一种耐高温光反射环保型水性涂料及其制备方法与流程

1.本发明属于水性涂料领域，具体地，涉及一种耐高温光反射环保型水性涂料及其制备方法。


背景技术：

2.当前，世界能源紧缺问题日益严峻，“节约能耗”成为当今科学技术发展的重要趋势之一，一些长期暴露在露天环境中的设施或设备如高温管道、容器、以及建筑物等，会随着太阳光的照射表面以及内部温度快速升高，需要再采取一些措施给其降温，这不仅给生产耐和生活带来了危险和不便也会额外消耗大量能源。具有高太阳光反射比、耐高温、能够设施或建筑物起到良好隔热效果的工业涂料成为研究的热点。提高涂料的反射比、增强其耐高温性能和隔热效果、并且对环境友好成为当下光反射涂料要解决的问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种具有高反射比、耐高温性和隔热效果好、对环境友好的水性涂料及其制备方法。
4.为了实现上述目的，本发明提供一种耐高温光反射环保型水性涂料，按重量份数计算，包括以下组分：有机硅改性丙烯酸树脂20～45份、填料10～25份、润湿剂1～5份、消泡剂0.2～0.3份、防腐剂0.1～0.5份、ph调节剂01～0.6份、增稠剂0.1～2份、偶联剂0.1～0.8份。上述有机硅改性丙烯酸树脂由丙烯酸树脂单体和有机硅氧烷反应制得，丙烯酸树脂单体含有羟基。
5.本发明提供的一种耐高温光反射环保型水性涂料通过选用机硅改性丙烯酸树脂作为主体树脂，在高温下，其中的si-o键不易断裂、易于转动，能够在高温下不起泡、不开裂。同时选用具有羟基的丙烯酸树脂单体与有机硅聚合改性，羟基能够与偶联剂作用发生交联，进而形成表面光滑的涂层，增强了涂层对光的反射比，也使污染物不易在涂层上附着，使其长期具有反光性能，而且机硅改性丙烯酸树脂中的有机硅基团也能够与填料物质中的羟基发生反应，能够使填料分散于树脂中增强了涂料的分散性，也使涂料的成膜更光滑，并且也进一步增强了涂料的强度、反光性、耐候性、耐温性等。此外，填料也具有光反射性以及隔热性能，有效降低涂层表面以及建筑物或设施内部的温度。
6.优选地，上述耐高温光反射环保型水性涂料还包括有机和/或无机颜料5～15份。
7.优选地，上述填料包括tio2@金属。
8.优选地，上述金属选自fe、cu、al等常见金属或其合金的至少一种。
9.优选地，tio2@金属的粒径为50～1000nm。
10.tio2是一种性能优异的反光材料，将金属或其合金作为基材，在其外部包覆一层tio2层，形成粒径可调的纳米粒子，纳米粒子的粒径与其反射波长相关，将其作为填料，能够反射波长范围在紫外-可见以及红外波段的光波。有效能够抵御阳光的热辐射，具有优异的反光和降温效果。
11.优选地，填料还包括空心玻璃微珠、滑石粉、高岭土中的至少一种。
12.上述填料中空心玻璃微珠、滑石粉、高岭土等不仅能够反光，还有一定的隔热保温的功能。
13.优选地，偶联剂选自钛酸酯、环氧硅烷中的至少一种。
14.优选地，有机硅氧烷选自一甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷中的至少一种。
15.优选地，丙烯酸树脂单体选自丙烯酸-2羟基乙酯、丙烯酸-2羟基丙酯、甲基丙烯酸-2羟基乙酯、甲基丙烯酸-2羟基丙酯中的至少一种。
16.优选地，润湿剂为lcn118-2070润湿剂；成膜助剂为高沸点成膜助剂；消泡剂为矿物油消泡剂、防腐剂为卡松、bit中的至少一种；ph调节剂为氨水、naoh中的至少一种；增稠剂为疏水改性碱溶胀增稠剂、聚氨酯增稠剂中的至少一种。
17.上述tio2@金属通过以下方式制备：
18.步骤一：将金属粉体和二氧化钛粉体混合均匀并制成靶材并在真空下烧结，作为阳极，将碳棒作为阴极。
19.步骤二：将反应室抽真空、通入氢气和氩气，待靶材被电弧引燃，形成高温氢等离子体，沉积在装有冷却装置的反应室壁上。
20.步骤三：抽出氢气和氩气，充入氧气或空气，静置6～12小时；
21.步骤四：抽出反应室内气体，再重复进行步骤二和步骤三的工艺2～10次，制得具有核-壳结构的tio2@金属的纳米颗粒。
22.优选地，上述tio2@金属的制备方法还包括步骤五：将tio2@金属的纳米颗粒过筛得粒径为50～1000nm的tio2@金属。
