一种聚氨酯相变微胶囊透明隔热涂料的制作方法

本发明涉及涂料，具体为一种ato/tio2聚氨酯相变微胶囊透明隔热涂料。

背景技术：

1、不可再生能源过度消耗和对环境的污染引起社会高度关注。于是人们开始着手研究可再生能源，比如太阳能。由于太阳辐射存在间接性，如何将太阳能储存收集起来，成为一大问题。储能材料可分为显热储能材料、潜热储能材料及化学反应储能材料，其中潜热储能材料中的固-液相变材料由于相变潜热高、易于管理，被认为是最适用于太阳能储存的材料。固-液相变材料在相变过程中存在液体流动从而泄漏的问题。可通过用膜材料将相变材料包覆成微小的胶囊，形成微胶囊化相变材料。

2、当今社会，建筑不仅要求提升外在美观又要保证室内充足采光，因此现代建筑的屋顶和幕墙，选择采用大面积的玻璃材料。由于玻璃具有较高的传热系数（u-values），会导致更高的能源消耗放。在不改变现有建筑结构的情况下，只有提高玻璃本身的隔热保温效果才能减少能源的消耗。目前比较成熟的技术产品有：镀膜热反射玻璃、真空玻璃、中空玻璃、贴膜玻璃等等。近年来，纳米透明隔热涂料兴起，受到学术界和社会的广泛关注。它是一种对近红外光和紫外光进行选择性屏蔽，同时又保持较高的可见光透过率的涂料，主要由无机纳米氧化物和有机高分子树脂成膜剂组成。目前，无机纳米粒子种类繁多，其中透明导电氧化物锑掺杂氧化锡（ato）因其成本低廉，而且能有效屏蔽红外光而备受关注。tio2是涂料中使用最广泛的一种颜料，不仅可以提高涂料的隔热性能，还具有良好的光催化性能和降解有机污染物的作用。

3、根据以上，建筑节能可从储能和隔热两方面考虑，而目前的研究分别集中在各自的领域，考虑将两种方式结合到一种填料上，成为当下的研究热点。即将具有高反射率和红外阻隔的无机粒子，接枝于微胶囊表面，使其既具有反射隔热的能力，又能储存太阳能。

技术实现思路

1、根据本发明的实施例，希望提供一种具有高效长久隔热、储能保温的功能涂料，以实现其功能性的提升和应用的拓展。

2、根据实施例，本发明提供的一种聚氨酯相变微胶囊透明隔热涂料，该涂料由以下成分及含量组成：

3、聚氨酯树脂 50-60 wt%

4、ato/tio2聚氨酯相变微胶囊 5-21 wt%

5、中空微玻璃 2-7 wt%

6、成膜助剂 1.8-2.5 wt%

7、防冻剂 0.5-2.0 wt%

8、增稠剂 0.7-1.2 wt%

9、分散助剂 0.3-0.7 wt%

10、流平剂 0.6-1.2 wt%

11、消泡剂 0.3-0.7 wt%

12、去离子水 补足余量

13、所述ato/tio2聚氨酯相变微胶囊的制备方法如下：

14、（1）根据质量比，1-5份聚乙烯醇加入到100-150份去离子水中，加热溶解，作为水相；（2）根据质量比，5-10份石蜡90 ℃熔化并溶于10-15份乙酸丁酯中，加入10-15份聚氨酯预聚体，搅拌5-10 min，均匀混合，作为油相；（3）油相缓慢滴入水相， 8000-10000 r/min高速剪切乳化10-30 min，得到o/w乳液；（4）根据质量比，o/w乳液中加入2-3份1，4-丁二醇，升温至55-65 ℃，500-800 r/min搅拌反应1-2 h；（5）根据质量比，将2-5份三乙烯四胺溶于2-5份去离子水中，缓慢滴加到反应体系中，30 min内完成滴加；（6）根据质量比，称取2-5份改性ato、0.2-0.5份改性tio2分散于10-15份去离子水中，超声10-30 min，形成ato/tio2分散液；（7）根据质量比，反应体系中加入2-5份ato/tio2分散液，反应2-4 h；（8）冷却至室温，离心，用乙醇和去离子水清洗沉淀，30-40 ℃真空干燥24-48 h，得到ato/tio2聚氨酯相变微胶囊。

