本發明實施例涉及納米反射隔熱功能型新材料
技術領域：
，尤其是指一種納米環保隔熱透明涂料及其制備方法。
背景技術：
：節能和環保是人類社會經濟所面臨的共同課題，而建筑節能是節能戰略的重要組成部分，在我國全社會總能耗中，建筑能耗占40％左右，隨著節能環保戰略性新興產業的推動實施，建筑節能在國民生產中的重要性進一步凸現。目前建筑行業廣泛采用大面積玻璃窗和玻璃幕墻，而玻璃的隔熱效果差，嚴重增加空調的負荷，造成電力能源的極大浪費，中國南方地區夏季炎熱，空調制冷耗電是夏季用電量峰值屢創新高的重要原因。在南方漫長的夏季中，日照充足，氣溫時常都在30℃以上，夏季白天室外的太陽熱輻射大多是通過玻璃門窗進入室內使室溫升高，需要加大制冷負荷抵消熱量，夜間室內的制冷能量通過玻璃中流失，冬天室內溫度更是通過玻璃流散，從而大大增加了能源消耗，這就是造成建筑物使用能耗高的一個直接原因。在全球能源日益緊張之際，為緩解經濟發展帶來的能源壓力，普及推廣節能耗材和建筑節能設計理念已成為必然，在中國的國家標準GB50176-1993《民用建筑熱工設計規范》明確指出了這點。然而真正節能的玻璃卻極度缺乏，隨著我國建筑節能目標和人民生活需求的提高，從節能、節材、安全、裝飾來考慮分析，研發出一種高效、實用、節能、耐候性、施工性優異，能夠阻隔紫外線和紅外線，不影響采光，隔熱效果顯著，符合國家環保總局對VOC含量的標準的環保型隔熱涂料，是亟待解決的問題。節約資源、節能減排、生態環保、低碳循環經濟是經濟發展的基本模式，開發生產透明隔熱涂料，防止和降低建筑物的能耗性，對節約能源、保護環境、創造人與自然的和諧關系具有重要意義。中國既是個能源大國，又是個能源利用率極低的消耗大國。隨著城鄉建設步伐的加快，建筑資料能耗量較大的問題越來越突出，隨著經濟發展和生活水平的提高，空調、取暖裝機量不斷增加，建筑能耗的比例正不斷上升。建筑節能設計理念已成為建筑商、地產商的一項常規性項目預算，GB50189-2005《公共建筑節能設計標準》的4.2.2條明確指出了這點，而現有建筑建造過程中采用的材料，所產生的物耗和能耗是較高的，其有效的解決辦法之一是采用反射隔熱材料，盡量減低太陽能輻射熱的透過率，然而能真正廣泛使用采納的這類材料卻極度缺乏。舊有建筑玻璃面積占總墻面面積30％―70％，大量的電能耗50％是從玻璃中流失的。在汽車、火車和飛機等交通工具上也存有類似問題，如何解決在能透過大部分可見光而不影響采光的前提下，又能阻擋紅外光、遠紅外光、紫外光，阻斷熱輻射，從而降低空調或取暖裝置的能耗，達到節能的目的，但目前現有技術中的透明隔熱涂料多采用ITO、ATO作為屏蔽材料，但是這兩種材料對長波近紅外有一定的屏蔽作用，對短波近紅外及紫外線沒有明顯的阻隔，節能效果有限。傳統貼膜、中空玻璃等隔熱保溫材料，也還存在一些缺點，如成本較高，采光性不好，施工難度高，含有VOC有毒揮發物質，某些品種的隔熱保溫材料物理性能不夠理想等等。技術實現要素：本發明實施例所要解決的技術問題在于，提供一種納米環保隔熱透明涂料，在涂覆于基材表面時，能在不影響可見光通過的同時實現有效的隔熱保溫。本發明實施例進一步所要解決的技術問題在于，提供一種納米環保隔熱透明涂料的制備方法，其工藝簡單，易于實施，以便能高效、節能地制備出能在不影響可見光通過的同時實現有效的隔熱保溫的納米環保隔熱透明涂料。