CN104745013A - 外墙用隔热保温涂料 - Google Patents

Abstract

一种外墙用隔热保温涂料及其制备方法，该涂料包括苯乙烯和丙烯酸酯的共聚乳液、锆-铝酸酯类偶联剂、钛白粉、碳酸钙、绢云母粉、空心微珠、金属氧化物、流平剂、颜料分散剂、杀菌防霉剂、pH调节剂、羟乙基纤维素和消泡剂，其制备方法：用上述的原料制备得到的滤液与固化剂的重量比=1-2：0.5混合搅拌，即得外墙用隔热保温涂料产品。所述的固化剂为70-90％的硅酸盐溶液和10-30％的水的混合物，按配比将硅酸盐溶液与水混合搅拌均匀即可得到。本发明具有耐化学性强、耐候性好、耐沾污性好、耐水、耐磨、防潮效果好、光泽度高、涂膜寿命长等特点，还有反射、隔热保温功能。

Description

外墙用隔热保温涂料

技术领域

本发明涉及一种隔热涂料的制备方法，特别是一种外墙隔热保温涂料及其制备方法，属于化学组合物及其制备技术领域。

背景技术

建筑节能是我国节能工作的重点之一，而外墙外保温已成为建筑节能的主产品。对于热工设计时以保温为主的地区，如严寒地区和寒冷地区，外墙外保温不仅合理，而且适用，发展较快。而对于热工设计时一般只考虑隔热的夏热冬暖地区，或热工设计时以隔热为主的夏热冬冷地区，目前的一些外墙外保温存在进一步完善的空间。针对不同地区的气候特点，合理选择和使用各种隔热保温涂料，组成复合体系，既保温又隔热，达到室内热环境舒适和节能降耗的目的。

    而说到隔热保温涂料，人们还要考虑其耐候性和防污性，因为外墙涂料是与外界大气环境直接接触的，需要经受气候、雨水、紫外线等的挑战，因此需要具备耐酸雨、耐沾污以及易清洗等性能，目前在建筑防水领域，溶剂型聚氨酯涂料（WPU）应用比较广泛，但随着环保的力度的加大，涂料势必要向无溶剂、水性化方向发展。WPU由于引入亲水基团，涂料的耐水性不佳，无法满足建筑防水涂料的需求，所以可以通过改性来提高和改善相应性能。目前公开文献报道了许多改性方法，例如

1、中国专利，名称: 水性聚氨酯丙烯酸酯、水性聚氨酯紫外光固化涂料及其制备方法 ，申请（专利）号:  CN201310545598.8 ，申请（专利权）人: 中国科学院长春应用化学研究所公开了一种水性聚氨酯丙烯酸酯、水性聚氨酯紫外光固化涂料及其制备方法，解决了现有技术中水性聚氨酯涂料危害环境、不能进行紫外光固化的技术问题。本发明的涂料包括68-97重量份的水性聚氨酯丙烯酸酯，0.1-0.5重量份的水性流平剂，0.2-0.6重量份的水性润湿剂，0.2-0.5重量份的水性消泡剂，3-7重量份的水性助溶剂和0.1-0.5重量份光引发剂。本发明还提供了水性聚氨酯丙烯酸酯的结构及制备方法。该水性聚氨酯紫外光固化涂料具有良好的水溶性，并可进行紫外光固化，不含有稀释剂等污染物，绿色环保。

2、中国专利，名称: 复合改性水性聚氨酯乳液的制备方法 申请（专利）号: 　  CN200310117505.8 申请（专利权）人: 中国科学院广州化学研究所 一种涉及有机和无机硅化合物复合改性水性聚氨酯乳液的制备方法，该制备方法是采用高分子化学合成反应中或水乳化扩链过程中将有机硅化合物引入到聚氨酯中，再在乳液中加入一定量的无机硅化合物进一步扩链交联反应。本发明的方法不仅操作方便，且制备的水性聚氨酯乳液，其涂膜具有耐水性好、光泽、软硬度与应用性能要求适宜等优点，与未改性水性聚氨酯涂料相比，各主要技术性能都有明显的提高，可用于木器漆等的有机和无机硅化合物复合改性的水性聚氨酯涂料。主权项: 1、一种有机和无机硅化合物复合改性水性聚氨酯乳液的制备方法，是将100份二异氰酸酯、1～30份有机硅化合物、100～300份聚醚、5～30份2，2-二羟甲基丙酸在室温搅拌下加入至通有氮气的反应容器中，控温60～100℃反应3～6小时，得到预聚体；在0～15℃下，将上述预聚体缓慢滴加到溶有3～20份三乙胺的400～900份去离子水中，高速搅拌乳化，再在高速搅拌下继续加入2～50份无机硅化合物，在5～50℃反应1～6h，得到固含量在20～55wt％的乳液。

