一种亲水性辐射降温涂料及其制备方法和应用与流程

本发明属于功能涂料技术领域，特别涉及一种亲水性辐射降温涂料及其制备方法和应用。

背景技术：

辐射降温材料作为无需能耗的被动式降温材料，在太阳辐照下实现低于大气温度的降温效果，能够降低空调能耗，并在一定条件下能够替代空调、喷淋等方式，节能效果显著，具有巨大的应用价值。然而现有的辐射降温材料往往是含有金属镀层材料，工艺复杂、价格昂贵、而且仅适用于平整表面。中国发明专利cn201810238449.x公开了一种室外用全天候太阳光反射与红外辐射制冷涂料，通过添加微米级球形微珠、微米级镀金属片状体，和/或微米级镀金属球形体于涂料体系中，通过用分层涂布的方式，使得镀金属片状结构实现太阳光高反射及红外高辐射，从而达到被动式制冷的效果。然而由于使用微米级镀金属反射材料，因此该发明的反射率相对偏低，同时采用分层涂布的方式，现场工艺较为复杂。

而涂料形式的辐射降温材料能够适用于任意表面。以溶剂型pvdf为成分的辐射降温材料具有极高的太阳光反射率和红外发射率，但其溶剂污染不适合现场大规模应用。中国发明专利cn201810317662.x公开了一种散射辐射降温随机堆积微球涂层及其制备方法，该涂层由粒径为0.15-100μm的金属氧化物、水和表面活性剂组成的涂料经喷涂或刷涂而成，涂层的堆积密度为40～80％，厚度为20～2000μm，具有高达0.9～0.98的反射率，可实现5℃的表面降温。然而该涂层表面无成膜物质，灰尘极易渗入微球涂层，无法长期保持辐射降温效果。

技术实现要素：

本发明提供了一种亲水性辐射降温涂料及其制备方法和应用，该涂料通过在涂层中引入大量的亲水性材料，并与太阳光反射材料协同产生超高的太阳光反射率，具有长期稳定的辐射降温功能。

本发明的技术方案如下：一种亲水性辐射降温涂料的制备方法及其应用，包括以下步骤：将碱金属硅酸盐、亲水性硅材料、太阳光反射材料、红外辐射材料和助剂加入到去离子水中，高速分散混合均匀，经滤网过滤，得到亲水性辐射降温涂料。将该亲水性辐射降温涂料涂布到基材上，干燥后形成的涂层含有大量的微气孔，与太阳光反射材料协同产生超高的太阳光反射率，具有长期的辐射降温功能。

所述的亲水性辐射降温涂料，由以下重量份的组分组成：

进一步优选，所述的亲水性辐射降温涂料，由以下重量份的组分组成：

应用上述技术方案，所述的碱金属硅酸盐为硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂中的一种或一种以上(即一种或两种以上，包括两种)，且其sio2/m2o摩尔比为2～5，其中m为碱金属。所述的碱金属硅酸盐可通过聚合反应而具有室温成膜功能，又具有长达数十年的耐久性，满足室外长期应用。所述的碱金属硅酸盐优选为sio2/m2o摩尔比为2～5的硅酸钾。硅酸钾具有较高的固化速度和耐久性。所述的碱金属硅酸盐进一步优选为硅酸钠、硅酸锂、正硅酸乙酯或磷酸硅改性的硅酸钾。

应用上述技术方案，所述的亲水性硅材料为水性硅溶胶、沉淀二氧化硅中的一种或一种以上(即一种或两种以上，包括两种)。亲水性硅材料具有一定含量的硅羟基，可在涂层中形成亲水环境，阻碍油污等污染物在涂层中的吸附，使得油污等污染物可被清水冲洗，恢复太阳光反射功能。

应用上述技术方案，所述的太阳光反射材料为氧化锆、硅酸锆、锡酸锌、钼酸钙、钛酸钾中的一种或一种以上(即一种或两种以上，包括两种)。所述的太阳光反射材料在0.25～2.5μm为极弱的吸收光谱，并且具有较高的折射率，赋予涂层具有强太阳光反射功能。

应用上述技术方案，所述的红外辐射材料为硫酸钡、氧化铝、硅酸铝钠、碳酸钙、磷酸钙、磷酸铝、磷酸锌、磷酸镁、氧化镁中的一种或一种以上(即一种或两种以上，包括两种)。所述的红外辐射材料在2.5～25μm为较强的吸收光谱，尤其是8～13μm为强吸收光谱，赋予涂层具有强红外线辐射功能。

