專利名稱：大氣窗口區(qū)域高發(fā)射的透明隔熱涂料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種涂料，尤其涉及一種可涂覆于建筑或車窗玻璃外表面的大氣窗口區(qū)域高發(fā)射的透明隔熱涂料及其制備方法。
背景技術：
從熱輻射觀點來看，外層空間可以近似堪稱一個絕對溫度為零的黑體。如果在大氣層外設一個溫度為T = 300K的黑體(遮住直射的太陽光)；則它將被逐漸地冷卻下來。 根據斯蒂芬-波爾茲曼定律，可以計算出它輻射到外層空間的單位面積能量W :W = α T4 = 5. 7 X 1(Γ8 X 3004 ^ 450ff/m2這個數值是非常高的制冷量。在外層空間，利用輻射型涂料，可以獲得很好的隔熱效果。美國航空航天局(NASA)就在1994年開發(fā)了新型的高輻射涂層(Emisshield)技術， 并將其用于X-33與X-34型軌道飛行器。該產品在室溫下具有高達0. 8-0. 9的輻射率，并且其使用溫度可達3000F甚至更高。但在大氣層之內，由于大氣阻擋了部分紅外輻射到達外層空間，其制冷效果會大幅度下降。因為在大氣層內，并不是地球發(fā)射的所有輻射都通過太空。輻射相當大的一部分被地球大氣所吸收和重新發(fā)射到地球的表面。大氣層的紅外輻射主要來源于大氣中的水蒸氣、二氧化碳、臭氧及懸浮微粒，其中起主要作用的是水蒸氣和二氧化碳。在波長為8 13. 5μπι的區(qū)間內，水蒸氣和二氧化碳的紅外吸收能力較弱，因此，在此波段內的紅外輻射能力也較弱，這樣就使得大氣層對8 13. 5 μ m的紅外輻射有很高的透過性，我們稱波長為8 13. 5 μ m的區(qū)間為“大氣窗口 ”。在實際的應用中，可以利用這樣一個紅外的窗口，來達到輻射制冷的目的。圖1表示大氣層中的輻射體的輻射功率及天空投射到輻射體上的輻射功率與波長之間的關系，可知，當輻射熱損與熱收益相一致時，輻射體的溫度可達到最低值，在天空清澈無云的夜間，一個黑體可以冷卻至比周圍環(huán)境氣溫低10 20°C。而圖2為當輻射體在 8 13. 5 μ m范圍內為理想黑體，而在其他范圍內圍理想反射體的情況，可知這樣的輻射體可比黑體降至更低的溫度。透明隔熱涂料是一種可在涂覆后形成透明涂層的涂料，并且該涂層在近紅外區(qū)對陽光有很強的阻隔性能。美國專利US5518810 Infrared ray cutoff material and infrared cutoff powder use for same就描述了一種摻錫氧化銦粉體分散在無機或者有機聚合物中形成的涂料，其在可見光區(qū)透明，并且能阻隔波長在IOOOnm以上的近紅外光， 從而達到隔熱的目的。在有關透明隔熱涂料專利中——如申請?zhí)枮?00410014672. 4的中國專利“納米透明隔熱復合涂料及其該涂料的隔熱效果測試裝置”，以及申請?zhí)枮?01010199580. 3的中國專利“一種紅外屏蔽型玻璃隔熱涂料及其制備方法”——均使用納米摻雜氧化物作為功能填料。但是，由于納米摻雜氧化物對紅外線很強的吸收作用及其較低的紅外發(fā)射率，使得涂層不斷吸收太陽紅外輻射，卻無法通過熱輻射有效地進行冷卻。因此，在陽光——尤其是夏日正午陽光——的照射下涂層所涂覆的表面會升至很高的溫度，而且在陽光直射結束之后，由于涂層在紅外光區(qū)——尤其是大氣窗口區(qū)域的低發(fā)射率，涂層所涂覆的表面的降溫過程也會進行地很慢。涂層長時間處于高溫狀態(tài)，會造成建筑物或是車輛內部制冷負荷的增加，影響涂層的使用壽命。而如果當涂層具有在大氣窗口區(qū)域的高發(fā)射性能時，就可以在陽光直射過后快速冷卻，有效減少涂層表面在較高溫度所停留的時間，減小建筑物或車輛內部制冷負荷，延長涂層使用壽命。涂層的高發(fā)射能力被廣泛的應用于不透明的太陽熱反射涂層中以避免涂層表面積累過多的熱量，根據公開號為CN 101812269 A的中國專利“太陽熱輻射反射涂料”所述，按重量百分比包括20-70 %成膜物質，20-60 %溶劑，2-10 %中空微粒，2-10 %紅外粉， 0. 