专利名称：一种低碳反射光节能涂料制备方法
技术领域：
本发明涉及水性涂料，尤其涉及低碳环保反射光节能涂料。
背景技术：
随着我国建筑业的快速发展，建筑能耗也相应增多，近几年来，全国居住建筑能耗 在基本不供热水的情况下，消耗的能源量就占全国能源消耗总量的12.6%。在一些严寒地 区，城镇建筑能耗高达当地能源消耗的50%左右。建设部已提出“到2010年全国城镇建筑 总能耗要基本实现节能50%，到2020年北方和沿海经济发达地区和超大城市要实现建筑 节能65%的目标”。这将给低碳节能环保涂料市场带来巨大的商机，而涂料作为高能耗产业 也必将向着低碳节能环保的方向发展。低碳环保、节能是目前涂料行业欲待解决的问题，市场上大部分涂料产品虽然打 着环保、节能的概念，但技术水平不高，还没有真正成熟的低碳节能产品，另外国外的节能 涂料大多价格较高，在我国没有真正普及。有机挥发份(VOC)也是涂料行业亟待解决的问题，在水性涂料中VOC可能主要源 自助剂、色浆、溶剂、乳液中残余单体等各种小分子物质，如传统使用的成膜助剂-苯甲醚、 苯甲醇、乙二醇、丙二醇等都是VOC的主要来源。要解决这些问题，目前所采用的方法主要 有1、改进成膜基料(高分子树脂)的制备技术，如自交联聚合、核壳聚合、种子聚合、功 能团改性等制备技术，以制备出含低残余单体的乳液；2、不用成膜助剂或选用高沸点成膜 助剂，以及选用不含挥发性溶剂的各种助剂；3、直接选用国外知名品牌的(如罗门哈斯、 巴斯夫等)不含残余单体的成膜基料(而我国在聚合技术方面同国外还存在一定差距)； 4、对制备工艺进行改进，对各种助剂进行正交实验，选用合适的比例配方，从而减少助剂用 量的方法来制备低VOC或零VOC涂料。而对上述各种方法在聚合技术和工艺上仍不完善， 如对软硬单体比例的控制、分子量大小及分子量分布的控制等直接影响了聚合物的Tlig和 MFT两个重要参数，从而影响了涂层的成膜特性和综合力学性能。而目前应用在水性涂料中 高沸点成膜助剂种类较少，同其他助剂-消泡剂、润湿剂、分散剂等助剂的适配性研究还未 见报到，在工业生产和市场方面涂料正处于向零VOC产品过渡的阶段。在未来的发展中，零 VOC乳胶涂料不仅要达到其VOC趋于零的环保指标，而且需进一步完善涂料的综合性能。研究表明，制备高反射率的涂层是提高节能效果的关键，而影响涂层反射率的因 素除了寻求高折射率的填料外，提高涂层表面的光泽和平整度也是提高反射率的重要因 素，而涂层的致密性直接影响涂层的光泽和反射率。综上所述，制备低碳节能涂料，助剂和 成膜基料是降低VOC的关键，而提高涂层致密性、保证填料在涂层中分布均勻又提高综合 隔热性能是制备反射光节能涂料的关键。
发明内容
本发明的目的是提供一种反射率高、VOC含量低的低碳反射光节能涂料的制备方法。
本发明的节能涂料是将各种颜填料改性后加入助剂和水研磨制成浆料，再加入基 料调配而成的，具体制作工艺如下第一步制备改性颜填料首先将鳌合型钛酸酯偶联剂溶解在稀释剂溶剂中，用稀释的上述偶联剂分别对二 氧化钛、氧化锌、滑石粉、高岭土和碳酸钙各种颜填料进行改性，要求改性后的颜填料活化 值在0. 95以上。上述鳌合型钛酸酯偶联剂与稀释剂的最佳重量比例为1 2。为了使偶联剂均勻地包覆在颜、填料表面，上述稀释剂选用异丙醇；上述鳌合型钛 酸酯偶联剂选用鳌合型钛酸酯偶联剂KR-201 ；第二步配制浆料将各种助剂加水混合后，进行低速搅拌，配制成具有粘度的浆料，再加入改性颜填 料和部分增稠剂进行高速分散，并研磨制成白浆。上述助剂包括成膜助剂、分散剂、湿润剂、防霉剂和消泡剂，均为制备涂料常用的
