紫外光固化水性纳米隔热涂料及其制备方法技术领域
本发明涉及涂料领域，尤其涉及一种紫外光固化水性纳米隔热涂料及其制
备方法。
背景技术
当今，面对世界能源、资源日趋紧张的局面，我国大力提倡构建可持续发
展、节约型社会，节能涂料的推广和应用有着重要意义。在各类能源消耗中，
建筑物采暖及空调耗能占有相当大的比重，而通过门窗散失的热量约占整个建
筑采暖及空调耗能的60％左右。近年来人们采取了各种方式进行隔热节能处理，
如贴膜玻璃、阳光控制镀膜玻璃和低辐射玻璃等，前两者的可见光透过率较低，
后者虽有着较好的光热性能，但生产价格较高，难以进入寻常百姓家。因此，
研制一种隔热的透明涂料是进行玻璃隔热节能的最佳选择，但要同时满足其功
能、使用性能和环境保护等方面，还需解决很多问题，例如：溶剂型隔热涂料，
虽然分散液稳定性较好，耐水、耐溶剂性好，但挥发性有机溶剂对环境污染很
大；水分散型隔热涂料，虽然实现了环保，但在使用时其耐水、耐候性较差，
成膜性能不好；传统的制备方法是将功能粉体和基体树脂进行物理共混，涂料
存在分散性差、稳定性差、极易团聚的问题，导致纳米涂料的隔热效果差。
水性紫外光(UV)固化涂料技术因其符合环保、节能、清洁生产理念而日益
为人们所关注。其优点主要有：不必借助活性稀释剂来调节粘度，可解决挥发
性溶剂及毒性、刺激性的问题；可降低固化膜的收缩率，提高固化膜对底材的
附着性；易于得到光固化前的无粘性干膜；可得到薄膜型固化膜；可用水或增
稠剂方便地控制流变性，便于喷涂；设备、容器等易于清洗；降低了涂料的易
燃性。
发明内容
鉴于此，有必要提供了一种固化后难以黄变的紫外光固化水性纳米隔热涂
料及其制备方法。
一种紫外光固化水性纳米隔热涂料，按重量份数计包括如下组分：
其中，所述聚氨酯丙烯酸酯分散体通过如下方法制备：
在氮气保护下，将二异氰酸酯和二元醇在50～70℃条件下搅拌反应3～4h，
其中，所述二异氰酸酯的质量分数为16～58％，所述二元醇的质量分数为
20～67％；
接着，加入多羟基羧酸及催化剂，在70～80℃之间搅拌反应1～2h，其中，
所述多羟基羧酸的质量分数为3～8％，所述催化剂的质量分数为0.1～1％；
然后，降温至50℃至60℃，加入混有阻聚剂的烯类封端剂反应0.5～1h，
后升温至75℃，并用丙酮调节粘度,反应1～2h，其中，所述烯类封端剂的质量
分数为9～60％、所述阻聚剂的质量分数为0.1～0.5％；
接着，降温至40℃至50℃，再加入三乙胺，反应0.5～1.0h，并降温到30℃
至40℃，得到透明的聚氨酯丙烯酸酯预聚体，所述三乙胺的质量分数为2～9％；
最后，在300～400rmp转速下搅拌，向所述聚氨酯丙烯酸酯预聚体中缓
慢加入30℃～60℃的去离子水，于400～600rmp乳化分散30～40min，并降
至室温即得聚氨酯丙烯酸酯分散体，所述聚氨酯丙烯酸预聚体的质量分数为
30～50％，所述去离子水的质量分数为40～60％。
优选地，所述二异氰酸酯为二甲苯二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、
二苯甲烷二异氰酸酯、对苯二亚甲基二异氰酸酯、己二异氰酸酯、异佛尔酮二
异氰酸酯中的一种或一种以上的混合物。
优选地，所述二元醇为聚醚二元醇、聚己内酯二元醇、聚碳酸酯二元醇中
的一种或一种以上的混合物。
优选地，所述多羟基羧酸为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸中的一种或混合
物。
优选地，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡。
优选地，烯类封端剂为甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、季戊四醇三丙
