一種透明隔熱塗敷材料及其製備方法和應用的製作方法
2023-11-04 11:27:07 1
專利名稱：一種透明隔熱塗敷材料及其製備方法和應用的製作方法
技術領域：
本發明屬於化工、塗料技術領域，具體涉及一種透明隔熱塗敷材料及其製備方法和應用。
背景技術：
為了減少太陽能的輻射，達到節能的目的，人們採用各種方式以改變玻璃的透光性能。 汽車玻璃貼膜能阻隔陽光輻射，降低車內各表面和車內空氣的溫度，改善架乘人員的乘車環 境，同時可以降低汽車的油耗，同樣些建築節能玻璃通過鍍金屬膜(鋁、銀等)也達到阻 隔陽光輻射，降低空調能耗的目的。
近年，人們發現一些金屬氧化物具有很好的光學阻隔性，如氧化銻錫(ATO)對波長 1400-2500nm的近紅外光具有很好的阻隔性，氧化銦錫(ITO)對波長1100-2500nm的近紅外 光具有很好的阻隔性，經過特殊加工的氧化銦錫能阻隔900-2500nm的近紅外光(USP 5518810)。因此，對於氧化銻錫或氧化銦錫，太陽光譜中阻隔效率最好的波段在1300-2500nm。 部分硼化物(EP 1008564， USP 6620872， USP 6911654)如六硼化鑭(LaB6)能阻隔近紅外 光(800-1800nm)，用於製備隔熱聚酯膜。目前，採用六硼化鑭製備透明隔熱塗敷材料的專利 文獻報導很少。國內一些關於透明隔熱塗敷材料的專利未涉及在塗敷材料中加入六硼化鑭的 牛i術，如CN1563231， CN1232599, CN101265031。
由於納米顆粒具有很高的比表面積和表面自由能，處於熱力學不穩定狀態，納米顆粒之 間極易凝聚成團，不易均勻分散。現有技術製備的納米漿料容易存在平均粒徑大、易反粗、 可見光區透明度差、貯存時容易聚集和沉澱等弊病，隔熱效果不理想。
發明內容
本發明的目的是提出一種透明隔熱塗敷材料，該塗敷材料體系中含有一定量的具有阻隔 太陽光中紅外線的納米粉體，使該塗層不僅透明，而且能夠減少太陽光能的透過，具有很好 的節能效果。
本發明的另一個目的是提出這種透明隔熱塗敷材料的製備方法。 本發明還有一個目的是提出這種透明隔熱塗敷材料的應用。
本發明所提出的透明隔熱塗敷材料，其組成及重量百分比如下納米漿料 10-80%;
成膜物質 20-90%;
助劑 0-10%;
溶劑 0-50%。 本發明所述的透明隔熱塗敷材料中使用的納米漿料，是在納米粉體中加入一種或幾種分 散劑、分散介質、分散助劑，再進行超聲分散預處理和研磨，研磨後納米粉體在納米漿料中 的濃度在8 60wt。/。，平均粒徑為10-200nm，優選10-100nm，其組成及重量百分比如下
納米私M本 8-60%;
分散劑 2-10%;
溶劑 30-90%;
分散助劑 0-20%。 本發明所述的納米粉體是指在太陽光的紅外光區較低透過率的功能材料，為六硼化鑭 (LaB6) /氧化銦錫(ITO)或六硼化鑭(LaB6) Z氧化銻錫(ATO)。 ATO或ITO在可見光區透 過率比較高，但LaB6對可見光阻隔率比較高。為了使塗敷材料成膜後有合適的可見光透過率， ATO/LaB6或ITO/LaB6的重量比在8-80，優選重量比10-60，保證塗層既有良好的可見光透過 率，同時具有高的紅外阻隔率。