1-1%納米二氧化鈦，4-20%助劑所得的涂料，經涂裝成膜之后，至少達到大于等于85% 的全光譜太陽熱反射率、大于等于85%的半球發(fā)射率。公開號為CN 101565581A的中國專利“反射隔熱涂料及其制作方法”中所述反射隔熱涂料，其全光譜太陽反射比為0. 87，其半球發(fā)射率為0. 87。但是這些涂料均不是透明的，無法滿足透明涂料的要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種大氣窗口高發(fā)射的透明隔熱涂料，其能克服已有技術中所公開的透明隔熱涂料所出現(xiàn)的大氣窗口區(qū)發(fā)射率較低而無法有效散熱的不足。為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種大氣窗口區(qū)域高發(fā)射的透明隔熱涂料， 透明隔熱涂料的主料由以下重量份的成分組成聚合物乳液30 70份、納米摻雜氧化物粉 10 30份、大氣窗口區(qū)高發(fā)射的納米粉體2 30份、陰離子型分散劑1 10份、非離子型分散劑2 20份、消泡劑0. 5 2份、增稠劑0 5份、成膜助劑1 2份、防凍劑1 2份、流平劑1 2份和蒸餾水5 20份。作為本發(fā)明的大氣窗口區(qū)域高發(fā)射的透明隔熱涂料的改進聚合物乳液為聚丙烯酸酯乳液、苯丙乳液或硅丙乳液；所述納米摻雜氧化物粉是粒徑范圍均為5 60nm摻銻二氧化錫、摻氟二氧化錫、 摻鎵氧化鋅、摻鋁氧化鋅和氧化銦錫中的至少一種；大氣窗口區(qū)域高發(fā)射的納米粉體是粒徑范圍均為5 60nm的二氧化硅、莫來石粉體、碳化硅、氧化鋁和鋁硅酸鹽UAl2O3 · ySi02)中的至少一種；陰離子型分散劑為六偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉或聚合物型陰離子型分散劑；非離子型分散劑為分散劑DP270(即聚丙烯酸酯分散劑DP270)；消泡劑為090消泡劑、SPA-202消泡劑、Dapro DF 7010消泡劑或磷酸三丁酯；增稠劑為羥乙基纖維素醚；成膜助劑為醇酯-12 ；防凍劑為丙二醇；流平劑為聚環(huán)氧丙烷。本發(fā)明還同時提供了上述大氣窗口區(qū)域高發(fā)射的透明隔熱涂料的制備方法，依次包括以下步驟
1)、在低速攪拌下按順序加入蒸餾水、陰離子型分散劑、非離子型分散劑、25 35% (重量比)的消泡劑充分攪拌均勻；2)、在步驟1)所得的混合物中依次加入納米摻雜氧化物粉以及大氣窗口區(qū)高發(fā)射的納米粉體，攪拌均勻后，再加入1/2 1/4(重量比)的增稠劑和35 45% (重量比) 的消泡劑攪拌均勻，得色漿；將色漿置于高速分散機中分散30分鐘；3)、在低速攪拌的狀態(tài)下，將成膜助劑、防凍劑以及流平劑加入到聚合物乳液中；4)、將步驟2、所得的色漿加入步驟幻所得物中，然后低速攪拌，攪拌過程中滴加剩余消泡劑以及剩余的增稠劑，并用多功能助劑AMP-95調節(jié)PH至8. 5 9. 5，大氣窗口區(qū)域高發(fā)射的透明隔熱涂料。在本發(fā)明中，低速攪拌是指300 400r/min ；步驟2~)中是依次加入納米摻雜氧化物粉以及大氣窗口區(qū)高發(fā)射的納米粉體，高速分散機的轉速為3000 4000r/min。本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明通過添加合理配比的在大氣窗口高發(fā)射的納米粒子，從而具有以下性能在大氣窗口區(qū)發(fā)射率較高，能實現(xiàn)有效散熱。


下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細說明。圖1是表示大氣層中的輻射體的輻射功率及天空投射到輻射體上的輻射功率與波長之間的關系圖；圖2表示當輻射體在8 13. 5μπι范圍內為理想黑體，而在其他范圍內圍理想反射體的情況時，輻射體輻射功率及天空投射到輻射體上的輻射功率與波長之間的關系圖。
