專利名稱：玻璃用隔熱涂料組合物及其制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種玻璃用隔熱涂料組合物及其制備方法。
背景技術(shù)：
地球生物圈的主要熱源是太陽。能量的傳遞又以陽光為主，并通過輻射，對流和傳導，讓地球環(huán)境吸收供熱，也需要將熱散釋，以達到適宜的生活和工作溫度。在此同時，絕大多數(shù)建筑物都要以玻璃作為采光和觀景的窗口；然而透過玻璃會強化接受陽光能量并受環(huán)境影響。據(jù)分析，建筑的能耗占全社會能耗的27％，其中建筑物中門窗又占建筑能耗的40％；在我國，這一方面的能耗還以每年大于5％的速度在增加。為了維持室內(nèi)適宜的溫度，就得耗能。大都市室內(nèi)的能耗大于40％消耗在空調(diào)或取暖上。在較高緯度地區(qū)以保溫為主，尤其在冬季；而較低緯度地區(qū)以隔熱為主，尤其在夏季。以到目前為止，世界上人們對能源還是主要依賴趨于枯竭而不可再生的化石原料(煤和石油)。由此，建筑物玻璃的節(jié)能環(huán)保成為十分關注的課題。
理論和實測表明，太陽光輻射能量的大部分(96％)集中在2.5μm以下的波段，其分布大致是紫外光波長λ＜0.3μm，所占熱量比例為5％；可見光λ＝0.3-0.76μm，所占熱量比例為45％；近紅外λ＝0.76-1.35μm，所占熱量比例為45％；其它波段熱量占5％。太陽對地球的熱量傳播形式中主要是輻射。為此，建筑物室內(nèi)對太陽傳熱的控溫或保溫，就常以反射、低輻射和吸收再輻射(逆向輻射)為手段以達到節(jié)能的目的。然而，地區(qū)不同，傳熱的機制(以保溫或以隔熱為主)不同，節(jié)能的措施和評價相應不同。保溫性能常以傳熱系數(shù)或傳熱阻來評價，而隔熱直接用熱惰性指標(D值)來衡量，透明玻璃可用遮陽系數(shù)SC來評價。遮陽系數(shù)SC指有遮陽措施的玻璃系統(tǒng)與未采取任何遮陽的3毫米白玻璃的遮陽性，即兩者受陽光的熱取得率作對比。
從技術(shù)發(fā)展看，節(jié)能玻璃發(fā)展首先是使用玻璃貼膜或著色，從著色的吸收膜或著色玻璃，進而使用反射膜，將太陽能反射回大氣中，達到阻擋太陽能進入室內(nèi)的目的。太陽能進入室內(nèi)的量越少，空調(diào)負荷也就越少。文獻CN94106487.5公開了一種鍍膜熱反射玻璃，它是通過將基片玻璃浸漬于鈦酸丁酯乙醇溶液中，然后穩(wěn)定勻速地提升出液面，經(jīng)熱處理后可得到的。熱反射玻璃的反射率越高說明其對太陽能的控制越強，但是玻璃的可見光透過率會隨著反射率的升高而降低從而使透光性能降低，影響采光效果。此外，太高的玻璃反射率也可能出現(xiàn)光污染問題。熱反射鍍膜玻璃可見光透過率較低，一般為20～30％。由于熱反射鍍膜玻璃可見光透過率低，極大地影響室內(nèi)采光，致使照明費用增加。
發(fā)展到目前，出現(xiàn)了具有低輻射和吸收又逆向輻射的玻璃貼膜。所謂逆向輻射即是將波長較長，特別是λ＝0.8-1.35μm波段和這波長以上的光波直接輻射或轉(zhuǎn)變成遠紅外光λ＝8-13.5μm輻射回大氣中，使室內(nèi)吸收到的輻射能量進一步降低，達到節(jié)能的目的。文獻CN200410036018.3公開了一種透明導電低輻射玻璃涂層，在浮法玻璃生產(chǎn)線上，將具有低輻射、吸收和逆向輻射性質(zhì)的物料采用噴涂或濺射等工藝在膜上制成，稱Low-E玻璃。然而，Low-E玻璃在線噴涂或濺射，只有少數(shù)大型玻璃生產(chǎn)廠可以做到，制備方法復雜，價格昂貴，性價比較低，難以大面積普遍使用。
文獻CN1232599C公開了一種納米透明隔熱復合涂料，由聚氨樹脂、聚硅氧烷樹脂、聚丙烯酸樹脂、納米氧化銦錫粉體、納米氧化錫銻粉體、涂料助劑和稀釋劑組成。它對可見光的透過率為80％，對紅外線的屏蔽率為75％，但其涂層硬度僅能達到1H。
