一种纳米透明隔热涂层及其制备方法.pdf

1、10申请公布号CN102020898A43申请公布日20110420CN102020898ACN102020898A21申请号201010527249X22申请日20101028C09D125/14200601C09D133/04200601C09D175/04200601C09D5/32200601C09D5/3320060171申请人华南理工大学地址510640广东省广州市天河区五山路381号72发明人袁文辉郭友沛李莉74专利代理机构广州市华学知识产权代理有限公司44245代理人李卫东54发明名称一种纳米透明隔热涂层及其制备方法57摘要本发明公开了一种纳米透明隔热涂层及其制备方法。该以重量

2、份数计，涂层的原料配方由如下组份组成透明成膜物质4050份重量份、纳米粉体浆料3040份、助剂310份，其中纳米粉体浆料采用以下配比分散剂0051份、纳米粉体0408份、去离子水2040份。本发明的透明隔热涂层对可见光的透过性良好，同时也能良好的阻隔红外线和紫外线，具有成本低廉、施工简便、透明性好、隔热保温效果显著等优点。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书8页CN102020912A1/2页21一种纳米透明隔热涂层，其特征在于，以重量份数计，其原料配方由如下组份组成组份含量透明成膜物质4050份；纳米粉体浆料3040份；助剂310份；其中，所述纳

3、米粉体浆料采用以下组分及配比按重量计组份含量分散剂0051份；纳米粉体0408份；去离子水2040份；所述的纳米粉体为纳米氧化锌铝ZAO；所述的透明成膜物质为苯丙乳液、硅丙乳液或水性聚氨酯；所述助剂包括增稠剂、成膜助剂、流平剂、固化剂和附着力促进剂；所述增稠剂为改性聚氨酯和甲基羟乙基纤维素；所述固化剂为改性胺类聚合物；所述成膜助剂为乙二醇单丁醚和二丙二醇丁醚；所述流平剂为有机氟水性流平剂、聚醚改性聚有机硅氧烷水性流平剂或UH420聚氨酯流平剂；所述附着力促进剂为氨丙基三乙氧基硅烷或缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷；所述分散剂为聚丙烯酸钠、六偏磷酸钠和十二烷基苯磺酸钠；其中聚丙烯酸钠、六偏磷酸钠和十

4、二烷基苯磺酸钠的质量比为1105。2根据权利要求1所述的纳米透明隔热涂层，其特征在于，所述的纳米氧化锌铝粉体通过如下步骤制备1将硝酸锌和硝酸铝分别配置成浓度为1MOL/L15MOL/L的硝酸锌溶液和002MOL/L01MOL/L的硝酸铝溶液；2将体积比为12的硝酸锌溶液和硝酸铝溶液混合置于5080的恒温水浴中，在400700R/MIN的转速下以0305G/MIN的速度滴加质量浓度3050的氨水至PH值78；3继续搅拌3060MIN，保温静置老化12H；4将步骤3所得沉淀真空抽滤，并用去离子水洗涤45次，得前驱体沉淀；5将前驱体沉淀置于80100恒温干燥12H；6将步骤5前驱体沉淀在500800

5、煅烧24H，研磨即得纳米氧化锌铝粉体。3根据权利要求1所述的纳米透明隔热涂层，其特征在于，所述的纳米粉体浆料通过如下方法制备将0051份分散剂加到2040份去离子水中，搅拌均匀；加入0408份纳米粉体，搅拌12H；用浓度为2MOL/L的氢氧化钠溶液调节PH值至910；超声分散1030MIN，过滤，制得纳米粉体浆料。权利要求书CN102020898ACN102020912A2/2页34根据权利要求1所述的纳米透明隔热涂层，其特征在于，所述的超声分散中超声波功率为100W300W，频率为20KHZ60KHZ。5权利要求1的纳米透明隔热涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤1将4050份透明成膜物质

6、加入到反应器中；在搅拌下依次加入310份助剂，包括增稠剂、成膜助剂、流平剂、固化剂、附着力促进剂，搅拌均匀；2加入3040份纳米粉体浆料，搅拌均匀；3静置过滤即得成品。权利要求书CN102020898ACN102020912A1/8页4一种纳米透明隔热涂层及其制备方法技术领域0001本发明涉及一种透明隔热涂层及其制备方法。本发明的涂层主要应用于汽车前档玻璃、建筑玻璃等透明载体表面。技术背景0002随着国民经济和现代科学技术的发展，社会对节能和环保问题的关注越来越多。普通玻璃透光性良好，但是对红外线和紫外线的反射或吸收却不够。在太阳光的总能量中红外光区的能量占50，可见光区的能量占45，紫外光区