具體實施例方式以下實施例中的份均為重量份。實施例1、一種大氣窗口區(qū)域高發(fā)射的透明隔熱涂料，以重量計，透明隔熱涂料的主料由如下組分組成聚丙烯酸酯乳液50份，納米摻銻二氧化錫(粒徑為5 60nm) 15份， 納米莫來石粉體(粒徑為5 60nm) 15份，作為陰離子型分散劑的六偏磷酸鈉2份，作為非離子型分散劑的DP270分散劑4份，090消泡劑1份，作為增稠劑的羥乙基纖維素醚3份，作為流平劑的聚環(huán)氧丙烷1份，作為成膜助劑的醇酯-12 1份，作為防凍劑的丙二醇1份，蒸餾水7份。其制備方法為依次進行如下步驟1)、預混合在低速攪拌(300 400r/min)下按順序加入蒸餾水7份、六偏磷酸鈉2份、DP270 分散劑4份和090消泡劑0. 3份，充分攪拌均勻(攪拌30分鐘)；2)、高速分散在步驟1)所得的混合物中依次加入納米摻銻二氧化錫15份和納米莫來石粉體15 份，攪拌均勻(攪拌30分鐘)后，再加入羥乙基纖維素醚1份和090消泡劑0. 4份攪拌均勻(攪拌30分鐘)，得色漿；將色漿置于高速分散機(3000 4000r/min)中分散30分鐘。3)、在低速攪拌(300 400r/min)的狀態(tài)下，將醇酯_12 1份、丙二醇1份以及聚環(huán)氧丙烷1份加入到聚丙烯酸酯乳液50份中；
4)、將步驟幻所得的分散后色漿加入步驟幻所得物中，然后低速攪拌(300 400r/min) 30分鐘，攪拌過程中滴加剩余的090消泡劑0. 3份以及剩余的增稠劑(羥乙基纖維素醚)2份，并通過AMP-95調節(jié)PH至9，過濾(過400目篩網，目的是為了去除可能存在的雜質)，得大氣窗口區(qū)域高發(fā)射的透明隔熱涂料。實施例2、一種大氣窗口高發(fā)射的透明隔熱涂料，以重量計，透明隔熱涂料的主料由如下組分組成苯丙乳液50份，摻氟二氧化錫(粒徑為5 60nm) 15份，納米莫來石粉體 (粒徑為5 60nm) 15份，作為陰離子型分散劑的六偏磷酸鈉2. 5份，作為非離子型分散劑的DP270分散劑5份，090消泡劑1份，作為增稠劑的羥乙基纖維素醚3份，作為流平劑的聚環(huán)氧丙烷1份，作為成膜助劑的醇酯-12 1份，作為防凍劑的丙二醇1份，蒸餾水6份。其制備方法為依次進行如下步驟1)、預混合在低速攪拌(300 400r/min)下按順序加入蒸餾水6份、六偏磷酸鈉2. 5份、 DP270分散劑5份和090消泡劑0. 3份，充分攪拌均勻(攪拌30分鐘)；2)、高速分散在步驟1)所得的混合物中依次加入摻氟二氧化錫15份和納米莫來石粉體15份， 攪拌均勻(攪拌30分鐘)后，再加入羥乙基纖維素醚1份和090消泡劑0.4份攪拌均勻 (攪拌30分鐘)，得色漿；將色漿置于高速分散機中分散30分鐘(3000 4000r/min)。3)、在低速攪拌(300 400r/min)的狀態(tài)下，將醇酯_12 1份、丙二醇1份以及聚環(huán)氧丙烷1份加入到苯丙乳液50份中；4)、將步驟幻所得的分散后色漿加入步驟幻所得物中，然后低速攪拌(300 400r/min) 30分鐘，攪拌過程中滴加剩余的090消泡劑0. 3份以及剩余的增稠劑(羥乙基纖維素醚)2份，并通過AMP-95調節(jié)PH至9，過濾，得大氣窗口區(qū)域高發(fā)射的透明隔熱涂料。實施例3、一種大氣窗口高發(fā)射的透明隔熱涂料，以重量計，透明隔熱涂料的主料由如下組分組成苯丙乳液50份，納米氧化銦錫(粒徑為5 60nm) 7份，納米摻銻二氧化錫(粒徑為5 60nm) 8份，納米莫來石粉體(粒徑為5 60nm) 15份，作為陰離子型分散劑的六偏磷酸鈉2. 5份，作為非離子型分散劑的DP270分散劑5份，090消泡劑1份，作為增稠劑的羥乙基纖維素醚3份，作為流平劑的聚環(huán)氧丙烷0. 5份，作為成膜助劑的醇酯-12 1 份，作為防凍劑的丙二醇1份，蒸餾水6份。其制備方法為依次進行如下步驟1)、預混合在低速攪拌(300 400r/min)下按順序加入蒸餾水6份、六偏磷酸鈉2. 