為解決上述技術問題，本發明實施例首先提供如下技術方案：一種納米環保隔熱透明涂料，由下述質量百分比的原材料混合而成：水性丙烯酸隔熱乳液35%～50％；水性氨基樹脂15%～20％；水性聚氨酯乳液5%～15％；水性納米二氧化鈦分散體漿料5％～10％；潤濕分散劑1％～3％；流平劑0.2％～0.5％；增稠劑0.2％～1％；防霉抗菌劑0.1％～0.2％；成膜助劑0.5％～2.5％；硅烷偶聯劑0.5％～2％；去離子水5％～25％。進一步地，所述水性氨基樹脂選用甲醚化氨基樹脂或水性部醚化氨基樹脂；所述水性聚氨酯乳液為多元醇的聚酯型和聚醚型中的一種或兩種的組合制得的乳液。進一步地，所述水性納米二氧化鈦分散體漿料為選用粒徑為30～70nm納米二氧化鈦制得的固含量為15%～30％的水性分散體漿料。進一步地，所述潤濕分散劑為六偏磷酸鈉類潤濕劑；所述流平劑為水性丙烯酸酯共聚物、氟改性聚丙烯酸酯共聚物和聚醚改性聚硅氧烷聚合物中的一種或至少兩種的組合；所述的增稠劑為非離子型聚氨酯增稠劑；所述防霉抗菌劑為二硫代水楊膠型防霉抗菌劑；所述成膜助劑為二丙二醇丁醚和二丙二醇甲醚中的一種或兩種的組合；所述硅烷偶聯劑為改性氨基硅烷偶聯劑和環氧基有機硅烷偶聯劑中的一種或兩種的組合。進一步地，所述去離子水為去除雜質的自來水。另一方面，本發明還提供一種如上任一項所述的納米環保隔熱透明涂料的制備方法，包含如下步驟：按配方質量百分比計，把水性氨基樹脂、水性納米二氧化鈦分散體漿料，依次滴加到水性丙烯酸隔熱乳液中，開動攪拌機，在1200～1500rmp的轉速下，攪拌分散15分鐘～30分鐘，再加入占去離子水總質量的5％的去離子水，在300～400rmp的轉速下攪拌20～30分鐘，然后加入剩下的去離子水組分，再加入水性聚氨酯乳液、潤濕分散劑、流平劑、增稠劑，在600～800rmp的轉速下加入防霉抗菌劑、成膜助劑和硅烷偶聯劑，繼續分散25分鐘～40分鐘，測得粘度為（35±2）s后過濾后出料，即得到納米環保隔熱透明涂料。進一步地，所述的水性丙烯酸隔熱乳液通過以下方法步驟制得：按質量百分比稱取混合單體25％～40％，水性納米隔熱復合分散體漿料5%～10％，交聯劑1％～8％，乳化劑1％～2％，引發劑I0.1%～1％，引發劑II0.1％～1％，中和劑3％～15％，其余為水；將稱取的混合單體和乳化劑加入預處理釜進行預乳化，得乳化混合體，取總質量的60%~65％的乳化混合體轉移至反應釜，加入引發劑I和水，剩余的乳化混合體轉移至高位槽釜；將反應釜升溫至75℃～85℃時，滴加水性納米隔熱復合分散體漿料及剩余的乳化混合體和引發劑I，1～1.5hr滴完，滴加完畢后加入引發劑II，保溫反應3.5~5hr，然后降溫至35～45℃加入交聯劑，繼續反應1.5~3hr，然后加入中和劑，冷卻，得到透明隔熱涂料用水性丙稀乳液。進一步地，所述的交聯劑為丙烯酰胺或雙丙酮丙稀酰胺中的一種或兩種的混合物；混合單體由丙烯酸、甲基丙稀酸甲酯和丙稀酸-β-羥乙酯的混合物組成；引發劑I為過硫酸鉀和過硫酸銨中的一種或兩種的混合物；引發劑II為過氧化苯甲酰和偶氮二異丁腈中的一種或兩種的混合物；乳化劑為十二烷基硫酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉中的一種或兩種的混合物；中和劑為氨水、三乙胺和N,N-二甲基乙醇胺中的一種或至少兩種的混合物。