CN103059670A

CN103059670A - 新型纳米透明隔热涂料的制备方法

Info

Publication number: CN103059670A
Application number: CN2012104801368A
Authority: CN
Inventors: 高凡
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-11-23
Filing date: 2012-11-23
Publication date: 2013-04-24

Abstract

本发明公开了一种新型纳米透明隔热涂料的制备方法，以水性丙烯酸树脂为成膜物，加入碳纳米管制备的纳米透明隔热涂料，不仅制备工艺简单易于操作，且制得的透明隔热涂料透明性能优异，隔热性能优异，且其他各项常规性能优异，可广泛应用于多个领域。

Description

新型纳米透明隔热涂料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种隔热涂料的制备方法，特别涉及一种采用纳米材料改性的透明隔热涂料的制备方法。

背景技术

对建筑物来说，窗户成为热量进出的通道，阳光的热辐射透过窗户对室内加热，必将增加空调的热负荷。为了节约能源，人们采取了各种措施来解决玻璃的隔热问题。目前，主要采用金属及其氧化物镀膜或热反射贴膜用于玻璃的隔热。但是，这些产品通常都是采用物理方法如磁控溅射法、真空蒸镀法、溶胶-凝胶法等将具有反射或隔热效果的金属或非金属材料（如Ag、Au、SnO₂、ZnO、TiO₂、ATO、ITO 等）直接镀于玻璃或聚合物薄膜表面制成，工艺条件难以控制，设备投资大，成本高，且还伴随产生“光污染”，难以做到大面积推广应用。

基于材料科学和纳米技术的快速发展，低成本的透明隔热纳米涂料将有望取代这种高成本的镀膜材料。透明隔热纳米涂料是指一种对太阳光具有良好的光谱选择性且至少有一相尺寸在1～100nm之间的涂料，即该涂料对可见光具有好的通透性，对近红外或紫外光具有好的反射、阻隔或吸收作用。将该涂料施于建筑物的窗户，既不会影响室内的采光,而且可以适当降低空调负荷，达到节能的目的，这对缓解能源危急和维持社会的可持续发展具有重要的意义。

目前，有关透明隔热纳米涂料的研究主要集中在美、日、韩等国家，且大多以专利形式公布，研究的重点主要还是集中在无机功能材料的选择方面如ITO（氧化铟锡）、ATO（锑氧化锡）及氧化锡等。Nanophase Technologies Corporation 将半导体纳米材料（ITO、ATO、ZnO、A l₂O₃、TiO₂）首先制成稳定分散的水性或溶剂型浆料，然后再将其应用于涂料中，制得具有隔热、耐磨、紫外屏蔽和隔绝红外线等多功能性纳米涂料，并在多个领域得到广泛的应用。在制备纳米透明耐磨涂料时，先将纳米A l₂O₃在水中分散制成35%的湿浆，高速搅拌分散后，再用超声波分散，随后离心分离取上清液，加入表面处理液3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（GPTS）、正硅酸乙酯（TEOS）、二苯基二甲氧基硅烷、三甲基乙氧基硅烷、无水乙醇、稀盐酸，高速分散制得稳定的纳米A l₂O₃浆料，然后与水性三聚氰胺甲醛树脂混合制成纳米透明耐磨涂料。

国内，有关纳米透明隔热涂料的研究起步较晚，目前主要集中在一些科研院所。南京工业大学赵石林等研究了含纳米TiO₂、ATO、ITO的透明隔热涂料，并取得了一定的成绩。有关纳米隔热涂料的研究，目前国内仅限于实验室研究，末见有工业化的报道。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种具有较高的透明性和显著的隔热效果，同时各项常规性能优良，生产工艺简单，应用广泛的新型纳米透明隔热涂料的制备方法。

为了实现以上发明目的，本发明采用以下技术方案：一种新型纳米透明隔热涂料的制备方法，包括以下步骤：

（1）按以下质量份数准备原料：水性丙烯酸树脂100份；纳米二氧化硅气凝胶20～30份；碳纳米管10～20份；溶剂30～40份；助剂1～5份，其中助剂为消泡剂、流平剂、增稠剂、固化剂、润湿剂和分散剂；

（2）将将碳纳米管加入体积比3：1的浓硫酸和浓硝酸的混合液中，超声处理30min，用去离子水至中性，80℃烘箱中干燥24h；

（3）将分散剂、润湿剂和去离子水告诉分散混合均匀，加入纳米二氧化硅气凝胶，低速分散均匀，调节pH值在8.5～9.5，超声处理1h，在研磨机上高速研磨2h，得到纳米二氧化硅气凝胶浆料；

