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CN118126616A - 一种节能隔热涂料及制备方法 - Google Patents

一种节能隔热涂料及制备方法 Download PDF

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CN118126616A
CN118126616A CN202410262091.XA CN202410262091A CN118126616A CN 118126616 A CN118126616 A CN 118126616A CN 202410262091 A CN202410262091 A CN 202410262091A CN 118126616 A CN118126616 A CN 118126616A
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何泽明
张航
杨明
陈哲
张四洋
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Institute of Engineering Thermophysics of CAS
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Abstract

本发明提供了一种节能隔热涂料，属于建筑节能隔热技术领域，所述涂料包括按质量百分比计的：填料，15‑18％；成膜助剂，1‑2％；分散剂，5‑8％；流平剂，1‑2％；溶剂，35‑48％以及透明聚合物30‑35％。本发明所提供的节能隔热涂料通过无机填料分散浆料与金属纳米填料分散浆料混合互配，制备具备高红外阻隔性能的节能隔热薄膜，在该节能隔热涂料制备的膜层厚度为1‑10μm,即可得到如下性能:近红外阻隔率能达到70‑95％，中远红外反射率65‑85％，可见光透过率47％‑80％，该膜层具有优异的红外能量阻隔特性，且兼具一定的可见光透过特性。

Description

一种节能隔热涂料及制备方法
技术领域
本发明属于建筑节能隔热技术领域，具体涉及一种节能隔热涂料及制备方法。
背景技术
绿色节能型薄膜是一种在光照、热控制和能源转换方面具有智能功能的薄膜材料，对能源的利用和环境保护具有重要意义。随着科技的不断进步，绿色节能型智能薄膜正在得到越来越多的关注和应用。
太阳光谱主要包括以下几个波段：200-400nm的紫外线波段、400-760nm的可见光波段和760-2500nm的红外线波段，以及广泛存在的2500nm-25000nm范围内的中远红外波段。夏季阳光强烈，太阳光透过玻璃进入室内、车内导致温度大幅上升，严重影响居住和车辆乘坐舒适性。其中，红外波段的能量占比最大，也是太阳光照射处温度升高的主要能量来源。通过节能隔热涂料制备出薄膜，贴附于玻璃的方法阻隔红外线并保持较高的可见光透过率，可避免室内和车内温度的大幅度上升，为人们提供一个舒适的生活、工作和乘坐环境，在交通工具和建筑节能方面具有良好的应用前景。
现有技术中主要通过材料对近红外波段的能量进行阻隔屏蔽。公开号为CN116970193的中国专利公开了一种基于高透明性的室温相变材料制备的复合隔热薄膜的方法，二氧化钒对近红外光有反射和吸收作用，起到隔热效果。公开号为CN103507351的中国专利公开了一种全防紫外线太阳能隔热膜及其制作方法，主要通过纳米材料层屏蔽近红外能量，纳米材料层主要包括纳米氧化锡锑、氧化铟锡、硒化镉等，红外线的屏蔽率达90％以上。上述公开技术虽然对近红外波段的能量阻隔屏蔽效果显著，但是对广泛存在的中远红外辐射能量的阻隔效果欠佳，而中远红外辐射能量广泛的热效应使得其在温度提升方面具有不可忽略的作用。
因此，需提供一种不仅能对近红外能量进行阻隔也能对中远红外能量进行高反射或高阻隔的节能隔热涂料。
发明内容
本发明的目的在于针对现有节能隔热薄膜所欠缺的中远红外辐射能量的阻隔能力，采用对中远红外波段能量具有高反射率的金属纳米填料，与对近红外能量具有高吸收的纳米填料，组成复合节能隔热涂料，以通过膜层施工工艺制成高红外能量阻隔的节能薄膜，起到节能减排的良好效果。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案，提供一种节能隔热涂料，所述涂料包括按质量百分比计的：
本发明所提供的节能隔热涂料，还具有这样的特征，所述填料包括无机填料和金属纳米填料，
所述无机填料包括铯钨青铜或铯钨青铜、氧化锡锑和氧化铟锡的混合粉末，所述无机填料的粒径为20-50nm，