23.本发明采取了一种气相沉积的方式在金属表面包裹tio2层，可选地可以通过调整工艺的次数得到不同粒径的tio2@金属的纳米粒子。并且通过这种方式形成的tio2层表面较为均匀、致密而光滑，能够实现更好的光反射效果。
24.根据本发明的另一个方面，提供一种耐高温光反射环保型水性涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
25.步骤一：将偶联剂溶解在少量的苯、甲苯等有机溶剂中，加入填料混合，得第一混合液；
26.步骤二：流变助剂、润湿剂、抗冻剂、消泡剂、防腐剂、ph调节剂加入到水中，1000r/min分散均匀，得第二混合液；
27.步骤三：将第一混合液加入到第二混合液中，在搅拌下加入有机硅改性丙烯酸树脂的乳液、然后缓慢加入成膜助剂、增稠剂，搅拌均匀，得耐高温光反射环保型水性涂料。
28.本发明提供的一种耐高温光反射环保型水性涂料，对光具有较高的反射比、优异的隔热性能，在高温下不开裂、不脱落，且基本不含有机溶剂，无环境污染。能够对户外建筑或设施起到隔绝空气的保护作用、并且起到降温隔热的作用，能够节约大量能源物质。本发明提供的有机硅改性丙烯酸树脂填料以及偶联剂相互作用，具有较好的成膜效果，无需添加其他的成膜助剂。
具体实施方式
29.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。
30.实施例1
31.本发明实施例提供的耐高温光反射环保型水性涂料的具体制备方法如下：
32.步骤一：将0.1份钛酸酯溶解在少量的苯中，加入1份高岭土、2份滑石粉、2份空心玻璃微珠、5份tio2@al(筛选tio2@al纳米颗粒粒径为50～1000nm)转速80r/min在室温下混合均匀，得第一混合液；
33.步骤二：将1份lcn118-2070润湿剂、0.2份德丰矿物油消泡剂、0.1份卡松、0.1份氨水加入到水中，转速500r/min在50℃分散均匀，得第二混合液；
34.步骤三：将第一混合液加入到第二混合液中，在搅拌下加入20份有机硅改性丙烯酸树脂的乳液、然后缓慢加入聚氨酯增稠剂0.1份，搅拌15～25分钟混合均匀，得耐高温光反射环保型水性涂料。
35.本实施例中的tio2@al通过以下方式制备：
36.步骤一：将铝粉和二氧化钛粉体混合均匀并制成靶材并在真空(真空度小于10-3
pa)下烧结，作为阳极，将碳棒作为阴极。
37.步骤二：将反应室抽真空(真空度小于10-1
pa)、通入氢气(350pa)和氩气(350pa)，待靶材被电弧引燃，形成高温氢等离子体，沉积在装有冷却装置的反应室壁上。
38.步骤三：抽出氢气和氩气，充入氧气(至压强为1个大气压)，静置6～12小时；
39.步骤四：抽出反应室内气体，再重复步骤二和步骤三的工艺2～10次，制得具有核-壳结构的tio2@al的纳米颗粒。
40.步骤五：将tio2@al的纳米颗粒过筛得粒径为50～1000nm的tio2@al。
41.本发明实施例所使用的填料为润湿剂为lcn118-2070润湿剂；成膜助剂为陶氏二丙二醇丁醚dpnb；消泡剂为德丰矿物油消泡剂、防腐剂为卡松；ph调节剂为氨水；增稠剂为聚氨酯增稠剂。
42.实施例2
43.本发明实施例提供的耐高温光反射环保型水性涂料的具体制备方法如下：
44.步骤一：将0.5份钛酸酯溶解在少量的苯中，加入2份高岭土、2份滑石粉、3份空心玻璃微珠、8份tio2@cu(筛选tio2@cu纳米颗粒粒径为50～1000nm)转速80r/min在室温下混合均匀，得第一混合液；
45.步骤二：将2份lcn118-2070润湿剂、0.25份德丰矿物油消泡剂、0.3份卡松、0.4份氨水加入到水中，转速500r/min在50℃分散均匀，得第二混合液；
46.步骤三：将第一混合液加入到第二混合液中，在搅拌下加入30份有机硅改性丙烯酸树脂的乳液、然后缓慢加入聚氨酯增稠剂1份，搅拌15～25分钟混合均匀，得耐高温光反射环保型水性涂料。
47.本实施例中的tio2@cu通过以下方式制备：
48.步骤一：将铜粉和二氧化钛粉体混合均匀并制成靶材并在真空(真空度小于10-3
pa)下烧结，作为阳极，将碳棒作为阴极。
49.步骤二：将反应室抽真空(真空度小于10-1
pa)、通入氢气(350pa)和氩气(350pa)，待靶材被电弧引燃，形成高温氢等离子体，沉积在装有冷却装置的反应室壁上。
50.步骤三：抽出氢气和氩气，充入氧气(至压强为1个大气压)，静置6～12小时；