应用上述技术方案，所述的助剂为分散剂、消泡剂、润湿剂、增稠剂中的一种或一种以上。助剂能够调节涂料的批次稳定性和应用效果。

最优选的，所述的亲水性辐射降温涂料，由以下组分组成：

所述的碱金属硅酸盐为硅酸钾20份；

所述的亲水性硅材料为水性硅溶胶4份和沉淀二氧化硅2份；

所述的太阳光反射材料为氧化锆20份、锡酸锌10份；

所述的红外辐射材料为硫酸钡10份、磷酸钙15份；

所述的助剂为润湿剂0.5份、分散剂2份、增稠剂0.5份和消泡剂1份。

该重量组分下的太阳光反射比为0.98，近红外反射比为0.95，耐沾污性为3％，性能十分优异。

应用上述技术方案，所述的亲水性辐射降温涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)搅拌：

将去离子水和助剂添加至高速分散机中，在5～10m/s的线速度下加入亲水性硅材料、太阳光反射材料和红外辐射材料，搅拌2min～10min，得到浆料；

2)分散：

2)将上述浆料在5～20m/s的速度下分散45min～75min，再加入碱金属硅酸盐搅拌5～20min，经100～800目的筛网过滤，得到亲水性辐射降温涂料。

将该亲水性辐射降温涂料按200～800μm的厚度涂布到基材上，干燥后形成的亲水性涂层含有体积分数为0.3～0.6的微气孔，与太阳光反射材料协同产生0.93～0.97的太阳光反射率，污染后经过清水冲洗即可恢复太阳光反射功能。

所述的亲水性辐射降温涂料在制备含有微气孔的亲水性涂层的应用，包括以下步骤：

1)涂布：

将亲水性辐射降温涂料按200～800μm的厚度涂布到基材上；

所述的涂布的方式为喷涂、辊涂、刷涂中的一种或两种以上(包括两种)，所述的基材包括异形和平面的金属、无机非金属；

2)干燥：

将涂布有亲水性辐射降温涂料的基材干燥后得到含有微气孔的亲水性涂层；

所述的干燥的条件为：温度为15～80℃、相对湿度为20～70％、风速为0～10m/s，所述的微气孔体积分数为0.3～0.6、孔径为0.2～10μm。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明亲水性辐射降温涂料通过在涂层中引入大量的亲水性材料，并与太阳光反射材料协同产生超高的太阳光反射率，具有长期稳定的辐射降温功能。本发明方法将碱金属硅酸盐、亲水性硅材料、太阳光反射材料、红外辐射材料和助剂加入到去离子水中，高速分散混合均匀，经滤网过滤，得到亲水性辐射降温涂料。将该亲水性辐射降温涂料涂布到基材上，干燥后形成的涂层含有大量的微气孔，与太阳光反射材料协同产生超高的太阳光反射率，具有长期的辐射降温功能。

本发明采用的碱金属硅酸盐具有长期耐久性，亲水性硅材料具有良好的亲水性，与太阳光反射材料协同产生极高的太阳光反射率，工艺简单、成本低廉、适用于异形和平面，具有广阔的应用前景。

具体实施方式

下面结合实施案例对本发明进行进一步说明。下列实施例中的“份”均指重量份。

实施例1

往高速分散机中加入去离子水100份，在5m/s的线速度下加入润湿剂1份(上海圣诺普科，126)、分散剂2份(上海圣诺普科，5040)、增稠剂1份(日本信越，羟乙基纤维素)、消泡剂1份(上海圣诺普科，nxz)，搅拌5min。再在10m/s的速度下加入沉淀二氧化硅7份(赢创德固萨22)、氧化锆20份(东方锆业，纯度99％)、锡酸锌10份(江西人本科技)、硫酸钡10份(河南钡丰化工)、磷酸锌10份(杭州思坦颜料化工)，分散60min。再加入硅酸钾25份(上海澳润化工)搅拌10min，经400目的筛网过滤，得到本发明亲水性辐射降温涂料。

实施例2

往高速分散机中加入去离子水80份，在5m/s的线速度下加入润湿剂1份(上海圣诺普科，126)、分散剂1.5份(上海圣诺普科，5040)、增稠剂1.2份(日本信越，羟乙基纤维素)、消泡剂1份(上海圣诺普科，nxz)，搅拌5min。再在10m/s的速度下加入沉淀二氧化硅10份(赢创德固萨22)、钼酸钙10份(东方锆业)、锡酸锌10份(德固赛)、碳酸钙5份(山东百盛成新材料)、氧化镁20份(无锡泽辉化工，纯度99％)，分散60min。再加入硅酸钾15份(上海澳润化工)搅拌10min，经400目的筛网过滤，得到本发明亲水性辐射降温涂料。

