一种溶剂型智能温控涂料组合物及其制备方法和应用与流程

本发明涉及一种高硬度的具有智能温控功能的溶剂型透明隔热涂料组合物，尤其涉及到含有氧化钒粉体的透明隔热涂料的制备方法。
背景技术：
：随着全球非再生能源尤其是石油和煤的日益枯竭，节能越来越受到全世界的关注。大面积采用玻璃窗和玻璃幕墙，使得建筑能耗占社会总能耗的比例随之大大增加。我国建筑能耗在社会总能耗中所占比例已达30％。根据预测，在未来很短时间内，我国建筑能耗将增长至35％以上。建筑节能已经成为我国乃至世界各国共同关注的重大课题，是经济社会可持续发展的重要保障。除此之外，随着人们生活水平的提升，汽车的普及率也越来越高，除了对石油等不可再生资源的大量消耗外，所带来的环境污染给社会的影响逐渐明显，比如今年大家都关注的霾的问题，一部分原因是汽车尾气。玻璃窗作为人类生活区与外界之间能量交换的主要通道，对节能起着决定性的作用。普通建筑大约有40％的热量是通过窗户和外界进行的，而对于汽车和大幕墙来说，其所占比例会更高。但是随着人们越来越高的对生活质量的需求，窗户面积在建筑等生活区域所占的比重将越来越高，如何在不影响玻璃窗户采光度的情况下降低通过窗户产生的能源消耗成为节能和环保的重点。氧化钒智能窗这一特性受到广泛关注，相对于采用纯相二氧化钒物理或者化学镀膜的工艺，将二氧化钒纳米粉体分散到成膜介质中，涂膜后获得智能温控涂层是一种高效实用的智能膜制备方法。cn103073943a授权专利公开了一种二氧化钒智能温控涂层，通过将二氧化钒纳米粉体改性后分散到水性成膜剂中后经过涂覆获得了一种涂层，其具有较高的可见光透过率，同时几乎可以完全屏蔽紫外线，同时能对太阳光中能量较高的红外线进行智能调节，同时涂层外观透明光亮，耐老化，防水，附着力好，耐洗刷性强。具有很好的实用性，但不足之处在于水性成膜剂容易吸附水，对二氧化钒耐候性有一定的影响，同时其强度也比较低，实际应用中涂层需要封装在聚合物膜中进行保护。公开号cn101265374a和cn103992706a的专利都公开了一种基于二氧化钒材料的智能温控隔热涂料及其制备工艺。其方法中涉及到1)引入红外阻隔材料以提高红外阻隔能力，2)引入高硬度材料提升涂层的耐磨性，拥有良好的隔热效果和耐磨性。但是红外阻隔率的提升也降低的涂层对太阳能的智能调节能力，多种功能粉体的分散也增加了工艺难度。具有良好耐候性，低成本且能直接应用于玻璃表面的二氧化钒智能涂层材料依旧是该领域需要解决的关键问题。技术实现要素：针对上述问题，本发明的目的在于提供一种具有智能温控功能的溶剂型透明隔热涂料组合物及其制备方法。一方面，本发明提供了溶剂型智能温控涂料组合物，所述溶剂型智能温控涂料包括40-60wt％成膜物、1-4wt％纳米氧化钒粉体、0.05-3％wt分散剂、0.05-1wt％流平剂和40-70wt％成膜助剂，各组分质量百分数之和为100％，所述成膜物为改性有机硅树脂，所述成膜助剂为无水乙醇、异丙醇、正丁醇、乙酸乙酯中的至少一种。二氧化钒是一种典型的热致相变材料，随着环境温度的变化其自身光学性能也随发生较为明显的变化。当环境温度低于其相变温度时，它呈单斜相，对红外区阻碍较小；当环境温度高于相变温度时，呈金红石相，对红外区光阻碍较大。利用这一性能，二氧化钒所做薄膜可以实现自动感应环境温度，对太阳能中起加热作用的近红外光进行智能调控，在室内温度高的时候阻隔太阳热进入室内，在室内温度低的时候允许太阳热进入室内，实现太阳热的高效利用，降低维持室内温度的能耗，实现节能减排。本发明使用具有高耐磨性的溶剂型改性有机硅树脂，对二氧化钒材料进行隔水保护，同时成膜后膜层具有很高的强度和硬度(成膜后具有4h以上的硬度)，可以直接涂覆于玻璃等透明基底表面，具有良好的耐候性和耐磨性。较佳地，所述改性有机硅树脂为聚酯改性有机硅树脂、酚醛改性有机硅树脂中的至少一种，其固含量为30-50％，溶剂为乙醇、正丁醇、丙二醇甲醚等中至少一种。较佳地，所述溶剂型智能温控涂料组合物中的纳米氧化钒粉体的粒径为＜400nm。