一种节能减排隔热防结露水性涂料及其制备方法和施工工艺与流程

1.本发明涉及涂料技术领域，尤其是涉及一种节能减排隔热防结露水性涂料及其制备方法和施工工艺。


背景技术：

2.结露一般是指在秋冬季节或梅雨季节，当昼夜温差大、湿度高时，建筑物、户外电柜等户外设施，其结构温度低于其内部空气的露点温度时，在其内表面产生水蒸气凝结而形成水珠的现象。结露可能引起严重的后果或造成很大的危害：(1)当建筑物内产生结露时，结露水将污染居室内侧表面及室内存放的物品等，并可能导致霉变，加速建筑材料的破坏，特别是对于工业建筑物来说，结露水不仅对厂房结构及厂房内的操作人员有较大影响，而且有可能造成生产产品的锈蚀、霉变等，并因此降低产品质量，造成不良后果；(2)对于户外电柜或计算机房、精密仪器、仪表室等带有电路(板)、来说，如果发生结露水下滴的现象，问题将会变得更为严重,甚至有可能导致运算失灵、测试紊乱、线路损坏等恶性事故。
3.现在户外建筑的内部结露一般是通过除湿的方式进行，例如除湿机、空调以及吸附性的除湿材料(如除湿袋、硅藻土类涂料)进行的，不仅耗费电能或需定期更换除湿材料(除湿袋)，而且效果一般，尤其是地下建筑部分，极易在内部墙面、地面等位置出现结露及霉菌，除此之外，类似硅藻土类具有吸附功能的涂料防结露产品，大多要求膜厚较厚(例如厘米级别)，才有较好的吸附环境中湿气的功效。而户外电柜等通常是使用通风扇、空调等，原理是减少柜体内部的湿度及内外温差，从而防止结露的产生，但是在人迹罕至的配电柜、信号塔配电房，则需定期人工巡检空调、排气扇是否正常工作、是否有结露的出现，耗时耗力。
4.如若以具备防结露功能的涂料来分，大致可分为两类：1、通过添加多孔填料从而具备吸附功能的涂料产品，通常由树脂、多孔材料、稳定剂、助剂、水和其它颜填料等组成。具备几个特征：一是具有一定的厚度(吸湿体积)；二是涂膜是多孔的，其内部具有联通的孔隙能够容纳表面吸附的凝结水；三是涂膜中使用了诸如高吸水性树脂、硅藻土之类的材料。这样当空气中的水蒸汽因为温差而在涂膜表面凝结时，凝结产生的水分就会被吸附在涂膜中，从而防止了表面露珠的出现而达到防结露的目的。这类涂料一般要求有毫米甚至厘米级别的厚度，并且吸湿能力有限，只是单一降低了环境湿度，并未解决温差问题，所以当温差足够大的情况下，结露还是会出现，不能作为防结露的完全解决方案；2、低表面能涂料，这类涂料配方中含有大量的氟硅元素，促使固化后的漆膜表面能较低，因此凝结水在漆膜表面无法长时间停留从而滑落，从而达到“防结露”的概念，但是其实凝结水还是大量产生，所造成的问题并未解决。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种节能减排隔热防结露水性涂料及其制备方法和施工工艺，解决现有技术中防结露涂料涂覆厚度大、涂层吸湿效果差以及产
生的凝结水无法从根本上消除的技术问题。
6.本发明的第一方面提供一种节能减排隔热防结露水性涂料，按重量份计，包括：硅丙乳液20～40份、气相二氧化硅1～5份、钛白粉30～50份、中空玻璃微珠10～30份、分散防沉剂1～5份、成膜助剂1～5份、防闪锈抑制剂0.1～1份、消泡剂1～5份、流平剂1～5份、ph调节剂0.1～1份、去离子水1～20份。
7.本发明的第二方面提供一种节能减排隔热防结露水性涂料的制备方法，包括以下步骤：
8.将成膜助剂、防闪锈抑制剂、消泡剂、流平剂、硅丙乳液和剩余去离子水依次加入功能填料分散浆料中，低速搅拌均匀后，得到节能减排隔热防结露水性涂料。
9.本发明的第三方面提供一种节能减排隔热防结露水性涂料的施工工艺，包括以下步骤：
10.将上述节能减排隔热防结露水性涂料涂覆至待涂覆基材表面，随后经养护在基材表面形成节能减排隔热防结露水性涂层。
11.与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