     但要制备一种具有轻质、高耐火、高耐候、环保、不易老化、长效性的外保温隔热的涂料，进而达到建筑节能的目的，还没有很成熟的技术，因此目前人们还在水性涂料方面还在不断的研究试验。

发明内容

本发明的目的提供一种外墙用隔热保温涂料及其制备方法，该涂料具有隔热效果好、高耐候、环保、不易老化、长效的效果。

本发明是这样实现的：

   外墙用隔热保温涂料，制成该涂料包括以下重量份数的原料：

   苯乙烯和丙烯酸酯的共聚乳液 40～50份；

   锆-铝酸酯类偶联剂          4～6份；

   钛白粉                     5 ～7份；      

   碳酸钙                     10～13份；

   绢云母粉                   5 ～7份

   空心微珠                  5～10份；

   金属氧化物                1～5份；

   流平剂                     1～3份；

   颜料分散剂                 0.5～0.7份；

   杀菌防霉剂                0.5～0.7份；

   pH调节剂                 0.5～0.7份；

   羟乙基纤维素              0.5～0.7份；

   消泡剂                    0.5～0.7份；

   所述的苯乙烯和丙烯酸酯的共聚乳液为不透明聚合物乳液。该乳液粒子呈球形，由中空的苯乙烯芯/丙烯酸酯壳组成。起初，在乳液态和涂料中时，该聚合物的芯中充满水，当涂料涂覆在基层表面干燥后，水由微球的芯中扩散出来而被空气所代替，形成微球内充满气体的空气穴，使其成为具有极好的光散射介质，赋予干膜光散射效果和不透明度，再者由于干膜中粒径均匀的中空不透明聚合物球体具有抗聚集效应，充分填充空心微珠中的空隙，使涂层中多级组合排列的空心球体更加紧密，从而进一步提高了涂层的太阳光热反射率，也提高了涂料的白度和遮盖力。

    所述的锆-铝酸酯类偶联剂是一种两性物质，具有特殊功能“分子桥”的作用，其一端可与填料金红石型钛白粉、重质碳酸钙和绢云母粉发生化学反应，形成强有力的化学键和，另一端可与纤维表面的电荷形成静电结合，从而使两种性质差异很大的材料牢固地结合起来。该类偶联剂与填料的反应主要是通过锆-铝之间的螯合实现的，对无机材料界面改性是不可逆的，不但可以改善其分散性及降低体系粘度，而且由于产生有机官能团的作用，还可提高填料与基材的结合力。通过添加锆-铝酸酯类偶联剂，可显著降低本发明的无机填充体系的粘度，改善其流动性，应用于本发明的涂料可降低粘度，提高产品质量。

所述的钛白粉为金红石型二氧化钛，由于金红石型二氧化钛反射系数≥80，折射率为2.71，通过加入二氧化钛（金红石型）材料，能增强光线的折射与散射。因此，具有较优的反射和隔热性能，还具有很好的光线遮盖效果和很高的着色力，从而反射太阳近红外波段，提高太阳热辐射反射，降低太阳热吸收，不让太阳在物体表面累计升温。

所述的碳酸钙为重质碳酸钙，其是常用的粉状无机填料，具有化学纯度高、惰性大、不易化学反应、热稳定性好、在400℃以下不会分解、白度高、吸油率低、折光率低、质软、干燥、不含结晶水、硬度低磨耗值小、无毒、无味、无臭、分散性好等优点。