7、的能量占5，数据显示，红外光区的能量占了一半，若能对这部分的能量有效地阻隔，则可大大降低建筑物或汽车的制冷费用，从而达到节能环保的目的。0003以往人们为了节约能源，大都使用金属镀膜热反射玻璃和各种热反射贴膜等产品，而这些产品有的隔热效果不佳，有的可见光透过率低，工艺条件复杂，不利于向市场大面积推广。因此市场急需一种既能有效屏蔽红外光又能使可见光透过的涂层来解决这些问题。0004众所周知，纳米半导体合金粉体对太阳光谱具有理想的选择性，即在可见光区透过率高，而对红外光具有较好的屏蔽性能，将这种纳米半导体合金粉体分散后加入到树脂溶液中，即可制得纳米透明隔热涂层。0005当前常用的纳米粉体主要有氧化

8、铟锡ITO、氧化锡锑ATO、氧化锌铝ZAO等薄膜。应用较多的是氧化铟锡薄膜，其技术已经十分成熟，然而，由于铟是稀有金属，且ITO透明导电薄膜的制备工艺复杂、成本高、有毒、热稳定性差等缺点，从而限制了其进一步的推广和应用。近年来ZAO薄膜具有与ITO薄膜相比拟的光电学特性，而且价格低廉、无毒和稳定性高等优势，使ZAO作为ITO一种替代材料显示出极其广阔的应用前景。0006纳米氧化锌结合了纳米材料和半导体氧化物的优越性能，而经过铝掺杂后的氧化锌其导电性能比纯氧化锌有了很大提高，可见光波段的透光性也有了很大的改善。发明内容0007本发明所要解决上述技术问题在于，提供一种高红外阻隔率、价格低廉、施工简

9、便、透光性好、隔热效果显著的纳米透明隔热涂层。0008本发明的另一要解决的技术问题在于提供上述纳米透明隔热涂层的制备方法。0009为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案0010纳米透明隔热涂层采用以下的组分及其配比，其中各组分的用量以重量表示0011组份含量0012透明成膜物质4050份；0013纳米粉体浆料3040份；0014助剂310份；说明书CN102020898ACN102020912A2/8页50015所述的纳米粉体浆料由以下方法制备而成，按以下比例称取原料0016组份含量0017分散剂0051份；0018纳米粉体0408份；0019去离子水2040份；0020所述的纳米粉体为纳米

10、氧化锌铝ZAO；0021所述的透明成膜物质为苯丙乳液、硅丙乳液或水性聚氨酯；0022所述助剂包括增稠剂、成膜助剂、流平剂、固化剂和附着力促进剂；0023所述增稠剂为改性聚氨酯和甲基羟乙基纤维素；0024所述固化剂为改性胺类聚合物；0025所述成膜助剂为乙二醇单丁醚和二丙二醇丁醚；0026所述流平剂为；有机氟水性流平剂、聚醚改性聚有机硅氧烷水性流平剂或UH420聚氨酯流平剂；0027所述附着力促进剂为氨丙基三乙氧基硅烷或缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷；0028所述分散剂为聚丙烯酸钠、六偏磷酸钠和十二烷基苯磺酸钠；其中聚丙烯酸钠、六偏磷酸钠和十二烷基苯磺酸钠的质量比为1105。0029所述的纳米氧化

11、锌铝粉体通过如下步骤制备00301将硝酸锌和硝酸铝分别配置成浓度为1MOL/L15MOL/L的硝酸锌溶液和002MOL/L01MOL/L的硝酸铝溶液；00312将体积比为12的硝酸锌溶液和硝酸铝溶液混合置于5080的恒温水浴中，在400700R/MIN的转速下以0305G/MIN的速度滴加质量浓度3050的氨水至PH值78；00323继续搅拌3060MIN，保温静置老化12H；00334将步骤3所得沉淀真空抽滤，并用去离子水洗涤45次，得前驱体沉淀；00345将前驱体沉淀置于80100恒温干燥12H；00356将步骤5前驱体沉淀在500800煅烧24H，研磨即得纳米氧化锌铝粉体。0036所述的

