隔热浆料、使用该隔热浆料的新型水性碳纳米管复合隔热保温涂料及其制备方法

摘要

本发明提供一种隔热浆料、使用该隔热浆料的新型水性碳纳米管复合隔热保温涂料及其制备方法，所述隔热浆料中的碳纳米管粉以聚乙二醇吸附的多孔壁的碳纳米管为芯材，并在芯材外围包覆二氧化钛，其作为隔热浆料的重要组份，使制得的隔热浆料集多种隔热方式于一体。所述新型水性碳纳米管复合隔热保温涂料，利用隔热浆料中的特殊结构的碳纳米管材料作为隔热保温材料，以纳米水性氟硅乳液为成膜物质，使得制备的新型水性碳纳米管复合隔热保温涂料保温隔热性能突出、稳定性和施工性较好。本发明新型水性碳纳米管复合隔热保温涂料的制备方法，施工设备简单易得、工艺操作简单，所制得的涂料保温隔热性能突出、稳定性和施工性较好。

说明书

技术领域

本发明涉及涂料领域，尤其涉及一种隔热浆料、使用该隔热浆料的新型 水性碳纳米管复合隔热保温涂料及其制备方法。

背景技术

随着经济的高速发展，中国已经成为世界第二大能源消费国，近年来出 现了能源短缺和环境污染等问题将制约经济的快速发展，节能环保在我国经 济的可持续性发展变得越来越重要。

建筑能耗占全社会能耗的30%左右，目前国内绝大多数建筑是高能耗建 筑，其中每年还在新增大量的高能耗建筑，要达到国家十二五规划中承诺的 碳排放量，降低建筑能耗是当下十分紧迫的任务。发展隔热保温涂料是建筑 节能降耗体系中的重要部分，对降低建筑能耗起到十分重要的作用。

目前市场上在销售的隔热保温涂料主要有反射隔热涂料、阻隔型隔热涂 料和辐射型隔热涂料等几种类型，大多数的隔热涂料隔热方式较为单一、降 温幅度小、且涂层易老化降解、耐沾污性和抗开裂较差，造成涂层的隔热效 果和隔热持久性都较低，对建筑物的节能效果有限。

如何有效提高涂层的隔热保温效果和持久性是发展新型的隔热保温涂料 需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种隔热浆料，通过选用一种结构特殊的碳纳米 管材料作为隔热浆料的重要组份，使制得的隔热浆料集多种隔热方式于一体。

本发明的另一目的在于提供一种使用上述隔热浆料的新型水性碳纳米管 复合隔热保温涂料，利用隔热浆料中的特殊结构的碳纳米管作为隔热保温材 料，以纳米水性氟硅乳液为成膜物质，使得制备的新型水性碳纳米管复合隔 热保温涂料保温隔热性能突出、稳定性和施工性较好。

本发明的另一目的在于提供一种新型水性碳纳米管复合隔热保温涂料的 制备方法，施工设备简单易得、工艺操作简单，所制得的新型水性碳纳米管 复合隔热保温涂料保温隔热性能突出、稳定性和施工性较好。

为实现上述目的，本发明提供一种隔热浆料，包括组份及重量份含量如下：

所述碳纳米管粉是以聚乙二醇吸附的多孔壁的碳纳米管为芯材，并在芯材 外围包覆二氧化钛的碳纳米管材料，其粒径小于50nm，优选为40-50nm。

所述颜/填料为碳酸钙或云母粉中的至少一种；所述分散剂为高分子嵌段 结构的丙烯酸-聚氨酯共聚物分散剂；所述润湿剂为炔二醇类润湿剂。

所述隔热浆料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，提供原料，包括组份及重量份含量如下：

所述碳纳米管粉是以聚乙二醇吸附的多孔壁的碳纳米管为芯材，并在芯材 外围包覆二氧化钛的碳纳米管材料，其粒径小于50nm，优选为40-50nm；

步骤2，将水置于第一容器中，然后在300-500r/min低速搅拌下将润湿剂、 消泡剂和分散剂按顺序加入；

步骤3，紧接步骤2操作，在同样搅拌条件下按顺序缓慢加入碳纳米管粉、 金红石型钛白粉、颜/填料，然后在1800-2000r/min高速分散8-10min，得到分 散均匀的浆料；

