纳米技术绝热涂层及其用图
【技术领域】
[0001] 公开的主题通常涉及提供涂料，即膜的分散体。更具体地，本主题涉及包含分散在 聚合物基质中的具有化学官能化表面的陶瓷和/或碳纳米颗粒的陶瓷和/或碳纳米颗粒分 散体。
[0002] 相关的现有技术
[0003] 聚合物树脂分散体已经被广泛地用作用于涂料或成膜剂的涂层的起始材料，例 如，用于涂料或涂层剂的起始材料，该涂料或涂层剂用于涂覆在飞机、汽车等的外部和内 部，外墙表面，地板材料和房屋的家具，等等。基于这些树脂分散体获得的涂料膜具有不仅 提供宜人的外观，而且还保护它们所覆盖的材料的作用。例如，这样的涂料组合物应当提供 例如有抗紫外线（UV)和红外线（IR)辐射，耐酸雨性，抗真菌和细菌，抗腐蚀和氧化，防水， 不可燃性，绝热的措施并且应当是尽可能环境友好的。
[0004] 因此，需要具有改进的抵抗环境条件（诸如UV和IR辐射，酸雨，热和冷，真菌和细 菌，腐蚀和氧化）的聚合物树脂分散体。
[0005] 此外，需要具有改进的防水特性并且具有低的或不可燃性和绝热性的聚合物树脂 分散体。
【发明内容】
[0006] 根据一个实施方式，提供了具有化学官能化表面的陶瓷和/或碳纳米颗粒，所述 陶瓷和/或碳纳米颗粒可以具有约8nm至约120nm的尺寸。
[0007] 陶瓷和/或碳纳米颗粒可以是由选自以下的材料制成的纳米颗粒：氧化铝 (Al2O3)、二氧化娃（SiO2)、氧化错（ZrO2)、氧化钛（TiO 2)、氧化锌（ZnO)、氧化铺（IV) (CeO2)、 氧化铍（BeO)、碳酸钙（CaCO3)、磷酸钙[Ca3(PO4) 2]、碳化物、硼化物、氮化物、硅化物和碳纳 米管。
[0008] 碳化物可以选自碳化妈（CaC2)、碳化硼（B4C)、碳化娃（SiC)、碳化钛（TiC)、碳化 钨（WC)、碳化铁（Fe3C)、碳化锆（ZrC)、碳化铪（HfC)、碳化钒（VC)、碳化铌（NbC)、碳化钽 (TaCx，其中X为0. 4至1)、碳化铬和碳化钼（Mo2C)。
[0009] 碳化铬可以选自Cr3C2、Cr7C 3和Cr 23C6。
[0010] 硼化物可以选自三硼化硅（SiB3)、六硼化硅（SiB6)、二硼化钛（TiB 2)、二硼化锆 (ZrB2)和二硼化铪（HfB2) 〇
[0011] 氮化物可以选自氮化钛（TiN)、氮化硅（Si3N4)和氮化硼（BN)。
[0012] 碳纳米管可以选自单壁纳米管、多壁纳米管、或者它们的组合。
[0013] 化学官能化表面可以包括（a)羟基，（b)羧基，（c)胺基，（(I)C1-C 3q-烷基，直链或 支链的，未取代的或被1-3个卤素、或者Na取代的以及未取代的或被选自以下的一个基团 取代的：-〇H、未取代的或被1-3个卤素或Na取代的-OCV3ci烷基、直链或支链的-SO义^烷 基、和-CN，（e)-C( = 0)H基团，（f)-C( = 烷基，直链或支链的，未取代的或被1-3个 卤素取代的，（g)-CN 基团，OO-HC = NOH 基团，（i)-(CH3)C = NOH 基团，（j)-HC = NOCu 烷基，直链或支链的，未取代的或被1-3个卤素取代的，GO-(CH3)C = NOCV3ci烷基，直链或 支链的，未取代的或被1-3个卤素取代的，（1)_C( = 0)0(^_3(|烷基，直链或支链的，未取代 的或由1-3个卤素取代的，（m)-C( = 0)NHR6基团，（n)-CH = CH-苯基基团，其中-CH = CH-是未取代的或由独立地选自卤素和可选地由1-3个F取代的C^2烷基中的1-2个取代 基取代，（〇)-CH2CH2-苯基，其中-CH2CH2-是未取代的或由独立地选自卤素和未取代的或由 1-3个F取代的CV2烷基中的1-4个取代基取代，（p)苯基，（q)-HET-苯基，其中HET是包 含1-3个选自0、N和S的杂原子的5-或6-元杂芳环，（r)-C = C-苯基，和（S)-CH2-苯 