烯酸酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丙酯、三羟甲基丙烷二丙烯酸酯中的一
种或一种以上混合物。
优选地，所述阻聚剂为对甲氧基苯酚。
另外，本发明还提供了一种紫外光固化水性纳米隔热涂料的制备方法，包
括以下步骤：
将纳米粉体加入去离子水混合均匀,在磁力搅拌条件下，依次加入硅烷偶联
剂、润湿剂及分散剂，以1000～1500r/min转速分散2～3h，所述纳米粉末为
ATO及TIO2，上述纳米粉体、去离子水、硅烷偶联剂、润湿剂、分散剂的质
量分数分别为：1～30％、65～99％、0.5～3％、0.1～1％、0.5～2％；
用氨水调节上述反应物的PH至8～10，在超声波中继续分散10～30min,
过滤，即可得ATO纳米浆料及TIO2纳米浆料；
将所述聚氨酯丙烯酸酯分散体、所述ATO纳米浆料及TIO2纳米浆料搅拌
均匀，再依次加入0.3～3％助剂和2～6％光引发剂，搅拌分散15～30min，过
滤分装，即得光固化纳米隔热涂料。
优选地，所述硅烷偶联剂为KH-570，润湿剂为CA-165，所述分散剂为螯
合型分散剂SN5040、深圳海川化工有限公司螯合型分散剂2320或电解质型高
分子分散剂P30中的一种或一种以上的混合物。
优选地，所述助剂包括分散剂、流平剂和消泡剂，所述的分散剂为BYK028，
BYK093中的一种或两种的混合物；所述的流平剂为BYK346和BYK333的一
种或两种的混合物；所述的分散剂为TEGO192。
优选地，所述的光引发剂选为1-羟基-环己基-苯甲酮、2，4，6-三甲基苯
甲酰基-二苯基氧化膦、2-羟基-2-甲基-苯基丙酮-1、2-羟基-2-甲基-对羟乙基醚
基苯基丙酮-1、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮和2-异丙基硫
杂蒽酮中的一种或一种以上的混合物。
上述紫外光固化水性纳米隔热涂料，采用以二异氰酸酯、二元醇、二羟基
羧酸、丙烯酸羟基酯和三乙胺为主要原料合成了聚氨酯丙烯酸预聚体，不需使
用任何乳化剂，即可获得具有粒径小，稳定性高的树脂乳液；此外，通过本发
明制备的涂料将纳米TiO2和ATO浆料通过硅烷偶联剂和分散剂处理后，再与
聚氨酯丙烯酸酯分散体按照一定比例复合，制得TiO2/ATO填料水性紫外光固
化透明隔热涂料，该涂料兼备ATO的辐射隔热与TiO2的反射隔热功能，提高
了涂料的隔热效果。
附图说明
图1为一实施方式的聚氨酯丙烯酸酯分散体的制备方法流程图。
图2为一实施方式的的紫外光固化水性纳米隔热涂料的制备方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例，
对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以
解释本发明，并不用于限定本发明。
一实施方式的紫外光固化水性纳米隔热涂料，按重量份数计包括如下组分：
请参阅图1，第二聚氨酯丙烯酸酯分散体通过如下方法制备：
S10、在氮气保护下，将二异氰酸酯和二元醇在50～70℃条件下搅拌反应
3～4h，其中，所述二异氰酸酯的质量分数为16～58％，所述二元醇的质量分数
为20～67％；
优选地，所述二异氰酸酯为二甲苯二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、
二苯甲烷二异氰酸酯、对苯二亚甲基二异氰酸酯、己二异氰酸酯、异佛尔酮二
异氰酸酯中的一种或一种以上的混合物。
所述二元醇为聚醚二元醇、聚己内酯二元醇、聚碳酸酯二元醇中的一种或
一种以上的混合物。
