专利名称：一种隔热自洁的透明氟碳涂料制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种具备隔热、自洁、耐候等功能的透明氟碳涂料其制备エ艺与应用，尤其是涉及ー种纳米氧化锡锑(ATO)和锐钛矿型纳米ニ氧化钛(TiO2)改性氟碳涂料及其制备エ艺与应用。
背景技术：
随着国民经济和现代科学技术的发展，节能和环保受到了人们越来越多的关注。普通玻璃虽然透明性好，但是对红外线的隔绝不够，给许多需要隔绝热辐射的场合带来巨大的能量损失。为节约能源，人们采取了使用金属镀膜热反射玻璃和各种热反射贴膜等产品，用以反射部分太阳光中的能量从而达到隔热降温的目的。但是这些产品有的隔热效果 不佳，有的透光率较低，有的则需要昂贵的设备，エ艺条件的控制也很复杂，不利于向市场大面积推广。因此，市场急需一种性价比高的透明隔热涂料来解决这ー关键问题。透明隔热涂料基于这种需求，最近发展起来的一种在可见光区具有透明性，在红外光区极高的阻隔率的涂料。它利用新兴纳米材料中ー些粉体对可见光良好的透过率及对红外光区极高的反射率来达到透明、隔热的目的。用新型纳米材料做粉体分散成亚纳米或纳米浆料，并将这些浆料添加到具有良好涂料基体中，从而得到具有一定智能功能的透明隔热涂料。将该涂料施于建筑物的窗户，既不会影响室内的采光，而且可以适当降低空调负荷，达到节能的目的，这对缓解能源危急和維持社会的可持续发展具有重要的意义。在纳米隔热涂料制备开发方面，美国和日本对透明隔热纳米涂料的开发研究起步较早，处于世界前列，其研究结果多以专利形式公布。美国的纳米相技术公司于2000年上半年用物理气相合成方法制备了粒径在11 一44 nm的纳米氧化铟锡(ITO)粉体，并制得了稳定分散的纳米氧化铟锡粉体(IT0)浆料，该浆料可直接应用于涂料中，但其价格较高，每公斤售价达到2000美元。Takeda等通过在树脂基体中掺入ATO，ITO或LaB6,制备了能够阻隔太阳能热辐射的涂膜，该涂膜在可见光区具有高透过率，在近红外区具有低透光率。海卫系统公司生产的含有纳米Al2O3的耐磨透明涂料，研究表明该透明涂料的耐磨性是传统涂料的4倍，且该涂料还有隔热和耐化学腐蚀性能，可作飞机座舱盖、轿车玻璃和建筑物玻璃的保护涂层，但其隔热效果和透明性能还有待进ー步提高。Barth等采用重量比为30%ATO与高分子粘结剂混合获得光学活化膜，在波长为700 1000 nm范围内测试发现该复合膜可见光透过率(VLT)不低于50%，总太阳能反射率(TSER)不低于35%。国内，有关纳米透明隔热涂料的研究起步较晩，目前主要集中在ー些科研院所。南京エ业大学赵石林等研究了含纳米Ti02、ATO、ITO的透明隔热涂料，并取得了一定的成绩，其对可见光的透过率达75%，对红外线的阻隔率可达72%。江苏晨光涂料有限公司开发出的玻璃纳米透明隔热涂料，其透光率在可见光区达75%以上，红外屏蔽率高于61%，并在中央电视台节能改造工程主楼2 000时的窗玻璃上使用，可节能20%— 30%。上海沪正纳米科技有限公司也有水性和油性透明隔热涂料出现在市场上。据报道，其可见光透过率为759^89%，紫外线屏蔽率95%，红外阻隔率高于75%，对比温差达6°C °C。目前，国内从事ATO等纳米粉体及其分散液制备和纳米隔热涂料制备的公司越来越多，为隔热涂料的发展奠定了很好的产业化基础。但上述纳米透明隔热涂料还存在许多问题