所述的云母粉为片岩型优质绢云母粉，其晶片的径厚比为50-60倍。晶体的偏光效附和层间水分子介入效应以及片岩型绢云母在漆膜内形成基本平行的取向排列特点，通过加入绢云母（片岩型）材料，能增强光线的折射与散射及强烈阻隔水和其它腐蚀性物质对漆膜的渗透。因此，具有较优的反射和隔热性能，还具有很好的光线遮盖效果，从而反射太阳近红外波段，提高太阳热辐射反射，降低太阳热吸收，不让太阳在物体表面累计升温。绢云母具备很好的屏障紫外线、微波、红外线的功能,比所有无机矿物填料要强,能够大大抬高制品的耐老化功能。因此，绢云母常用在保温、隔热及反光材料中，如涂料，橡胶等。除此之外，片岩型的绢云母还具有很好的防水效果。

     所述的空心微珠为陶瓷空心微珠，其中微珠的粒径为270～325目占微珠重量份数的20%，500～600目占微珠重量份数的60%，800～1250目微珠重量份数的20%。采用陶瓷空心微珠，球体壁坚硬，抗压强度高(1000～7000kg/m )，在高速分散、研磨过程中，球体完整无损，便于涂料的工业化生产。陶瓷空心微珠在本发明作为隔热填料有以下优点：一是利用其特有的球型中空结构中的无数空腔形成隔热层来阻止热传导；二是它具有一定的填充作用，能减少涂料中基料用量，降低涂料中VOC含量；三是提高涂料的流平性，改善涂膜的硬度；四是提高涂膜的耐沾污性和耐黄变性能。

    所述的金属氧化物为稀土金属氧化物Ln₂O₃，稀土元素的电子能级和谱线比其它元素丰富多样，它们在从紫外光、可见光到红外光区都有吸收或发射现象，是非常好的色谱较广的有色物质。

   所述的流平剂为聚丙烯酸酯溶液。

   所述的颜料分散剂为无机颜料分散剂VK-011，该分散剂可以有效填充基材、以及被涂基材的空隙、缝隙，起到封闭空隙作用，提高耐腐蚀性能，应用在水性体系、水性涂料及油墨随意研磨分散很好，稳定，不絮凝、耐候性好、抗紫外好、抗老化及其优异。

   所述的杀菌防霉剂是双硫代氨基甲酸酯或五氯苯酚。涂料中加入杀菌防霉剂后通过阻碍菌体呼吸，或干扰病原菌的生物合成、破坏细胞壁的合成、阻碍类酯的合成等达到杀菌防霉的目的。

    所述的pH调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾和碳酸钠中的任一种。

   所述的羟乙基纤维素是一种白色或淡黄色，无味、无毒的纤维状或粉末状固体，具有增稠、悬浮、粘合、乳化、分散、保持水分及保护胶体等性能，在本发明中作增稠剂、乳化稳定剂应用在涂料中。

所述的消泡剂可以采用宿迁市瑞优赛福资源再生科技有限公司生产的126B消泡剂，网址为http://www.ry-sf.com/cpzs3.htm。该消泡剂以聚醚改性的聚硅氧烷为主要成份，配以特种乳化剂、稳定剂，采用最新工艺精制而成，它具有乳液有机硅消泡剂的特性外，还具有经过高温后能自动恢复乳液状态，不会出现油水分离、分层现象，它是乳液消泡剂的重大突破。它不但保持了普通有机硅消泡剂的优点，同时其抑泡性能尤其优越，无毒、无腐蚀、无不良副作用。本品在水中极易分散，是目前国际上大力推广使用的聚醚改性有机硅类消泡剂。

本发明所述的外墙用隔热保温涂料，其制备方法包括以下步骤：

  1）按下述配方准备重量份数的原料：

     苯乙烯和丙烯酸酯的共聚乳液40-50份；锆-铝酸酯类偶联剂          4-6份；钛白粉5 -7份；碳酸钙10-13份；绢云母粉5- 7份 ；空心微珠 5-10份；金属氧化物1-5份；流平剂1-3份；颜料分散剂0.5-0.7份；杀菌防霉剂0.5-0.7份；pH调节剂 0.5-0.7份； 羟乙基纤维素0.5-0.7份；消泡剂0.5-0.7份；