市售产品。为了使涂层的反射率得到提高，大大降低VOC含量，上述成膜助剂选用酯含量 彡99%、酸值彡1.0mKgK0H/Kg、水份彡0.2%、沸点253-283°C的高沸点成膜助剂和密度 (200C )0. 85g/ml 0. 95g/ml、粘度20 30mPa · s、pH值为0 5、VOC为0的成膜助剂混 合而成。最佳混合配比为1 O 2.5)(以重量计算)。上述高沸点成膜助剂选用高沸点成膜助剂DBE-IB，它是一种二元酸酯混合物，其 主要成分是丁二酸二甲酯CH3OOC (CH2) 2C00CH3、戊二酸二甲。上述无VOC成膜助剂选用科宁公司产的无VOC成膜助剂L0XAN0L EFC300，它是一 种高纯度线性短链脂肪酯，含有C-18脂肪酸混合的丙二醇脂肪酸酯。第三步制备涂料将制备好的浆料加入乳液基料中调配成涂层反射率在85-90%的乳胶漆成品。上述每种颜填料改性方法的详细步骤为取鳌合型钛酸酯偶联剂用异丙醇稀释剂稀释，然后将某一种颜填料置入高速捏合 机中高速搅拌，在高速搅拌过程中滴加偶联剂和稀释剂混合液进行改性，要求改性后该种 颜填料的活化值达到95%以上；鳌合型钛酸酯偶联剂的用量为该种颜填料重量的1_3%。为了提高改性效果，高速捏合机的转速控制为3000r/min ；滴加速度控制在每分 钟20-30滴，滴加过程中温度控制在(90-100) 士 1°C。本发明的优点是1、采用将鳌合型钛酸酯偶联剂KR-201对二氧化钛、氧化锌、滑石粉、高岭土、碳酸 钙等颜填料进行改性，使表面由原来亲水性变成疏水性，增加了对成膜基料的相容性，分散 性更好，成膜时能形成更致密的涂层，提高了反射率。2、选用高反射率的颜填料，二氧化钛、氧化锌、滑石粉、高岭土、碳酸钙的反射率分 别为2. 8、2. 2、1. 86、1. 77、1. 65，碳酸钙不仅成本低，还具有一定的防尘降作用，适当增加用 量，不仅获得较高的反射率，在一定程度上降低成本。3、此法采用高沸点成膜助剂DBE-IB和L0XAN0L EFC 300，按照最低成膜温度 (MFFT)来计算EFC200和DBE-IBDBE-IB的用量，根据美国EPA 24检测标准，涂料的VOC为0. lKg/Ι。另外与乳液的相容性增加及降低了最低成膜温度，涂料的流变性得到明显改善， 还使涂膜不管是20度还是60度角的光泽都明显提高。EFC-200还有助于改善涂层的耐湿 擦性和涂层硬度。总之，本发明方法使涂料的涂层反射率得到提高，达到85-90%，大大降低 了 VOC含量，实验室试验结果证实了上述方案的可行性。
图1是本发明涂料涂层反射率测定装置。图中=T1-黑板温度；T2-反射板温度；Ttl-室温。
具体实施例方式下面通过具体实施例详细说明本发明的技术方案。本发明涂料是由二氧化钛、氧化锌、滑石粉、高岭土和碳酸钙颜填料改性后，加入 各种助剂和水进行研磨，然后加入乳液调配而成，各种颜填料、助剂以及乳液的配比见表1， 按照表1配比以制备76Kg涂料为例(除去损耗)，具体制备步骤如下第一步改性颜填料的制备二氧化钛的改性首先将0. 26Kg的钛酸酯偶联剂KR-201和0. 52Kg的异丙醇在烧 杯中低速(250r/min)搅拌均勻，再转入球形漏斗中(底端用尼龙丝网封住)，然后将17Kg 的二氧化钛置入高速捏合机中，在3000r/min转速下高速搅拌，同时旋开漏斗旋塞滴加偶 联剂混合液，滴加速度慢，每分钟25滴左右，温度控制在95 士 1°C，时间在30min，改性完在 45°C烘箱中放置池，待稀释剂充分挥发后，转移至试管测活化值。氧化锌改性首先将0. 2IKg的钛酸酯偶联剂KR-201和0. 42Kg的异丙醇在烧杯中 低速(250r/min)搅拌均勻，再转入球形漏斗中(底端用尼龙丝网封住)，然后将7Kg的氧化 锌置入高速捏合机中，高速(3000r/min)搅拌，同时旋开漏斗旋塞滴加偶联剂混合液，滴加 速度慢，每分钟30滴左右，温度控制在90士 1°C°C，时间在45min，改性完在烘箱(45°C )中 放置池，待稀释剂充分挥发后，转移至试管测活化值。滑石粉的改性首先将0. 12Kg的钛酸酯偶联剂KR-201和0. 