此外，在玻璃基材上形成具有防止熱輻射能力的涂膜并非易事。為施加涂膜到房間窗玻璃、車輛窗玻璃上，通常預先形成薄膜狀或片狀的涂膜，或在其上形成了涂膜的薄膜或片在玻璃上通過熱粘結(jié)或粘合粘附涂膜的方法形成涂膜，或者將塑料溶于適當溶劑，涂敷在玻璃上，然后干燥和固化或固定等。然而，這些方法具有各種缺陷，或是需要大規(guī)模設備，或是使用有機溶劑溶解塑料時，需要對溶解塑料的溶劑回收處理，或是在玻璃上涂膜時，需要長時間干燥，發(fā)生涂料不均勻的問題。
綜上所述，上述文獻中的涂料組合物存在可見光透過率低，紫外線屏蔽率低，隔熱性和透明性不能同時兼顧，涂層硬度低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一是現(xiàn)有技術(shù)中所公開的涂料隔熱性和透明性不能同時兼顧，涂層硬度低的問題，提供一種新的玻璃用隔熱涂料組合物。該涂料組合物具有優(yōu)良的隔熱性能的同時，具有良好的透明性能，并且具有耐候性和穩(wěn)定性好，涂層硬度高的特點。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之二是提供一種與解決技術(shù)問題之一相對應的玻璃用隔熱涂料組合物的制備方法。該方法具有操作簡單易行的特點。
為了解決上述技術(shù)問題之一，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種玻璃用隔熱涂料組合物，以重量百分比計包括以下組份
a)20～60％的微乳化樹脂；b)15～40％的20～150納米的納米粉體；c)余量的涂料助劑；其中微乳化樹脂以重量百分比計包括以下組份1)50～80％選自有機硅樹脂、無機硅樹脂、醇酸樹脂、環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯或聚氨酯中的至少一種樹脂；2)0.001～5％的無機鹽；3)0.001～8％選自陰離子、陽離子或非離子表面活性劑中的至少一種表面活性劑；4)1～20％選自C1～C5的低級脂肪醇；5)余量的水。
上述技術(shù)方案中，所述納米粉體的優(yōu)選方案為選自氧化錫、有機錫、氧化錫銻、氧化鋅、氧化鋅鋁、氧化銦錫、四氧化三鐵、氧化硅或氧化鈦中的至少一種，更優(yōu)選方案為選自氧化錫銻、氧化鋅鋁或氧化銦錫中的至少一種。所述涂料助劑的優(yōu)選方案為選自分散劑、紫外吸收劑、流平劑、消泡劑、固化劑、增稠劑或成膜助劑中的至少一種；其中所述分散劑的優(yōu)選方案為選自聚合物型陰離子分散劑；所述紫外吸收劑的優(yōu)選方案為選自2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2’-羥基-3’，5’-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三氮唑、2-(2’-羥基-5’-甲基苯基)苯并三氮唑、2-苯基苯并咪唑-5-磺酸、2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮、2-(2’-羥基-3’，5’雙(a，a-二甲基芐基)苯基)苯駢三唑、亞甲基雙(6-苯并三氮唑-4-特辛基苯酚)、2-(2H-苯并三唑-2-基)-6-十二烷基-4-甲基苯酚、2-(2’-羥基-3’，5’-二特戊基苯基)苯駢三唑、2-(4，6-二(2，4-二甲基苯基)-1，3，5-三嗪-2)-5-正辛烷氧基苯酚或2-(4，6-二苯基-1，3，5-三嗪-2)-5-正己烷氧基苯酚中的至少一種；所述流平劑的優(yōu)選方案為選自丙烯酸共聚物或非反應型聚醚改性聚硅氧烷中的至少一種；所述消泡劑的優(yōu)選方案為選自非硅酮含疏水粒子礦物油混合物或改性聚硅氧烷；所述固化劑的優(yōu)選方案為選自γ-氨丙基三乙氧基硅烷、己胺、丁胺、N，N-二甲乙基氨基丙氨、4，4-二氨基二苯甲烷或脂肪族異氰酸酯中的至少一種；所述增稠劑的優(yōu)選方案為選自羥基丙烯酸水溶性分散液；所述成膜助劑的優(yōu)選方案為選自乙二醇單丁醚或二丙二醇丁醚中的至少一種。