      2）按配方量将颜料分散剂、金属氧化物、空心微珠、锆-铝酸酯类偶联剂、钛白粉、碳酸钙、绢云母粉和消泡剂搅拌均匀后用砂磨机分散，分散时间为61-70min，制得颜填料浆；在容器中加入配方量的苯乙烯和丙烯酸酯的共聚乳液，在搅拌条件下加入上述制得的颜填料浆、流平剂和杀菌防霉剂，搅拌速度为410-450r／min，搅拌时间为21-30min，其中在5-10min的时候，加入配方量的羟乙基纤维素；最后pH调节剂调节pH＝7-8；即可反应完成后，用160目的绢布滤网过滤，得到滤液，将滤液与固化剂的重量比1-2：0.5混合搅拌，即得外墙用隔热保温涂料产品。

所述的固化剂为70-90％的硅酸盐溶液和10-30％的水的混合物， 按配比将硅酸盐溶液与水混合搅拌均匀即可得到。

本发明的积极效果是：

1、通过添加锆-铝酸酯类偶联剂，可显著降低本发明的无机填充体系的粘度，改善其流动性，应用于本发明的涂料可降低粘度，提高产品质量。

2、本发明的涂料添加呈球形的苯乙烯和丙烯酸酯的共聚乳液，该乳液为不透明乳液，由中空的苯乙烯芯/丙烯酸酯壳组成。当由该乳液为主要成分的涂料涂覆在基层表面干燥后，水由微球的芯中扩散出来而被空气所代替，形成微球内充满气体的空气穴，使其成为具有极好的光散射介质，赋予干膜光散射效果和不透明度，从而进一步提高了涂层的太阳光热反射率，也提高了涂料的白度和遮盖力。

3、本发明的涂料添加反射系数≥80，折射率为2.71的金红石型二氧化钛，其具有较优的反射和隔热性能，还具有很好的光线遮盖效果和很高的着色力，提高太阳热辐射反射，降低太阳热吸收，不让太阳在物体表面累计升温，从而发挥隔热作用。

4、本发明生产出来的外墙用隔热保温涂料成膜物由于在反应中加入苯乙烯和丙烯酸酯的共聚乳液、锆-铝酸酯类偶联剂、金红石型二氧化钛和绢云母粉混合溶剂等材料以后，能够起到很好的化学交联作用，从而使成膜物在常温下具有干性、稳定坚韧、收缩率小、粘接强度高、拉伸强度强。不但保证涂膜具有耐化学性强、耐温高、耐候性好、耐沾污性好、自洁性强的特点，还保证具有反射、隔热保温作用功能的材料牢固的粘接在涂料中，延长涂料寿命。

具体实施方式

实施例1：

苯乙烯和丙烯酸酯的共聚乳液40份；锆-铝酸酯类偶联剂4份；金红石型钛白粉5份；重质碳酸钙10份；绢云母粉5份 ；陶瓷空心微珠 5份；1份稀土金属氧化物Ln₂O₃  ；流平剂聚丙烯酸酯溶液1份；0.5无机颜料分散剂VK-011份；杀菌防霉剂双硫代氨基甲酸酯0.5份；pH调节剂氢氧化钠 0.5份； 羟乙基纤维素0.5份；0.5份消泡剂126B，进行备料 ；

     按配方量将无机颜料分散剂VK-011、金属氧化物Ln₂O₃、陶瓷空心微珠、锆-铝酸酯类偶联剂、金红石型钛白粉、重质碳酸钙、绢云母粉和消泡剂搅拌均匀后用砂磨机分散，分散时间为61-70min，制得颜填料浆；在容器中加入配方量的苯乙烯和丙烯酸酯的共聚乳液，在搅拌条件下加入上述制得的颜填料浆、流平剂聚丙烯酸酯溶液和杀菌防霉剂双硫代氨基甲酸酯，搅拌速度为410-450r／min，搅拌时间为21-30min，其中在5-10min的时候，加入配方量的羟乙基纤维素；最后pH调节剂调节pH＝7-8；即可反应完成后，用160目的绢布滤网过滤，得到滤液，将滤液与固化剂的重量比=1：0.5混合搅拌，即得外墙用隔热保温涂料。

所述的固化剂为70％的硅酸盐溶液和30％的水的混合物， 按配比将硅酸盐溶液与水混合搅拌均匀即可得到。

实施例2

苯乙烯和丙烯酸酯的共聚乳液45份；锆-铝酸酯类偶联剂5份；金红石型钛白粉6份；重质碳酸钙12份；绢云母粉6份 ；陶瓷空心微珠 8份；3份稀土金属氧化物Ln₂O₃  ；流平剂聚丙烯酸酯溶液2份；0.6无机颜料分散剂VK-011份；杀菌防霉剂五氯苯酚0.6份；pH调节剂氢氧化钾0.6份； 羟乙基纤维素0.6份；0.6份消泡剂126B，进行备料 ；