步骤4，将步骤3处理后的浆料置于研磨容器，2800-3000r/min高速研磨 25-30 min，确保所有物料研磨均匀，且研磨后的各物料细度小于50μm；制 得所述隔热浆料。

所述颜/填料为碳酸钙或云母粉中的至少一种；所述分散剂为高分子嵌段 结构的丙烯酸-聚氨酯共聚物分散剂；所述润湿剂为炔二醇类润湿剂。

本发明还提供一种使用所述隔热浆料的新型水性碳纳米管复合隔热保温 涂料，包括组份及重量份含量如下：

所述纳米水性氟硅乳液具有核壳结构，固含量为49-51%。

所述有机空心微珠具有双包覆层，其里层具有合金层包覆层，表面具有二 氧化钛包覆层，所述有机空心微珠粒度小于10μm，优选为8-10μm。

本发明还提供一种新型水性碳纳米管复合隔热保温涂料的制备方法，包括 如下步骤：

步骤10，提供原料，包括组份及重量份含量如下：

步骤20，将纳米水性氟硅乳液置于第二容器中，将润湿剂、丙二醇、消 泡剂、防腐剂、防霉剂、醇酯成膜助剂按顺序在300-500r/min低速搅拌下缓 慢加入；

步骤30，完成步骤20操作后，在300-500r/min低速搅拌下按顺序缓慢 加入有机空心微珠和隔热浆料；

步骤40，完成步骤30操作后，添加PH调节剂和缔合型增稠剂，调节PH 值和粘度，并在300-500r/min低速混合5-8min，得到混合均匀的料液；

步骤50，将混合均匀的料液过滤灌装至存储罐中，制成新型水性碳纳米 管复合隔热保温涂料。

所述纳米水性氟硅乳液具有核壳结构，固含量为49-51%；所述有机空心 微珠具有双包覆层，其里层具有合金层包覆层，表面具有二氧化钛包覆层，所 述有机空心微珠粒度小于10μm，优选为8-10μm。

所述步骤40中调节PH值至8.0-8.5，调节粘度至120-125KU；所述存储 罐内壁涂有耐水性体系腐蚀的防腐涂层。

本发明的有益效果：本发明隔热浆料中的碳纳米管粉以聚乙二醇吸附的 多孔壁的碳纳米管为芯材，并在芯材外围包覆二氧化钛，其作为隔热浆料的 重要组份，使制得的隔热浆料集多种隔热方式于一体。新型水性碳纳米管复 合隔热保温涂料集相变储能隔热、红外辐射隔热、反射隔热、阻隔隔热等多 种隔热方式于一体，有超强的隔热保温效果，同时具有超耐老化、耐沾污和 抗开裂功能，有效解决了市售隔热保温涂料产品隔热效果差和持久性较低的 问题，能广泛应用于建筑内外墙的表面涂装，是一种高效环保节能的新型建 材产品。本发明新型水性碳纳米管复合隔热保温涂料的制备方法，施工设备 简单易得、工艺操作简单，所制得的新型水性碳纳米管复合隔热保温涂料隔 热效果超强，且同时具有超耐老化、耐沾污和抗开裂功能，且安全隐患和环 境污染均较小。

为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明 的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限 制。

附图说明

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技 术方案及其它有益效果显而易见。

附图中，

图1为本发明隔热浆料制备方法的流程图；

图2为本发明隔热浆料的制备工艺图；

图3为本发明新型水性碳纳米管复合隔热保温涂料制备方法的流程图；

图4为本发明新型水性碳纳米管复合隔热保温涂料的制备工艺图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的 优选实施例及其附图进行详细描述。