(1)、纳米材料的不稳定性是纳米涂料发展的最大障碍，为此还要进ー步加强对无机纳米材料的分散、稳定性及其表面处理技术的研究，探索纳米材料与涂料间的相互作用机理，开发高效新型分散、稳定剂，以提高纳米材料在涂料中的改性效果；
(2)、由于纳米材料具有与传统材料不同的光、热、磁等性能，它与材料的相容性及其副作用如光降解高聚物等还有必要作更ー步的研究；
(3)、玻璃上应用的透明涂料要求具有较高的光透射率、耐磨性、耐候性、抗污染和自洁 性能等。目前的透明涂料还难于达到这些要求，所以离市场化还有一段距离，还没有出现比较大規模的エ业化透明隔热涂料产品。因而需要发展ー种新型的性能优越的纳米氟碳透明涂料，以克服以往开发的透明隔热涂料虽有隔热性但透明性差，或虽透明但隔热性差的缺点，使其透明度高的同时也兼备较佳的隔热性。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种隔热自洁的透明氟碳涂料制备エ艺，提供ー种应用于玻璃门窗以及玻璃幕墙的，同时兼具优良的隔热性、透明性以及自洁性能，具有耐候性好、生产エ艺简单易行，施工方便，生产成本低的玻璃涂料及其制备エ艺。本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现
一种隔热自洁的透明氟碳涂料制备エ艺，包括两种不同配方，在配方一中，其配方中各成分配比为(质量百分比)水性氟碳乳液50% 75%、纳米氧化锡锑0. 5% 4%、锐钛矿型纳米TiO2 :0. 1% 1%、成膜助剂醇脂12 3% 6%，润湿剂:0. 1% 1%、分散剂:0. 1% 1%、流平剂:0. 1% 1%、增稠剂:0. 1% 1%、消泡剂:0. 1% 1%、去离子水30% 45%o在配方ニ中，其配方中各成分配比为(质量百分比)水性氟碳乳液和硅丙乳液(或苯丙乳液)混合乳液50% 75%、纳米氧化锡锑0. 5% 4%、锐钛矿型纳米TiO2 :0. 1% 1%、成膜助剂醇脂12 :3% 6%、润湿剂:0. 1% 1%、分散剂:0. 1% 1%、流平剂:0. 1% 1%、增稠剂:0. 1% 1%、消泡剂:0. 1% 1%、去离子水30% 45%o而本发明中的制备エ艺则是基于上述两种配方，并通过以下技术方案实现的该涂料是用耐候性优异的氟碳乳液或者氟碳乳液和苯丙乳液混合或者氟碳乳液和硅丙乳液混合做成膜物质，用自制的含纳米氧化锡铺(ATO)和锐钛矿型纳米TiO2两种功能纳米材料的水性浆料做浆料，在各种助剂下复合制得。其具体具体包括以下两种操作步骤
稳定水性纳米浆料的制备按配方比例称量所需的锐钛矿型纳米TiO2和纳米氧化锡锑(ATO)以及去离子水，加入分散桶中，ー边低速搅拌ー边依次加入所需的润湿剂，分散剂和消泡剂。用氨水调节pH=8 9，然后以800 1100转/分钟剪切分散30 40分钟，得到预分散液，再将预分散液进行砂磨、和超声分散，即得到稳定的水性纳米功能浆料。隔热、自洁、耐候、透明氟碳涂料的制备按配方比例称取水性氟碳乳液，或者水性氟碳乳液和苯丙乳液，或者水性氟碳乳液和硅丙乳液，依次加入成膜助剂、增稠剂、消泡齐U、流平剂等以及上述制备好水性纳米功能浆料。