12、纳米粉体浆料通过如下方法制备0037将0051份分散剂加到2040份去离子水中，搅拌均匀；加入0408份纳米粉体，搅拌12H；用浓度为2MOL/L的氢氧化钠溶液调节PH值至910；超声分散1030MIN，过滤，制得纳米粉体浆料。0038所述的超声分散中超声波功率为100W300W，频率为20KHZ60KHZ。0039所述纳米透明隔热涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤00401将4050份透明成膜物质加入到反应器中；在搅拌下依次加入310份助剂，包括增稠剂、成膜助剂、流平剂、固化剂、附着力促进剂，搅拌均匀；00412加入3040份纳米粉体浆料，搅拌均匀；00423静置过滤即得成品。0043相

13、对于现有技术，本发明的有益效果如下说明书CN102020898ACN102020912A3/8页600441用纳米氧化锌铝粉体代替氧化锡锑、氧化铟锡等价格昂贵的半导体粉末，使纳米透明隔热涂层的成本大大降低，有利于其的大面积推广。纳米氧化铟锡、纳米氧化锡锑等材料的研究技术已经很成熟，本发明提供的一种新型的半导体粉体纳米氧化锌铝。制备纳米氧化锌铝所用的钠盐和铝盐都是廉价易得的原料，其制作的成本大大低于铟、锡这些贵金属。而纳米氧化锌铝的光学性能对可见光的透过率、红外紫外的阻隔率又与氧化铟锡等材料相当，同时纳米氧化锌铝无毒性、稳定性高，制作工艺简便。相对于纳米氧化铟锡等显示出极其广阔的应用前景。004

14、52另外本发明所提供的纳米透明隔热涂层是一种绿色环保无污染的隔热涂层。在当今倡导节能减排降耗的新形势下，环保是新材料开发首要考虑的因素。传统的隔热涂层多为溶剂型，污染环境的同时也给人的身体健康带来了威胁。本发明所提供的透明隔热涂层是一种水系耐久性隔热涂层，本发明的隔热涂层中不含苯、酮等成分，不含VOC、游离甲醛、铅、镉、铬、汞类等有害物质，不含游离TDI等有害物质，符合国家环保质量标准。00463对上述纳米透明隔热涂层的各项性能测试可得0047可见光透过率大于85；0048红外阻隔率大于75；0049对比温差810；0050涂层颜色及外观涂层微蓝透明、平整、光亮；0051铅笔硬度2H；0052

15、附着力1级；0053耐磨性200R750G1/MG10；0054表干时间/H2；0055实干时间/H10；0056耐水性浸水试验24H无明显变化；0057耐热性100下烘5H后涂层无鼓泡、起皱、开裂；0058环保性符合国家标准，安全、对环境无污染、使用方便、透明性高、不影响视觉效果。00594本发明的透明隔热涂层施工简便，可直接用涂抹在物体上，刷涂、滚涂、喷涂均可。00605本发明的纳米透明隔热涂层具有吸收紫外线、反射红外辐射、透过可见光，对太阳光谱具有选择性的综合性能。本发明的涂层可以广泛应用于汽车前档玻璃、建筑玻璃等透明载体表面。涂膜透明，隔热保温，节能效果显著。具体实施方式0061下面结

16、合实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的实施方式不限如此。0062实施例10063所述的纳米透明隔热涂层采用以下原料和工艺制成00641ZAO纳米氧化锌和纳米氧化铝的混合粉体的制备0065A配置1MOL/L的硝酸锌溶液，配置002MOL/L的硝酸铝溶液；说明书CN102020898ACN102020912A4/8页70066B分别量取25ML、1MOL/L的硝酸锌溶液和70ML、002MOL/L的硝酸铝溶液，置于50的恒温水浴中，在500R/MIN的转速下搅拌；0067C以03G/MIN的速度滴加质量浓度为50的氨水溶液至沉淀完全，滴加完成后继续搅拌30MIN，搅拌完成后，在此温度下静置老化

17、1H；0068D将前驱体沉淀真空抽滤，并用去离子水洗涤4次；0069E将得到的沉淀物在80下恒温干燥2H，然后再将前驱体沉淀在800下煅烧4H，最后研磨即可得纳米氧化锌铝粉体。00702纳米粉体浆料的制备0071A将005重量份分散剂加到20份去离子水中，搅拌5MIN；其中分散剂是由聚丙烯酸钠、六偏磷酸钠和十二烷基苯磺酸钠按照比例1105配置；0072B加入04重量份纳米ZAO粉体，搅拌1H；0073C用浓度为2MOL/L的氢氧化钠溶液调节PH值至910；0074D超声分散功率为100W300W、频率为20KHZ60KHZ30MIN，过滤制得纳米粉体浆料。00753纳米透明隔热涂层的制备007

