一种高透稀土纳米复合隔热涂料及其制备方法和应用与流程

本发明属于节能环保材料领域，尤其是涉及一种高透稀土纳米复合隔热涂料及其制备方法和应用。

背景技术：

近年来，能源紧张的问题越来越受到重视，节能减排已成为时代的主旋律。据统计全球温室气体排放近1/3与建筑能耗有关。对于建筑物窗口、顶棚、汽车窗户等大量使用玻璃的场合，光的热辐射将会导致能耗大幅度增加。市场上的隔热产品如中空玻璃、low-e玻璃等，但造价昂贵，隔热效果不佳，玻璃更换难度大，市场亦很难推广。目前解决的方法主要有无机功能材料如ito(氧化铟锡)、ato(氧化锡锑)等为助剂的隔热涂料，但其隔热材料的隔热效果及耐候性均有待提高。

目前国内外对透明隔热涂料已有一些研究成果。通过专利检索，pct国际申请wo2018103063(一种纳米ato透明隔热节能玻璃涂层的制作工艺)将纳米ato分散于水性树脂中形成隔热涂料，但其对纳米材料分散性和相容性要求高，且隔热效果有限。申请号为cn201710243083.0的中国专利“一种玻璃透明隔热纳米涂料及其制备方法”以纳米ato—稀土—多晶硅为隔热助剂，但隔热效果非常有限；申请号为cn201610979211.3的中国专利“水性可剥离透明隔热玻璃涂料及其制备方法”采用水性纳米ato和ito复合隔热浆料，其成本太高，且混合浆料极易发生团聚现象。申请号为cn201710709405.6的中国专利“一种透明纳米隔热涂料”，采用纳米ato和氧化钨为隔热助剂，其成本太高，且耐候性较差。申请号为cn201721118368.3的中国专利“一种隔热节能玻璃”，其包括外层玻璃和内层玻璃，两层玻璃间隔一段距离且二者之间形成隔热腔，外层玻璃包括一层含纳米氧化钨和/或纳米氧化锡锑隔热粉体的隔热层，其工艺复杂，要求苛刻。因此，一种新型的效果显著、性能稳定、成本低廉、透过率高且便于涂刷应用推广的隔热涂料的发明十分必要。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种高透稀土纳米复合隔热涂料，以克服现有技术的缺陷，性质稳定，耐候性强，隔热效果好，成本低廉且应用便捷。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种高透稀土纳米复合隔热涂料，包括以下重量份的各组分：稀土纳米复合隔热浆料15-30份，有机硅树脂20-30份，聚氨酯改性环氧树脂树脂10-20份，透明空心玻璃微珠3-15份，稀释剂30-50份，成膜助剂0.3-1.1份。

优选的，所述稀土纳米复合隔热浆料包括以下重量份的各组分：稀土硼化物5-30份，铯钨青铜粉1-15份，分散剂0.06-2.25份，分散介质100份。

优选的，所述稀土硼化物为六硼化镨、六硼化镝、六硼化镧、六硼化铈、六硼化铷、六硼化镱、六硼化铕、六硼化钇中的一种。

优选的，稀土纳米复合隔热浆料的平均粒径在10-100nm之间

优选的，所述分散剂为聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、四丙基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、乙二胺、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、木质素磺酸钠、聚醚改性硅油、改性丙烯酸酯共聚物、硅烷偶联剂kh550、硅烷偶联剂kh560、硅烷偶联剂kh570、硅烷偶联剂kh792中的一种或两种以上。

优选的，所述分散介质为去离子水、乙醇、叔丁醇、丙酮、二异丁基酮、甲基异丁基酮、乙酸乙酯、丙二醇甲醚醋酸酯、环己烷、甲苯中的一种或两种。

优选的，所述有机硅树脂为si-100、si-400、psi-050、psi-060、acr902、acr-903、acr-904a中的一种或两种以上。

优选的，所述稀释剂为丙二醇甲醚、异丙醇、乙醇、丁醇、仲丁醇、丙酮、乙酸丁酯、乙酸乙酯中的一种或两种以上。

优选的，所述成膜助剂包括消泡剂、流平剂和催干剂。

优选的，消泡剂、流平剂和催干剂三者的重量比为(1-3)：(1-4)：(1-4)。

进一步优选的，所述消泡剂为有机硅消泡剂。

优选的，所述流平剂为byk-323、byk-331、byk-333、byk310、byk-361n中的一种或两种以上。

优选的，所述催干剂为二月桂酸二丁基锡、环烷酸钴、异辛酸锆、异辛酸钴中的一种或两种以上。

本发明的另一目的在于提出一种高透稀土纳米复合隔热涂料的制备方法，以制备上述高透稀土纳米复合隔热涂料。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种高透稀土纳米复合隔热涂料的制备方法，包括制备稀土纳米复合隔热浆料的步骤，以及向纳米复合隔热浆料中加入有机硅树脂、聚氨酯改性环氧树脂、透明空心玻璃微珠、稀释剂和成膜助剂，搅拌均匀并超声分散，得到高透稀土纳米复合隔热涂料的步骤。