然后以800 1100转/分钟剪切分散I I. 5小时，即得自洁、耐候的透明隔热氟碳涂料。本发明ー种隔热自洁的透明氟碳涂料制备エ艺所述的自制水性浆料所含的功能材料为纳米氧化锡锑(ATO)和锐钛矿型纳米TiO2,主要实现隔热和自洁作用，这两种功能材料的质量之和为自洁、耐候的透明隔热氟碳涂料总质量的I 5%。在本发明中，所用的乳液成膜物质为氟碳乳液，或者氟碳乳液与苯丙乳液的混合乳液，或者氟碳乳液与硅丙乳液的混合乳液，且混合乳液的所占涂料总质量的比例为50 75% ;所用的成膜助剂为醇脂12，且所占涂料总质量的比例为4 6%。在本发明的成品中，所含纳米氧化锡锑(ATO)的量为0. 5 4%，锐钛矿型纳米TiO2的量为0. I 1%，这两种功能材料的总量为隔热氟碳涂料总量的0. 6 5%。其优选方案中所含纳米氧化锡锑(ATO)的量为I 2. 5%，锐钛矿型纳米TiO2的量为0. 2 0. 5%，这两种功能材料的总量为隔热氟碳涂料总量的I. 2 3%。本发明具有的优点在于
1.用本发明的生产的涂料涂在洁净的玻璃上，其膜层无需烘干，即可自行干燥，生产エ艺简单易行，施工方便；
2.本发明克服了以往开发的透明隔热涂料虽有隔热性但透明性差，或虽透明但隔热性差的缺点，将两者的优点集于一身，且对应的可见光透过率较高，在70%以上；
3.使用本发明生产的自洁、耐候的透明隔热氟碳涂料不需要昂贵的设备投资，生产简单易行，经济效益明显提高。其次，生产出的涂膜玻璃价格相对中空的双层玻璃、真空玻璃、Iow-E玻璃等要低很多；
4.玻璃表面光滑平整可视性好，用线棒涂布器将隔热涂料涂于干净的玻璃表面，涂料能够自动流平，表面平整光滑，透过玻璃看物体也比较清楚；
5.使用本发明之自洁、耐候的透明隔热氟碳涂料涂装后玻璃具有良好的自清洁性能，耐沾污和耐洗刷性能，良好的耐候性、耐化学腐蚀性等优点。
图I为实施例1-3制备的涂膜玻璃的透过率曲线图。图2为实施例I制备的涂膜玻璃的隔热效果图。图3为实施例2制备的涂膜玻璃的隔热效果图。图4为实施例3制备的涂膜玻璃的隔热效果图。图5纳米氧化锡锑和纳米ニ氧化钛TiO2在涂料中分散的电镜图。
具体实施例方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进ー步阐述本发明。
在实施例一中，采用的组分以及配比(重量份，以ー百单位算)为水性氟碳乳液和苯丙乳液混合乳液70単位、纳米氧化锡锑I単位、锐钛矿型纳米TiO2 :0. 2単位、成膜助剂醇酯12 4单位、润湿剂:0. I単位、分散剂:0. 2单位、流平剂:0. I单位、增稠剂:0. I単位、消泡剂0. I単位，其余量均为去离子水。
在上述实施例中的透明隔热氟碳涂料的制备工艺，其具体步骤如下
稳定水性纳米浆料的制备本实施例采用的自制的水性纳米功能浆料组分以及配比(重量份)为纳米氧化锡锑20单位、锐钛矿型纳米TiO2 4单位、润湿剂1单位、分散剂2单位、消泡剂1单位、去离 子水-J2单位。按以上配方比例称量所需的锐钛矿型纳米打02和纳米氧化锡锑(ATO)以及去离子水中，加入分散桶中，一边低速搅拌一边依次加入所需的润湿剂，分散剂和消泡剂。用氨水调节PH至8，然后以1000转/分钟的速度剪切分散30分钟，得到预分散液，再将预分散液进行砂磨2小时，用然后超声分散15分钟，静置2小时后过滤，即得到含纳米氧化锡锑(ATO)20%，其中，含锐钛矿型纳米TiO2为4%的稳定水性纳米功能浆料。