可添加其它隔熱或防紫外粉體，如二氧化鈦、氧化鋅、氧化 鐵、二氧化矽、氧化鈰。根據塗敷材料體系配方設計，這些粉體先分散在溶劑中，添加適量 的分散劑、分散助劑，通過超聲分散預處理和研磨，製成穩定的納米級分散的納米漿料，納 米漿料粒徑分布在10-200nm，平均粒徑為50-150nm，可在室溫下穩定放置6個爿以上。這 些漿料可以直接添加到已經製備好的清漆中，並能在清漆中形成穩定的分散，納米漿料用量 為隔熱塗敷材料總重量的10-80wt%。
本發明所述納米漿料中，分散劑為塗料製備中常用的分散劑、超分散劑，具有電荷排斥 穩定和空間位阻穩定雙重作用，如改性聚丙烯酸酯、改性聚酯類分散劑、脂肪胺類分散劑， 根據所選用的樹脂體系，可以是水性分散劑，也可以是溶劑性分散劑，分散劑用量為納米漿 料總重量的2-10wt%。
本發明所述納米漿料中，溶劑根據所選用的樹脂體系進行選擇，可以是水，也可以是有 機溶劑，如醇類溶劑、醇醚類溶劑、烴類溶劑、酯類溶劑、酮類溶劑的一種或幾種，如乙醇、 丁醇、丙二醇、二甲苯、醋酸丁酉旨、丙酮、甲基戊己酮，溶劑用量為納米漿料總重量的30-90wt。/。。
本發明所述納米漿料中，分散助劑為塗料中常用除分散劑外的助劑，如潤溼劑、流平劑、 偶聯劑、防沉降劑等，根據所選用的樹脂體系，可以是水性分散助劑，也可以是溶劑性分散助劑，分散助劑用量為納米漿料總重量的0-20wt%。
本發明所述的成膜物質是聚丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂、醇酸樹脂、氨基樹脂、聚酯、有 機矽樹脂、無機矽酸鹽等，以及它們的水性分散液或乳液。對於溶劑型樹脂如聚丙烯酸樹脂、 聚氨酯樹脂、醇酸樹脂、氨基樹脂、聚酯、有機矽樹脂，可以添加合適溶劑、流平劑、消泡 劑、附著力促進劑等助劑調配成單組分或雙組分透明清漆，優選耐候性好的樹脂如有機矽樹 脂。對於上述樹脂的水分散液或乳液，可以添加成膜助劑、增稠劑、流平劑、基材潤溼劑、 消泡劑、附著力促進劑、水等調配成單組分或雙組分清漆，成膜物質用量為隔熱塗敷材料總 重量的20-90wt%。
本發明所述的助劑為塗料製備中常用助劑，如分散劑、潤溼劑、流平劑、增稠劑等，根 據所選用的樹脂體系，可以是水性助劑，也可以是溶劑性助劑，助劑用量為隔熱塗敷材料總 重量的0-10wt%。
本發明所述的溶劑根據所選用的樹脂體系進行選擇，可以是水，也可以是有機溶劑，如 醇類溶劑、醇醚類溶劑、烴類溶劑、酯類溶劑、酮類溶劑的一種或幾種，如乙醇、丁醇、丙 二醇、二甲苯、醋酸丁酯、丙酮、甲基戊己酮，溶劑用量為隔熱塗敷材料總重量的0-50wt15/。。
本發明所提出的該透明隔熱塗敷材料的製備方法，其步驟為 ,第一步，配製納米漿料。按重量百分比將納米漿料各組分包括含六硼化鑭(LaB6) /氧化 銦錫(ITO)或六硼化鑭(LaBe) /氧化銻錫(ATO)的納米粉體、分散劑、溶劑和分散助劑混 合，將混合物通過超聲分散預處理後再進行研磨，製得所述納米漿料，納米漿料粒徑分布在 10-200nm,平均粒徑為50-150nm，可在室溫下穩定放置6個月以上。