25Kg的异丙醇在烧杯 中低速(250r/min)搅拌均勻，再转入球形漏斗中(底端用尼龙丝网封住)，然后将3. 5Kg的 滑石粉置入高速捏合机中，高速(3000r/min)搅拌，同时旋开漏斗旋塞滴加偶联剂混合液， 滴加速度慢，每分钟20滴左右，温度控制在95 士 1 °C，时间在35min，改性完在45°C烘箱中放 置2h，待稀释剂充分挥发后，转移至试管测活化值。高岭土的改性首先将0. 12Kg的钛酸酯偶联剂KR-201和0. 25Kg的异丙醇在烧 杯中低速(250r/min)搅拌均勻，再转入球形漏斗中(底端用尼龙丝网封住)，然后将3. 5Kg 的高岭土置入高速捏合机中，高速(3000r/min)搅拌，同时旋开漏斗旋塞滴加偶联剂混合 液，滴加速度慢，每分钟20滴左右，温度控制在90士 TC °C，时间在30min，改性完在烘箱 (450C )中放置池，待稀释剂充分挥发后，转移至试管测活化值。碳酸钙的改性首先将0. 3Kg的钛酸酯偶联剂KR-201和0. 6Kg的异丙醇在烧杯中 低速(250r/min)搅拌均勻，再转入球形漏斗中(底端用尼龙丝网封住)，然后将12Kg的碳 酸钙置入高速捏合机中，高速(3000r/min)搅拌，同时旋开漏斗旋塞滴加偶联剂混合液，滴 加速度慢，每分钟30滴左右，温度控制在100 士 1°C V，时间在45min，改性完在45°C烘箱中放置池，待稀释剂充分挥发后，转移至试管测活化值。第二步浆料的配制取1. 3Kg高沸点成膜助剂DBE-IB、2. 7Kg科宁公司产的无VOC成膜助剂 L0XAN0LEFC300、0. 15Kg水性色浆分散剂FS3204、0. ^ig阴离子型聚丙烯酸钠盐分散剂 CD50、0. IKg水性涂料专用润湿剂H885、0. 15Kg非离子型分散润湿剂188A、0. 2Kg异噻唑 啉酮类防霉剂YC88、0. 15Kg矿物油合成的分子级消泡剂A10、0. 20Kg水性涂料专用消泡剂 F11U0. IKg附着力促进剂和20Kg去离子水，低速搅拌15min均勻混合，再加入步骤一中改 性的颜填料、0. 5Kg羟乙基纤维素增稠剂HEC、0. 3Kg非离子聚氨酯类缔合型增稠剂DSX3116 及补充部分去离子水约4Kg进行高速分散，研磨制成白浆，研磨时间不低于1.证。第三步制备涂料把第二步研磨好的白浆分批慢速加入到7Kg苯丙乳液PA237中，分批慢速是指待 前批加入的白浆料经低速搅拌均勻后才可加入后一批的白浆料，再继续低速搅拌均勻，最 后用增稠剂调整初涂料的粘稠度，用PH调节剂调整PH值为8. 5或补加些消泡剂即为乳胶 漆成品，经过滤、称量，按国家标准KGB3186取样，按KGB/T9755-2001检测各项性能。为了进一步验证本发明的优点，对本发明实施例涂料涂层的反射率进行检测，检 测设备如图1所示，测定步骤为第一步样板制备，用溶剂擦干净三块铝样板，样板规格尺寸为150 X 75 X 1mm，并 符合规范QQ-A-250/4规定。在两块样板上喷涂符合规范TTE-489规定的黑色磁漆，其干膜 厚度介于0. 03 0. 04mm之间。在另一块样板上涂待试验的涂料干膜，厚度与前两块样板 相同，并将两种样板都自干72小时。第二步试验在恒温条件下进行，将两块喷涂黑色漆的样板(黑样板)放在测量 平台上，涂漆的一面朝上，置于灯管的正下方，两板彼此相距50mm。将灯管调节到离试板 600mm的高度，打开加热器，通过调节灯管距试板的高度和加热器的调压装置，在室温为