实施例3

往高速分散机中加入去离子水70份，在5m/s的线速度下加入润湿剂0.5份(上海圣诺普科，126)、分散剂1份(上海圣诺普科，5040)、增稠剂0.5份(日本信越，羟乙基纤维素)、消泡剂1份(上海圣诺普科，nxz)，搅拌5min。再在10m/s的速度下加入水性硅溶胶10份(山东百特新材料)、硅酸锆20份(东方锆业)、钛酸钾20份(南通奥新电子)、氧化铝10份(山东铝业，纯度99％)、磷酸锌10份(杭州思坦颜料化工)，分散60min。再加入硅酸钾30份(上海澳润化工)搅拌10min，经400目的筛网过滤，得到本发明亲水性辐射降温涂料。

实施例4

往高速分散机中加入去离子水60份，在5m/s的线速度下加入润湿剂0.5份(上海圣诺普科，126)、分散剂1.4份(上海圣诺普科，5040)、增稠剂1份(日本信越，羟乙基纤维素)、消泡剂1份(上海圣诺普科，nxz)，搅拌5min。再在10m/s的速度下加入沉淀二氧化硅5份(赢创德固萨22)、氧化锆10份(东方锆业，纯度99％)、钛酸钾10份(南通奥新电子)、氧化镁20份(无锡泽辉化工，纯度99％)、硅酸铝钠20份(赢创德固赛，820a)，分散60min。再加入硅酸钾20份(上海澳润化工)搅拌10min，经400目的筛网过滤，得到本发明亲水性辐射降温涂料。

实施例5

往高速分散机中加入去离子水80份，在5m/s的线速度下加入润湿剂0.5份(上海圣诺普科，126)、分散剂2份(上海圣诺普科，5040)、增稠剂0.5份(日本信越，羟乙基纤维素)、消泡剂1份(上海圣诺普科，nxz)，搅拌5min。再在10m/s的速度下加入沉淀二氧化硅6份(赢创德固萨22)、氧化锆20份(东方锆业，纯度99％)、锡酸锌10份(江西人本科技)、硫酸钡10份(河南钡丰化工)、磷酸钙15份(常数新特化工)，分散60min。再加入硅酸钾20份(上海澳润化工)搅拌10min，经400目的筛网过滤，得到本发明亲水性辐射降温涂料。

实施例6

采用水性硅溶胶4份(山东百特新材料)和沉淀二氧化硅2份(赢创德固萨22)替代实施例5中的沉淀二氧化硅6份，其余同实施例5。

对比例1

往高速分散机中加入去离子水80份，在5m/s的线速度下加入润湿剂1份(上海圣诺普科，126)、分散剂1.5份(上海圣诺普科，5040)、增稠剂1.2份(日本信越，羟乙基纤维素)、消泡剂1份(上海圣诺普科，nxz)，搅拌5min。再在10m/s的速度下加入钼酸钙10份(东方锆业)、锡酸锌10份(德固赛)、碳酸钙5份(山东百盛成新材料)、氧化镁20份(无锡泽辉化工，纯度99％)，分散60min。再加入硅酸钾15份(上海澳润化工)，经400目的筛网过滤，得到辐射降温涂料。

对比例2

往高速分散机中加入去离子水100份，在5m/s的线速度下加入润湿剂1份(上海圣诺普科，126)、分散剂2份(上海圣诺普科，5040)、增稠剂1份(日本信越，羟乙基纤维素)、消泡剂1份(上海圣诺普科，nxz)，搅拌5min。再在10m/s的速度下加入沉淀二氧化硅7份(赢创德固萨22)、氧化锆20份(东方锆业，纯度99％)、锡酸锌10份(江西人本科技)、分散60min。再加入硅酸钾25份(上海澳润化工)，经400目的筛网过滤，得到高反射涂料。

应用例1

1)涂布：将亲水性辐射降温涂料按400μm的厚度辊涂涂布到基材上；2)干燥：将涂布有亲水性辐射降温涂料的基材干燥后得到含有微气孔的涂层。

将实施例1～6得到的本发明亲水性辐射降温涂料产品和对比例1～2制备的涂料产品按《jg/t235-2014建筑反射隔热涂料》测试太阳光反射比、近红外反射比、以及耐沾污性，结果如表1所示。

表1

由表1可见，本发明利用碱金属硅酸盐在涂层中可形成大量的微气孔，与太阳光反射材料协同产生0.93～0.97的太阳光反射率，污染后经过清水冲洗即可恢复太阳光反射功能。对比例1中没有采用亲水性硅材料，对比例2中没有采用红外辐射材料。实施例1～6制备的亲水性辐射降温涂料产品在太阳光反射比、近红外反射比、以及耐沾污性都要比对比例1和对比例2要好，特别是实施例6中采用水性硅溶胶和沉淀二氧化硅作为轻水性硅材料，能够与太阳光反射材料、红外辐射材料协同，具有更优异的太阳光反射比、近红外反射比、以及耐沾污性。本发明的辐射降温涂料工艺简单、成本低廉、适用于异形和平面，适用于居民建筑、商业建筑、工业厂房等场合，具有广阔的应用前景。

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