第二步，配製透明隔熱塗敷材料。按重量百分比將上述製得的納米漿料與成膜物質、助 劑、溶劑充分混合製得所述透明隔熱塗敷材料。其中，隔熱效果可根據對可見光透過率、太 陽能透射比的要求，調整納米漿料中粉體的種類和用量，以及漿料的用量來達到所需要求。
本發明所述的透明隔熱塗敷材料，所選用成膜物質在0-200'C乾燥成膜，可加入固化劑。
本發明所述的透明隔熱塗敷材料，可直接塗覆在玻璃、聚碳酸酯、有機玻璃、聚丙烯、
聚酯等透明基材上，對這些材料表面具有很好的附著力。
'本發明所述的透明隔熱塗敷材料，可通過刮塗、淋塗、噴塗等施工工藝直接塗在材料表
面，使其具有很好的紅外阻隔性能。 本發明所用分析表徵儀器如下
粒徑分布測試由美國Beckman公司Coulter N4 Plus的雷射粒徑測試儀測定； 塗膜透明性和紫外吸收特性由日本日立U-3010 Spectrophotometer紫外可見光分光光度
6計測定；
透射電子顯微鏡(TEM):採用JEM-1200EX透射電鏡，日本Japan Electron公司。 塗膜的透明性和紫外-近紅外吸收特性採用Varian Cary500紫外-可見-近紅外分光光度
計(Vis-NIR)測試，波長從200-2500nm，將塗膜製備在載玻片上，並將載玻片置於原位加
熱裝置匕原位加熱裝置為自製，控溫精度士o.rc。
採用本發明方法製備的透明隔熱塗敷材料與其他商品化的同類塗敷材料相比，具有以下 優點
1. 本發明將氧化銻錫或氧化銦錫和六硼化鑭一起加入塗敷材料中，可以提高塗層在太陽 光近紅外光區的阻隔效果(800-2500醒)。太陽光屮的紅外光區在800-1100nm波段範圍所佔 的能量比較高，對該波段的有效屏蔽，可以大大降低太陽能透射比，達到很好的降低太陽輻 射的效果。
2. 本發明提供了一種可直接塗在玻璃、聚碳酸酯、有機玻璃、聚酯等透明基材上的塗敷 材料，對這些材料表面具有很好的附著力，可通過刮塗、淋塗、噴塗等施工工藝直接塗在材 料表面，使其具有很好的紅外阻隔性能。
圖1為隔熱納米漿料的TEM圖片(1000000倍)，隔熱納米粉體分散性好。 圖2為隔熱納米漿料的粒徑分布圖。從圖中可以看出，隔熱納米漿料的平均粒徑為77nm， 分散係數P. 1=0.777。
圖3為透明隔熱塗膜採用ATO及ATO/LaB6的可見-近紅外透射光譜，其中ATO/LaB6在 1000nm左右近紅外區域膜的透過率僅為33%,具有優異的紅外屏蔽作用。
具體實施例方式
下面通過一些實施例來具體說明，但並不是對本發明的限制。
實施例1:
水性隔熱納米槳料的製備
氧化銻錫 10 六硼化鑭 1
潤溼分散劑 (Disperbyk-190) 0.8 超分散劑(Hyperdisper-5410) 2.0水 87
將潤溼分散劑和超分散劑先加入到水中，攪拌均勻後，在中速攪拌下加入上述粉體，待 這些粉體在水中混合均勻後，超聲分散1小時，在砂磨機中砂磨36小時，得到平均粒徑80nm 左右的漿料。 實施例2:
醇溶性隔熱納米漿料的製備
氧化銻錫30
六硼化鑭2
潤溼分散劑ByK 160 (丙烯酸酯)1.5
超分散劑(Hyperdisper-5410)聚酯)1.5
乙醇63
流平劑2
消泡劑0.3