5份、 DP270分散劑5份和090消泡劑0. 3份，充分攪拌均勻(攪拌30分鐘)；2)、高速分散在步驟1)所得的混合物中依次加入納米摻銻二氧化錫8份、納米氧化銦錫7份和納米莫來石粉體15份，攪拌均勻(攪拌30分鐘)后，再加入羥乙基纖維素醚1份和090 消泡劑0. 4份攪拌均勻(攪拌30分鐘)，得色漿；將色漿置于高速分散機中分散30分鐘 (3000 4000r/min)。3)、在低速攪拌(300 400r/min)的狀態(tài)下，將醇酯_12 1份、丙二醇1份以及聚環(huán)氧丙烷0. 5份加入到苯丙乳液50份中；
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4)、將步驟幻所得的分散后色漿加入步驟幻所得物中，然后低速攪拌(300 400r/min) 30分鐘，攪拌過程中滴加剩余的090消泡劑0. 3份以及剩余的增稠劑(羥乙基纖維素醚)2份，并通過AMP-95調節(jié)PH至9，過濾，得大氣窗口區(qū)域高發(fā)射的透明隔熱涂料。實施例4、一種大氣窗口高發(fā)射的透明隔熱涂料，以重量計，透明隔熱涂料的主料由如下組分組成聚丙烯酸酯乳液50份，納米摻銻二氧化錫(粒徑為5 60nm) 15份，納米莫來石粉體(粒徑為5 60nm) 10份，納米二氧化硅粉體(粒徑為5 60nm) 5份，作為陰離子型分散劑的六偏磷酸鈉2份，作為非離子型分散劑的DP270分散劑4份，090消泡劑1 份，作為增稠劑的羥乙基纖維素醚3份，作為流平劑的聚環(huán)氧丙烷1份，作為成膜助劑的醇酯-12 1份，作為防凍劑的丙二醇1份，蒸餾水7份。其制備方法為依次進行如下步驟1)、預混合在低速攪拌(300 400r/min)下按順序加入蒸餾水7份、六偏磷酸鈉2份、DP270 分散劑4份和090消泡劑0. 3份，充分攪拌均勻(攪拌30分鐘)；2)、高速分散在步驟1)所得的混合物中依次加入納米摻銻二氧化錫15份、納米莫來石粉體10 份，納米二氧化硅粉體5份，攪拌均勻(攪拌30分鐘)后，再加入羥乙基纖維素醚1份和 090消泡劑0. 4份攪拌均勻(攪拌30分鐘)，得色漿；將色漿置于高速分散機中分散30分鐘(3000 4000r/min)。3)、在低速攪拌(300 400r/min)的狀態(tài)下，將醇酯_12 1份、丙二醇1份以及聚環(huán)氧丙烷1份加入到聚丙烯酸酯乳液50份中；4)、將步驟幻所得的分散后色漿加入步驟幻所得物中，然后低速攪拌(300 400r/min) 30分鐘，攪拌過程中滴加剩余的090消泡劑0. 3份以及剩余的增稠劑(羥乙基纖維素醚)2份，并通過AMP-95調節(jié)PH至9，過濾，得大氣窗口區(qū)域高發(fā)射的透明隔熱涂料。對比例1、一種大氣窗口區(qū)域高發(fā)射的透明隔熱涂料，以重量計，其透明隔熱涂料的主料的組分中以15份的納米摻銻二氧化錫替代15份的納米莫來石粉體；即，納米摻銻二氧化錫的總用量為30份；其余同實施例1。經紫外-可見-近紅外分光光度計測試，實施例1、2、3、4所得透明隔熱涂料制備的涂層的可見光透過率大于等于80%，波長1000-2500nm紅外光區(qū)透過率小于10%，根據 JC/T235-2008標準進行測試，大氣窗口區(qū)域全譜半球發(fā)射率大于等于0. 8。該透明隔熱涂料均呈透明狀，即，按照常規(guī)厚度涂抹于物體表面后，能透過此涂料層，看清物體。經紫外-可見-近紅外分光光度計測試，對比例1所得透明隔熱涂料制備的涂層的可見光透過率為80 % 85 %，波長1000-2500nm紅外光區(qū)透過率小于10 %，根據JC/ T235-2008標準進行測試，大氣窗口區(qū)域全譜半球發(fā)射率僅為0. 45。最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的若干個具體實施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本發(fā)明公開的內容直接導出或聯(lián)想到的所有變形，均應認為是本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.