S20、加入多羟基羧酸及催化剂，在70～80℃之间搅拌反应1～2h，其中，
所述多羟基羧酸的质量分数为3～8％，所述催化剂的质量分数为0.1～1％；
优选地，所述多羟基羧酸为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸中的一种或混合
物。
优选地，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡。
S30、降温至50℃至60℃，加入混有阻聚剂的烯类封端剂反应0.5～1h，后
升温至75℃，并用丙酮调节粘度反应1～2h，其中，所述烯类封端剂的质量分
数为9～60％、所述阻聚剂的质量分数为0.1～0.5％；
优选地，所述烯类封端剂为甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、季戊四醇
三丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丙酯、三羟甲基丙烷二丙烯酸酯中
的一种或一种以上混合物。
所述阻聚剂为对甲氧基苯酚。
S40、降温至40℃至50℃，再加入三乙胺，反应0.5～1.0h，并降温到30℃
至40℃，得到透明的聚氨酯丙烯酸酯预聚体，所述三乙胺的质量分数为2～9；
S50、在300～400rmp转速下搅拌，向所述聚氨酯丙烯酸酯预聚体中缓慢
加入30℃～60℃的去离子水，于400～600rmp乳化分散30～40min，并降至
室温即得聚氨酯丙烯酸酯分散体，所述聚氨酯丙烯酸预聚体的质量分数为30～
50％，所述去离子水的质量分数为40～60％。
上述第二聚氨酯丙烯酸酯分散体中，所选取异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸
酯，合成的聚氨酯丙烯酸酯具有优良的耐黄变性，硬度佳，引入多官能度单体，
固化速度快。且第二聚氨酯丙烯酸酯分散体的制备方法简单，容易操作。
此外，请参阅图2，本发明还提供一种上述紫外光固化水性纳米隔热涂料
的制备方法，包括以下步骤：
S1：将纳米粉体加入去离子水混合均匀。在磁力搅拌条件下，依次加入硅
烷偶联剂、润湿剂及分散剂，以1000～1500r/min转速分散2～3h；
优选地，所述纳米粉末为ATO及TIO2，上述纳米粉体、去离子水、硅烷
偶联剂、润湿剂、分散剂的质量分数分别为：1～30％、65～99％、0.5～3％、
0.1～1％、0.5～2％；
所述硅烷偶联剂为KH-570，润湿剂为CA-165，所述分散剂为螯合型分散
剂SN5040、深圳海川化工有限公司螯合型分散剂2320或电解质型高分子分散
剂P30中的一种或一种以上的混合物。
S2：用氨水调节上述反应物的PH至8～10，在超声波中继续分散10～
30min,过滤，即可得ATO纳米浆料及TIO2纳米浆料；
S3：将所述聚氨酯丙烯酸酯分散体、所述ATO纳米浆料及TIO2纳米浆料
搅拌均匀，再依次加入0.3～3％助剂和2～6％光引发剂，搅拌分散15～30min，
过滤分装，即得光固化纳米隔热涂料。
所述助剂包括分散剂、流平剂和消泡剂，所述的消泡剂为BYK028，
BYK093中的一种或两种的混合物；所述的流平剂为BYK346和BYK333的一
种或两种的混合物；所述的分散剂为TEGO192。
所述的光引发剂选为1-羟基-环己基-苯甲酮、2，4，6-三甲基苯甲酰基-二
苯基氧化膦、2-羟基-2-甲基-苯基丙酮-1、2-羟基-2-甲基-对羟乙基醚基苯基丙
酮-1、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮和2-异丙基硫杂蒽酮中
的一种或一种以上的混合物。
