专利名称：大气窗口区域高发射的透明隔热涂料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种涂料，尤其涉及一种可涂覆于建筑或车窗玻璃外表面的大气窗口区域高发射的透明隔热涂料及其制备方法。
背景技术：
从热辐射观点来看，外层空间可以近似堪称一个绝对温度为零的黑体。如果在大气层外设一个温度为T = 300K的黑体(遮住直射的太阳光)；则它将被逐渐地冷却下来。 根据斯蒂芬-波尔兹曼定律，可以计算出它辐射到外层空间的单位面积能量W :W = α T4 = 5. 7 X 1(Γ8 X 3004 ^ 450ff/m2这个数值是非常高的制冷量。在外层空间，利用辐射型涂料，可以获得很好的隔热效果。美国航空航天局(NASA)就在1994年开发了新型的高辐射涂层(Emisshield)技术， 并将其用于X-33与X-34型轨道飞行器。该产品在室温下具有高达0. 8-0. 9的辐射率，并且其使用温度可达3000F甚至更高。但在大气层之内，由于大气阻挡了部分红外辐射到达外层空间，其制冷效果会大幅度下降。因为在大气层内，并不是地球发射的所有辐射都通过太空。辐射相当大的一部分被地球大气所吸收和重新发射到地球的表面。大气层的红外辐射主要来源于大气中的水蒸气、二氧化碳、臭氧及悬浮微粒，其中起主要作用的是水蒸气和二氧化碳。在波长为8 13. 5μπι的区间内，水蒸气和二氧化碳的红外吸收能力较弱，因此，在此波段内的红外辐射能力也较弱，这样就使得大气层对8 13. 5 μ m的红外辐射有很高的透过性，我们称波长为8 13. 5 μ m的区间为“大气窗口 ”。在实际的应用中，可以利用这样一个红外的窗口，来达到辐射制冷的目的。图1表示大气层中的辐射体的辐射功率及天空投射到辐射体上的辐射功率与波长之间的关系，可知，当辐射热损与热收益相一致时，辐射体的温度可达到最低值，在天空清澈无云的夜间，一个黑体可以冷却至比周围环境气温低10 20°C。而图2为当辐射体在 8 13. 5 μ m范围内为理想黑体，而在其他范围内围理想反射体的情况，可知这样的辐射体可比黑体降至更低的温度。透明隔热涂料是一种可在涂覆后形成透明涂层的涂料，并且该涂层在近红外区对阳光有很强的阻隔性能。美国专利US5518810 Infrared ray cutoff material and infrared cutoff powder use for same就描述了一种掺锡氧化铟粉体分散在无机或者有机聚合物中形成的涂料，其在可见光区透明，并且能阻隔波长在IOOOnm以上的近红外光， 从而达到隔热的目的。在有关透明隔热涂料专利中——如申请号为200410014672. 4的中国专利“纳米透明隔热复合涂料及其该涂料的隔热效果测试装置”，以及申请号为201010199580. 3的中国专利“一种红外屏蔽型玻璃隔热涂料及其制备方法”——均使用纳米掺杂氧化物作为功能填料。但是，由于纳米掺杂氧化物对红外线很强的吸收作用及其较低的红外发射率，使得涂层不断吸收太阳红外辐射，却无法通过热辐射有效地进行冷却。因此，在阳光——尤其是夏日正午阳光——的照射下涂层所涂覆的表面会升至很高的温度，而且在阳光直射结束之后，由于涂层在红外光区——尤其是大气窗口区域的低发射率，涂层所涂覆的表面的降温过程也会进行地很慢。涂层长时间处于高温状态，会造成建筑物或是车辆内部制冷负荷的增加，影响涂层的使用寿命。而如果当涂层具有在大气窗口区域的高发射性能时，就可以在阳光直射过后快速冷却，有效减少涂层表面在较高温度所停留的时间，减小建筑物或车辆内部制冷负荷，延长涂层使用寿命。