功能性氟碳涂料的制备本实施例中，对氟碳涂料的组分以及配比(重量份)为冰性氟碳乳液和娃丙乳液混合乳液70单位、上述自制的水性纳米衆料5单位、成膜助剂醇酯12 :4单位、流平剂0. I单位、增稠剂0. I单位、消泡剂0. I单位、去离子水20. 7单位。按配方比例称取水性氟碳乳液和苯丙乳液投入干净的不锈钢分散釜中，在开动搅拌，在500转/分钟的速度下剪切分散，依次加入所需的去离子水，成膜助剂醇醋12、流平齐U、消泡剂、增稠剂等助剂，低速剪切分散20分钟后，再加入所需的上述制备好水性纳米功能浆料。加快搅拌以1000转/分钟剪切分散I小时，静置2小时后过滤，即制得含纳米氧化锡锑(ATO) 1%，含锐钛矿型纳米TiO2为0. 2%的本发明所述的功能性氟碳涂料的成品。对本实施例中制备的涂料涂层进行各种性能测试
a.隔热性能试验方法隔热性能的试验装置是参照1976年美国军标MIL-E—46136(A)提供的标准设计改进后的自制隔热箱装置，附图I所示，箱内为中空，周边聚苯乙烯泡沫的厚度为10 mm ;试验步骤如下
采用两个相同的透明材料隔热性能检测装置，在箱体上的检测板材分别选用涂有隔热透明涂料的检测玻璃和普通透明玻璃；保持室内和箱体内具有恒定的室温温度t0的初始状态，同时开启两盏灯，记录两边箱体温度随时间的变化。b.透光性测量方法将制得的透明隔热涂料，用50 mm线棒涂布器涂布于25. 4*76. 21mm规格的载玻片上，米用紫外一可见分光光度计测试，扫描波长从300-1000nm。按GB / T 268-1994标准测试并计算涂膜玻璃的可见光透过率。c.涂料的自清洁性能测定配制甲基红的饱和乙醇溶液，用毛刷轻轻涂抹于漆膜表面，然后放置在紫外灯箱内室温情况下照射。实验发现，用研制的自洁、耐候的透明隔热氟碳涂料制成的涂膜在紫外光的照射下，效果比较明显。测试结果表明在实施例一中，自洁、耐候的透明隔热氟碳涂料的涂膜玻璃箱内的温度比普通透明玻璃箱内的温度低3 4°C。可见光平均透过率为84%。同时，原来非常醒目的甲基红溶液红色经四天照射后几乎褪去，然后继续照射，颜色完全消失，说明光催化降解作用在初期就发生，漆膜表面残余的颜色在中等水流下可以完全洗净，与空白试样相比，几乎没有差别。而在其他性能检测按照国家标准，实验测定了涂层的以下各种性能，由表中可以看出，所制备的隔热、自洁、耐候、透明氟碳涂料对玻璃的附着力好，具有很好的耐水性和耐碱性，经500 h人工气候老化性试验，漆膜基本无变化，综合性能优异，可以用于玻璃表面的涂装。
其具体检测结果列表可表述为。
表I :实施例一的功能性氟碳涂料成品的其他各项性能指标列表
权利要求
1.一种隔热自洁的透明氟碳涂料制备工艺，其特征在于，包括两种不同配方 在配方一中，其配方中各成分配比为(质量百分比)水性氟碳乳液50% 75%、纳米氧化锡锑:0. 5% 4%、锐钛矿型纳米TiO2 :0. 1% 1%、成膜助剂醇脂12 3% 6%，润湿剂0.1% 1%、分散剂:0. 1% 1%、流平剂:0. 1% 1%、增稠剂:0. 1% 1%、消泡剂:0. 1% 1%、去尚子水30% 45% ； 在配方二中，其配方中各成分配比为(质量百分比)水性氟碳乳液和硅丙乳液(或苯丙乳液)混合乳液50% 75%、纳米氧化锡锑0. 