所述金属纳米填料为纳米金属银线水分散液或纳米金属银线乙醇分散液。
本发明所提供的节能隔热涂料，还具有这样的特征，所述纳米银线水分散液和纳米银线乙醇分散液的浓度均为5-10mg/mL，所述纳米金属银线直径为5-50nm，所述纳米金属银线长为5-30μm。
本发明所提供的节能隔热涂料，还具有这样的特征，所述成膜助剂包括醇酯-12和丙二醇丁醚，
所述透明聚合物包括从聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、PMMA树脂中选出的一种或几种聚合物。
本发明的另一目的在于，提供一种节能隔热涂料的制备方法，用于制备前述任一项所述的节能隔热材料，所述方法包括如下步骤：
S1：将PVP树脂溶解分散在乙醇溶液，制得质量分数为20％-30％的PVP溶液；
S2：将无机填料加入乙醇溶剂搅拌混合均匀，获得无机填料混合溶液，无机填料与乙醇溶剂的质量比为(10-15)：(70-80)；
S3：将PVP溶液与无机填料混合溶液混合搅拌均匀，获得铯钨青铜分散液，所述PVP溶液与所述无机填料混合溶液的质量比为(10-15)：(65-80)；
S4：将透明聚合物与金属纳米填料机械搅拌混合均匀，获得填料聚合物混合液，所述透明聚合物与所述金属纳米填料的质量比为(15-20)：(3-5)；
S5：向填料聚合物混合液中增加分散剂、流平剂，机械搅拌混合均匀，获得金属填料预制浆液，所述分散剂、所述流平剂与所述填料聚合物混合液的质量比为(2-3)：(0.5-0.8)：(20-25)；
S6：将铯钨青铜分散液、金属填料预制浆液以及成膜助剂按照(10-15)：(35-40)：(1-2)的质量比机械搅拌混合，得到节能隔热材料。
本发明所提供的节能隔热涂料的制备方法，还具有这样的特征，所述S2中搅拌混合为磁力搅拌混合，转速400r/min-500r/min，搅拌时间30min-40min，
所述S3中通过球磨机进行混合，混合搅拌时间20h-30h，球磨机转速为800r/min-1000r/min，
所述S4中机械搅拌转速为400r/min-500r/min，搅拌时间30min-40min，
所述S5中机械搅拌转速为400r/min-500r/min，搅拌时间60min-80min，
所述S6中机械搅拌转速为500r/min-700r/min，搅拌时间5h-7h。
本发明所提供的节能隔热涂料的制备方法，还具有这样的特征，所述S2中，无机填料为铯钨青铜粉末或混合粉末，所述混合粉末包括铯钨青铜、ATO和I TO，所述铯钨青铜、ATO和I TO的质量比为(8-10):(0.8-1.5):(0.8-1.5)。
本发明所提供的节能隔热涂料的制备方法，还具有这样的特征，所述金属纳米填料为纳米金属银线水分散液或的纳米金属银线乙醇分散液，
所述纳米金属银线的直径为5-50nm，长度为5-30μm。
本发明所提供的节能隔热涂料的制备方法，还具有这样的特征，所述S6中成膜助剂在搅拌混合过程中分次添加。
本发明所提供的节能隔热涂料的制备方法，还具有这样的特征，所述机械搅拌过程中的温度控制在25-30℃。
有益效果
本发明所提供的节能隔热涂料通过无机填料分散浆料与金属纳米填料分散浆料混合互配，制备具备高红外阻隔性能的节能隔热薄膜，在该节能隔热涂料制备的膜层厚度为1-10μm时,即可得到如下性能:近红外阻隔率能达到70-95％，中远红外反射率65-85％，可见光透过率47％-80％，该膜层具有优异的红外能量阻隔特性，且兼具一定的可见光透过特性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
高红外能量阻隔的节能隔热涂料是一种由特殊材料制作而成，通过刮涂或喷涂等形式，制作成薄膜，通过粘贴于玻璃之上来达到节省能量消耗的效果。通过减少室外高温进入室内或减少室内热量流失的方法，降低室内空调或采暖设备的使用能耗，达到节能减排的效果，具有重要的实用价值和应用前景。
稀土类硼化物、氧化锡锑(ATO)、氧化铟锡(I TO)、锌铝氧化物(ZAO)等材料对红外线有阻隔或者屏蔽性能，可以屏蔽波长大于1500nm的近红外光，但不能屏蔽紫外线和波长小于1500nm的红外线。与这些材料相比，钨青铜纳米粒子的显著优势在于其整个近红外波段均具有良好的屏蔽阻隔能力，而且无毒、价廉。日常生活中，广泛引起室内、车内温度升高的红外线辐射能量，但是，除了太阳光照的近红外辐射能量，还主要有周围物体辐射的中远红外能量，这就导致单纯的依靠近红外阻隔材料屏蔽红外辐射能量明显不足，需要进一步阻隔或反射中远红外辐射能量，提升整个红外波段的整体阻隔能力。