大氣窗口區(qū)域高發(fā)射的透明隔熱涂料，其特征在于透明隔熱涂料的主料由以下重量份的成分組成聚合物乳液30 70份、納米摻雜氧化物粉10 30份、大氣窗口區(qū)高發(fā)射的納米粉體2 30份、陰離子型分散劑1 10份、非離子型分散劑2 20份、消泡劑0. 5 2份、增稠劑0 5份、成膜助劑1 2份、防凍劑1 2份、流平劑1 2份和蒸餾水5 20份。
2.根據權利要求1所述的大氣窗口區(qū)域高發(fā)射的透明隔熱涂料，其特征是所述聚合物乳液為聚丙烯酸酯乳液、苯丙乳液或硅丙乳液。
3.根據權利要求2所述的大氣窗口區(qū)域高發(fā)射的透明隔熱涂料，其特征是所述納米摻雜氧化物粉是粒徑范圍均為5 60nm摻銻二氧化錫、摻氟二氧化錫、摻鎵氧化鋅、摻鋁氧化鋅和氧化銦錫中的至少一種。
4.根據權利要求3所述的大氣窗口區(qū)域高發(fā)射的透明隔熱涂料，其特征是所述大氣窗口區(qū)域高發(fā)射的納米粉體是粒徑范圍均為5 60nm的二氧化硅、莫來石粉體、碳化硅、氧化鋁和鋁硅酸鹽中的至少一種。
5.根據權利要求4所述的大氣窗口區(qū)域高發(fā)射的透明隔熱涂料，其特征是所述陰離子型分散劑為六偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉或聚合物型陰離子型分散劑；所述非離子型分散劑為分散劑DP270。
6.根據權利要求5所述的大氣窗口區(qū)域高發(fā)射的透明隔熱涂料，其特征是所述消泡劑為090消泡劑、SPA-202消泡劑、Dapro DF 7010消泡劑或磷酸三丁酯；所述增稠劑為羥乙基纖維素醚；所述成膜助劑為醇酯-12 ；所述防凍劑為丙二醇；所述流平劑為聚環(huán)氧丙烷。
7.如權利要求1 6中任意一種大氣窗口區(qū)域高發(fā)射的透明隔熱涂料的制備方法，其特征是依次包括以下步驟1)、在低速攪拌下按順序加入蒸餾水、陰離子型分散劑、非離子型分散劑、25 35%的消泡劑充分攪拌均勻；2)、在步驟1)所得的混合物中依次加入納米摻雜氧化物粉以及大氣窗口區(qū)高發(fā)射的納米粉體，攪拌均勻后，再加入1/2 1/4的增稠劑和35 45%的消泡劑攪拌均勻，得色漿；將色漿置于高速分散機中分散30分鐘；3)、在低速攪拌的狀態(tài)下，將成膜助劑、防凍劑以及流平劑加入到聚合物乳液中；4)、將步驟幻所得的分散后色漿加入步驟幻所得物中，然后低速攪拌，攪拌過程中滴加剩余消泡劑以及剩余的增稠劑，并用多功能助劑AMP-95調節(jié)PH至8. 5 9. 5，得大氣窗口區(qū)域高發(fā)射的透明隔熱涂料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大氣窗口區(qū)域高發(fā)射的透明隔熱涂料，該透明隔熱涂料的主料由以下重量份的成分組成聚合物乳液30～70份、納米摻雜氧化物粉10～30份、大氣窗口區(qū)高發(fā)射的納米粉體2～30份、陰離子型分散劑1～10份、非離子型分散劑2～20份、消泡劑0.5～2份、增稠劑0～5份、成膜助劑1～2份、防凍劑1～2份、流平劑1～2份和蒸餾水5～20份。本發(fā)明還同時公開了上述透明隔熱涂料的制備方法，包括將上述成分均勻攪拌后，用多功能助劑AMP-95調節(jié)pH至8.5～9.5，得大氣窗口區(qū)域高發(fā)射的透明隔熱涂料。該涂料在大氣窗口區(qū)發(fā)射率較高，能實現(xiàn)有效散熱。
文檔編號C09D5/33GK102408806SQ201110343318
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月3日 優(yōu)先權日2011年11月3日
發(fā)明者呂林一秀, 楊輝, 蔡偉煒, 郭興忠 申請人:浙江大學