一种矿物辐射粉体的制备及在建筑隔热涂料中的应用的制作方法

本发明属于材料领域，尤其是建筑隔热水性涂料。

背景技术：

科学技术的进步与发展促使人类社会对能源需求量增加，但是与能源供给相对减少相矛盾，能源问题己成为制约制约了21世纪人类社会的可持续发展的严重障碍。目前，随着我国建筑业的快速发展，建筑能耗也相应增多。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。这种能源短缺和急需降耗的迫切现状将给低碳节能环保涂料带来巨大的商机。

涂刷在建筑物表面能起到隔热保温作用的涂料称为建筑隔热涂料。建筑隔热涂料根据隔热机理和隔热方式的不同被分为阻隔型隔热涂料、反射型隔热涂料和辐射型隔热涂料三类，与本发明有关的技术是辐射型隔热涂料。

辐射型隔热涂料是通过辐射的形式把建筑物吸收的太阳光和热量以热发射的形式以一定的波长发射到空气中，促使室内与室外以同样的速率降温，从而达到良好的隔热降温效果。辐射型隔热涂料由于原材料的选取和烧结工艺比较复杂，要想达到稳定的发射率还需进一步地深入研究。辐射隔热涂料所用的材料和其他涂料相似，也包括基料(颜料)、成膜物质、助剂等。这些材料都要求具有辐射功能，尤其是功能填料，其次是成膜物质。所以说，原料的选择以及填料的制备工艺是决定辐射隔热涂料性能的关键因素。

现有辐射隔热涂料的填料制备方法，一般是将具有辐射功能的各种原料直接混合或者经过一次性煅烧而成，这种方法制备的填料辐射率低，一般为0.7-0.8，由于一次性煅烧所产生的产物单一使得辐射波段范围小，限制了涂料的隔热效果，制备的涂料涂层达不到真正的隔热作用。因此国内还没有真正成熟的建筑隔热涂料，从而使得辐射型隔热涂料的研究在我国尚处于起步阶段

技术实现要素：

为了迎合辐射隔热涂料的需求，本发明提供一种红外辐射率可以高达0.94的矿物辐射粉体及其制备方法。

本发明同时提供由这种矿物辐射粉体制备的建筑隔热水性涂料。

为达到上述目的，本发明的矿物辐射粉体是由SiO₂，Al₂O₃，MgO，Fe₂O₃，ZnO，Cr₂O₃，Co₂O₃，Ni₂O₃和B₂O₃按比例混合后经900℃、1000℃、1250℃三次分阶段煅烧而成的，所制备的产物以缺陷尖晶石相为主，这种缺陷结构在较宽的波段内(2.5-25μm)辐射率达到0.94。

上述各组分的混合比例按照以下重量份进行：SiO₂：Al₂O₃：MgO：Fe₂O₃：ZnO：Cr₂O₃：Co₂O₃：Ni₂O₃：B₂O₃＝60:102:40:25:40.5:38.2:15.2:15:5。

本发明的矿物辐射粉体的详细制备方法为：

第一步：按照比例称取各组分，粒度在400±50目；

第二步：将各组分均匀混合后，压制成形，然后在900℃温度下烧结30分钟，之后30分钟升温到1000℃继续烧结30分钟，最后再次在30分钟升温到1250℃继续30分钟烧结即可。

将烧结完毕的试样抛光处理后，在红外辐射率测定仪上对红外辐射性能进行测定，辐射率达到0.94。

由上述矿物辐射粉体制备建筑隔热水性涂料的方法为：

第一步：配制浆料：先将矿物辐射粉体破碎研磨，加入高沸点成膜助剂及其它助剂包括分散剂、润湿剂、防霉剂、消泡剂等助剂和去离子水，配制成具有粘度的浆料。

第二步：制备涂料：把白浆分批慢速加入到乳液中，最后补充增稠剂调整初涂料的粘稠度，调整pH值，即得建筑隔热水性涂料成品。

上述成膜助剂优选高沸点成膜助剂DBE-IB和LOXANOL EFC 300。

本发明涂料的施工方法和现有水性涂料施工方法一样，均是采用涂布器涂覆。

下面说明本发明的优点：

1、本发明的填料采用三段阶梯式煅烧方式，随着热处理温度的升高，晶格结构不断发生变化，之所以利用分阶段进行烧结，有利于晶核生成和晶核长大，通过在不同的保温阶段，原子有充分的时间和空隙进行扩散迁移，在1250℃所产生的主要化合物为尖晶石相的物质，所添加的含过渡族金属离子的物质会在晶格位置上进行置换，引起尖晶石相内的八面体间隙大小发生变化，从而产生畸变，同时，Mg²⁺和Zn²⁺的半径相似，Zn²⁺可以代替部分Mg²⁺而固溶在镁铝尖晶石结构中，也会产生晶格畸变，主要的产物类型有(Mg,Zn,□)Fe₂O₄，(Mg,Zn,□)Al₂O₄，(Mg,Zn,□)Co₂O₄，(Mg,Zn,□)Cr₂O₄，(Mg,Zn,□)Ni₂O₄，其中，因为配方比例，决定了前两种的含量最高。

