一種單組份水性聚氨酯透明隔熱塗料的製備方法與流程
2023-05-19 10:07:06 1
本發明涉及水性塗料，具體地說屬於一種單組份水性聚氨酯透明隔熱塗料的製備方法。
背景技術：
隨著社會快速發展和生活水平的提高，居住環境和建築水平也快速的進步，各種玻璃使用的比例呈現明顯上升的趨勢。而玻璃耗能在整個建築能耗中佔的比例越來越大。透明的玻璃在帶來良好採光的同時，也成為建築外保溫的一個難題。如何讓玻璃既透明又隔熱，在倡導節能環保的今天解決玻璃耗能具有重要的意義。目前解決玻璃隔熱主要有三條途徑，一是使用隔熱貼膜，但高昂的價格使普通人難以承受，目前只在高檔轎車上使用；二是LOW-E中空玻璃，也同樣因為價格的原因使商家沒辦法全面採用；三是使用熱反射膜，但其透明性較差影響正常採光，使其無法廣泛應用。相比前三種隔熱方法，透明隔熱塗料其價格相對便宜、施工過程簡單（可以在玻璃上直接塗覆）、透明性好、隔熱效果佳等優點使其具有重要的應用前景。目前隔熱塗料分為溶劑型和水性隔熱塗料，其製備方法一般是將合成的樹脂和分散好的納米隔熱漿料通過物理共混的方式製備，其中納米隔熱漿料的製備對隔熱塗料的隔熱效果的發揮至關重要，由於納米粒子其表面能大，很容易團聚成較大的粒子影響塗料的透光性，同時其分散的穩定性也難以保證。製備穩定的分散漿料需要對納米粒子改性，或者是利用各種分散劑、潤溼劑等助劑經過長時間球磨、砂磨等工藝來製備出穩定的分散漿料。過程工藝複雜、耗時耗能。本發明在合成聚氨酯預聚體時利用矽烷偶聯劑的活性官能團和異氰酸酯反應，直接將其引入分子鏈，在乳化時矽氧烷水解形成的羥基可以和納米粒子的表面活性基團直接反應，一方面能夠起到降低納米粒子的表面能穩定納米粒子的作用，另一方面由於樹脂和納米粒子間形成化學鍵可以提高樹脂該性能。
技術實現要素：
本發明的目的在於，提供一種簡單製備單組分水性聚氨酯透明隔熱塗料，可以廣泛應用於汽車玻璃、建築玻璃、有機玻璃的透明隔熱保溫與節能，具有優良的隔熱性能及透明性，且安全環保、施工方便。本發明的另一目的在於，針對現有技術中的不足，減少製備隔熱漿料的環節，直接製備單組分水性聚氨酯透明隔熱塗料。為了達到上述目的，本發明採用以下技術方案,其製備工藝步驟如下：（1）水性聚氨酯納米粉體複合乳液的製備A將多異氰酸酯和大分子多元醇脫水加入四口燒瓶中，通氮氣保護，加入催化劑，80-100℃下反應1-2小時，反應過程中採用二正丁胺滴定法來判斷反應終點；B40-70℃下滴加擴鏈劑，然後在70-85℃下反應2-4小時；C加入溶劑降低體系粘度,降溫至30℃，高速攪拌下滴加去離子三乙胺，其佔樹脂質量分數2.0-2.7%，反應10-30分鐘；D降溫至50-60℃，滴加矽烷偶聯劑，60-70℃反應1-2小時；E提前將納米粉體分散於水中，製成質量分數為8-30%的分散液，並超聲1-2小時；F將上述分散液在高速攪拌條件下加入三乙胺中和的聚氨酯預聚體中，高速分散0.5-1小時，加入酸鹼中和劑將複合乳液的PH調至8-10；（2）水性聚氨酯納米複合塗料的製備將步驟（1）中製備的水性聚氨酯納米粉體複合乳液，在真空條件下於40-60℃脫除溶劑，並在高速攪拌條件下，加入流平劑、潤溼劑、消泡劑和增稠劑，便可製備出水性聚氨酯納米複合塗料。步驟（1）所述的多異氰酸酯選自甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯、1,6-己二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、4,4'-二環己基甲烷二異氰酸酯和液化MDI-50中一種或多種；所述的大分子多元醇選自分子量為800-2000的聚氧化丙烯二元醇、分子量為400-4000的三羥甲基丙烷聚醚和端羥基的聚四氫呋喃以及分子量1000-2000的聚碳酸酯多元醇中的一種及多種；其中大分子多元醇和多異氰酸酯的重量比為1∶3-5。步驟（1）所述的催化劑選自二月桂酸二丁基錫、辛酸亞錫、N，N-二甲基環已胺、三亞乙基二胺中的一種或多種，其佔樹脂質量分數0.1-0.5%。步驟（1）所述的擴鏈劑選自二羥甲基丙酸、二羥甲基丁酸、乙二醇、丙二醇、二甘醇、丁二醇中的一種或多種，其佔樹脂質量分數1-10%。步驟（1）所述的溶劑為丙酮、丁酮或甲苯，其佔樹脂質量分數30-80%。步驟（1）所述的納米粉體包括納米氧化錫銻、納米氧化銦錫和納米氧化鋁鋅，其佔樹脂質量分數5-20%。