基，其中-CH2-苯基的-CH2-基团是未取代的或由独立地选自卤素和未取代的或由1-3个F 取代的 C1^烷基中的 1-2 个取代基取代的，（t) EG(O)xSi(OCnH2lrt)x(CH 2)nR7, (u) Si (0CnH2n+1) x (CH2)nR7以及苯基，并且HET在所有出现的情况中可以是未取代的或由独立地 选自以下的1-3个取代基取代的：（i)卤素，（ii)未取代的或由1-3个卤素取代的-C(= 〇)〇(：1_3(|烷基，（也)-(：(=〇)〇!1，以）未取代的或由1-3个卤素取代的(： 1_3(|烷基，（0未取 代的或由1-3个卤素取代的-OC1^烷基，（vi)-S0xMe，（vii)-SO2NH 2，以及它们的组合；R6可 以选自由H、未取代的或由1-3个卤素取代的(VJ；完基、苯基、和-CH 2_苯基组成的组，其中 在这两处出现的苯基可以是未取代的或由独立地选自以下的1-3个取代基取代的：（i)卤 素、（ii)未取代的或由1-3个卤素取代的-C( = 0)0。烷基、（iii)-C( = 0)0H、（iv)未 取代的或由1-3个卤素取代的CV3tl烷基、以及（V)未取代的或由1-3个卤素取代的-OC 烷基；R7可以选自由H、羟基、羧基、胺基、硫醇基、C ^C3tl烷基组成的组，其中C ^C3tl烷基是直 链或支链的，未取代的或由1-3个卤素、或Na取代的和未取代的或由选自以下的一个基团 取代的：-〇H、未取代的或由1-3个卤素或Na取代的-OCV3ci烷基、直链或支链的-SO义^烷 基、和-CN，X可以独立地选自0、1、或2, η可以独立地选自1至30,以及！ΞΙΞ可以是单、双 或三键，以及它们的组合。
[0014] 本发明的陶瓷和/或碳纳米颗粒分散体可以包括分散在聚合物基质内的具有化 学官能化表面的至少一种陶瓷和/或碳纳米颗粒。
[0015] 该分散体可以包含约0. 1% (w/v)至约10% (w/v)的具有化学官能化表面的陶瓷 和/或碳纳米颗粒。
[0016] 聚合物基质可以包括丙烯酸树脂、弹性体树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、醇酸树脂、 乙烯基-丙烯酸树脂、聚酯树脂、三聚氰胺树脂、油或它们的组合。
[0017] 丙烯酸树脂可以选自聚丙烯酸甲酯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂、以及它们的组 合。
[0018] 弹性体树脂可以选自顺式-1，4-聚异戊二烯天然橡胶、和反式-1，4-聚异戊二烯 杜仲胶、合成聚异戊二烯、聚丁二烯、聚氯丁烯、异丁烯和异戊二烯的共聚物、异丁烯和异戊 二烯的卤化共聚物、苯乙烯和丁二烯的共聚物、丁二烯和丙烯腈的共聚物、乙烯和丙烯的共 聚物、乙烯丙烯二烯橡胶、乙烯的三元共聚物、表氯醇橡胶、聚丙烯酸酯橡胶、硅酮橡胶、氟 硅酮橡胶、含氟弹性体、全氟弹性体、聚醚嵌段酰胺弹性体、氯磺化聚乙烯、和乙烯-乙酸乙 稀醋。
[0019] 该分散体可以进一步包括铝浆料。铝浆料可以包含约1% (w/v)至约3 % (w/v) 的纳米颗粒。错衆料可以包含约2.5% (w/v)至约50% (w/v)的纳米颗粒。
[0020] 该分散体可以进一步包括阻燃剂。
[0021] 该阻燃剂可以选自碳酸钙镁石（Mg3Ca(CO3) 4)、水菱镁矿（Mg5(CO3)4(OH)2 · 4H20)、 氢氧化铝（Al (OH)3)、氢氧化镁（Mg(OH)2)、氢氧化镁颗粒、三聚氰胺氰尿酸盐、三聚氰胺多 磷酸盐、或者它们的组合。
[0022] 氢氧化镁颗粒可以是尺寸在约IOOnm至约3000nm之间的颗粒。
[0023] 氢氧化镁颗粒可以进一步涂覆有硬脂酸钠的层。
[0024] 该分散体可以进一步包括流变改性剂。