涂层的高发射能力被广泛的应用于不透明的太阳热反射涂层中以避免涂层表面积累过多的热量，根据公开号为CN 101812269 A的中国专利“太阳热辐射反射涂料”所述，按重量百分比包括20-70 %成膜物质，20-60 %溶剂，2-10 %中空微粒，2-10 %红外粉， 0. 1-1%纳米二氧化钛，4-20%助剂所得的涂料，经涂装成膜之后，至少达到大于等于85% 的全光谱太阳热反射率、大于等于85%的半球发射率。公开号为CN 101565581A的中国专利“反射隔热涂料及其制作方法”中所述反射隔热涂料，其全光谱太阳反射比为0. 87，其半球发射率为0. 87。但是这些涂料均不是透明的，无法满足透明涂料的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种大气窗口高发射的透明隔热涂料，其能克服已有技术中所公开的透明隔热涂料所出现的大气窗口区发射率较低而无法有效散热的不足。为了解决上述技术问题，本发明提供一种大气窗口区域高发射的透明隔热涂料， 透明隔热涂料的主料由以下重量份的成分组成聚合物乳液30 70份、纳米掺杂氧化物粉 10 30份、大气窗口区高发射的纳米粉体2 30份、阴离子型分散剂1 10份、非离子型分散剂2 20份、消泡剂0. 5 2份、增稠剂0 5份、成膜助剂1 2份、防冻剂1 2份、流平剂1 2份和蒸馏水5 20份。作为本发明的大气窗口区域高发射的透明隔热涂料的改进聚合物乳液为聚丙烯酸酯乳液、苯丙乳液或硅丙乳液；所述纳米掺杂氧化物粉是粒径范围均为5 60nm掺锑二氧化锡、掺氟二氧化锡、 掺镓氧化锌、掺铝氧化锌和氧化铟锡中的至少一种；大气窗口区域高发射的纳米粉体是粒径范围均为5 60nm的二氧化硅、莫来石粉体、碳化硅、氧化铝和铝硅酸盐UAl2O3 · ySi02)中的至少一种；阴离子型分散剂为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠或聚合物型阴离子型分散剂；非离子型分散剂为分散剂DP270(即聚丙烯酸酯分散剂DP270)；消泡剂为090消泡剂、SPA-202消泡剂、Dapro DF 7010消泡剂或磷酸三丁酯；增稠剂为羟乙基纤维素醚；成膜助剂为醇酯-12 ；防冻剂为丙二醇；流平剂为聚环氧丙烷。本发明还同时提供了上述大气窗口区域高发射的透明隔热涂料的制备方法，依次包括以下步骤
1)、在低速搅拌下按顺序加入蒸馏水、阴离子型分散剂、非离子型分散剂、25 35% (重量比)的消泡剂充分搅拌均勻；2)、在步骤1)所得的混合物中依次加入纳米掺杂氧化物粉以及大气窗口区高发射的纳米粉体，搅拌均勻后，再加入1/2 1/4(重量比)的增稠剂和35 45% (重量比) 的消泡剂搅拌均勻，得色浆；将色浆置于高速分散机中分散30分钟；3)、在低速搅拌的状态下，将成膜助剂、防冻剂以及流平剂加入到聚合物乳液中；4)、将步骤2、所得的色浆加入步骤幻所得物中，然后低速搅拌，搅拌过程中滴加剩余消泡剂以及剩余的增稠剂，并用多功能助剂AMP-95调节PH至8. 5 9. 5，大气窗口区域高发射的透明隔热涂料。在本发明中，低速搅拌是指300 400r/min ；步骤2~)中是依次加入纳米掺杂氧化物粉以及大气窗口区高发射的纳米粉体，高速分散机的转速为3000 4000r/min。本发明的有益效果为本发明通过添加合理配比的在大气窗口高发射的纳米粒子，从而具有以下性能在大气窗口区发射率较高，能实现有效散热。
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细说明。图1是表示大气层中的辐射体的辐射功率及天空投射到辐射体上的辐射功率与波长之间的关系图；图2表示当辐射体在8 13. 5μπι范围内为理想黑体，而在其他范围内围理想反射体的情况时，辐射体辐射功率及天空投射到辐射体上的辐射功率与波长之间的关系图。