所述無機鹽的優(yōu)選方案為選自堿金屬或堿土金屬的鹵化鹽中的至少一種，更優(yōu)選方案為選自NaCl或KCl中的至少一種。所述表面活性劑的優(yōu)選方案為選自十六烷基苯磺酸鈉；所述低級脂肪醇的優(yōu)選方案為選自乙醇或異丙醇中的至少一種。所述涂料組合物中，以重量百分比計微乳化樹脂的用量優(yōu)選范圍為30～50％，20～150納米的納米粉體的用量優(yōu)選范圍為25～35％。所述微乳化樹脂中以重量百分比計，樹脂的用量優(yōu)選范圍為60～70％；無機鹽的用量優(yōu)選范圍為0.05～3％；表面活性劑的用量優(yōu)選范圍為0.01～5％；低級脂肪醇的用量優(yōu)選范圍為2～10％。
為解決上述技術(shù)問題之二，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種玻璃用隔熱涂料組合物的制備方法，包括以下步驟a)在0～90℃條件下，將所需量的(1)選自有機硅樹脂、無機硅樹脂、醇酸樹脂、環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯或聚氨酯中的至少一種樹脂；(2)無機鹽；(3)選自陰離子、陽離子或非離子表面活性劑中的至少一種表面活性劑；(4)選自C1～C5的低級脂肪醇；(5)水；混合，制得微乳化樹脂；b)將所需量的納米粉體、涂料助劑與a)步驟的微乳化樹脂混合，攪拌，即制得玻璃用隔熱涂料組合物。
上述技術(shù)方案中，所述微乳化樹脂的制備溫度優(yōu)選范圍為10～40℃。
本發(fā)明的玻璃用隔熱涂料組合物，通過采用微乳化的樹脂，具有以下特點1.對太陽光譜的吸收具有選擇性。可以反射和吸收40％以上的輻射熱量，其中吸收的熱量60％逆向輻射回大氣層，同時能有效截止太陽光線中的98％的紫外線，而對于可見光透過率影響甚微，可視光線的透過率可達85％。因此，使用本發(fā)明的涂料組合物，可以對室內(nèi)溫度的上升形成抑制，保溫效果顯著；同時基本上沒有視覺上的光度和顏色變化。
2.有效節(jié)電、節(jié)能。使用后室內(nèi)溫差為6℃，特別是夏天減輕空調(diào)機負荷很有效，消耗電力下降20～30％。在取得節(jié)能效果的同時，還能防止有害的紫外光的作用，減少二氧化碳的排放量，防止地球變暖，對保護環(huán)境作出貢獻。
3.由于在微乳化樹脂中加入了無機鹽，提高了涂層的硬度，其鉛筆硬度可高達4H～5H。膜層不會因為氣候變化而變質(zhì)，不會因為清潔掃除而劃傷，耐久年數(shù)10年。
4.由于在微乳化樹脂中加入了表面活性劑，使樹脂與水更好地相容，涂料的穩(wěn)定性好，放置長時間也不會分層。
5.防止日光暴曬。能夠截止98％的有害的紫外線，保護人體少受由于紫外線引起的皮膚癌變、皮膚色斑和老化等的傷害。另外，還能減少窗簾、裝飾品、家具、地毯等因為受到日光暴曬而過早老化。
6.防止昆蟲接近。飛蛾和蟲類等昆蟲有趨向紫外線的習性。因為本發(fā)明的涂料組合物能夠截止夜間室內(nèi)燈光發(fā)出的紫外線，所以昆蟲不會接近。
7.具有難燃性。
8.耐候性好。中國地域廣大，各區(qū)域全年氣候和溫差很大，本發(fā)明的涂料組合物都能適用。不僅適應于夏熱冬暖或夏熱冬冷地區(qū)，如南嶺以南，長江中下游、南嶺以北、朧海線以南和四川盆地等地區(qū)，也適用于寒冷的北方地區(qū)。
因此，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，由于先將樹脂調(diào)配成微乳化樹脂，本發(fā)明人驚異地發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的玻璃用隔熱涂料組合物對紫外線的屏蔽率高達98％，可見光的透過率高達85％，在具有優(yōu)良的隔熱性能的同時，具有了良好的透明性能。本發(fā)明在微乳化樹脂中加入了無機鹽，提高了涂層的硬度，其鉛筆硬度可高達4H～5H。本發(fā)明還在微乳化樹脂中加入了表面活性劑，使樹脂與水更好地相容，涂料的穩(wěn)定性好，放置長時間也不會分層，取得了較好的技術(shù)效果。