2、在1250℃时制备的试样，经过的红外辐射率测试，结果是0.94，从SEM图中，很明显可看出原来粉体产生熔融，进而在粒子间形成新相。例如：试样形成的产物：(Mg,Zn,□)Fe₂O₄和(Mg,Zn,□)Al₂O₄都是具有缺陷的尖晶石结构，杂质离子引起晶格的畸变，使得晶格振动对称性降低，而增加了极化振动的非简谐性，这引起了声子组合辐射，晶格畸变使得红外辐射率增强，红外辐射能力受掺杂的金属氧化物的影响。

3、本发明此法采用高沸点成膜助剂DBE-IB和LOXANOL 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0.1g/l。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，本发明方法使得涂层的辐射率得到提高，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。

附图说明

图1是本发明在900℃制备的粉体SEM照片；

图2是本发明在1000℃制备的粉体SEM照片；

图3是本发明在1250℃制备的粉体SEM照片；

图4是本发明涂层SEM照片；

图5是测定本发明涂层隔热效果的装置图。

图中：1-光源，2-涂层，3-上测温计，4-保温层，5-下测温计。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

第一步：首先制备矿物辐射粉体，原料配比见表一，单位为Kg；

表一

制备方法为:将表一中的各组分按比例均匀混合后，仍在20MPa压力下压制成形，然后在900℃温度下烧结30分钟，之后30分钟升温到1000℃继续烧结30分钟，最后再次在30分钟升温到1250℃继续30分钟即可。三次温度煅烧的粉体SEM照片见图1-3，从图1-3可以看出：随着煅烧温度的升高，晶格结构不断发生变化，在900℃，粉体粒子边沿开始熔化，空隙较大并且很明显，这种空洞是由于在压实过程所混入的空气造成的，可看出粒子间开始靠拢聚集，而温度上升到1000℃时。原有的整块粉体粒子变得不明显，熔融部分变大，进一步融合和聚集，粒子边界模糊，空隙进一步缩小，这是受到熔化部分的填充和挤压造成的。随着温度进一步上升，在1250℃时，边界基本消失，新型物质在粒子间形成，并且原来物相也基本消失了，几乎没有空隙，形成了整大块状物质(见图4涂层SEM照片)。

将制备的粉体抛利用IRE-2红外辐射测定仪对红外辐射性能进行测定，测试温度为50℃，测试波段区域为2.5～25m,，辐射率为0.94。在大气窗口(8-13μm)辐射率总保持着较高的辐射效果，甚至更高。

第二步：制备浆料

先将1250℃制备的红外辐射填料用ND-2行星球磨机破碎研磨、过200目筛，将高沸点成膜助剂DBE-IB和科宁公司产的无VOC成膜助剂LOXANOL EFC 300及其它助剂-分散剂、润湿剂、防霉剂、消泡剂等助剂(用量见下表2)同去离子水混合，并进行中高速搅拌(1500-2000rpm/min)，配制成具有(1000-1500)CP粘度的浆料；再补加部分增稠剂HEC和DSX3116及补充部分去离子水后，在(2500-3000)rpm/min转速下进行高速分散，进行研磨制成白浆，浆料粘度为：1500-1800CP，研磨和分散的总时间不低于1.5h。

第三步：制备涂料

把浆料分批慢速加入到苯丙乳液中，待前批加入的浆料经低速搅拌均匀后才可加入后一批的浆料，再继续低速(500rpm/min)搅拌均匀得初涂料。最后用补充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成品，经过滤、称量，按国家标准GB3186取样，按GB/T9755-2001检测主要各项性能。

附着力：1级；

硬度：5H；

粘度：1400-1600CP；

耐老化性：600小时无气泡剥落等现象；

耐水性：90小时无异常；

耐碱性：48小时无异常；

耐洗刷性：≥10000次；

粉化和变色：≤1级；

表干：≤1小时

施工和储存：正常；

表2配方比例(单位：Kg)

为了验证本发明涂层的隔热效果，将本发明的涂料用75mQTG涂布器在玻璃板上涂膜，厚度要均匀一致，大小一定，室温放置待完全实干后，在自制隔热测定装置进行隔热性测定，测定三次，取平均值，评价隔热效果。

隔热装置图见图5，图中纸盒的尺寸为150mm×145mm×75mm，纸盒壁厚为4mm，盒体以泡沫塑料保温层4包裹，厚度为15mm。

隔热测定步骤：将涂层2(厚75m)向上置于盒上部，将热测温仪的上测温计3和下测温计5测温计探头分别紧密置于涂层和样品玻璃的背面处和盒的中部，离探头1cm处用0.5cm，宽1.5cm长透明胶带贴住，在盒壁上用绝缘胶带固定，盒上方40cm处固定以250W碘钨灯1模拟太阳光源进行加热(碘钨灯的光谱类似太阳光谱)，热流沿向下一维方向传播，一段时间后建立热平衡。

每隔一定时间后，观察样品的温度，并与空白玻璃做比较，选好起始时间，分别纪录样品玻璃背面和箱内温度，求得与空白玻璃相应的温差，分析其隔热效果：结论为：涂层玻璃背面和箱内中间位置温度在前40分钟温差变大并且变化较快，达到50分钟后温差稳定下来，温度达平衡，与箱中相比，涂层玻璃背面温差较大，可达9℃，可见隔热效果明显，由于箱内隔热材料和内部空气热容消耗掉部分热量，因而箱内中间位置温度低，同样温差也小，达5℃。