步驟（1）所述的矽烷偶聯劑選自γ-（2，3-環氧丙烷）丙基三甲氧基矽烷、γ-（β-氨乙基）氨丙基三甲氧基矽烷、γ―氨丙基三乙氧基矽烷、γ―氨丙基三甲氧基矽烷、苯胺基三甲氧基矽烷、苯胺基三乙氧基矽烷中的一種，其佔樹脂質量分數1-5%。步驟（1）所述的酸鹼中和劑為氨水、氫氧化鈉溶液中的一種。本發明與現有技術相比具有以下優點:（1）本發明提供的水性納米透明玻璃隔熱塗料，水溶性、單組分使用,其不含苯、酮、酯類等成分，不含游離TDI等有害物質，綠色環保，符合國家環保質量標準;且該塗料具有優良的隔熱性能及透明性,安全環保、施工方便；（2）本發明製備水性聚氨酯預聚體過程中將矽烷偶聯劑引入到聚氨酯高分子鏈末端，其在乳化分散時水解形成的二氧化矽溶膠表面羥基和納米粉體的活性基團反應形成化學鍵，使粉體表面形成一層高分子鏈包覆層能夠有效降低粉體表面能減少其團聚，同時能夠提高樹脂與粉體的相容性，並且由於形成交聯網狀結構增強了樹脂基體的力學性能，經這種辦法製備出的塗料在一年內穩定無分層、沉澱、絮凝現象，與現有製備水性隔熱塗料工藝（分別製備水性樹脂和隔熱分散液後將二者共混配成水性隔熱塗料）相比，製備工藝簡單、成本低廉；（3）本發明塗料塗膜具有優良的隔熱效果及透明度，塗層表面硬度高，使用壽命長、附著力強，耐水性能優越。塗料可通過淋塗、刮塗、噴塗等施工工藝直接塗在建築玻璃、汽車玻璃、聚碳酸酯、有機玻璃等透明基材上，塗層對這些材料表面具有很好的附著力，不但透光性好，而且能有效隔絕太陽熱輻射，使其具有很好的紅外阻隔和防紫外性能，直觀感覺強烈明顯。具體實施方式下面通過實施例進一步描述本發明，但所述實施例僅用於說明本發明而不是限制本發明。實施例1將甲苯二異氰酸酯（TDI）和分子量為2000的聚氧化丙烯二元醇按重量比1:4脫水加入四口燒瓶中，通氮氣保護，加入二月桂酸二丁基錫（佔樹脂質量分數0.2%），80℃下反應2小時，50℃下加入擴鏈劑乙二醇和二羥甲基丁酸（佔樹脂質量分數4%），然後在80℃下反應4小時；加入丁酮（佔樹脂質量分數50%）降低體系粘度降溫至30℃，高速攪拌下滴加三乙胺（佔樹脂質量分數2.4%），反應20分鐘，滴加矽烷偶聯劑γ-（β-氨乙基）氨丙基三甲氧基矽烷（佔樹脂質量分數2.5%），將其控制在1小時內滴完，70℃反應2小時；提前將納米粉體氧化錫銻（佔樹脂質量分數10%）分散於水中，並超聲1小時,將上述分散液在高速攪拌條件下加入三乙胺中和的聚氨酯預聚體中，高速分散1小時，加入氫氧化鈉溶液將複合乳液的PH調至9,將上述複合乳液在真空條件下60℃，脫除溶劑，並在高速攪拌條件下，加入流平劑、潤溼劑、消泡劑和增稠劑，便可製備出水性聚氨酯ATO複合塗料。將其噴塗於透明4mm厚的玻璃基材上，漆膜厚度10微米，鉛筆硬度可達3H，可見光透過率70％以上；紫外阻隔率90％以上；近紅外阻隔率達85％以上；具有理想的隔熱性能；附著力高達到0級；耐水、耐溶劑性能優越，浸泡在水中120小時塗膜表面無脫落、氣泡和粉化，在甲苯中24小時溶脹率為120%。實施例2將二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）和分子量為2000的聚碳酸酯多元醇按重量比1:5脫水加入四口燒瓶中，通氮氣保護，加入三亞乙基二胺（佔樹脂質量分數0.3%），70℃下反應1小時，40℃下加入擴鏈劑乙二醇和二羥甲基丙酸（其佔樹脂質量分數5%），然後在60℃下反應4小時；加入丁酮（佔樹脂質量分數45%）降低體系粘度降溫至30℃，高速攪拌下滴加三乙胺（佔樹脂質量分數2.5%），反應10分鐘，滴加矽烷偶聯劑γ-（2，3-環氧丙烷）丙基三甲氧基矽烷（佔樹脂質量分數3%），將其控制在1小時內滴完，60℃反應2小時；提前將納米粉體氧化銦錫（佔樹脂質量分數8%）分散於水中，並超聲2小時,將上述分散液在高速攪拌條件下加入三乙胺中和的聚氨酯預聚體中，高速分散1小時，加入氫氧化鈉溶液將複合乳液的PH調至10,將上述複合乳液在真空條件下60℃，脫除溶劑，並在高速攪拌條件下，加入流平劑、潤溼劑、消泡劑和增稠劑，便可製備出水性聚氨酯ITO複合塗料。將其噴塗於透明4mm厚的玻璃基材上，漆膜厚度10微米，鉛筆硬度可達3H，可見光透過率80％以上；紫外阻隔率95％以上；近紅外阻隔率達90％以上；具有理想的隔熱性能；附著力高達到0級；耐水、耐溶劑性能優越，浸泡在水中120小時塗膜表面無脫落、氣泡和粉化，在甲苯中24小時溶脹率為110%。