下面通過實施例對本發(fā)明作進一步闡述。
具體實施例方式
實施例1～7在20℃條件下，將所需量的樹脂、無機鹽、表面活性劑、醇和水混合，制得微乳化樹脂。然后將所需量的納米粉體、涂料助劑與制得的微乳化樹脂混合，攪拌，即制得玻璃用隔熱涂料組合物A～G。
其中各涂料組合物的組份及重量百分組成見表1。
表1

其中UV-5312-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮；UV-P2-(2’-羥基-5’-甲基苯基)苯并三氮唑；BGL-923丙烯酸共聚物UV-3272-(2’-羥基-3’，5’-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三氮唑；UV-T2-苯基苯并咪唑-5-磺酸BYL-1丙烯酸共聚物BGL-925丙烯酸共聚物CM501丙烯酸丁酯均聚物AP-112改性聚有機硅氧烷ARB-900聚醚改性聚二甲基硅氧烷共聚體BD-3033聚醚改性有機聚硅氧烷DD-807烷基改性聚有機硅氧烷KH-550γ-氨丙基三乙氧基硅烷實施例8在6毫米浮法玻璃上涂敷實施例1～7制得的涂料組合物A～G，與未涂玻璃的性能對比見表2。
表2

實施例9在3毫米浮法玻璃上涂敷涂料組合物A，與未涂玻璃以及3毫米浮法棕色玻璃的性能對比見表3。
表3

實施例10在3毫米浮法玻璃上涂敷涂料組合物C，室溫干燥30天，按涂料常規(guī)標準測試其性能，結(jié)果見表4。
表4

比較例1在20℃條件下，將實施例1的各組份直接混合，攪拌，制得涂料組合物H。涂敷在6毫米浮法玻璃上，可見光透過率為70％，紫外線透過率為10％。
在3毫米浮法玻璃上涂敷涂料組合物G，室溫干燥30天，按涂料常規(guī)標準測試其性能，結(jié)果見表5。
表5

權(quán)利要求
1.一種玻璃用隔熱涂料組合物，以重量百分比計包括以下組份a)20～60％的微乳化樹脂；b)15～40％的20～150納米的納米粉體；c)余量的涂料助劑；其中微乳化樹脂以重量百分比計包括以下組份1)50～80％選自有機硅樹脂、無機硅樹脂、醇酸樹脂、環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯或聚氨酯中的至少一種樹脂；2)0.001～5％的無機鹽；3)0.001～8％選自陰離子、陽離子或非離子表面活性劑中的至少一種表面活性劑；4)1～20％選自C1～C5的低級脂肪醇；5)余量的水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述玻璃用隔熱涂料組合物，其特征在于所述納米粉體選自氧化錫、有機錫、氧化錫銻、氧化鋅、氧化鋅鋁、氧化銦錫、四氧化三鐵、氧化硅或氧化鈦中的至少一種；所述涂料助劑選自分散劑、紫外吸收劑、流平劑、消泡劑、固化劑、增稠劑或成膜助劑中的至少一種；所述無機鹽選自堿金屬或堿土金屬的鹵化鹽中的至少一種；所述表面活性劑選自十六烷基苯磺酸鈉；所述低級脂肪醇選自乙醇或異丙醇中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述玻璃用隔熱涂料組合物，其特征在于所述納米粉體選自氧化錫銻、氧化鋅鋁或氧化銦錫中的至少一種；所述無機鹽選自NaCl或KCl中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述玻璃用隔熱涂料組合物，其特征在于所述分散劑選自聚合物型陰離子分散劑；所述紫外吸收劑選自2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2’-羥基-3’，5