在无机金属填料铯钨青铜具备可见光透过、近红外能量阻隔的特性(主要是对近红外能量的吸收导致近红外能量阻隔)的同时，纳米银线具备中远红外能量的高反射(主要是对中远红外能量的反射导致红外能量阻隔)以及可见光高透过的特性，利用二者都对可见光的高透过特性，以及对红外能量的吸收和反射特性，制备得出一种兼具可见光透过、对红外能量高吸收高反射的功能涂料，实现在具备一定可见光透过率的情况下，对红外能量全波段的高效阻隔，广泛应用于建筑节能领域。
因此，本发明实施例提供了一种如下节能隔热涂料，所述涂料包括按质量百分比计的：
在上述实施例中，溶剂可以为水或乙醇溶液。
在部分实施例中，所述填料包括无机填料和金属纳米填料，
所述无机填料包括铯钨青铜或铯钨青铜、氧化锡锑和氧化铟锡的混合粉末，所述无机填料的粒径为20-50nm，
所述金属纳米填料为纳米金属银线水分散液或纳米金属银线乙醇分散液。
无机填料可以为纯铯钨青铜或者在铯钨青铜中增加氧化锡锑和氧化锢锡的三者混合粉末来替代纯铯钨青铜。
在部分实施例中，所述纳米银线水分散液和纳米银线乙醇分散液的浓度均为5-10mg/mL，所述纳米金属银线直径为5-50nm，所述纳米金属银线长为5-30μm。
在部分实施例中，所述成膜助剂包括醇酯-12和丙二醇丁醚，
所述透明聚合物包括从聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、PMMA树脂中选出的一种或几种聚合物，
所述分散剂包括从二甲基亚砜、聚乙烯吡咯烷酮、CF-10和PE-100中选出的一种或多种的混合物，
所述流平剂包括从TEGO 4100、TEGO 500、TEGO 450中选出的一种或几种混合物。
上述实施例中，CF-100为陶氏CF-100，主要成分是烷基酚乙氧化物、烷基苯磺酸钠，PE-100为科宁PE-100,主要成分为烷基酚聚氧乙烯醚，
TEGO为迪高系列产品，TEGO4100主要成分为双生结构硅氧烷，TEGO500主要成分为甲基环氧乙烷与环氧乙烷、异烷基醇的聚合物，TEGO450主要成分为聚醚硅氧烷共聚物。
在部分实施例中，提供一种节能隔热涂料的制备方法，用于制备前述任一项所述的节能隔热材料，所述方法包括如下步骤：
S1：将PVP树脂溶解分散在乙醇溶液，制得质量分数为20％-30％的PVP溶液；
S2：将无机填料加入乙醇溶剂搅拌混合均匀，获得无机填料混合溶液，无机填料与乙醇溶剂的质量比为(10-15)：(70-80)；
S3：将PVP溶液与无机填料混合溶液混合搅拌均匀，获得铯钨青铜分散液铯钨青铜分散液，所述PVP溶液与所述无机填料混合溶液的质量比为(10-15)：(65-80)；
S4：将透明聚合物与金属纳米填料机械搅拌混合均匀，获得填料聚合物混合液填料聚合物混合液，所述透明聚合物与所述金属纳米填料的质量比为(15-20)：(3-5)；
S5：向填料聚合物混合液中增加分散剂、流平剂，机械搅拌混合均匀，获得金属填料预制浆液金属填料预制浆液，所述分散剂、所述流平剂与所述填料聚合物混合液的质量比为(2-3)：(0.5-0.8)：(20-25)；
S6：将铯钨青铜分散液、金属填料预制浆液以及成膜助剂按照(10-15)：(35-40)：(1-2)的质量比机械搅拌混合，得到节能隔热材料。
在S3中PVP树脂溶剂在铯钨青铜分散液中起到分散剂的作用。
在部分实施例中，所述S2中搅拌混合为磁力搅拌混合，转速400r/min-500r/min，搅拌时间30min-40min，
所述S3中通过球磨机进行混合，混合搅拌时间20h-30h，球磨机转速为800r/min-1000r/min，
所述S4中机械搅拌转速为400r/min-500r/min，搅拌时间30min-40min，
所述S5中机械搅拌转速为400r/min-500r/min，搅拌时间60min-80min，
所述S6中机械搅拌转速为500r/min-700r/min，搅拌时间5h-7h。
在部分实施例中，所述S2中，无机填料为铯钨青铜粉末或混合粉末，所述混合粉末包括铯钨青铜、ATO和I TO，所述铯钨青铜、ATO和I TO的质量比为(8-10):(0.8-1.5):(0.8-1.5)。
在部分实施例中，所述金属纳米填料为纳米金属银线水分散液或的纳米金属银线乙醇分散液，
所述纳米金属银线的直径为5-50nm，长度为5-30μm。
在部分实施例中，所述S6中成膜助剂在搅拌混合过程中分次添加。
在部分实施例中，所述机械搅拌过程中的温度控制在25-30℃。将上述实施例制得的涂料，刮附于玻璃衬底成膜测试阻隔效果。
1、将玻璃衬底用乙醇溶液超声清洗10分钟，再用异丙醇溶液超声清洗10分钟，干燥备用。