18、6A将40重量份苯丙乳液加入到烧杯中；0077B加入3重量份助剂，搅拌均匀；0078其中增稠剂聚氨酯1份、成膜助剂乙二醇单丁醚08份、流平剂有机氟水性流平剂04份、固化剂703固化剂04份、附着力促进剂氨丙基三乙氧基硅烷04份0079C再加入30重量份步骤2制得的纳米粉体浆料；0080D搅拌均匀，静置过滤即得成品。0081实施例20082所述的纳米透明隔热涂层采用以下原料和工艺制成00831ZAO纳米氧化锌和纳米氧化铝的混合粉体的制备0084A配置1MOL/L的硝酸锌溶液，配置005MOL/L的硝酸铝溶液；0085B分别量取25ML、1MOL/L的硝酸锌溶液和50ML、005MOL/L的硝酸铝

19、溶液，置于60的恒温水浴中，在600R/MIN的转速下搅拌；0086C以04G/MIN的速度滴加质量浓度为40的氨水溶液至沉淀完全，滴加完成后继续搅拌40MIN，搅拌完成后，在此温度下静置老化2H；0087D将前驱体沉淀真空抽滤，并用去离子水洗涤4次；0088E将得到的沉淀物在80下恒温干燥2H，然后再将前驱体沉淀在500下煅烧3H，最后研磨即可得纳米氧化锌铝粉体。00892纳米粉体浆料的制备0090A将02份分散剂加到30份去离子水中，搅拌5MIN；其中分散剂聚丙烯酸钠六偏磷酸钠十二烷基苯磺酸钠按照比例1105配置；0091B加入05份纳米ZAO粉体，搅拌1H；0092C用2MOL/L的氢氧

20、化钠溶液调节PH值至910；0093D超声功率为100W300W、频率为20KHZ60KHZ分散10MIN，过滤制得说明书CN102020898ACN102020912A5/8页8纳米粉体浆料。00943纳米透明隔热涂层的制备0095A将43份硅丙乳液加入到烧杯中；0096B加入6重量份份助剂，搅拌均匀；0097其中增稠剂甲基羟乙基纤维素15份、成膜助剂二丙二醇丁醚17份、流平剂聚醚改性聚有机硅氧烷水性流平剂1份、固化剂593固化剂1份、附着力促进剂缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷08份0098C再加入33份纳米粉体浆料；0099D搅拌均匀，静置过滤即得成品。0100实施例30101所述的纳米透明

21、隔热涂层采用以下原料和工艺制成01021ZAO纳米氧化锌和纳米氧化铝的混合粉体的制备0103A配置15MOL/L的硝酸锌溶液，配置005MOL/L的硝酸铝溶液；0104B分别量取25ML、15MOL/L的硝酸锌溶液和60ML、005MOL/L的硝酸铝溶液，置于70的恒温水浴中，在600R/MIN的转速下搅拌；0105C以04G/MIN的速度滴加质量浓度为30的氨水溶液至沉淀完全，滴加完成后继续搅拌50MIN，搅拌完成后，在此温度下静置老化2H；0106D将前驱体沉淀真空抽滤，并用去离子水洗涤5次；0107E将得到的沉淀物在90下恒温干燥1H，然后再将前驱体沉淀在600下煅烧2H，最后研磨即可得

22、纳米氧化锌铝粉体。01082纳米粉体浆料的制备0109A将06份分散剂加到30份去离子水中，搅拌5MIN；其中分散剂聚丙烯酸钠六偏磷酸钠十二烷基苯磺酸钠按照比例1105配置；0110B加入06份纳米ZAO粉体，搅拌1H；0111C用2MOL/L的氢氧化钠溶液调节PH值至910；0112D超声功率为100W300W、频率为20KHZ60KHZ分散15MIN，过滤制得纳米粉体浆料。01133纳米透明隔热涂层的制备0114A将47份水性聚氨酯加入到烧杯中；0115B加入8份助剂，包括增稠剂、消泡剂、成膜助剂，搅拌均匀；0116其中增稠剂聚氨酯15份、甲基羟乙基纤维素15份、成膜助剂乙二醇单丁醚2份、