12.本发明通过采用低导热填料中空玻璃微珠，使漆膜导热系数降低至0.09w/m
·
k，能有效减缓热传导从而防止温差的骤然出现；含有不同粒径的中空玻璃微珠、钛白粉及气相二氧化硅的漆膜固化后，漆膜微观表面呈粗糙状，扫描电镜下形成紧密的堆叠结构，这些堆叠结构会产生很多细小的孔隙，但漆膜外观平整光滑，能够吸附环境中的小分子(水蒸气)，从而降低环境湿度；上述两种原理协同增效，从根本上阻止了结露的产生，因此涂覆本发明产品达到要求膜厚后，无需任何其他额外的能源、人力消耗，就能达到防结露的功效，施工便捷且节能减排。
附图说明
13.图1是本发明实施例1制备的节能减排隔热防结露水性涂料固化形成的漆膜的sem图；其中，(b)为(a)的局部放大图。
具体实施方式
14.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
15.本发明的第一方面提供一种节能减排隔热防结露水性涂料，按重量份计，包括：硅丙乳液20～40份、气相二氧化硅1～5份、钛白粉30～50份、中空玻璃微珠10～30份、分散防沉剂1～5份、成膜助剂1～5份、防闪锈抑制剂0.1～1份、消泡剂1～5份、流平剂1～5份、ph调节剂0.1～1份、去离子水1～20份。
16.本发明中，上述硅丙乳液为单组分室温固化型硅丙乳液，固含≥45％，硅含量≥10％。硅丙乳液在体系中作为主要成膜物，若硅丙乳液的硅含量小于10％，将导致耐腐蚀性和耐候性显著降低。
17.本发明中，上述气相二氧化硅为亲水型气相二氧化硅，粒径为5～300nm；上述钛白粉为氧化锆包覆金红石型钛白粉，粒径为300～400um；上述中空玻璃微珠的粒径≤40um，其
抗压强度优选＞100mpa。
18.在本发明的一些具体实施方式中，上述气相二氧化硅的型号为卡博特m-5，上述钛白粉的型号为r-218金红石型钛白粉，上海江沪钛白化工制品有限公司，上述中空玻璃微珠的型号为美国3m im16k。
19.本发明中，上述分散防沉剂包括分散防沉剂1和分散防沉剂2；上述分散防沉剂1为嵌段共聚物分散剂，溶剂为水，质量固含为30％～50％，进一步为40％；上述分散防沉剂2为疏水改性的聚丙烯酸铵盐的聚合物分散剂，溶剂为烷基苯，质量固含为90％～98％，进一步为98％。
20.在本发明的一些具体实施方式中，上述分散防沉剂1的型号为disper byk-190；上述分散防沉剂2为星漆天钛白粉水性涂料分散剂ps-5040，东莞市品胜水性涂料有限公司。
21.本发明中，需严格控制气相二氧化硅、钛白粉、中空玻璃微珠的加入量。若气相二氧化硅含量过高，气相二氧化硅分散液为不流动膏状固体，其余粉体材料无法均匀分散；若气相二氧化硅含量过低，则气相二氧化硅分散液为粘度很低的流体，无法起到增稠防沉的效果；若钛白粉含量过高，漆膜固化后掉粉、成片脱落；若钛白粉含量过低，将导致遮盖力不够，漆膜固化后发灰发黄，同时还会造成所形成的微观结构孔隙率变小，防结露功能下降；若中空玻璃微珠含量过高，漆膜固化后表面有肉眼可见的微珠，导致板面凹凸不平；若中空玻璃微珠含量过低，将导致隔热效果差。在本发明的配方范围内，均能够得到分散均匀、防结露性能优异的涂料。
22.本发明中，在合适的添加量及分散剂的作用下，不同粒径的填料在漆膜中形成了紧密的堆叠结构，而这种不同粒径填料在漆膜中的紧密堆叠，会形成非常多的细小孔隙，这些孔隙可以吸附空气中的小分子，如水蒸气、异味分子等，从而降低湿度。