進一步地，所述水性納米隔熱復合分散體漿料通過以下方法步驟制得：按照質量百分比計稱取納米六硼化鑭粉體15%～30％、納米三氧化鎢粉體12%～20%、去離子水40%～70％，依次加入去離子水、潤濕分散劑攪拌均勻，然后邊攪拌邊緩慢加入六硼化鑭粉體、三氧化鎢粉體，粉體加完后高速分散25~40分鐘，然后邊攪拌邊緩慢加入二氧化釩粉體和三氧化鎢粉體，粉體加完后高速分散25～40分鐘，然后采用研磨機循環研磨6～9hr，得到固含量為15%～30％、中位粒徑在30～70nm水性納米隔熱復合分散體漿料。進一步地，所述水性納米二氧化鈦分散體漿料通過以下方法步驟制得：按照質量百分比計稱取納米二氧化鈦粉體15%～30％，潤濕分散劑2%～12％，去離子水40%～70％，依次加入去離子水、潤濕分散劑攪拌均勻，然后邊攪拌邊緩慢加入納米二氧化鈦粉體，納米二氧化鈦粉體加完后，采用攪拌機以1000~1300rmp的轉速高速分散25~40分鐘，再采用納米研磨機進行循環研磨13～15小時，得到固含量為15%～30％、中位粒徑在30～70nm水性納米二氧化鈦分散體漿料。采用上述技術方案后，本發明實施例至少具有如下有益效果：本發明實施例的涂料中含有多種可以對光譜具有選擇性透過功能的屏蔽材料，在能透過大部分可見光而不影響采光的前提下，又能阻擋紅外光、遠紅外光、紫外光，阻斷熱輻射，從而降低空調或取暖裝置的能耗，達到節能的目的。透明隔熱節能材料從扼制、規范住宅、建筑的節能，從節能、節材、安全、裝飾來考慮分析，對我國提倡節能材料、滿足發展高性能涂料的需要具有深遠的意義。1.本發明實施例采用水性丙烯酸隔熱乳液有優秀的成膜能力、超強粘附力，可以實現涂層漆膜的隔熱性的同時，賦予被涂覆基材表面漆膜的連整性和耐水性、耐候性、耐腐蝕和防水性。尤其能夠在不影響采光的前提下，可永久性以涂層形式涂覆在多種材質表面，涂層以通過有效反射熱能傳導，阻隔熱輻射，阻止紅外熱能通過基材傳導到內部環境。2.本發明實施例采用水性氨基樹脂、水性聚氨酯，協同其他組分，可以滿足在各種形狀不一的異形基材工件的良好施工性的同時，利用聚氨酯獨有的柔韌性，可以實現在各種形狀材質表面以滾涂、淋涂、噴涂、刮涂、刷涂、浸涂的施工且非常穩定。3.本發明實施例采用了納米微粒研磨技術，主要是利用了納米粒子化后的稀土、有機金屬氧化物，納米粒徑小，尤其可以通過復合控制納米微粒的顏色，充分保證在透明基材使用時所需的透明性，可視光線可以通過，而遠近紅外線和紫外線則被反射，制備成的透明隔熱涂料，可以有效實現達到減熱傳遞效果，具有優異的遠近紅外和紫外光屏蔽性和透明性。4.本發明實施例還可進一步采用的水性丙烯酸隔熱乳液，水性納米六硼化鑭、三氧化鎢隔熱復合漿料復配，經水性丙烯酸復配后能有效利用其結構特殊性，使得有更強的阻隔能力，有效反射、散射遠近紅外線、紫外線，協同其他組分材料復配組成的透明隔熱涂料，充分發揮各種不同材料對不同波段的遠近紅外線和紫外線的阻隔和反射，遠近紅外線和紫外線則被反射，其對太陽輻射的近紅外線及紫外線均有很好屏蔽效果，可以有效的實現被涂覆基材的內外溫差傳熱，節能隔熱保溫效果。綜上所述，本發明實施例提供了一種反射紅外波段、紫外光波段、以水性丙烯酸、多種稀土和有機金屬氧化物復合而成的、尤其涉及可涂覆在各種玻璃、塑料、金屬及混凝土表面上的隔熱透明涂料，屬于納米反射隔熱功能型新材料，具有特強的滲透力，可永久性附著在基材表面不會剝落，涂層晶瑩剔透高透明，不影響采光，不影響基材的顏色、硬度、抗沖擊等本身性能，能通過有效反射熱能傳導、阻隔熱輻射、阻止紅外熱能由傳導到基材內部。