’-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三氮唑、2-(2’-羥基-5’-甲基苯基)苯并三氮唑、2-苯基苯并咪唑-5-磺酸、2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮、2-(2’-羥基-3’，5’雙(a，a-二甲基芐基)苯基)苯駢三唑、亞甲基雙(6-苯并三氮唑-4-特辛基苯酚)、2-(2H-苯并三唑-2-基)-6-十二烷基-4-甲基苯酚、2-(2’-羥基-3’，5’-二特戊基苯基)苯駢三唑、2-(4，6-二(2，4-二甲基苯基)-1，3，5-三嗪-2)-5-正辛烷氧基苯酚或2-(4，6-二苯基-1，3，5-三嗪-2)-5-正己烷氧基苯酚中的至少一種；所述流平劑選自丙烯酸共聚物或非反應型聚醚改性聚硅氧烷中的至少一種；所述消泡劑選自非硅酮含疏水粒子礦物油混合物或改性聚硅氧烷；所述固化劑選自γ-氨丙基三乙氧基硅烷、己胺、丁胺、N，N-二甲乙基氨基丙氨、4，4-二氨基二苯甲烷或脂肪族異氰酸酯中的至少一種；所述增稠劑選自羥基丙烯酸水溶性分散液；所述成膜助劑選自乙二醇單丁醚或二丙二醇丁醚中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述玻璃用隔熱涂料組合物，其特征在于所述涂料組合物中以重量百分比計，微乳化樹脂的用量范圍為30～50％，20～150納米的納米粉體的用量范圍為25～35％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述玻璃用隔熱涂料組合物，其特征在于所述微乳化樹脂中以重量百分比計，樹脂的用量范圍為60～70％；無機鹽的用量范圍為0.05～3％；表面活性劑的用量范圍為0.01～5％；低級脂肪醇的用量范圍為2～10％。
7.權(quán)利要求1所述的玻璃用隔熱涂料組合物的制備方法，包括以下步驟a)在0～90℃條件下，將所需量的(1)選自有機硅樹脂、無機硅樹脂、醇酸樹脂、環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯或聚氨酯中的至少一種樹脂；(2)無機鹽；(3)選自陰離子、陽離子或非離子表面活性劑中的至少一種表面活性劑；(4)選自C1～C5的低級脂肪醇；(5)水；混合，制得微乳化樹脂；b)將所需量的納米粉體、涂料助劑與a)步驟的微乳化樹脂混合，攪拌，即制得玻璃用隔熱涂料組合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述玻璃用隔熱涂料組合物的制備方法，其特征在于所述微乳化樹脂的制備溫度為10～40℃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種玻璃用隔熱涂料組合物及其制備方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中所公開的涂料隔熱性和透明性不能同時兼顧，涂層硬度低的問題。本發(fā)明通過采用以重量百分比計包括以下組份a)20～60％的微乳化樹脂；b)15～40％的20～150納米的納米粉體；c)余量的涂料助劑的涂料組合物，其中微乳化樹脂以重量百分比計包括以下組份1)50～80％選自有機硅樹脂、無機硅樹脂、醇酸樹脂、環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯或聚氨酯中的至少一種樹脂；2)0.001～5％的無機鹽；3)0.001～8％選自陰離子、陽離子或非離子表面活性劑中的至少一種表面活性劑；4)1～20％選自C
文檔編號C09D163/00GK101050065SQ20071004063
公開日2007年10月10日 申請日期2007年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月15日
發(fā)明者朱建強 申請人:朱建強