23、流平剂UH420聚氨酯流平剂1份、固化剂703固化剂1份、附着力促进剂氨丙基三乙氧基硅烷1份0117C再加入37份纳米粉体浆料；0118D搅拌均匀，静置过滤即得成品。0119实施例40120所述的纳米透明隔热涂层采用以下原料和工艺制成01211ZAO纳米氧化锌和纳米氧化铝的混合粉体的制备0122A配置15MOL/L的硝酸锌溶液，配置01MOL/L的硝酸铝溶液；说明书CN102020898ACN102020912A6/8页90123B分别量取23ML、15MOL/L的硝酸锌溶液和60ML、01MOL/L的硝酸铝溶液，置于80的恒温水浴中，在700R/MIN的转速下搅拌；0124C以05G/MIN

24、的速度滴加质量浓度为30的氨水溶液至沉淀完全，滴加完成后继续搅拌60MIN，搅拌完成后，在此温度下静置老化1H；0125D将前驱体沉淀真空抽滤，并用去离子水洗涤5次；0126E将得到的沉淀物在100下恒温干燥1H，然后再将前驱体沉淀在700下煅烧2H，最后研磨即可得纳米氧化锌铝粉体。01272纳米粉体浆料的制备0128A将1份分散剂加到40份去离子水中，搅拌5MIN；其中分散剂聚丙烯酸钠六偏磷酸钠十二烷基苯磺酸钠按照比例1105配置；0129B加入08份纳米ZAO粉体，搅拌1H；0130C用2MOL/L的氢氧化钠溶液调节PH值至910；0131D超声功率为100W300W、频率为20KHZ60

25、KHZ分散20MIN，过滤制得纳米粉体浆料。01323纳米透明隔热涂层的制备0133A将50份苯丙乳液、硅丙乳液、水性聚氨酯加入到烧杯中；0134B加入10份助剂，包括增稠剂、消泡剂、成膜助剂，搅拌均匀；0135其中增稠剂聚氨酯15份、甲基羟乙基纤维素15份、成膜助剂乙二醇单丁醚15份、二丙二醇丁醚15份、流平剂聚醚改性聚有机硅氧烷水性流平剂15份、固化剂593固化剂05份、703固化剂05份、附着力促进剂缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷15份0136C再加入40份纳米粉体浆料；0137D搅拌均匀，静置过滤即得成品。0138主要性能的检测0139将具体实施例中的透明隔热涂层用40M的线棒涂布器分别

26、涂布于101002CM的平板玻璃片上，分别标记1，2，3，4；在80烘箱中干燥2H，制得不同的透明隔热涂层试样。同时取相同尺寸的平板玻璃片作为对照备用。01401光谱性能测试0141用UV3101PC型紫外可见光近红外分光光度计测定涂层的光学性能，结果见表1。0142表1涂层在可见光区和近红外区的光学性能0143说明书CN102020898ACN102020912A7/8页100144由表1可知，纳米透明隔热涂层的可见光透过率大于85，近红外区的阻隔率大于75，不仅透明性好而且能够有效地阻隔太阳热辐射。01452隔热性能测试0146隔热效果测试装置采用和太阳光谱相近的500W碘钨灯做光源。在光

27、源照射时，分别记录涂层试样和对照玻璃的底板及箱体内温度随时间的变化数据。0147涂层试样玻璃与对照玻璃在光源照射下，底板温度和箱体内温度的变化见表2，0148表2碘钨灯照射下试样与对照玻璃的底板和箱体内的温度变化01490150由表2可知，涂层试样玻璃样板和对照玻璃在碘钨灯的照射下，底板温度和箱体内的温度都随时间的延长而上升，开始时上升的幅度比较大，逐渐减小并趋于平稳。涂层试样的底板温度1降低了13、2降低了18、3降低了15、4降低了11；箱体内的温度1降低了8、2降低了11、3降低了10、4降低了7。由此可见纳米ZAO透明隔热涂层具有明显的隔热效果。01513涂层基本性能的测试涂层的基本性能的测试参照一下标准，见表3，0152表3涂层基本性能的测试0153说明书CN102020898ACN102020912A8/8页110154从表3中可以看出，该纳米透明隔热涂层具有优良的综合物理性能，硬度高、附着力好、耐水性、耐热性等都达到了国家标准的规定。说明书CN102020898A