與普通涂料相比，夏天有效阻隔太陽光中的紅外線和紫外線穿透基材進入室內，明顯降低熱源由基材傳導到內部環境的熱能，有效降低暴露在太陽光下的基材表面溫度和內部環境溫度，從而達到隔熱的效果，隔熱效果顯著；冬天有效阻止室內溫度流散，從而有效減少制冷和保溫設備的使用，對發展環保產業、節約能源、保護環境、實現污染物的低排放，促進人與自然和諧發展等循環經濟要求，具有重要意義。具體實施方式需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互結合，下面結合具體實施例對本申請作進一步詳細說明。本發明實施例首先提供一種納米環保隔熱透明涂料，由下述質量百分比的原材料混合而成：水性丙烯酸隔熱乳液35%～50％；水性氨基樹脂15%～25％；水性聚氨酯乳液5%～15％；水性納米二氧化鈦分散體漿料5％～10％；潤濕分散劑1％～3％；流平劑0.2％～0.5％；增稠劑0.2％～1％；防霉抗菌劑0.1％～0.2％；成膜助劑0.5％～2.5％；硅烷偶聯劑0.5％～2％；去離子水5％～25％。在一個實施例中，所述水性氨基樹脂選用甲醚化氨基樹脂或水性部醚化氨基樹脂。而在一個可選實施例中，所述水性納米二氧化鈦分散體漿料為選用粒徑為30～70nm納米二氧化鈦制得的固含量為15%～30％的水性分散體漿料。納米粒子處理后的二氧化鈦由于粒徑小，活性大，既能反射、散射紫外線，又能吸收紫外線，添加應用到涂層，從而對紫外線有更強的阻隔能力，具有很好的隔熱效果。在一個實施例中，所述水性聚氨酯乳液為多元醇的聚酯型或聚醚型的一種或兩種的組合制得的乳液，該水性聚氨酯乳液能夠賦予涂膜良好的柔韌性和施工性，以滿足于各種滾涂、淋涂、噴涂、刮涂、刷涂、浸涂的施工形式，在各種形狀不一的異形基材工件施工條件。在一個實施例中，所述潤濕分散劑為六偏磷酸鈉類潤濕劑；所述流平劑選用水性丙烯酸酯共聚物、氟改性聚丙烯酸酯共聚物或聚醚改性聚硅氧烷聚合物中的一種或至少兩種的組合；所述的增稠劑為非離子型聚氨酯增稠劑。在一個實施例中，所述防霉抗菌劑為二硫代水楊膠型防霉抗菌劑。所述成膜助劑為二丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚中的一種或兩種的組合。所述硅烷偶聯劑為改性氨基硅烷偶聯劑或環氧基有機硅烷偶聯劑中的一種或兩種的組合。所述去離子水可直接采用去除雜質的自來水。本發明還提供幾個具體實施的配方如下表，表中的百分比均為質量百分比：成分配方一配方二配方三水性丙烯酸隔熱乳液46％35％50％水性氨基樹脂甲醚化氨基樹脂17％水性部醚化氨基樹脂15％甲醚化氨基樹脂20％水性聚氨酯乳液多元醇聚氨酯15％多元醇聚醚聚氨酯10％多元醇聚醚聚氨酯5％水性納米二氧化鈦分散體漿料10％8％5％潤濕分散劑1.7％3％1％流平劑0.2％0.3％0.5％增稠劑0.5％1％0.2％防霉抗菌劑0.1％0.2％0.1％成膜助劑丙二醇丁醚2.5％二丙二醇甲醚1.5％丙二醇丁醚0.5％硅烷偶聯劑2％1％0.5％去離子水5％25％17.2％另一方面，本發明實施例還提供一種納米環保隔熱透明涂料的制備方法，包括以下步驟：按配方的質量百分比計，把水性氨基樹脂、水性納米二氧化鈦分散體漿料，依次滴加到水性丙烯酸隔熱乳液中，開動攪拌機，在1200～1500rmp的轉速下，攪拌分散15分鐘～30分鐘，再加入占去離子水總質量的5％的去離子水，在300～400rmp的轉速下攪拌20～30分鐘，然后加入剩下的去離子水組分，再加入水性聚氨酯乳液、潤濕分散劑、流平劑、增稠劑，在600～800rmp的轉速下加入防霉抗菌劑、成膜助劑和硅烷偶聯劑，繼續分散25分鐘～40分鐘，測得粘度為（35±2）s后過濾后出料，即得到納米環保隔熱透明涂料。