优选的，所述稀土纳米复合隔热浆料的制备方法为：以稀土硼化物为基础材料，与铯钨青铜粉搅拌混合后，再与分散剂充分混合于分散介质中得到分散液，随后将分散液砂磨并超声后制备出分散均匀的高透稀土纳米复合隔热浆料。

优选的，将分散液于砂磨机中高速剪切分散，分散时间为0.5-24h。

优选的，分散液砂磨后超声时间为2-60min。

本发明还涉及如上所述的高透稀土纳米复合隔热涂料在保温隔热领域的应用。

本发明还涉及包含如上所述的高透稀土纳米复合隔热涂料的涂层的制备方法，其过程为：将所述高透稀土纳米复合隔热涂料通过旋涂法或线棒法均匀涂在玻璃基材上，在150℃-250℃下烘干20—60min，使涂层固化，即得涂层。

优选的，高透稀土纳米复合隔热涂料的涂覆厚度为1-60μm。

相对于现有技术，本发明所述的一种高透稀土纳米复合隔热涂料具有以下优势：

(1)以稀土硼化物为原料，其性质稳定，具有cscl结构，其自由电子的局域表面等离子体共振效应使其对750nm-1100nm近红外光区的热辐射有较强的吸收和散射，铯钨青铜对于波长大于1100nm的近红外光有较强的遮蔽作用，因此将二者结合形成复合浆料，将优势互补，具有比ato、ito等传统透明隔热材料更优的性能。材料制成的涂膜可吸收97％以上紫外光，90％以上红外光，同时可见光透过率达75％以上。

(2)相对于ato、ito等为原料的涂料，有更加优异的紫外和近红外屏蔽效果，生产成本低廉。

(3)与现有技术相比，生产工艺简单，易于控制和操作。

(4)聚氨酯具有较好的硬度、耐磨耗、耐溶剂性能，但其耐热性、防水性较差，而有机硅有较好的耐高低温性能，环氧树脂则具有良好的粘接性和绝缘性，本发明涂料配方中将有机硅树脂与聚氨酯改性环氧树脂物理混合，使得树脂基底优劣势互补，而透明空心玻璃微珠的引入又有效增强了热稳定性和隔音性。该配方所制得涂料性能稳定，硬度高、耐候性好，涂刷便捷。

所述一种高透稀土纳米复合隔热涂料的制备方法、含有高透稀土纳米复合隔热涂料的制备方法与上述高透稀土纳米复合隔热涂料相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

图1为本发明一种含有高透稀土纳米复合隔热涂料的涂层的制备方法的工艺流程图；

图2为本发明实施例1所述高透稀土纳米复合隔热涂料与市售ato涂料光学透过率检测图。

具体实施方式

除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

下面结合实施例及附图来详细说明本发明，但是本发明的实施例并不限于此。

一、原料来源

1、有机硅树脂acr-903、acr-902、psi-050、psi-060、acr-904a、si-100和si-400均为慧智科技(中国)有限公司生产。

2、聚氨酯改性环氧树脂120c-1、120c-3均为泰州市恒创绝缘材料有限公司生产。

3、325目透明空心玻璃微珠由石家庄竹中科技有限公司生产。

4、铯钨青铜粉为烟台佳隆纳米产业有限公司生产。

5、有机硅消泡剂fag470为江苏省海安石油化工厂生产的消泡王fag470产品。

6、byk-331、byk-310、byk-361n、byk-323均为上海洲翔实业有限公司购买。

7、高分子量硅烷共聚物为广州万骏化工科技有限公司生产的wa8876型号产品。

二、实施例1-4及性能检测

实施例1

一种高透稀土纳米复合隔热涂料，包括以下重量份的各组分：

其中：有机硅树脂采用有机硅改性丙烯酸树脂acr-903与有机硅改性丙烯酸树脂acr-902按重量比为8:2的混合物。

稀土纳米复合隔热浆料包括以下重量份的各组分：

其中，聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠的重量比为5:8；稀土硼化物为六硼化镧。

上述高透稀土纳米复合隔热涂料的制备方法为：

将稀土硼化物粉体与铯钨青铜粉混合搅拌，在乙醇中与聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠充分混合，将混合液加入砂磨机中研磨分散0.5h后取出，再超声分散2min，即得到平均粒径为70nm的稀土纳米复合隔热浆料。随后，向上述稀土纳米复合隔热浆料中加入有机硅树脂acr-903、acr-902，聚氨酯改性环氧树脂，透明空心玻璃微珠，乙酸乙酯，有机硅消泡剂，byk-331，异辛酸钴，搅拌均匀并超声15min，得到高透稀土纳米复合隔热涂料。

将上述高透稀土纳米复合隔热涂料用线棒法均匀涂在干净玻璃基材表面，置于烘箱中升温至200℃，烘干20min使涂层固化，得到涂层。测试可得：涂层厚度10μm，可见光透过率77％，红外线阻隔率91％，紫外阻隔率97.1％，隔热仪测试温度降幅12摄氏度。