 按配方量将无机颜料分散剂VK-011、稀土金属氧化物Ln₂O₃、陶瓷空心微珠、锆-铝酸酯类偶联剂、金红石型钛白粉、重质碳酸钙、绢云母粉和消泡剂126B搅拌均匀后用砂磨机分散，分散时间为61-70min，制得颜填料浆；在容器中加入配方量的苯乙烯和丙烯酸酯的共聚乳液，在搅拌条件下加入上述制得的颜填料浆、流平剂聚丙烯酸酯溶液和杀菌防霉剂五氯苯酚，搅拌速度为410-450r／min，搅拌时间为21-30min，其中在5-10min的时候，加入配方量的羟乙基纤维素；最后pH调节剂调节pH＝7-8；即可反应完成后，用160目的绢布滤网过滤，得到滤液，将滤液与固化剂的重量比=1.5：0.5混合搅拌，即得外墙用隔热保温涂料。

所述的固化剂为80％的硅酸盐溶液和20％的水的混合物， 按配比将硅酸盐溶液与水混合搅拌均匀即可得到。

实施例3

苯乙烯和丙烯酸酯的共聚乳液50份；锆-铝酸酯类偶联剂6份；金红石型钛白粉7份；重质碳酸钙13份；绢云母粉7份 ；陶瓷空心微珠 10份；5份稀土金属氧化物Ln₂O₃  ；流平剂聚丙烯酸酯溶液3份；0.7份无机颜料分散剂VK-011份；杀菌防霉剂双硫代氨基甲酸酯0.7份；pH调节剂碳酸钠0.7份； 羟乙基纤维素0.7份；0.7份消泡剂126B，进行备料 ；

 按配方量将无机颜料分散剂VK-011、稀土金属氧化物Ln₂O₃、陶瓷空心微珠、锆-铝酸酯类偶联剂、金红石型钛白粉、重质碳酸钙、绢云母粉和消泡剂126B搅拌均匀后用砂磨机分散，分散时间为61-70min，制得颜填料浆；在容器中加入配方量的苯乙烯和丙烯酸酯的共聚乳液，在搅拌条件下加入上述制得的颜填料浆、流平剂聚丙烯酸酯溶液和杀菌防霉剂双硫代氨基甲酸酯，搅拌速度为410-450r／min，搅拌时间为21-30min，其中在5-10min的时候，加入配方量的羟乙基纤维素；最后pH调节剂调节pH＝7-8；即可反应完成后，用160目的绢布滤网过滤，得到滤液，将滤液与固化剂的重量比=2：0.5混合搅拌，即得外墙用隔热保温涂料。

所述的固化剂为90％的硅酸盐溶液和10％的水的混合物， 按配比将硅酸盐溶液与水混合搅拌均匀即可得到。

利用该涂料(质量200克)制作的涂层，分别进行以下性能检测：   

 1、导热系数测试：按照GB／T10294—88、GB／T13475-92和JGJ 51-2002标准中的规定，使用导热系数测试仪测试涂料导热系数，导热系数小，说明导热性能差。

2、表面太阳反射比测试：按照GJB 9001A—200l质量管理体系要求，测定涂料在光谱范围250-2800nm之间的反射率和半球反射率。

3、隔热温差测试：将涂料涂在10mm x 10mm的铁板上做成样板。把制备的测试样板与参考样板放入温差测试仪中，对两种样品同时加热，分别即时记录加热箱温度、样板后箱温度和参考样板后箱温度。同时加热到1min，测试样板后箱温度与参考样板后箱温度的温度差。

4、耐久性测试：(参照标难GB／T1865—1997)在人工耐老化仓内进行耐老化性能测试，以本例产品为测试样品，以商购性能较好的水性乳胶涂料(德国盾牌陶瓷隔热涂料)为对照样品。测试结果，对照样品褪色粉化时间为600h，而测试样品的耐老化时间为2500h不褪色、不粉化。说明本发明获得的溶剂型涂料具有很好的耐久性。