[0025] 该流变改性剂可以选自改性的氢化蓖麻油、膨润土、合成聚酰胺蜡、多糖以及它们 的组合。所述多糖可以选自甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、甲基乙基羟乙 基纤维素、疏水改性乙基羟乙基纤维素、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚 物的乳液、以及它们的组合。
[0026] 该分散体可以进一步包括增稠剂。
[0027] 该增稠剂可以选自丙稀酸增稠剂、聚乙稀（polyvenyle)共聚物和聚乙稀均聚物。
[0028] 该分散体可以进一步包括抗菌化学品（化学物质）。
[0029] 该抗菌化学品可以选自亚甲基双（硫氰酸酯）、2_(硫氰酸甲基巯基）苯并噻唑、 甲硫嘆-硫酮（硫代嘆-硫酮，thiodazine-thione)、2, 3, 4, 6-四氯_4(甲磺酰基） 吡啶、银纳米颗粒或它们的组合。银纳米颗粒可以具有在约10至约90nm之间范围的尺寸。 该分散体可以具有在约〇. 001至约〇. lBTU/h之间的导热率（K)。
[0030] 该分散体可以反射可达82 %的UV辐射。
[0031] 涂料组合物可以具有在约0. 97至约I. 42kg/m3(Kg/L)之间的密度。
[0032] 根据另一个实施方式，涂层组合物可以包括与介质关联的分散体。
[0033] 该介质可以是涂料、染色剂、漆（lacquer)或灌浆（grout)。
[0034] 根据另一个实施方式，涂层组合物可以进一步包括至少一种有色颜料，在纳米颜 料的情况下从约〇. 1% (w/v)至约3 % (w/v)并且在微米颜料的情况下从约2. 5 % (w/v)至 30 % (w/v)〇
[0035] 该涂层组合物可以是防水的。
[0036] 该涂层组合物可以是抗真菌生长的。
[0037] 根据另外的实施方式，提供了涂覆有涂层组合物的表面。
[0038] 根据另一个实施方式，提供了制备具有化学官能化表面的陶瓷或碳纳米颗粒的方 法，所述方法包括：
[0039] a)在存在惰性气氛的情况下在合适的第一溶剂中在一定温度将陶瓷和/或碳纳 米颗粒与官能化试剂接触并且持续足够的时间以产生官能化的陶瓷和/或碳纳米颗粒。
[0040] 该方法可以进一步包括步骤b):
[0041] b)在第二合适的溶剂中洗涤所述官能化陶瓷和/或碳纳米颗粒以获得洗涤过的 官能化陶瓷和/或碳纳米颗粒。
[0042] 该方法可以进一步包括步骤c):
[0043] c)在一定温度下固化所述洗涤过的官能化陶瓷和/或碳纳米颗粒并且持续足够 的时间以产生固化的官能化陶瓷和/或碳纳米颗粒。
[0044] 官能化试剂可以选自3-巯基丙基三甲氧基硅烷、（3-氨基丙基）_三乙氧基硅烷、 (3-氨基丙基）_二乙氧基-甲基硅烷、（3-氨基丙基）-二甲基-乙氧基硅烷、（3-氨基丙 基）-三甲氧基硅烷以及它们的组合。
[0045] 惰性气氛可以是N2气氛，或在工业环境中利用强大流量（flux)的干净的干燥空 气。
[0046] 足够的时间可以为约IOh至约112h。
[0047] 第一合适的溶剂可以选自无水二甲苯、干燥甲苯、甲基戊基酮、丙酸正丁酯和异丁 酸异丁酯及组合和由它们制备的共溶剂。
[0048] 第二合适的溶剂可以选自二甲苯、甲苯、乙醇、丙酮、甲基戊基酮、丙酸正丁酯和异 丁酸异丁酯及组合和由它们制备的共溶剂。
[0049] 温度可以选自约25°C至约70°C。
[0050] 温度可以选自约65°C至约130°C。
[0051] 足够的时间可以为约8h至约12h。
[0052] 根据另一个实施方式，提供了一种用于制备分散体的方法，该分散体包括具有化 学官能化表面的陶瓷和/或碳纳米颗粒，该方法包括以下步骤：
[0053] a)通过使用溶剂或水将包括至少一种类型的具有化学官能化表面的陶瓷和/或 碳纳米颗粒的陶瓷纳米颗粒的混合物分散在聚合物基质中；以及
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