本发明提供一种隔热浆料，包括组份及重量份含量如下：

所述颜/填料为碳酸钙或云母粉等涂料领域常用颜/填料种的一种或多种， 其具体种类可根据要求选取。

所述分散剂为高分子嵌段结构的丙烯酸-聚氨酯共聚物分散剂，其对碳纳米 管的分散效率超强，其优选重量份含量为5.0-7.0份，特别优选重量份含量为 6.0份。

所述润湿剂为环保型不含APEO（alkylphenol ethoxylate，烷基酚聚氧乙 烯醚）的低稳泡、润湿效果超强的炔二醇类润湿剂。

所述碳纳米管粉是以聚乙二醇吸附的多孔壁的碳纳米管为芯材，并在芯材 外围包覆二氧化钛的碳纳米管粉材料，制备时，首先采用聚乙二醇吸附于多孔 壁的碳纳米管，再以该碳纳米管为芯材，并对芯材进行二氧化钛包覆处理；其 粒径小于50nm，优选为40-50nm，其优选重量份含量为23.0-25.0份，特别优 选重量份含量为25.0份。

所述隔热浆料可利用多孔壁的碳纳米管的超吸附性，以容纳更多的聚乙二 醇，使聚乙二醇的相变潜热量（吸热/放热）得到大幅度提高，进而得到有益 的保温隔热效果；同时利用碳纳米管的二氧化钛包覆层，能够极大提高隔热保 温涂料的反射效率。故而较常用的隔热浆料而言本发明隔热浆料的隔热方式多 样，隔热效果更为优异。

请参阅图1和图2，所述隔热浆料制备方法包括：

步骤1，提供原料，包括组份及重量份含量如下：

所述颜/填料为碳酸钙或云母粉等涂料领域常用颜/填料种的一种或多种， 其具体种类可根据要求选取。

所述分散剂为高分子嵌段结构的丙烯酸-聚氨酯共聚物分散剂，其对碳纳米 管的分散效率超强，其优选重量份含量为5.0-7.0份，特别优选重量份含量为 6.0份。

所述润湿剂为环保型不含APEO（alkylphenol ethoxylate，烷基酚聚氧乙 烯醚）的低稳泡、润湿效果超强的炔二醇类润湿剂。

所述碳纳米管粉是以聚乙二醇吸附的多孔壁的碳纳米管为芯材，并在芯材 外围包覆二氧化钛的碳纳米管粉材料，制备时，首先采用聚乙二醇吸附于多孔 壁的碳纳米管，再以该碳纳米管为芯材，并对芯材进行二氧化钛包覆处理；其 粒径小于50nm，优选为40-50nm，其优选重量份含量为23.0-25.0份，特别优 选重量份含量为25.0份。

所述隔热浆料可利用多孔壁的碳纳米管的超吸附性，以容纳更多的聚乙二 醇，使聚乙二醇的相变潜热量（吸热/放热）得到大幅度提高，进而得到有益 的保温隔热效果；同时利用碳纳米管的二氧化钛包覆层，能够极大提高隔热保 温涂料的反射效率。故而较常用的隔热浆料而言本发明隔热浆料的隔热方式多 样，隔热效果更为优异。

步骤2，将水置于第一容器中，然后在300-500r/min低速搅拌下将润湿剂、 消泡剂和分散剂按顺序加入。

所述第一容器可以为调漆罐，也可以为其他合适的容器，本实施例中使用 调漆罐作为第一容器。

步骤3，紧接步骤2操作，在同样搅拌条件下按顺序缓慢加入碳纳米管粉、 金红石型钛白粉、颜/填料，然后在1800-2000r/min高速分散8-10min，得到分 散均匀的浆料；

步骤4，将步骤3处理后的浆料置于研磨容器，2800-3000r/min高速研磨 25-30 min，确保所有物料研磨均匀，且研磨后的各物料细度小于50μm；制 得所述隔热浆料。