 本发明的测试结果如下表所示：

                                                 

Claims (7)

1.一种外墙用隔热保温涂料，其特征在于：制成该涂料包括以下重量份数的原料：

苯乙烯和丙烯酸酯的共聚乳液 40～50份；

   锆-铝酸酯类偶联剂          4～6份；

   钛白粉                     5 ～7份；

   碳酸钙                     10～13份；

   绢云母粉                   5 ～7份

   空心微珠                  5～10份；

   金属氧化物                1～5份；

   流平剂                     1～3份；

   颜料分散剂                 0.5～0.7份；

   杀菌防霉剂                0.5～0.7份；

   pH调节剂                 0.5～0.7份；

   羟乙基纤维素              0.5～0.7份；

   消泡剂                    0.5～0.7份；

所述的苯乙烯和丙烯酸酯的共聚乳液为不透明聚合物乳液，由中空的苯乙烯芯/丙烯酸酯壳组成；

所述的空心微珠为陶瓷空心微珠，其中微珠的粒径为270～325目占微珠重量份数的20%，500～600目占微珠重量份数的60%，800～1250目微珠重量份数的20%；

 所述的颜料分散剂为无机颜料分散剂VK-011；

所述的杀菌防霉剂是双硫代氨基甲酸酯或五氯苯酚。

2.根据权利要求1所述的外墙用隔热保温涂料，其特征在于：所述的锆-铝酸酯类偶联剂是一种两性物质，具有特殊功能“分子桥”的作用，其一端可与填料金红石型钛白粉、重质碳酸钙和绢云母粉发生化学反应，形成强有力的化学键和，另一端可与纤维表面的电荷形成静电结合，从而使两种性质差异很大的材料牢固地结合起来。

3.根据权利要求1所述的外墙用隔热保温涂料，其特征在于：所述的钛白粉为金红石型二氧化钛。

4. 根据权利要求1所述的外墙用隔热保温涂料，其特征在于：所述的碳酸钙为重质碳酸钙。

5. 根据权利要求1所述的外墙用隔热保温涂料，其特征在于：所述的云母粉为片岩型优质绢云母粉，其晶片的径厚比为50-60倍；所述的金属氧化物为稀土金属氧化物Ln₂O₃；所述的流平剂为聚丙烯酸酯溶液。

6.    根据权利要求1所述的外墙用隔热保温涂料，其特征在于：所述的pH调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾和碳酸钠中的任一种；所述的羟乙基纤维素是一种增稠剂或乳化稳定剂；所述的消泡剂是采用宿迁市瑞优赛福资源再生科技有限公司生产的126B消泡剂。

7.根据权利要求1所述的外墙用隔热保温涂料，其特征在于：其制备方法包括以下步骤：

  1）按下述配方准备重量份数的原料：

     苯乙烯和丙烯酸酯的共聚乳液40-50份；锆-铝酸酯类偶联剂          4-6份；钛白粉5 -7份；碳酸钙10-13份；绢云母粉5- 7份 ；空心微珠 5-10份；金属氧化物1-5份；流平剂1-3份；颜料分散剂0.5-0.7份；杀菌防霉剂0.5-0.7份；pH调节剂 0.5-0.7份； 羟乙基纤维素0.5-0.7份；消泡剂0.5-0.7份；

      2）按配方量将颜料分散剂、金属氧化物、空心微珠、锆-铝酸酯类偶联剂、钛白粉、碳酸钙、绢云母粉和消泡剂搅拌均匀后用砂磨机分散，分散时间为61-70min，制得颜填料浆；在容器中加入配方量的苯乙烯和丙烯酸酯的共聚乳液，在搅拌条件下加入上述制得的颜填料浆、流平剂和杀菌防霉剂，搅拌速度为410-450r／min，搅拌时间为21-30min，其中在5-10min的时候，加入配方量的羟乙基纤维素；最后用pH调节剂调节pH＝7-8，用160目的绢布滤网过滤，得到滤液，将滤液与固化剂的重量比=1-2：0.5混合搅拌，即得外墙用隔热保温涂料；

所述的固化剂为70-90％的硅酸盐溶液和10-30％的水的混合物， 按配比将硅酸盐溶液与水混合搅拌均匀即可得到。