具体实施例方式以下实施例中的份均为重量份。实施例1、一种大气窗口区域高发射的透明隔热涂料，以重量计，透明隔热涂料的主料由如下组分组成聚丙烯酸酯乳液50份，纳米掺锑二氧化锡(粒径为5 60nm) 15份， 纳米莫来石粉体(粒径为5 60nm) 15份，作为阴离子型分散剂的六偏磷酸钠2份，作为非离子型分散剂的DP270分散剂4份，090消泡剂1份，作为增稠剂的羟乙基纤维素醚3份，作为流平剂的聚环氧丙烷1份，作为成膜助剂的醇酯-12 1份，作为防冻剂的丙二醇1份，蒸馏水7份。其制备方法为依次进行如下步骤1)、预混合在低速搅拌(300 400r/min)下按顺序加入蒸馏水7份、六偏磷酸钠2份、DP270 分散剂4份和090消泡剂0. 3份，充分搅拌均勻(搅拌30分钟)；2)、高速分散在步骤1)所得的混合物中依次加入纳米掺锑二氧化锡15份和纳米莫来石粉体15 份，搅拌均勻(搅拌30分钟)后，再加入羟乙基纤维素醚1份和090消泡剂0. 4份搅拌均勻(搅拌30分钟)，得色浆；将色浆置于高速分散机(3000 4000r/min)中分散30分钟。3)、在低速搅拌(300 400r/min)的状态下，将醇酯_12 1份、丙二醇1份以及聚环氧丙烷1份加入到聚丙烯酸酯乳液50份中；
4)、将步骤幻所得的分散后色浆加入步骤幻所得物中，然后低速搅拌(300 400r/min) 30分钟，搅拌过程中滴加剩余的090消泡剂0. 3份以及剩余的增稠剂(羟乙基纤维素醚)2份，并通过AMP-95调节PH至9，过滤(过400目筛网，目的是为了去除可能存在的杂质)，得大气窗口区域高发射的透明隔热涂料。实施例2、一种大气窗口高发射的透明隔热涂料，以重量计，透明隔热涂料的主料由如下组分组成苯丙乳液50份，掺氟二氧化锡(粒径为5 60nm) 15份，纳米莫来石粉体 (粒径为5 60nm) 15份，作为阴离子型分散剂的六偏磷酸钠2. 5份，作为非离子型分散剂的DP270分散剂5份，090消泡剂1份，作为增稠剂的羟乙基纤维素醚3份，作为流平剂的聚环氧丙烷1份，作为成膜助剂的醇酯-12 1份，作为防冻剂的丙二醇1份，蒸馏水6份。其制备方法为依次进行如下步骤1)、预混合在低速搅拌(300 400r/min)下按顺序加入蒸馏水6份、六偏磷酸钠2. 5份、 DP270分散剂5份和090消泡剂0. 3份，充分搅拌均勻(搅拌30分钟)；2)、高速分散在步骤1)所得的混合物中依次加入掺氟二氧化锡15份和纳米莫来石粉体15份， 搅拌均勻(搅拌30分钟)后，再加入羟乙基纤维素醚1份和090消泡剂0.4份搅拌均勻 (搅拌30分钟)，得色浆；将色浆置于高速分散机中分散30分钟(3000 4000r/min)。3)、在低速搅拌(300 400r/min)的状态下，将醇酯_12 1份、丙二醇1份以及聚环氧丙烷1份加入到苯丙乳液50份中；4)、将步骤幻所得的分散后色浆加入步骤幻所得物中，然后低速搅拌(300 400r/min) 30分钟，搅拌过程中滴加剩余的090消泡剂0. 3份以及剩余的增稠剂(羟乙基纤维素醚)2份，并通过AMP-95调节PH至9，过滤，得大气窗口区域高发射的透明隔热涂料。实施例3、一种大气窗口高发射的透明隔热涂料，以重量计，透明隔热涂料的主料由如下组分组成苯丙乳液50份，纳米氧化铟锡(粒径为5 60nm) 7份，纳米掺锑二氧化锡(粒径为5 60nm) 8份，纳米莫来石粉体(粒径为5 60nm) 15份，作为阴离子型分散剂的六偏磷酸钠2. 5份，作为非离子型分散剂的DP270分散剂5份，090消泡剂1份，作为增稠剂的羟乙基纤维素醚3份，作为流平剂的聚环氧丙烷0. 