5% 4%、锐钛矿型纳米TiO2 :0. 1% 1%、成膜助剂醇脂12 3% 6%、润湿剂:0. 1% 1%、分散剂:0. 1% 1%、流平剂:0. 1% 1%、增稠剂:0. 1% 1%、消泡剂:0. 1% 1%、去离子水30% 45% ； 而制备工艺则是基于上述两种配方用耐候性优异的氟碳乳液或者氟碳乳液和苯丙乳液混合或者氟碳乳液和硅丙乳液混合做成膜物质，用自制的含纳米氧化锡锑(ATO)和锐钛矿型纳米TiO2两种功能纳米材料的水性衆料做衆料,在各种助剂下复合制得。
2.根据权利要求I所述的一种隔热自洁的透明氟碳涂料制备工艺，其特征在于，其具体具体包括以下两种操作步骤 稳定水性纳米浆料的制备按配方比例称量所需的锐钛矿型纳米1102和纳米氧化锡锑(ATO)以及去离子水，加入分散桶中，一边低速搅拌一边依次加入所需的润湿剂，分散剂和消泡剂，用氨水调节pH=8 9，然后以800 1100转/分钟剪切分散30 40分钟，得到预分散液，再将预分散液进行砂磨、和超声分散，即得到稳定的水性纳米功能浆料； 隔热、自洁、耐候、透明氟碳涂料的制备按配方比例称取水性氟碳乳液，或者水性氟碳乳液和苯丙乳液，或者水性氟碳乳液和硅丙乳液，依次加入成膜助剂、增稠剂、消泡剂、流平剂等以及上述制备好水性纳米功能浆料，然后以800 1100转/分钟剪切分散I I. 5小时，即得自洁、耐候的透明隔热氟碳涂料。
3.根据权利要求I所述的一种隔热自洁的透明氟碳涂料制备工艺，其特征在于，所述乳液成膜物质为氟碳乳液，或者氟碳乳液与苯丙乳液的混合乳液，或者氟碳乳液与硅丙乳液的混合乳液，且混合乳液的所占涂料总质量的比例为50 75% ;所用的成膜助剂为醇脂12，且所占涂料总质量的比例为4 6%。
4.根据权利要求I所述的一种隔热自洁的透明氟碳涂料制备工艺，其特征在于，其成品中所含纳米氧化锡锑的量为0. 5 4%，锐钛矿型纳米TiO2的量为0. I 1%，这两种功能材料的总量为成品总量的0. 6 5%。
5.根据权利要求I所述的一种隔热自洁的透明氟碳涂料制备工艺，其特征在于，其成品中所含纳米氧化锡锑的量为I 2. 5%，锐钛矿型纳米TiO2的量为0. 2 0. 5%，这两种功能材料的总量为成品总量的I. 2 3%。
全文摘要
本发明公开了一种具备隔热、自洁、耐候、透明等多种功能的功能性氟碳涂料的制备工艺，该涂料是将锐钛矿型纳米TiO2和纳米氧化锡锑(ATO)制成稳定的水性浆料，在各种助剂的作用下，添加到氟碳乳液或者氟碳乳液和硅丙乳液(苯丙乳液)混合乳液中，其助剂主要有成膜助剂，润湿剂，分散剂，增稠剂，消泡剂等，其余部分为去离子水。本发明还包括制备稳定的锐钛矿型纳米TiO2和纳米氧化锡锑(ATO)浆料工艺。使用本发明之透明隔热氟碳涂料涂装后的玻璃具有良好的透明隔热效果(透光率达到70～85%，所用样品玻璃的透光率为91%)，自清洁性能和耐洗刷性能，良好的耐候性等特点。
文档编号C09D7/14GK102702877SQ20121014947
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月15日 优先权日2012年5月15日
发明者何晓梅, 余刚, 胡波年, 陆先德 申请人:湖南大学, 湖南工学院