23.同时，发明人在试验过程中发现，气相二氧化硅、钛白粉、中空玻璃微珠的加入顺序对涂料和涂层性能具有很大的影响。若先将分散防沉剂1和分散防沉剂2混合加入，随后加入气相二氧化硅、钛白粉、中空玻璃微珠，必须将转速控制在500r/min以下，转速过大会导致中空玻璃微珠破裂，但是由于气相二氧化硅是纳米级的，钛白粉的加入量比较大，分散效果差，即使搅拌时间足够长，得到的分散液也会有肉眼可见的团聚。若最先加入中空玻璃微珠，由于配方中没有专门针对中空玻璃微珠的分散剂，其分散纯靠体系粘度和分散防沉剂1的轻微作用，如果在气相二氧化硅之前加入，中空玻璃微珠就会在大量浮在表面，并且由于搅拌速度过大会造成微珠破裂。若按照钛白粉、气相二氧化硅、中空玻璃微珠的分散顺序，漆膜固化后容易浮色发花，其原因可能在于，钛白粉加入量过大，即使添加了分散防沉剂2，但是体系粘度不够大，仍会分散不均；若按照钛白粉、中空玻璃微珠、气相二氧化硅的分散顺序，分散后中空玻璃微珠静置分层。
24.在本发明的一些优选实施方式中，上述节能减排隔热防结露水性涂料通过将气相二氧化硅和部分分散防沉剂1均匀分散至部分去离子水中，随后加入钛白粉和分散防沉剂2，搅拌至膏状，再加入中空玻璃微珠和剩余分散防沉剂1形成功能填料分散浆料，最后加入其余组分和剩余去离子水制备得到。
25.本发明中，ph调节剂可仅在气相二氧化硅和部分分散防沉剂1均匀分散至部分去离子水的过程中加入，以便将气相二氧化硅分散液的ph调节至9.5～10.5，一方面保证气相二氧化硅在体系中的分散性和稳定性，另一方面保证整个涂料处于碱性状态，防霉抑菌；也
可在功能填料分散浆料与其余组分和剩余去离子水混合制备节能减排隔热防结露水性涂料的过程中继续加入，本发明对此不作限制，能够保证涂料体系ph控制在8～9即可。
26.在本发明的一些具体实施方式中，上述功能填料分散浆料通过以下步骤制备得到：
27.s1、取部分去离子水，在部分去离子水中加入气相二氧化硅，低速搅拌后加入部分分散防沉剂1，搅拌分散至无明显分层时加入ph调节剂调节ph至9.5～10.5，然后转移至砂磨机中继续分散，最终得到略微粘稠的气相二氧化硅分散液；其中，部分去离子水的加入量为气相二氧化硅质量的0.8～3倍；部分分散防沉剂1的加入量为气相二氧化硅质量的0.3％～0.5％；低速搅拌的过程中，搅拌速率≤500r/min，低速搅拌10～20min后加入部分分散防沉剂1；
28.s2、在气相二氧化硅分散液中加入钛白粉，低速搅拌至无大块的团聚粉体，再加入分散防沉剂2，高速搅拌，得到膏状气相二氧化硅+钛白粉分散液；其中，分散防沉剂2的加入量为钛白粉质量1％～2％；低速搅拌的过程中，搅拌速率≤500r/min；高速搅拌的过程中，搅拌速率≥2500r/min，搅拌时间为30～60min；
29.s3、在膏状气相二氧化硅+钛白粉分散液中加入中空玻璃微珠，边缓慢搅拌边补充加入剩余分散防沉剂1，至分散均匀状态，得到功能填料分散浆料；其中，缓慢搅拌的过程中，搅拌速率≤300r/min。
30.本发明中，通过加入防闪锈抑制剂防止在打磨后的基材上出现闪锈。本发明对上述成膜助剂、防闪锈抑制剂、消泡剂、流平剂、ph调节剂的种类不作限制，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择。例如，成膜助剂可以为十二碳醇酯类成膜助剂，如美国伊斯曼texanol等；防闪锈抑制剂可以为有机锌螯合物类溶液，如日本德谦akn-0660等；消泡剂可以为水性有机硅类消泡剂，如德国毕克化学byk-024等；流平剂可以为二甲基硅氧烷类流平剂，如德国毕克化学byk-333等；ph调节剂可以为氨甲基苯醇类ph调节剂，如陶氏化学amp-95等。
31.本发明的第二方面提供一种节能减排隔热防结露水性涂料的制备方法，包括以下步骤：
32.将成膜助剂、防闪锈抑制剂、消泡剂、流平剂、硅丙乳液和剩余去离子水依次加入功能填料分散浆料中，低速搅拌均匀后，得到节能减排隔热防结露水性涂料。该过程中，搅拌转速≤500r/min。
33.本发明的第三方面提供一种节能减排隔热防结露水性涂料的施工工艺，包括以下步骤：
34.将上述节能减排隔热防结露水性涂料涂覆至待涂覆基材表面，随后经养护在基材表面形成节能减排隔热防结露水性涂层。