较佳地，所述分散剂为双生硅氧烷(twin4200)、有机硅烷偶联剂(kh570)、聚羧酸铵盐型分散剂(sn5029)中的至少一种。较佳地，所述流平剂为聚醚改性有机硅(byk333)、改性聚二甲基硅氧烷、丙烯酸类流平剂中的至少一种。另一方面，本发明提供了一种上述溶剂型智能温控涂料组合物的制备方法，按照重量百分比将所述成膜剂、纳米氧化钒粉体和成膜助剂均匀混合后超声处理，再加入所述分散剂、流平剂进行球磨混合得到所述溶剂型智能温控涂料组合物。本发明还提供了一种溶剂型智能温控薄膜，是由上述溶剂型智能温控涂料组合物通过旋涂法或线棒法施于透明基底上烘干并冷却至室温后制得。较佳地，所述烘干为在150-200℃下保温20-50分钟。本发明所获得的涂料涂膜后得到的溶剂型智能温控薄膜在可见光透过率40％以上 时，涂膜在相变前后对太阳能透过率差值在6％以上。本发明的可应用于对太阳能透过或反射有调节需求的领域，包括但不仅限于汽车及建筑的窗户，玻璃幕墙，反射镜等。技术优点是：制备工艺简单、成本低廉、膜层太阳能调控效率高、涂层硬度较高(一般可达到3h以上)，涂层耐候性好，有工业化生产的前景。附图说明图1为实施例1制备的智能调控涂料的sem图；图2为实施例1制备的溶剂型智能温控薄膜在高温(100℃左右)和低温时(20℃左右)的紫外-可见-近红外透过光谱。具体实施方式以下通过下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。本发明在强化的有机硅树脂的溶液(溶剂可选溶剂型溶液同时作为成膜助剂，可使溶剂型有机硅树脂充分溶解，例如可为无水乙醇、异丙醇、正丁醇、乙酸乙酯中的至少一种)中掺入二氧化钒纳米材料，并加入分散剂(例如，twin4200、kh570、sn5029)和流平剂(例如，byk333、改性聚二甲基硅氧烷、丙烯酸类流平剂)在涂料中，使二氧化钒粉体有良好的分散效果，保证涂膜后能够有良好的智能调节能力。本发明中的制备方法工艺简单，成本较低，并且绿色环保无毒害，适用于工厂大规模生产。以下示例性地说明本发明提供的溶剂型智能温控涂料的制备方法。按照重量百分比将成膜物(改性有机硅树脂)、纳米氧化钒粉体、流平剂和成膜助剂(溶剂型溶剂，例如无水乙醇、异丙醇、正丁醇、乙酸乙酯)均匀混合后超声处理，再加入分散剂、流平剂进行球磨混合得到所述溶剂型智能温控涂料。其中纳米氧化钒粉体随环境温度变化发生半导体-金属相变，相变过程中焓值变化10-55j/g，分散后粒径(包括团聚粒子)小于400nm。本发明将溶剂型智能温控涂料通过旋涂法或线棒法涂覆于透明基底上烘干并冷却至室温后制得溶剂型智能温控薄膜。其中，所述烘干为在150-200℃下保温20-50分钟。本发明通过铅笔硬度计测量薄膜硬度。通过紫外-可见-近红外分光光度计测量薄膜雾度、薄膜高温及低温时可见光透过率，并通过积分法计算得到薄膜的调控效率。下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参 数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。实施例1本实验方式中溶剂型智能温控涂料的制备方法是按下述步骤进行的：将0.18g纳米二氧化钒(3％)和2.75g正丁醇加入3g的聚酯改性有机硅树脂中，置于常温超声机内功率50khz超声0.5h，再加入0.06g分散剂twin4200和0.01gbyk333搅拌均匀，最后以2500r/min左右的速度开始球磨数小时，最终获得溶剂型智能温控涂料。透明隔热涂层的制备方法：首先将玻璃基底依次在去离子水、丙酮、酒精中超声十分钟，清洗干净后，将基底置于旋涂机以2000r/min的速度涂膜，之后置于烘箱中升温至170℃后保温0.5h，冷却至室温，待用；本实验方式产品的主要性能参数：项目性能容器中的状态无硬块，搅拌后呈均匀状低温稳定性不变质涂膜外观正常烘干温度150-200℃烘干时间20-50min硬度3h以上涂层雾度(％)≤5调控效率(％)≥13高温时可见光区透过率t(％)≥40低温区可见光区透过率t(％)≥40当前第1页12