在具體實施時，所述水性丙烯酸隔熱乳液可通過以下方法步驟制得：按質量百分比稱取混合單體25％～40％，水性納米隔熱復合分散體漿料5%～10％，交聯劑1％～8％，乳化劑1％～2％，引發劑I0.1%～1％，引發劑II0.1％～1％，中和劑3％～15％，其余為水；將稱取的混合單體和乳化劑加入預處理釜進行預乳化，得乳化混合體，取總質量的60%~65％的乳化混合體轉移至反應釜，加入引發劑I和水，剩余的乳化混合體轉移至高位槽釜；將反應釜升溫至75℃～85℃時，滴加水性納米隔熱復合分散體漿料及剩余的乳化混合體和引發劑I，1～1.5hr滴完，滴加完畢后加入引發劑II，保溫反應3.5~5hr，然后降溫至35～45℃加入交聯劑，繼續反應1.5~3hr，然后加入中和劑，冷卻，得到透明隔熱涂料用水性丙稀乳液。該隔熱乳液有效提高涂層漆膜的超強粘附力、連整性和耐水性，隔熱效果明顯優于普通的水性乳液涂料且非常穩定，常溫下保存期長，與大多成膜物質均有良好的相容性。在具體實施時，所述的交聯劑為丙烯酰胺或雙丙酮丙稀酰胺中的一種或兩種的混合物；混合單體由丙烯酸、甲基丙稀酸甲酯和丙稀酸-β-羥乙酯的混合物組成；引發劑I為過硫酸鉀和過硫酸銨中的一種或兩種的混合物；引發劑II為過氧化苯甲酰和偶氮二異丁腈中的一種或兩種的混合物；乳化劑為十二烷基硫酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉中的一種或兩種的混合物；中和劑為氨水、三乙胺和N,N-二甲基乙醇胺中的一種或至少兩種的混合物。在一個實施例中，所述水性納米隔熱復合分散體漿料按照以下制備工藝制得：按照質量百分比計，納米六硼化鑭粉體15%～30％、納米三氧化鎢粉體12%～20%、去離子水40%～70％，依次加入去離子水、潤濕分散劑攪拌均勻，然后邊攪拌邊緩慢加入六硼化鑭粉體、三氧化鎢粉體，粉體加完后高速分散25~40分鐘，然后邊攪拌邊緩慢加入二氧化釩粉體和三氧化鎢粉體，粉體加完后高速分散25~40分鐘，然后采用研磨機循環研磨6～9hr，得到固含量為15%～30％、中位粒徑在30～70nm水性納米隔熱復合分散體漿料。二氧化釩晶體具有兩種不同的晶胞結構，當溫度高于68℃時，它屬于四方晶的金紅石型(P42/mnm)，透射率低；而在溫度低于68℃時，金紅石結構發生畸變，對稱性降低為單斜(P21/c)，原來位于晶胞體心的V4+離子發生移動，形成折線形V-V鏈，透射率發生可逆的變化，透射率高，可見光透過率升高，同時進一步屏蔽紫外線和近紅外線；六硼化鑭隔是一種典型的半導體材料，半導體領域中的非電阻的透明導電，對200nm～400nm（紫外線）及800nm～1300nm（短波近紅外線）有非常好的屏蔽作用，卻不會吸收太多的可見光，納米粒子處理后的六硼化鑭在結構中B原子間強烈的共價鍵，形成緊密的空間網絡，使之具有低揮發性，低逸出，高熔點、高強度和高穩定性等特點，可以保證在透明玻璃上涂覆時需要的可見光透過率；納米三氧化鎢1300nm～2500nm（長波近紅外線）間有較好的屏蔽作用；涂層能夠形成有光反射、光選擇吸收的光學涂層，具有氧敏、濕敏、氣敏的敏感特性等。