35.本发明中，所有待涂表面应清洁、干燥且无污染物。基材涂覆前，需除去水溶性污物、油、油脂类及锈蚀，油和油脂应按照sspc-sp1溶剂清理标准除去，若基材表面有锈蚀，需通过喷砂或打磨的方式，清理至sa2 1/2(iso8501-1:2007)或sspc-sp6级，通过喷砂清理过程暴露出来的表面缺陷应打磨、填没或以合适的方式进行处理。由于本发明的节能减排隔热防结露水性涂料中，粉体填料总量＞50％，树脂乳液含量则相对较低，因此在预处理步骤中，基材需要打磨至sa2 1/2(iso 8501-1:2007)或sspc-sp6级，以增加附着力，若基材不能
打磨，则需要先涂覆一层双组份水性环氧底漆，再涂覆本发明产品。在本发明的一些具体实施方式中，基材为金属。
36.本发明对涂覆的方式不作限制，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择。若涂料体系粘度比较大，优选采用无气喷涂的方式，此时本发明制备的节能减排隔热防结露水性涂料为膏状流体，喷涂所需压力较大，其他喷涂方式无法将本发明产品喷出，因此对中空玻璃微珠的抗压强度也有一定要求(＞100mpa)。
37.在本发明的一些具体实施方式中，采用无气喷涂的方式，喷涂次数≥2次，施工环境温度为5℃～40℃，相对湿度≤85％，喷嘴尺寸0.38～0.53mm，喷涂压力为2000～2500psi，稀释比率为去离子水加入0～10％(体积比)。
38.本发明中，养护的条件为：温度20～30℃，进一步为25℃，相对湿度≤85％时，2～4h表面干燥，48h实际完全干燥，可投入使用。
39.本发明中，为了获得良好的性能，总膜厚须达到100um以上，优选为100～150μm。膜厚过大，不利于降低成本。
40.实施例1
41.本实施例提供了一种节能减排隔热防结露水性涂料的制备方法，包括以下步骤：
42.(1)按重量份计，取部分去离子水，在部分去离子水中加入气相二氧化硅(粒径5～300nm)，低速搅拌(500r/min)10min后，加入部分分散防沉剂1(disper byk-190)，搅拌分散至无明显分层时调节ph至10，然后转移至砂磨机中进行进一步分散，30min后得到略微粘稠的气相二氧化硅分散液。
43.(2)在气相二氧化硅分散液中加入钛白粉(粒径300～400um)，低速搅拌(500r/min)至无大块的团聚粉体，再加入分散防沉剂2(星漆天钛白粉水性涂料分散剂ps-5040，东莞市品胜水性涂料有限公司)，高速搅拌(2500r/min)30min，得到膏状气相二氧化硅+钛白粉分散液。
44.(3)在膏状气相二氧化硅+钛白粉分散液中，加入中空玻璃微珠(粒径≤40um)，边缓慢搅拌(300r/min)边补充加入剩余分散防沉剂1(disper byk-190)，至分散均匀状态，得到功能填料分散浆料。
45.(4)最后按表1的配方将配方中剩余组份依次加入功能填料分散浆料中，但是硅丙乳液(硅含量为22％，固含量为50％)和剩余去离子水最后加入，搅拌均匀，得到节能减排隔热防结露水性涂料。该过程中，搅拌转速一直≤500r/min。
46.本实施例还提供了一种节能减排隔热防结露水性涂料的施工工艺，包括以下步骤：
47.基材预处理：基材选用镀锡马口铁，1000目砂纸打磨至sa21/2(iso8501-1:2007)级别，再用乙醇及清水擦拭打磨面，保证待涂表面应清洁、干燥且无污染物。
48.喷涂条件：采用无气喷涂两道，室温25℃，相对湿度70％，喷嘴尺寸0.45mm，喷涂压力2100psi，稀释比率为去离子水加入7％(体积比)。
49.养护条件：温度为25℃，相对湿度65％时，2.5h表面干燥，48h实际完全干燥，可投入使用。
50.测试结果：采用无气喷涂两道，第一层膜厚约35um，同样质量涂料在相同喷涂条件下，两次总膜厚100微米左右，并且漆面状态平整光滑。导热系数0.09w/m
·
k，隔热温差37.6