將潤溼分散劑ByK 160和超分散劑(Hyperdisper-5410)先加入到乙醇中，攪拌均勻後，在 中速攪拌下加入上述粉體，待這些粉體在水中混合均勻後，超聲分散3小時，在砂磨機中砂 磨50小時，加入流平劑、消泡劑，得到平均粒徑100nm左右的漿料。 實施例3:
溶劑性隔熱納米漿料的製備
氧化銦錫(ITO) 59 六硼化鑭 1 潤溼分散劑 (Disperbyk-161) 6 - 超分散劑(BSK 32800SH) 2.0
二甲苯 32 將潤溼分散劑和超分散劑先加入到二甲苯中，攪拌均勻後，在中速攪拌下加入上述粉體， 待這些粉體在水中混合均勻後，超聲分散0.5小時，在砂磨機中砂磨28小時，得到平均粒徑 180nm左右的漿料。 實施例4:
水性透明隔熱塗敷材料的製備
水性丙烯酸/聚氨酯分散液 80 —丙二醇單甲醚 6水 11
消泡劑 (BYK-019) 0.9
增稠劑(RM-8W) 1.5
潤溼劑 (H-140) 0.6
將上述材料按配方用量添加，用分散機攪拌均勻，得到一定粘度的清漆。 將上述水性清漆和實施例1水性隔熱納米漿料按100 : 20的比例混合，塗在玻璃基材上， 漆膜厚度15微米，可得到可見光透過率75%、太陽能透射比43%的透明隔熱塗層。 實施例5:
醇溶性透明隔熱塗敷材料的製備
有機矽樹脂(固含40%) 50 實施例2隔熱納米漿料 38 乙醇 11 將上述醇溶性清漆和實施例2醇溶性隔熱納米漿料按100 : 30的比例混合，塗在玻璃基 材上，可常溫乾燥或在8(TC 12(TC下烘30分鐘，硬度達3H以上，漆膜厚度15微米，可見 光透過率60%、太陽能透射比35%的透明隔熱塗層。 實施例6:
溶劑性透明隔熱塗敷材料的製備
環氧樹脂 50
實施例3隔熱納米漿料 8
二甲苯 41
流平劑(BYK-302) 0.5
消泡劑(BYK-071 ) 0.5
將上述組分混合均勻，施工時加入胺類固化劑，可按活潑氫胺=1:1配漆，噴塗於透明 聚碳酸酯基材上，硬度達2H以上，漆膜厚度15微米，可得到可見光透過率67%、太陽能透 射比40%的透明隔熱塗層。
9
權利要求
1、一種具有隔熱功能的透明隔熱塗敷材料，其特徵在於，該透明隔熱塗敷材料是採用含六硼化鑭/氧化銦錫或六硼化鑭/氧化銻錫納米粉體的隔熱納米漿料與成膜物質進行超聲分散預處理和研磨共混製得的；其中，所述的透明隔熱塗敷材料的組成及重量百分比如下納米漿料10～80％；成膜物質20～90％；助劑0～10％；溶劑0～50％；所述的納米漿料的組成及重量百分比如下納米粉體 8～60％；分散劑2～10％；溶劑 30～90％；分散助劑 0～20％；其中，所述納米粉體中的氧化銦錫/六硼化鑭或氧化銻錫/六硼化鑭的重量比在8～80；所述成膜物質為聚丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂、醇酸樹脂、氨基樹脂、聚酯、有機矽樹脂、無機矽酸鹽以及它們的水性分散液或乳液中的一種或幾種；所述助劑為塗料製備中常用的助劑，為分散劑、潤溼劑、流平劑或增稠劑中的一種或幾種；所述分散劑為塗料製備中常用的分散劑、超分散劑，為改性聚丙烯酸酯、改性聚酯類分散劑或脂肪胺類分散劑；所述分散助劑為塗料中常用除分散劑外的助劑，為潤溼劑、流平劑、偶聯劑或防沉降劑中的一種或幾種；所述溶劑根據所選用的樹脂體系進行選擇，為水、乙醇、丁醇、丙二醇、二甲苯、醋酸丁酯、丙酮或甲基戊己酮中的一種或幾種。