（4）将水性丙烯酸树脂、纳米二氧化硅气凝胶浆料、处理过的碳纳米管、消泡剂、流平剂、增稠剂、固化剂和溶剂在分散机下混合均匀，即得隔热涂料。

所述纳米二氧化硅气凝胶平均粒径在100nm。

所述碳纳米管为多壁碳纳米管，外径范围为10～20nm，长度为5～50μm，采用强酸氧化处理。

所述溶剂为二丙二醇甲醚和二丙二醇丁醚的混合溶剂。

二氧化硅气凝胶是一种具有无规则三维网络状骨架结构的多孔介质非晶态材料，它是目前世界上密度最低和热导率最小的固体材料，密度可低至0. 002 g /cm³，室温真空热导率可达到0. 001 W/( m·K) ，同时又具有高比表面积、大孔容、低声阻抗等特点，可广泛应用于高温隔热材料。利用SiO₂气凝胶具有独特纳米结构和对太阳光谱的选择特性，以SiO₂气凝胶为主要填料，利用合适的稳定剂将其分散均匀制成浆料，选用水性丙烯酸树脂为成膜物，将二者与其他助剂混合制得水性透明隔热涂料，应用于建筑物的玻璃表面，在不改变玻璃透光性的前提下，有效屏蔽红外热辐射和阻隔紫外线。

碳纳米管具有优异的力学、光学、电学和储氢等性能，具有广阔的应用前景。碳纳米管与高分子复合后，力学性能和电学性能都得到提高，可以作为高强度材料和防静电材料等；碳纳米管通过物理和化学方法修饰，可产生优异的物理、化学和生物性能。碳纳米管技能导热又能起到隔热作用，从而成为制造隔热保护膜的优质材料。

本发明的主要优点：以水性丙烯酸树脂为成膜物，加入碳纳米管制备的纳米透明隔热涂料，不仅制备工艺简单易于操作，且制得的透明隔热涂料透明性能优异，隔热性能优异，且其他各项常规性能优异，可广泛应用于多个领域。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一：

按以下质量份数准备原料：水性丙烯酸树脂100份；纳米二氧化硅气凝胶20份；碳纳米管10份；二丙二醇甲醚份20；二丙二醇丁醚10份；消泡剂0.5份；流平剂0.5份；增稠剂0.5份；固化剂1份；润湿剂2份；分散剂0.5份。

实施例二：

按以下质量份数准备原料：水性丙烯酸树脂100份；纳米二氧化硅气凝胶30份；碳纳米管20份；二丙二醇甲醚份15；二丙二醇丁醚25份；消泡剂1份；流平剂0.1份；增稠剂1份；固化剂0.2份；润湿剂0.3份；分散剂1份。

实施例三：

按以下质量份数准备原料：水性丙烯酸树脂100份；纳米二氧化硅气凝胶25份；碳纳米管12份；二丙二醇甲醚份10；二丙二醇丁醚20份；消泡剂0.5份；流平剂0.3份；增稠剂0.2份；固化剂0.5份；润湿剂1份；分散剂0.1份。

实施例四：

按以下质量份数准备原料：水性丙烯酸树脂100份；纳米二氧化硅气凝胶28份；碳纳米管15份；二丙二醇甲醚份5；二丙二醇丁醚30份；消泡剂1份；流平剂0.2份；增稠剂0.5份；固化剂1份；润湿剂0.2份；分散剂1份。

将将碳纳米管加入体积比3：1的浓硫酸和浓硝酸的混合液中，超声处理30min，用去离子水至中性，80℃烘箱中干燥24h；

将分散剂、润湿剂和去离子水告诉分散混合均匀，加入纳米二氧化硅气凝胶，低速分散均匀，调节pH值在8.5～9.5，超声处理1h，在研磨机上高速研磨2h，得到纳米二氧化硅气凝胶浆料；

将水性丙烯酸树脂、纳米二氧化硅气凝胶浆料、处理过的碳纳米管、消泡剂、流平剂、增稠剂、固化剂和溶剂在分散机下混合均匀，即得隔热涂料。

通过涂膜的光谱测定，涂抹在400～760nm的可见光区域通过率很高，最高达到81%；在760～2500nm的近红外区透过率很低。最高18%；在小于400的紫外光区，涂膜的吸收率很高，达到89%。说明纳米透明隔热涂料对太阳光具有选择性，可吸收紫外光，透过可见光，阻隔红外光的优异性能。

涂膜的隔热性能测试显示，涂了纳米偷米隔热涂料的玻璃，在碘钨灯照射30min，两侧的温度相差18℃，高于未涂膜的玻璃两侧温度差，说明纳米透明隔热涂料隔热性能优异。

其他常规性能测试结果显示纳米透明隔热涂料性能未降低。

可见以水性丙烯酸树脂为成膜物，加入碳纳米管制备的纳米透明隔热涂料，不仅制备工艺简单易于操作，且制得的透明隔热涂料透明性能优异，隔热性能优异，且其他各项常规性能优异，可广泛应用于多个领域。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种新型纳米透明隔热涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的新型纳米透明隔热涂料的制备方法，其特征在于：所述纳米二氧化硅气凝胶平均粒径在100nm。

3.根据权利要求1所述的新型纳米透明隔热涂料的制备方法，其特征在于：所述碳纳米管为多壁碳纳米管，外径范围为10～20nm，长度为5～50μm，采用强酸氧化处理。

4.根据权利要求1所述的新型纳米透明隔热涂料的制备方法，其特征在于：所述溶剂为二丙二醇甲醚和二丙二醇丁醚的混合溶剂。