15、优选的，成膜助剂选自二丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚、二丙二醇二甲醚、三乙二醇丁醚、乙二醇二醋酸酯、丙二醇二醋酸酯，防冻剂选自乙二醇、二乙二醇、丙二醇，增稠剂选自tego3030、rm2020，分散助剂选自byk190、byk2012，流平剂选自byk378、byk333、byk381，消泡剂选自byk024、byk011。

16、优选的，步骤(2)中，聚氨酯预聚体的制备步骤为：

17、（1）根据质量比，300-500份聚乙二醇-400加热至100-120 ℃，保持1 h，冷却至室温，在n2保护下，缓慢向反应体系中滴加330-550份异佛尔酮二异氰酸酯，并加入1.5-2份二月桂酸二丁基锡；

18、（2）根据质量比，加入50-100份乙酸丁酯，升高温度至75-80 ℃，300-500 r/min转速下反应2-5 h，得到聚氨酯预聚体。

19、优选的，步骤(6)中，改性ato的制备方法为：

20、（1）根据质量比，将200-300份乙醇与20-30份去离子水搅拌均匀，向其中加入10-15份ato，磁力搅拌10-30 min，超声10-30 min；

21、（2）根据质量比，30 ℃下向其中加入1-3份乙烯基三乙氧基硅烷，搅拌2-3 h；

22、（3）离心，无水乙醇清洗沉淀3-5次，70-80 ℃干燥24-48 h，经球磨得到改性ato。

23、优选的，步骤(6)中，改性tio2的制备方法为：

24、（1）根据质量比，0.2-0.5份kh560加入到35-50份乙醇中，搅拌15-30 min，加入1-5份tio2粉末，超声10-30 min，搅拌3-5 h；

25、（2）离心，无水乙醇清洗沉淀3-5次，70-80 ℃干燥24-48 h，经球磨得到改性tio2。

26、优选的，其制备包括以下步骤：

27、（1）将50-60 wt%水性聚氨酯树脂和5-21 wt% ato/tio2聚氨酯相变微胶囊，在500-800 r/min速率下，搅拌分散20-60 min；加入2-7 wt% 中空微玻璃，继续搅拌分散20-60 min；

28、（2）依次加入1.8-2.5 wt%的成膜助剂、0.6-1.2 wt% 的流平剂、0.7-1.2 wt%的增稠剂、-0.3-0.7 wt%的分散助剂、0.5-2.0 wt%的防冻剂，搅拌速率为1200-1500 r/min，搅拌分散1-3 h；搅拌过程中，逐滴加入0.3-0.7 wt%消泡剂，静置10-30 min得到聚氨酯相变微胶囊透明隔热涂料。

29、技术效果

30、采用一般的聚氨酯相变微胶囊，囊壳易破裂而导致芯材泄露，所形成的微胶囊之间也容易发生粘连、团聚，形貌不规整，最后影响包封率和隔热性能。本发明首先使用醇类固化剂和异氰酸酯反应形成一层初级保护膜，可防止胶囊壳破裂和有效成分的泄露，然后再加入胺类固化剂，使其扩散与剩余的异氰酸根反应，交联形成第二层聚囊壳层，形成的囊壳不仅提高了微胶囊囊壳的力学性能，而且还保证了微胶囊良好的形貌。

31、透明隔热涂料采用热阻隔、热反射原理或者两者结合的隔热方式，很少有复合降低热传递原理的方案，市场上隔热涂料也多为有色涂料，无法满足透明基材的隔热需求。本发明将改性纳米ato和改性tio2接枝到微胶囊表面，提高了微胶囊对太阳光的反射率和红外阻隔率，同时改性纳米粒子也改进了涂层的耐候性。当太阳光照到单层涂膜上的微胶囊时，通过微胶囊表面的ato/tio2层阻隔反射一部分热量，剩余的热量通过微胶囊内相变材料的相变而储存，同时石蜡和中空微玻璃的导热系数小， 起到热阻隔的作用，综合多种原理，达到涂层隔热储能的最终目的。

32、在透明隔热涂料中引入相变微胶囊，可适用的基材范围扩大，不仅适用于水泥、外墙，同时适用于要求透明度的基材，比如玻璃、车窗等。同时，以水为溶剂、具有安全、对环境无污染，施工也更加简单方便等优点，可利用刷涂、滚涂、喷涂等方式直接涂于物体表面。