所述研磨容器可以为研磨罐。

研磨时温度不宜过高，研磨后隔热浆料细度小于50μm，细度优选为 40-50nm，进一步保证了隔热浆料的均匀性。

本发明将上述隔热浆料应用于涂料中，从而得到一种新型水性碳纳米管复 合隔热保温涂料，包括组份及重量份含量如下：

所述隔热浆料即为根据本发明上述记载得到的隔热浆料，其优选重量份含 量为58.0-60.0份，特别优选重量份含量为60.0份。

所述纳米水性氟硅乳液为核壳结构，本实施例中以有机硅氧烷单体为核和 以三氟氯乙烯单体为壳，采用无皂聚合法所制得，但不仅仅限于上述核壳结构 的纳米水性氟硅乳液，其他核壳结构的纳米水性氟硅乳液也可以作为本发明的 成膜物质，其无APEO，VOC（volatile organic compounds，挥发性有机化合物） 含量极低，固含量在49-51%左右，粒径小于100nm，优选为80-90nm，优选 重量份含量为33.0-35.0份，特别优选为35.0份。

由于纳米水性氟硅乳液的核壳结构的特性，故而具有超耐沾污性（涂层耐 沾污可达5%以下）和断裂伸长率的极佳平衡（涂层断裂伸长率达200%以上， 有效抵抗墙体细微开裂）。

所述有机空心微珠具有双包覆层，其里层具有合金层包覆层，表面具有二 氧化钛包覆层，具体通过将里层进行化学镀合金层包覆，再用二氧化钛进行表 面包覆处理所得，粒度小于10μm，优选为8-10μm，优选重量份含量为5.0-8.0 份，特别优选为6.0份。

此时同时利用隔热浆料中碳纳米管的二氧化钛包覆层和有机空心微珠中 表层的二氧化钛包覆层，可以极大提高隔热保温涂料的反射效率，反射率可达 97%以上。

进一步的，隔热浆料中的多孔壁的碳纳米管可以发射强效的高频电磁波， 同时有机空心微珠中里层的化学镀合金包覆层也发射高频电磁波，共同在涂料 表面上形成叠加的红外线屏蔽层，能有效屏蔽大量逆向来的太阳光中红外线， 减少太阳光红外线接触到隔热涂料，在原有反射隔热涂料基础上将隔热效果提 高25%以上（阳光直射下隔热降温可达25℃以上），即使在阴雨天气也能使建 筑物保持隔热降温效果（降温达5℃以上）。

本发明新型水性碳纳米管复合隔热保温涂料的隔热浆料中碳纳米管具有 屏蔽紫外线的特性，可以有效减少紫外线对纳米水性氟硅乳液的破坏，同时氟 硅乳液和碳纳米管都具有优异的耐侯性和耐化学污染性，碳纳米管和氟硅乳液 的双结合使整个涂层的耐久性得到大幅度的提高（涂料使用寿命可达25年以 上），使涂层的保温持久性远远超出常规保温隔热涂料的性能。

请参阅图3和图4，所述新型水性碳纳米管复合隔热保温涂料的制备方法， 包括如下步骤：

步骤10，提供原料，包括组份及重量份含量如下：

其中所述隔热浆料即为本发明提供的隔热浆料。其优选重量份含量为 58.0-60.0份，特别优选重量份含量为60.0份。

所述纳米水性氟硅乳液为核壳结构，例如以有机硅氧烷单体为核和以三氟 氯乙烯单体为壳，采用无皂聚合法所制得，但本发明不仅仅限于上述核壳结构 的纳米水性氟硅乳液，其他核壳结构的纳米水性氟硅乳液也可以作为本发明的 成膜物质，其，无APEO，VOC（volatile organic compounds，挥发性有机化合 物）含量极低，固含量在49-51%左右，粒径小于100nm，优选为80-90nm，优 选重量份含量为33.0-35.0份，特别优选为35.0份。

由于纳米水性氟硅乳液的核壳结构的特性，故而具有超耐沾污性（涂层耐 沾污可达5%以下）和断裂伸长率的极佳平衡（涂层断裂伸长率达200%以上， 有效抵抗墙体细微开裂）。