5份，作为成膜助剂的醇酯-12 1 份，作为防冻剂的丙二醇1份，蒸馏水6份。其制备方法为依次进行如下步骤1)、预混合在低速搅拌(300 400r/min)下按顺序加入蒸馏水6份、六偏磷酸钠2. 5份、 DP270分散剂5份和090消泡剂0. 3份，充分搅拌均勻(搅拌30分钟)；2)、高速分散在步骤1)所得的混合物中依次加入纳米掺锑二氧化锡8份、纳米氧化铟锡7份和纳米莫来石粉体15份，搅拌均勻(搅拌30分钟)后，再加入羟乙基纤维素醚1份和090 消泡剂0. 4份搅拌均勻(搅拌30分钟)，得色浆；将色浆置于高速分散机中分散30分钟 (3000 4000r/min)。3)、在低速搅拌(300 400r/min)的状态下，将醇酯_12 1份、丙二醇1份以及聚环氧丙烷0. 5份加入到苯丙乳液50份中；
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4)、将步骤幻所得的分散后色浆加入步骤幻所得物中，然后低速搅拌(300 400r/min) 30分钟，搅拌过程中滴加剩余的090消泡剂0. 3份以及剩余的增稠剂(羟乙基纤维素醚)2份，并通过AMP-95调节PH至9，过滤，得大气窗口区域高发射的透明隔热涂料。实施例4、一种大气窗口高发射的透明隔热涂料，以重量计，透明隔热涂料的主料由如下组分组成聚丙烯酸酯乳液50份，纳米掺锑二氧化锡(粒径为5 60nm) 15份，纳米莫来石粉体(粒径为5 60nm) 10份，纳米二氧化硅粉体(粒径为5 60nm) 5份，作为阴离子型分散剂的六偏磷酸钠2份，作为非离子型分散剂的DP270分散剂4份，090消泡剂1 份，作为增稠剂的羟乙基纤维素醚3份，作为流平剂的聚环氧丙烷1份，作为成膜助剂的醇酯-12 1份，作为防冻剂的丙二醇1份，蒸馏水7份。其制备方法为依次进行如下步骤1)、预混合在低速搅拌(300 400r/min)下按顺序加入蒸馏水7份、六偏磷酸钠2份、DP270 分散剂4份和090消泡剂0. 3份，充分搅拌均勻(搅拌30分钟)；2)、高速分散在步骤1)所得的混合物中依次加入纳米掺锑二氧化锡15份、纳米莫来石粉体10 份，纳米二氧化硅粉体5份，搅拌均勻(搅拌30分钟)后，再加入羟乙基纤维素醚1份和 090消泡剂0. 4份搅拌均勻(搅拌30分钟)，得色浆；将色浆置于高速分散机中分散30分钟(3000 4000r/min)。3)、在低速搅拌(300 400r/min)的状态下，将醇酯_12 1份、丙二醇1份以及聚环氧丙烷1份加入到聚丙烯酸酯乳液50份中；4)、将步骤幻所得的分散后色浆加入步骤幻所得物中，然后低速搅拌(300 400r/min) 30分钟，搅拌过程中滴加剩余的090消泡剂0. 3份以及剩余的增稠剂(羟乙基纤维素醚)2份，并通过AMP-95调节PH至9，过滤，得大气窗口区域高发射的透明隔热涂料。对比例1、一种大气窗口区域高发射的透明隔热涂料，以重量计，其透明隔热涂料的主料的组分中以15份的纳米掺锑二氧化锡替代15份的纳米莫来石粉体；即，纳米掺锑二氧化锡的总用量为30份；其余同实施例1。经紫外-可见-近红外分光光度计测试，实施例1、2、3、4所得透明隔热涂料制备的涂层的可见光透过率大于等于80%，波长1000-2500nm红外光区透过率小于10%，根据 JC/T235-2008标准进行测试，大气窗口区域全谱半球发射率大于等于0. 8。该透明隔热涂料均呈透明状，即，按照常规厚度涂抹于物体表面后，能透过此涂料层，看清物体。经紫外-可见-近红外分光光度计测试，对比例1所得透明隔热涂料制备的涂层的可见光透过率为80 % 85 %，波长1000-2500nm红外光区透过率小于10 %，根据JC/ T235-2008标准进行测试，大气窗口区域全谱半球发射率仅为0. 45。最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