2、 根據權利要求1所述的具有隔熱功能的透明隔熱塗敷材料，其特徵在於納米粉體中 可添加其它隔熱或防紫外粉體，包括二氧化鈦、氧化鋅、氧化鐵、二氧化矽或氧化鈰中的一 種或幾種。
3、 根據權利要求1所述的具有隔熱功能的透明隔熱塗敷材料，其特徵在於納米粉體中的氧化銦錫/六硼化鑭或氧化銻錫/六硼化鑭的優選重量比為10 60。
4、 根據權利要求1所述的具有隔熱功能的透明隔熱塗敷材料，其特徵在於助劑根據成 膜物質所選用的樹脂體系，為水性助劑或溶劑性助劑。
5、 根據權利要求1所述的具有隔熱功能的透明隔熱塗敷材料，其特徵在於分散劑根據 成膜物質所選用的樹脂體系，為水性分散劑或溶劑性分散劑。
6、 根據權利要求1所述的具有隔熱功能的透明隔熱塗敷材料，其特徵在於分散助劑根 據成膜物質所選用的樹脂體系，為水性分散助劑或溶劑性分散助劑。
7、 一種如權利要求1所述的具有隔熱功能的透明隔熱塗敷材料的製備方法，其特徵在 於具體步驟如下.第一步，配製納米漿料按重量百分比將納米漿料各組分包括含六硼化鑭Z氧化銦錫或六 硼化鑭/氧化銻錫的納米粉體、分散劑、溶劑和分散助劑混合，將混合物通過超聲分散預處理 後再進行研磨，製得所述納米漿料，研磨後納米漿料粒徑分布在10 200nm，平均粒徑為50 150nm，可在室溫下穩定放置6個月以上；第二步，配製透明隔熱塗敷材料按重量百分比將上述製得的納米漿料與成膜物質、助 劑、溶劑充分混合即製得所述透明隔熱塗敷材料；其中，隔熱效果可根據對可見光透過率、太陽能透射比的要求，調整納米漿料中粉體的種類和用量，以及漿料的用量來達到所需要求。
8、 根據權利要求1 7所述的透明隔熱塗敷材料的應用，其特徵在於，採用淋塗、噴塗 或刷塗的方法將透明隔熱塗敷材料均勻塗敷在透明基材上，在0 20(TC乾燥成膜。
9、根據權利要求8所述的透明隔熱塗敷材料的應用，其特徵在於所述透明基材為玻璃、 聚碳酸酯、有機玻璃或聚酯。
10、根據權利要求8所述的透明隔熱塗敷材料的應用，其特徵在於所述透明隔熱塗敷材 料固化時可加入固化劑加快固化速度。
全文摘要
本發明屬於化工、塗料技術領域，具體涉及一種透明隔熱塗敷材料及其製備方法和應用。本發明以六硼化鑭/氧化銦錫或六硼化鑭/氧化銻錫為原料，通過超聲分散預處理和研磨，製備具有隔熱功能的納米漿料，其中納米漿料粒徑分布主要在10-200nm，平均粒徑為50-120nm，分散穩定性優越。將上述納米漿料與成膜物質、助劑及溶劑混合，得到透明隔熱塗敷材料，能阻隔80％以上的紅外光，可見光透過率大於60％，具有很好的透明性和屏蔽太陽光能效果。該塗敷材料可直接塗在透明玻璃、聚碳酸酯、有機玻璃、聚酯等上，達到節能隔熱的目的。
文檔編號C09D1/00GK101550307SQ20091005123
公開日2009年10月7日 申請日期2009年5月14日 優先權日2009年5月14日
發明者武利民, 波 遊, 顧廣新, 勇 魏 申請人:復旦大學;上海復甲新型材料科技有限公司