51.步骤四：抽出反应室内气体，再重复步骤二和步骤三的工艺2～10次，制得具有核-壳结构的tio2@cu的纳米颗粒。
52.步骤五：将tio2@cu的纳米颗粒过筛得粒径为50～1000nm的tio2@cu。
53.实施例3
54.本发明实施例提供的耐高温光反射环保型水性涂料的具体制备方法如下：
55.步骤一：将0.8份钛酸酯溶解在少量的苯中，加入2份高岭土、3份滑石粉、5份空心玻璃微珠、15份tio2@fe(筛选tio2@fe纳米颗粒粒径为50～1000nm)转速80r/min在室温下混合均匀，得第一混合液；
56.步骤二：将5份lcn118-2070润湿剂、0.3份德丰矿物油消泡剂、0.5份卡松、0.6份氨水加入到水中，转速500r/min在50℃分散均匀，得第二混合液；
57.步骤三：将第一混合液加入到第二混合液中，在搅拌下加入45份有机硅改性丙烯酸树脂的乳液、然后缓慢加入聚氨酯增稠剂2份，搅拌15～25分钟混合均匀，得耐高温光反射环保型水性涂料。
58.本实施例中的tio2@fe通过以下方式制备：
59.步骤一：将铜粉和二氧化铁粉体混合均匀并制成靶材并在真空(真空度小于10-3
pa)下烧结，作为阳极，将碳棒作为阴极。
60.步骤二：将反应室抽真空(真空度小于10-1
pa)、通入氢气(350pa)和氩气(350pa)，待靶材被电弧引燃，形成高温氢等离子体，沉积在装有冷却装置的反应室壁上。
61.步骤三：抽出氢气和氩气，充入氧气(至压强为1个大气压)，静置6～12小时；
62.步骤四：抽出反应室内气体，再重复步骤二和步骤三的工艺2～10次，制得具有核-壳结构的tio2@fe的纳米颗粒。
63.步骤五：将tio2@fe的纳米颗粒过筛得粒径为50～1000nm的tio2@fe。
64.对比例1
65.本对比例与实施例1的不同在于用tio2纳米颗粒(颗粒粒径为50～1000nm)代替tio2@al纳米颗粒，水性涂料中其余各组分的含量和制备方法均与实施例1相同。
66.对比例2
67.本对比例与实施例1的不同在于添加粒径为范围为小于50nm和大于1000nm的tio2@al。水性涂料的制备方法及各组分的含量均与实施例1相同。
68.tio2@al的制备方法与实施例1的区别在于，在步骤三中，重复工艺的次数为1次或者大于10次，过筛得到粒径小于50nm和大于1000nm的tio2@al。
69.对比例3
70.本对比例与实施例1的不同在于丙烯酸树脂单体上不含羟基和羧基等功能性基团。水性涂料的制备方法及各组分的含量均与实施例1相同。
71.对比例4
72.本对比例与实施例1的不同在于采用丙烯酸树脂与有机硅反应改性。水性涂料的制备方法及各组分的含量均与实施例1相同。
73.性能测试
74.将上述实施例进行涂装，制备标准测试样板，根据gb/t9780测试耐沾污性。根据jc/t 235-2014测试涂料太阳光反射比、半球发射率和隔热温差。根据gb/t1735-79(89)测试涂料在300℃时的耐热性能。测试结果如表1所示
75.表1水性涂料性能测试结果
[0076][0077][0078]
以上测试结果说明，本发明实施例1～3提供的耐高温光反射环保型水性涂料采用含有羟基的有机硅改性丙烯酸树脂能够与偶联剂、填料中羟基作用发生交联，从而形成了反光性较好的涂层，并且有机硅的改性也进一步增强了涂层的反光性、耐温性以及耐玷污性，以上因素综合作用制得的也具有较高的太阳光反射比、红外反射比、半球发射率，使涂层长期使用时也具有显著的光反射效果，进而起到隔热降温的效果。本发明中的填料能够有效隔绝热辐射，进一步地对涂料所覆盖的设施或建筑起到隔热降温的效果。tio2@金属的核-壳结构以及其粒径的大小，有机硅改性丙烯酸树脂中的活性基团对于涂料的反光性、耐高温性、隔热性具有较大的影响。本发明提供的耐高温光反射环保型水性涂料tvocs含量低，不污染环境，不会对人体健康造成损害。
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最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，技术人员阅读本技术说明书后依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均未脱离本发明申请待批权利要求保护范围之内。