权利要求
1.大气窗口区域高发射的透明隔热涂料，其特征在于透明隔热涂料的主料由以下重量份的成分组成聚合物乳液30 70份、纳米掺杂氧化物粉10 30份、大气窗口区高发射的纳米粉体2 30份、阴离子型分散剂1 10份、非离子型分散剂2 20份、消泡剂0. 5 2份、增稠剂0 5份、成膜助剂1 2份、防冻剂1 2份、流平剂1 2份和蒸馏水5 20份。
2.根据权利要求1所述的大气窗口区域高发射的透明隔热涂料，其特征是所述聚合物乳液为聚丙烯酸酯乳液、苯丙乳液或硅丙乳液。
3.根据权利要求2所述的大气窗口区域高发射的透明隔热涂料，其特征是所述纳米掺杂氧化物粉是粒径范围均为5 60nm掺锑二氧化锡、掺氟二氧化锡、掺镓氧化锌、掺铝氧化锌和氧化铟锡中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的大气窗口区域高发射的透明隔热涂料，其特征是所述大气窗口区域高发射的纳米粉体是粒径范围均为5 60nm的二氧化硅、莫来石粉体、碳化硅、氧化铝和铝硅酸盐中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的大气窗口区域高发射的透明隔热涂料，其特征是所述阴离子型分散剂为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠或聚合物型阴离子型分散剂；所述非离子型分散剂为分散剂DP270。
6.根据权利要求5所述的大气窗口区域高发射的透明隔热涂料，其特征是所述消泡剂为090消泡剂、SPA-202消泡剂、Dapro DF 7010消泡剂或磷酸三丁酯；所述增稠剂为羟乙基纤维素醚；所述成膜助剂为醇酯-12 ；所述防冻剂为丙二醇；所述流平剂为聚环氧丙烷。
7.如权利要求1 6中任意一种大气窗口区域高发射的透明隔热涂料的制备方法，其特征是依次包括以下步骤1)、在低速搅拌下按顺序加入蒸馏水、阴离子型分散剂、非离子型分散剂、25 35%的消泡剂充分搅拌均勻；2)、在步骤1)所得的混合物中依次加入纳米掺杂氧化物粉以及大气窗口区高发射的纳米粉体，搅拌均勻后，再加入1/2 1/4的增稠剂和35 45%的消泡剂搅拌均勻，得色浆；将色浆置于高速分散机中分散30分钟；3)、在低速搅拌的状态下，将成膜助剂、防冻剂以及流平剂加入到聚合物乳液中；4)、将步骤幻所得的分散后色浆加入步骤幻所得物中，然后低速搅拌，搅拌过程中滴加剩余消泡剂以及剩余的增稠剂，并用多功能助剂AMP-95调节PH至8. 5 9. 5，得大气窗口区域高发射的透明隔热涂料。
全文摘要
本发明公开了一种大气窗口区域高发射的透明隔热涂料，该透明隔热涂料的主料由以下重量份的成分组成聚合物乳液30～70份、纳米掺杂氧化物粉10～30份、大气窗口区高发射的纳米粉体2～30份、阴离子型分散剂1～10份、非离子型分散剂2～20份、消泡剂0.5～2份、增稠剂0～5份、成膜助剂1～2份、防冻剂1～2份、流平剂1～2份和蒸馏水5～20份。本发明还同时公开了上述透明隔热涂料的制备方法，包括将上述成分均匀搅拌后，用多功能助剂AMP-95调节pH至8.5～9.5，得大气窗口区域高发射的透明隔热涂料。该涂料在大气窗口区发射率较高，能实现有效散热。
文档编号C09D5/33GK102408806SQ201110343318
公开日2012年4月11日 申请日期2011年11月3日 优先权日2011年11月3日
发明者吕林一秀, 杨辉, 蔡伟炜, 郭兴忠 申请人:浙江大学