所述有机空心微珠具有双包覆层，其里面具有合金层包覆层，表面具有二 氧化钛包覆层，具体通过将里层进行化学镀合金层包覆，再用二氧化钛进行表 面包覆处理所得，粒度小于10μm，优选为8-10μm，优选重量份含量为5.0-8.0 份，特别优选为6.0份。

此时同时利用隔热浆料中碳纳米管的二氧化钛包覆层和有机空心微珠中 表层的二氧化钛包覆层，可以极大提高隔热保温涂料的反射效率，反射率可达 97%以上。

进一步的，多孔壁的碳纳米管可以发射强效的高频电磁波，同时有机空心 微珠中里层的化学镀合金包覆层也发射高频电磁波，共同在涂料表面上形成叠 加的红外线屏蔽层，能有效屏蔽大量逆向来的太阳光中红外线，减少太阳光红 外线接触到隔热涂料，在原有反射隔热涂料基础上将隔热效果提高25%以上 （阳光直射下隔热降温可达25℃以上），即使在阴雨天气也能使建筑物保持隔 热降温效果（降温达5℃以上）。

碳纳米管具有屏蔽紫外线的特性，可以有效减少紫外线对纳米水性氟硅乳 液的破坏，同时氟硅乳液和碳纳米管都具有优异的耐侯性和耐化学污染性，碳 纳米管和氟硅乳液的双结合使整个涂层的耐久性得到大幅度的提高（涂料使用 寿命可达25年以上），使涂层的保温持久性远远超出常规保温隔热涂料的性 能。

步骤20，将纳米水性氟硅乳液置于第二容器中，将润湿剂、丙二醇、消 泡剂、防腐剂、防霉剂、醇酯成膜助剂按顺序在300-500r/min低速搅拌下缓 慢加入。

所述第二容器可以为调漆罐，也可以为其他合适的容器，本实施例中使用 调漆罐作为第二容器。

步骤30，完成步骤20操作后，在300-500r/min低速搅拌下按顺序缓慢 加入有机空心微珠和隔热浆料。

步骤40，完成步骤30操作后，添加PH调节剂和缔合型增稠剂，调节PH 值和粘度，并在300-500r/min低速混合5-8min，得到混合均匀的料液。

具体的，将料液调节PH值至8.0-8.5，调节粘度至120-125KU，以保证制 得的新型水性碳纳米管复合隔热保温涂料成膜性能和使用效果。

步骤50，将混合均匀的料液过滤灌装至存储罐中，制成新型水性碳纳米 管复合隔热保温涂料。

所述新型水性碳纳米管复合隔热保温涂料中水性体系会对普通存储罐有 一定腐蚀作用，为了阻止水性体系对罐体的腐蚀，保证新型水性碳纳米管复合 隔热保温涂料的长期保存和使用，故所述存储罐内壁涂有耐水性体系腐蚀的防 腐涂层。

制得的新型水性碳纳米管复合隔热保温涂料不含大量有机溶剂，为低气味 环保产品，不属于易燃易爆产品，避免了生产和使用的过程中的较大安全隐患 和环境污染的问题。

综上所述，本发明隔热浆料中的碳纳米管粉以聚乙二醇吸附的多孔壁的碳 纳米管为芯材，并在芯材外围包覆二氧化钛，其作为隔热浆料的重要组份，使 制得的隔热浆料集多种隔热方式于一体。新型水性碳纳米管复合隔热保温涂料 集相变储能隔热、红外辐射隔热、反射隔热、阻隔隔热等多种隔热方式于一体， 有超强的隔热保温效果，同时具有超耐老化、耐沾污和抗开裂功能，有效解决 了市售隔热保温涂料产品隔热效果差和持久性较低的问题，能广泛应用于建筑 内外墙的表面涂装，是一种高效环保节能的新型建材产品。本发明新型水性碳 纳米管复合隔热保温涂料的制备方法，施工设备简单易得、工艺操作简单，所 制得的新型水性碳纳米管复合隔热保温涂料隔热效果超强，且同时具有超耐老 化、耐沾污和抗开裂功能，且安全隐患和环境污染均较小。

以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案 和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于 本发明权利要求的保护范围。