在涂料中加入可以達到減少光的透射和熱傳遞效果，產生隔熱、阻燃等效果。尤其具有半導體特性的氧化物粒子，在室溫下具有比常規的氧化物高的導電特性，因而能起到夏天能屏蔽紅外熱輻射作用、冬天有效阻止室內溫度通過基材流散的特點。在一個實施例中，所述水性納米二氧化鈦分散體漿料通過以下方法步驟制得：按照質量百分比計稱取納米二氧化鈦粉體15%～30％，潤濕分散劑2%～12％，去離子水40%～70％，依次加入去離子水、潤濕分散劑攪拌均勻，然后邊攪拌邊緩慢加入納米二氧化鈦粉體，納米二氧化鈦粉體加完后，采用攪拌機以1000~1300rmp的轉速高速分散25~40分鐘，再采用納米研磨機進行循環研磨13～15小時，間隔時間取樣檢查，中位粒徑在30～70nm之間時，停機得到固含量為15%～30％水性納米二氧化鈦分散體漿料。納米粒子處理后的二氧化鈦由于粒徑小，活性大，既能反射、散射紫外線，又能吸收紫外線，添加應用到涂層，從而對紫外線有更強的阻隔能力，具有很好的隔熱效果。本發明實施例提供的納米環保隔熱透明涂料還具有以下優點：1.環境友好，本發明的納米環保隔熱透明涂料，VOC含量低于50g/L，遠低于HJ2537-2014《環境標志產品技術要求水性涂料》要求的80g/L，符合綠色建筑要求。2.隔熱性能突出，產品標準狀態下，遠高于GB50176-1993《民用建筑熱工設計規范》對夏熱冬暖地區的設計要求，符合國家標準要求。3.效果顯著，產品標準狀態下，有效降低暴露在太陽光下的基材表面溫度和內部環境溫度，冬天有效阻止室內溫度通過基材流散。納米微粒子化后的材料自由電子密度適中，活性大，具有獨特的光電性能和光譜選擇性的特點，尤其在不同波段的紅外線具有不同的反射率，又能吸收反射阻隔紫外線的性能，有效阻隔太陽光中的紅外線和紫外線。同時在可見光區具有較高的透過率，使得可視光線可以通過，遠近紅外線和紫外線則被反射和阻隔，明顯降低熱源由基材傳導到內部環境的熱能，可以達到減少紅外線、紫外線的透射和熱傳遞效果。4.良好的施工性，本發明的納米環保隔熱透明涂料產品屬于液體材料，施工快捷，能滿足各種形狀不一的異形基材工件表面，以噴涂、淋涂、刷涂、輥涂等各種施工方式，涂膜環保、不易燃、具有特強的滲透力，可永久性附著在基材表面不會剝落，涂層晶瑩剔透高透明，不影響基材的顏色、硬度、抗沖擊等本身性能。5.涂膜的抗沾污、抗化學品性好，產品標準狀態下，聚合成膜后具有獨特的致密度，保證了良好的耐化學品性，有效抵抗空氣中的污染，如：酸雨、煙霧、粉塵、海邊的鹽堿等物質侵蝕。6.效果穩定持久，產品標準狀態下，涂層具有保持被涂覆物基材外形穩定性和耐久性的特點。由于晝夜和氣候的溫差變化，普通水性涂膜會發生熱脹冷縮等形變，納米環保隔熱透明涂料對底材有相當程度的保護性，在基材表面聚合形成獨特的釉質涂層，可滲透進入基材的細微空隙，與基材形成一體，能有效防止水分滲入膜層，一旦成膜就不會被溶解，尤其涂覆于基材后的膜層可以反射太陽光，有效延長持續使用壽命并且能長久的保持。盡管已經示出和描述了本發明的實施例，對于本領域的普通技術人員而言，可以理解的是，在不脫離本發明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種等效的變化、修改、替換和變型，本發明的范圍由所附權利要求及其等同范圍限定。當前第1頁1 2 3