此外，将本实施例所述高透稀土纳米复合隔热涂料与市售ato涂料进行光学透过率检测，检测结果见图2。从图2可以看出，与空白玻璃和市售ato涂料相比，本发明涂料在750-2500nm处的红外阻隔率远高于市售涂料，同时在780nm-380nm可见光范围内透过率亦超过市售涂料。

实施例2

一种高透稀土纳米复合隔热涂料，包括以下重量份的各组分：

其中：有机硅树脂psi-050与psi-060重量比为7:3。

稀土纳米复合隔热浆料包括以下重量份的各组分：

其中：叔丁醇与去离子水的混合重量比为1:2；稀土硼化物为六硼化铈聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠的重量比为4:7。

上述高透稀土纳米复合隔热涂料的制备方法为：

将稀土硼化物粉体与铯钨青铜粉混合搅拌，在叔丁醇与去离子水的混合液中与聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠充分混合，将混合液加入砂磨机中研磨分散1h后取出，再超声分散15min，即得到平均粒径为50nm的高透稀土纳米复合隔热浆料。随后，向上述稀土纳米复合隔热浆料中加入有机硅树脂psi-050，psi-060，聚氨酯改性环氧树脂，透明空心玻璃微珠，仲丁醇，有机硅消泡剂，byk-310，二月桂酸二丁基锡，搅拌均匀并超声15min，得到高透稀土纳米复合隔热涂料。

将上述高透稀土纳米复合隔热涂料用线棒法均匀涂在干净玻璃基材表面，置于烘箱中升温至250℃，烘干40min使涂层固化，得到涂层。测试可得：涂层厚度15μm，可见光透过率70％，红外线阻隔率94％，紫外阻隔率97.2％，隔热仪测试温度降幅13摄氏度。

实施例3

一种高透稀土纳米复合隔热涂料，包括以下重量份的各组分：

其中，有机硅树脂acr-903与acr-904a重量比为7:2。

稀土纳米复合隔热浆料包括以下重量份的各组分：

其中，稀土硼化物为六硼化镧，聚乙二醇和硅烷偶联剂kh550的混合重量比为1:2。

上述高透稀土纳米复合隔热涂料的制备方法为：

将稀土硼化物粉体与铯钨青铜粉混合搅拌，在乙酸乙酯中与聚乙二醇、硅烷偶联剂充分混合，将混合液加入砂磨机中研磨分散3.5h后取出，再超声分散30min，即得到平均粒径为30nm的高透稀土纳米复合隔热浆料。随后，向上述稀土纳米复合隔热浆料中加入有机硅树脂acr-903、acr-904a，聚氨酯改性环氧树脂，丙二醇甲醚，有机硅消泡剂，byk-361n，异辛酸锆，搅拌均匀并超声15min，得到高透稀土纳米复合隔热涂料。

将上述高透稀土纳米复合隔热涂料用旋涂法均匀涂在干净玻璃基材表面，置于烘箱中升温至250℃，烘干30min使涂层固化，得到涂层。测试可得：涂层厚度8μm，可见光透过率75％，红外线阻隔率93.2％，紫外阻隔率98.8％，隔热仪测试温度降幅15摄氏度。

实施例4

一种高透稀土纳米复合隔热涂料，包括以下重量份的各组分：

其中，有机硅树脂si-100与si-400重量比为8:3。

稀土纳米复合隔热浆料包括以下重量份的各组分：

其中，稀土硼化物为六硼化铕。

上述高透稀土纳米复合隔热涂料的制备方法为：

将稀土硼化物粉体与铯钨青铜粉混合搅拌，在环己烷中与高分子量硅烷共聚物充分混合，将混合液加入砂磨机中研磨分散20h后取出，再超声分散20min，即得到粒径为20nm的高透稀土纳米复合隔热浆料。随后，向上述稀土纳米复合隔热浆料中加入有机硅树脂si-100，si-400，聚氨酯改性环氧树脂，透明空心玻璃微珠，乙酸丁酯，有机硅消泡剂，byk-323，环烷酸钴，搅拌均匀并超声15min，得到高透稀土纳米复合隔热涂料。

将上述高透稀土纳米复合隔热涂料用旋涂法均匀涂在干净玻璃基材表面，置于烘箱中升温至250℃，烘干60min使涂层固化，得到涂层。测试可得：涂层厚度20μm，可见光透过率75％，红外线阻隔率90.7％，紫外阻隔率96.2％，隔热仪测试温度降幅13摄氏度。

综上，本发明的高透稀土纳米隔热复合涂料耐候性强、成本低廉、效果显著，可直接涂刷于玻璃表面，应用便捷。将本发明的高透稀土纳米隔热涂料涂刷至玻璃上，不仅有较高的透光率，而且有优异的红外阻隔率和紫外阻隔率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。