时，使试板在30分钟内达到88°C 士 1°C的平衡温度。该温度一经达到并保持5分钟， 就可撤走一块黑样板，换上一块待试样板。经15分钟之后，记录两块样板的温度。如果黑 样板的温度为88°C 士 1°C，检查试验样板的温度进行记录和计算，看是否符合要求，如反射 率要求P彡50%，则被测样板的温度应为T2 <68°C。如不是这一温度，要重新调节灯泡 高度等，重复进行试验三次，取平均值。当固定T1 = 881，1；=观1，根据公式可推算出T2 彡 68. 3°C，反射率 P ^ 50% ；T2 ^ 65. 6°C，反射率 P 彡 60%T2 彡 63. 2°C，反射率 P ^ 70% ；T2 ^ 61. 1°C，反射率 P 彡 80%根据反射率计算公式P = Ij1^计算反射率为86. 8%。
1I -1O上述式中=T1-黑板温度；T2-反射板温度Jcr室温表1配方比例(单位Kg)
权利要求
1.一种低碳反射光节能涂料制备方法，其特征在于，它是将各种颜填料改性后加入助 剂和水研磨制成浆料，再加入基料调配而成的，具体制作工艺如下第一步制备改性颜填料首先将鳌合型钛酸酯偶联剂溶解在稀释剂溶剂中，用稀释的上述偶联剂分别对二氧化 钛、氧化锌、滑石粉、高岭土和碳酸钙各种颜填料进行改性，要求改性后的颜填料活化值在 0. 95以上；第二步配制浆料将成膜助剂、分散剂、湿润剂、防霉剂和消泡剂各种助剂加水混合后，进行低速搅拌，配 制成具有粘度的浆料，再加入改性颜填料和部分增稠剂进行高速分散，并研磨制成白浆；第三步制备涂料将制备好的浆料加入乳液基料中调配成涂层反射率在85-90%的乳胶漆成品。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，上述鳌合型钛酸酯偶联剂与稀释剂的 最佳重量比例为1 2。
3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述的稀释剂选用异丙醇；所述鳌 合型钛酸酯偶联剂选用鳌合型钛酸酯偶联剂KR-201。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的成膜助剂选用酯含量>99%、酸 值彡1. 0mKgK0H/Kg、水份彡0. 2%、沸点253_283°C的高沸点成膜助剂和20°C密度0. 85g/ ml 0. 95g/ml、粘度20 30mPa · s、pH值为0 5、VOC为0的成膜助剂混合而成。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述的高沸点成膜助剂和VOC为0的成 膜助剂的重量配比为1 0 2.5)。
6.如权利要求4或5的制备方法，其特征在于，所述的高沸点成膜助剂选用高沸点成膜 助剂DBE-IB ；所述的无VOC成膜助剂选用科宁公司产的无VOC成膜助剂L0XAN0L EFC 300。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的颜填料的改性方法是取鳌合型 钛酸酯偶联剂用稀释剂稀释，然后将一种颜填料置入高速捏合机中高速搅拌，在高速搅拌 过程中滴加偶联剂和稀释剂混合液进行改性，要求改性后该种颜填料的活化值达到95%以 上；其中鳌合型钛酸酯偶联剂的用量为该种颜填料重量的1_3%。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，高速捏合机的转速控制为3000r/min， 滴加速度控制在每分钟20-30滴，滴加过程中温度控制在(90-100) 士 1°C。
9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤如下第一步改性颜填料的制备二氧化钛的改性首先将0. 26Kg的钛酸酯偶联剂KR-201和0. 52Kg的异丙醇在烧杯 中以250r/min转速低速搅拌均勻，再转入球形漏斗中，漏斗底端用尼龙丝网封住，然后将 17Kg的二氧化钛置入高速捏合机中，在3000r/min转速下高速搅拌，同时旋开漏斗旋塞滴 加偶联剂混合液，滴加速度慢，每分钟25滴，温度控制在95 士 1°C，时间在30min，改性完在 45°C烘箱中放置池，待稀释剂充分挥发后，转移至试管测活化值；氧化锌改性首先将0. 