钛白粉、苯丙乳液、分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠流平剂、成膜助剂、水；
69.其中铝粉、氧化锡锑、钛白粉、苯丙乳液、分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠流平剂、成膜助剂、水的重量比为：28：6：5：40：0.6：0.6：0.6：0.6：0.6：1.0：17。
70.本实施例的分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠流平剂和成膜助剂同实施例1，水性热迟滞蓄热涂料的制备过程同实施例1。
71.本实施例制备的水性热迟滞蓄热涂料记为涂料3。
72.将涂料1-涂料3进行以下实验：
73.为测试涂料的热迟滞蓄热能力，建造四个立方体混凝土建筑模拟实验箱。其中的三个实验箱内径尺寸50cm
×
50cm
×
50cm；另一个实验箱内径为55cm
×
55cm
×
55cm，箱内四壁及混凝土盖的底部安装有5cm厚的聚苯板，这样，其内部空间尺寸与另外三个箱子一样。四个箱子建在可移动平板车上，底座、四壁和顶盖的厚度均为10cm四个。箱子内部均安装有功率可调的电加热炉，用以加热内部空间。4个箱子内部也装有可无线传输数据的测温元件，用以测量箱体内部温度。
74.将发明实施例1-3制备出的热迟滞蓄热涂料(涂料1-涂料3)分别涂敷在三个没有内置聚苯板的混凝土建筑模拟实验箱的四个内壁及顶部，将四个箱体内部的加热装置设定在同一加热功率，然后开始加热。达到热平衡后，保持一段时间，然后关闭加热开关，令四个箱体自然降温，结果如图1、图2所示：
75.由图1可以清楚地看到，相同的加热功率下，内置聚苯板箱体内部的平衡温度高于涂敷三个发明实施例所制热迟滞蓄热涂料的平衡温度。这是因为加热装置不能通过辐射直接加热箱内空气温度，只能通过加热箱体内表面，通过内壁与空气之间的热交换加热内部空气温度。高红外反射率或低红外辐射率的热迟滞蓄热涂料吸收的加热装置的红外辐射热较少或者说反射的红外辐射热较多，因此热平衡温度较低。
76.由图1还可以清楚地看出，在降温过程中，相对于内置聚苯板的实验箱，内表面涂敷热迟滞蓄热涂料的箱体内部温度降低速度较慢。这是因为，关掉加热开关后，涂敷热迟滞蓄热涂料的箱体内表面上的涂层阻遏延缓了内部热量以红外辐射形式通过箱体向外散热。由图2 可以看出，经过两天后，所有的箱内温度趋于一致，说明四个混凝土箱起始状态一致，不存在原始误差。充分证明所研发的内蓄热涂料比5公分厚聚苯板的内保温效果更好。
77.将发明实施例1所制备的热迟滞蓄热涂料(涂料1)涂敷到其中一个混凝土实验箱的外表面，另一个混凝土试验箱外表面安装5cm厚的聚苯板，然后与空白混凝土实验箱对比。设置同样的加热功率加热三个混凝土实验箱，获得的实验结果如图3。
78.如图3所示，涂敷热迟滞蓄热涂料的箱体加热一开始就迅速接近热平衡温度(图3红色曲线)；(外装聚苯板的箱体(蓝色曲线)经过56小时，近两天半时间才达到同样的热平衡温度；空白混凝土实验箱(绿色曲线))因为散热很快，温度始终加热不上去，且曲线变化趋势与环境气温曲线(黑色曲线)一致。
79.图3说明一个实事：将我们的热迟滞蓄热涂料用于建筑外表面时，在冬季，加热到同一设定温度，比外装5公分挤塑聚苯板保温材料相比消耗更少的热量；或者说，在消耗相同热量的时刻，室内温度更高。毫无疑问，该异想天开的技术可以节约建筑物冬季取暖能耗。实际上，建筑物一个完整的热循环就是24小时，一天的实验结果就能说明问题。24小时
后，另一个热循环就开始了。
80.为进一步定量测定热迟滞蓄热涂料用于建筑物外表面时在冬季所节约的取暖能耗。本技术将上述热迟滞蓄热涂料实施例1和中灰色外墙涂料分别涂敷到两个1：1比例的足尺寸混凝土模型房(4.5米长
×
2.4米宽
×
3.0米高)的外表面。模型房的房顶和墙面混凝土厚度分别为15.0米和12.5米。每个混凝土模型房的都有普通的塑钢门(2.0米
×
0.9米)和普通玻璃窗(1.5米
×
1.5米)。每个模型房内安装1台格力变频空调，模型房内部中央悬挂一热电阻测定室内温度。屋顶上方百叶箱内放置一热电阻测定室内温度。
81.待模型房室内温度达到一致时开始将模型房室内空调温度设定为国家规定的冬季取暖温度上限24.0℃，纯加热模式，风速自动。两个房间室内温度达到热平衡后，两个房间室内温度、环境气温以及取暖耗电量如图4所示。
82.如图4所示，达到热平衡后一天时间内，普通模型房和涂敷热迟滞蓄热涂料模型房室内平均温度分别为23.7
±
1.9℃和24.3
±
0.3℃。涂敷热迟滞蓄热涂料模型房平衡温度更高，偏差更小，热稳定性也更好。在一天内普通模型房和涂敷热迟滞蓄热涂料模型房取暖空调耗电量分别为18.6kwh和12.98kwh，取暖节电效率为30.2％。
83.将外表面涂敷了发明实施例1的热迟滞蓄热涂料(涂料1)的混凝土建筑模拟实验箱、外装5cm厚聚苯板的实验箱以及空白实验箱放置于39～42℃的室内，模拟涂料在夏季的制冷和节能效果，结果如图5所示：
84.图5清楚地表明：建筑物外表面涂敷热迟滞蓄热涂层后，在相同的热环境下，热平衡时，密闭空间的内部温度明显低于空白混凝土实验箱4.4℃，但高于表面安装5cm厚聚苯板的内部温度6.8℃。热迟滞蓄热涂层用于建筑物外表面时可以提高夏季居住环境的热舒适性，节约夏季空调制冷能耗，但在夏季的节能效果低于5cm挤塑聚苯板外保温系统。
85.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。