2、利用规格为2微米、4微米、8微米的刮棒，在玻璃基底刮附隔热涂料，在室温下干燥1h或在80度-110度温度下干燥2min，使膜层固化干燥。
3、成膜的方法可包括但不限于精密涂布、浸渍式提拉法、旋涂法、喷涂法和刮涂法中的一种。
4、成膜的基材包括但不限于玻璃、PET膜、TPU膜、硬质板材、织物、建筑外墙等。
依照涂料涂层的不同厚度，得到性能不同的隔热薄膜，性能总结如下：
综上，上述实施例提供的节能隔热涂料制备所得膜层的厚度为1-10μm，近红外阻隔率70-95％，中远红外阻隔反射率65％-85％，可见光透过率47％-80％。虽然其近红外阻隔率相对较低，但是其同时兼具了中远红反射率、可见光透过率和近红外阻隔率，从综合性能上考虑其具有优异的红外能量阻隔特性，解决了现有技术中的节能隔热薄膜所欠缺的中远红外辐射能量的阻隔能力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种节能隔热涂料，其特征在于，所述涂料包括按质量百分比计的：
2.根据权利要求1所述的节能隔热涂料，其特征在于，所述填料包括无机填料和金属纳米填料，
所述无机填料包括铯钨青铜或铯钨青铜、氧化锡锑和氧化铟锡的混合粉末，所述无机填料的粒径为20-50nm，
所述金属纳米填料为纳米金属银线水分散液或纳米金属银线乙醇分散液。
3.根据权利要求2所述的节能隔热涂料，其特征在于，所述纳米银线水分散液和纳米银线乙醇分散液的浓度均为5-10mg/mL，所述纳米金属银线直径为5-50nm，所述纳米金属银线长为5-30μm。
4.根据权利要求1所述的节能隔热涂料，其特征在于，所述成膜助剂包括醇酯-12和丙二醇丁醚，
所述透明聚合物包括从聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、PMMA树脂中选出的一种或几种聚合物。
5.一种节能隔热涂料的制备方法，用于制备权利要求1-4任一项所述的节能隔热材料，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1：将PVP树脂溶解分散在乙醇溶液，制得质量分数为20％-30％的PVP溶液；
S2：将无机填料加入乙醇溶剂搅拌混合均匀，获得无机填料混合溶液，无机填料与乙醇溶剂的质量比为(10-15)：(70-80)；
S3：将PVP溶液与无机填料混合溶液混合搅拌均匀，获得铯钨青铜分散液，所述PVP溶液与所述无机填料混合溶液的质量比为(10-15)：(65-80)；
S4：将透明聚合物与金属纳米填料机械搅拌混合均匀，获得填料聚合物混合液，所述透明聚合物与所述金属纳米填料的质量比为(15-20)：(3-5)；
S5：向填料聚合物混合液中增加分散剂、流平剂，机械搅拌混合均匀，获得金属填料预制浆液，所述分散剂、所述流平剂与所述填料聚合物混合液的质量比为(2-3)：(0.5-0.8)：(20-25)；
S6：将铯钨青铜分散液、金属填料预制浆液以及成膜助剂按照(10-15)：(35-40)：(1-2)的质量比机械搅拌混合，得到节能隔热材料。
6.根据权利要求5所述的节能隔热涂料的制备方法，其特征在于，所述S2中搅拌混合为磁力搅拌混合，转速400r/min-500r/min，搅拌时间30min-40min，
所述S3中通过球磨机进行混合，混合搅拌时间20h-30h，球磨机转速为800r/min-1000r/min，
所述S4中机械搅拌转速为400r/min-500r/min，搅拌时间30min-40min，
所述S5中机械搅拌转速为400r/min-500r/min，搅拌时间60min-80min，
所述S6中机械搅拌转速为500r/min-700r/min，搅拌时间5h-7h。
7.根据权利要求5所述的节能隔热涂料的制备方法，其特征在于，所述S2中，无机填料为铯钨青铜粉末或混合粉末，所述混合粉末包括铯钨青铜、ATO和ITO，所述铯钨青铜、ATO和ITO的质量比为(8-10):(0.8-1.5):(0.8-1.5)。
8.根据权利要求5所述的节能隔热涂料的制备方法，其特征在于，所述金属纳米填料为纳米金属银线水分散液或的纳米金属银线乙醇分散液，
所述纳米金属银线的直径为5-50nm，长度为5-30μm。
9.根据权利要求5所述的节能隔热涂料的制备方法，其特征在于，所述S6中成膜助剂在搅拌混合过程中分次添加。
10.根据权利要求6所述的节能隔热涂料的制备方法，其特征在于，所述机械搅拌过程中的温度控制在25-30℃。
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