21Kg的钛酸酯偶联剂KR-201和0. 42Kg的异丙醇在烧杯中以 250r/min转速低速搅拌均勻，再转入球形漏斗中，漏斗底端用尼龙丝网封住，然后将7Kg的 氧化锌置入高速捏合机中，在3000r/min转速高速搅拌，同时旋开漏斗旋塞滴加偶联剂混 合液，滴加速度慢，每分钟30滴，温度控制在90士 1°C，时间在45min，改性完在45°C烘箱中放置池，待稀释剂充分挥发后，转移至试管测活化值；滑石粉的改性首先将0. 12Kg的钛酸酯偶联剂KR-201和0. 25Kg的异丙醇在烧杯中以 250r/min低速搅拌均勻，再转入球形漏斗中，漏斗底端用尼龙丝网封住，然后将3. 5Kg的滑 石粉置入高速捏合机中，以3000r/min速度高速搅拌，同时旋开漏斗旋塞滴加偶联剂混合 液，滴加速度慢，每分钟20滴，温度控制在95士 1°C，时间在35min，改性完在45°C烘箱中放 置2h，待稀释剂充分挥发后，转移至试管测活化值；高岭土的改性首先将0. 12Kg的钛酸酯偶联剂KR-201和0. 25Kg的异丙醇在烧杯中以 250r/min低速搅拌均勻，再转入球形漏斗中，漏斗底端用尼龙丝网封住，然后将3. 5Kg的高 岭土置入高速捏合机中，以3000r/min转速高速搅拌，同时旋开漏斗旋塞滴加偶联剂混合 液，滴加速度慢，每分钟20滴，温度控制在90士 1°C°C，时间在30min，改性完在45°C烘箱中 放置池，待稀释剂充分挥发后，转移至试管测活化值；碳酸钙的改性首先将0. 3Kg的钛酸酯偶联剂KR-201和0. 6Kg的异丙醇在烧杯中以 250r/min转速低速搅拌均勻，再转入球形漏斗中，漏斗底端用尼龙丝网封住，然后将12Kg 的碳酸钙置入高速捏合机中，以3000r/min转速高速搅拌，同时旋开漏斗旋塞滴加偶联剂 混合液，滴加速度慢，每分钟30滴，温度控制在100士 1 °C °C，时间在45min，改性完在45°C烘 箱中放置池，待稀释剂充分挥发后，转移至试管测活化值； 第二步浆料的配制取1. 3Kg高沸点成膜助剂DBE-IB、2. 7Kg科宁公司产的无VOC成膜助剂 L0XAN0LEFC300、0. 15Kg水性色浆分散剂FS3204、0. 5Kg阴离子型聚丙烯酸钠盐分散剂 CD50、0. IKg水性涂料专用润湿剂H885、0. 15Kg非离子型分散润湿剂188A、0. 2Kg异噻唑 啉酮类防霉剂YC88、0. 15Kg矿物油合成的分子级消泡剂A10、0. 20Kg水性涂料专用消泡剂 F11U0. IKg附着力促进剂和20Kg去离子水，低速搅拌15min均勻混合，再加入步骤一中改 性的颜填料、0. 5Kg羟乙基纤维素增稠剂HEC、0. 3Kg非离子聚氨酯类缔合型增稠剂DSX3116 及补充部分去离子水约4Kg进行高速分散，研磨制成白浆，研磨时间不低于1. 5h ； 第三步制备涂料把第二步研磨好的白浆分批慢速加入到7Kg苯丙乳液PA237中，分批慢速是指待前批 加入的白浆料经低速搅拌均勻后才可加入后一批的白浆料，再继续低速搅拌均勻，最后用 增稠剂调整初涂料的粘稠度，用PH调节剂调整PH值为8. 5或补加些消泡剂即为乳胶漆成品。
全文摘要
本发明公开了一种低碳反射光节能涂料制备方法，它是利用鳌合型钛酸酯偶联剂对各种颜填料进行改性，然后加入助剂和水研磨制成浆料，再加入基料调配成涂料。本发明方法使所得涂料的涂层反射率得到提高，达到85-90％，大大降低了VOC含量。
文档编号C09C1/28GK102101956SQ20101061559
公开日2011年6月22日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者刘欣, 曾荣昌, 王忠卫, 靳涛 申请人:山东科技大学