℃，测试状态ⅱ条件下(温度25℃，相对湿度95％，循环水浴温度5℃)，初露点67min，结露量2.05g，耐中性盐雾1000h无异常(gb/t 1771)，耐人工气候老化2500h无异常(gb/t1865)。
51.实施例2～3
52.实施例2～3与实施例1的区别仅在于，原料的加入量不同，具体件表1。
53.表1实施例1～3和对比例3～4中不同原料的加入量
[0054][0055][0056]
注：表1中“+”表示多次加入，如“0.01+2.49”表示分散防沉剂1分两次加入，第一次的加入量为0.01份，第二次的加入量为2.49份，“2+3”表示去离子水分两次加入，第一次的
加入量为2份，第二次的加入量为3份，其他依此类推。
[0057]
对比例1
[0058]
与实施例1相比，区别仅在于：对比例1中的中空玻璃微珠、金红石型钛白粉及二氧化硅的粒径均为40微米左右，差距不大。采用同样的施工工艺和测试方法。
[0059]
测试结果：采用无气喷涂两道，第一层膜厚约35um，同样质量涂料在相同喷涂条件下，两次总膜厚70微米左右，并且漆面状态不平整，摸上去粗糙。测试状态ⅱ条件下(温度25℃，相对湿度95％，循环水浴温度5℃)，初露点14min，结露量3.05g，耐中性盐雾720h无异常(gb/t 1771)，耐人工气候老化2000h无异常(gb/t 1865)。
[0060]
对比例2
[0061]
与实施例1相比，区别仅在于：选用的硅丙乳液中硅含量为7.8％(＜10％)。采用同样的施工工艺和测试方法。
[0062]
测试结果：对比例2制备的涂料防结露性能与实施例1相差不大，但耐中性盐雾400h无异常(gb/t 1771)，耐人工气候老化1400h无异常(gb/t1865)。
[0063]
对比例3
[0064]
与实施例1相比，区别仅在于：钛白粉含量为27份，具体见表1。采用同样的施工工艺和测试方法。
[0065]
测试结果：涂料遮盖力下降，并且导热系数为0.16w/m
·
k，隔热温差29.6℃，测试状态ⅱ条件下(温度25℃，相对湿度95％，循环水浴温度5℃)，初露点55min，结露量3.01g。
[0066]
对比例4
[0067]
与实施例1相比，区别仅在于：中空玻璃微珠含量为9.7份，具体见表1。采用同样的施工工艺和测试方法。
[0068]
测试结果：导热系数为0.31w/m
·
k，隔热温差18.6℃，测试状态ⅱ条件下(温度25℃，相对湿度95％，循环水浴温度5℃)，初露点12min，结露量4.01g。
[0069]
综上，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
[0070]
(1)本发明通过吸附作用降低环境湿度、隔热作用减缓内外温差，两者协同增效，从结露产生的根本原理入手，防止结露的产生，因此涂覆本发明产品达到要求膜厚后，无需任何其他额外的能源、人力消耗，就能达到防结露的功效，施工便捷且节能减排。
[0071]
(2)本发明涂料固化后，漆膜厚度随施涂次数急剧上升，即随着施涂次数的增加，由于紧密堆叠结构产生的不规则孔隙，施涂第一道若膜厚为35um，那同样质量的涂料在相同条件下喷涂，两次施涂总膜厚约为100um，这就意味着，若要达到规定膜厚，本发明产品可节省涂料用量，且不影响涂层性能。
[0072]
(3)按施工工艺涂覆到100um膜厚后，根据《gbt 25261-2018建筑用反射隔热涂料》进行测试，导热系数能降至0.09w/m
·
k，隔热温差37.6℃，隔热效果显著。根据《hgt 4560-2013涂料的防结露性能测试方法》，测试状态ⅱ条件下(温度25℃，相对湿度95％，循环水浴温度5℃)，初露点67min，结露量2.05g，防结露效果显著。
[0073]
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。