通过本发明制备的涂料将纳米TiO2和ATO浆料通过硅烷偶联剂和分散剂
处理后，再与聚氨酯丙烯酸酯分散体按照一定比例混合，制得TiO2/ATO填料
水性紫外光固化透明隔热涂料，该涂料兼备ATO的辐射隔热与TiO2的反射隔
热功能，提高了涂料的隔热效果。
此外，上述涂料的制备可实现自动化流水线涂装，施工方便，固化速度高。
且紫外光固化水性纳米隔热涂料作为一种新型的环保节能涂料，符合当前涂料
技术的发展趋势，具有广阔的应用前景。
下面为具体实施例部分。
实施例1
聚氨酯丙烯酸酯分散体的制备：
1)在通氮气保护条件下，向放有温度计、冷凝管、搅拌棒的四口圆反应瓶
中，加入异弗尔酮二异氰酸酯22.3g和和聚醚二元醇33.3g，在70℃搅拌反应3
h；
2)继续加入二羟甲基丁酸3.3g，并滴加催化剂0.1g，75℃之间搅拌反应1
h；
3)降温至55℃，加入混有0.12g阻聚剂的季戊四醇三丙烯酸酯26.3g，反
应1h，用适量丙酮调节粘度，后升温至75℃反应2h；
4)降温至45℃，加入三乙胺2.6g，反应0.5h，反应完毕后降温到35℃出
料，得到了透明的聚氨酯丙烯酸酯预聚体。
5)在300rmp转速下搅拌，向所述聚氨酯丙烯酸酯预聚体中缓慢加入30℃
的去离子水，于400rmp乳化分散30min，并降至室温即得聚氨酯丙烯酸酯分
散体，所述聚氨酯丙烯酸预聚体的质量分数为30％，所述去离子水的质量分数
为40％。
紫外光固化水性纳米隔热涂料的制备
将ATO及TIO2组成的纳米粉体加入去离子水混合均匀，在磁力搅拌条件
下，依次加入硅烷偶联剂、润湿剂及分散剂，以1000r/min转速分散2h，上述
纳米粉体：去离子水：硅烷偶联剂：润湿剂：分散剂的质量比为：1：65：0.5：
0.1：0.5；
用氨水调节上述反应物的PH至8，在超声波中继续分散10min过滤，即
可得ATO纳米浆料及TIO2纳米浆料；
将所述聚氨酯丙烯酸酯分散体、所述ATO纳米浆料及TIO2纳米浆料搅拌
均匀，再依次加入0.3％的BYK028、BYK346和TEGO192组成的助剂及2％1-
羟基-环己基-苯甲酮，搅拌分散15min，过滤分装，即得光固化纳米隔热涂料。
实施例2
聚氨酯丙烯酸酯分散体的制备：
1)在通氮气保护条件下，向放有温度计、冷凝管、搅拌棒的四口圆反应瓶
中，加入二甲苯二异氰酸酯16g和聚醚二元醇20g，在50℃搅拌反应3h；
2)继续加入二羟甲基丁酸3g，并滴加催化剂0.1g，70℃之间搅拌反应1h；
3)降温至50℃，加入混有0.1g阻聚剂的甲基丙烯酸羟乙酯9g，反应1h，
用适量丙酮调节粘度，后升温至75℃反应2h；
4)降温至40℃，加入三乙胺2g，反应0.5h，反应完毕后降温到30℃出料，
得到了透明的聚氨酯丙烯酸酯预聚体。
5)在400rmp转速下搅拌，向所述聚氨酯丙烯酸酯预聚体中缓慢加入60℃
的去离子水，于600rmp乳化分散40min，并降至室温即得聚氨酯丙烯酸酯分
散体，所述聚氨酯丙烯酸预聚体的质量分数为50％，所述去离子水的质量分数
为60％。
紫外光固化水性纳米隔热涂料的制备
将ATO及TIO2组成的纳米粉体加入去离子水混合均匀，在磁力搅拌条件
下，依次加入KH-570、CA-165及螯合型分散剂SN5040，以1500r/min转速分
散2h，上述纳米粉体：去离子水：KH-570：CA-165：螯合型分散剂SN5040
的质量比为30：99：3：1：2；
用氨水调节上述反应物的PH至8，在超声波中继续分散10min过滤，即
可得ATO纳米浆料及TIO2纳米浆料；
将所述聚氨酯丙烯酸酯分散体、所述ATO纳米浆料及TIO2纳米浆料搅拌
均匀，再依次加入3％的BYK093、BYK333和TEGO192组成的助剂及2％1-
羟基-环己基-苯甲酮，搅拌分散30min，过滤分装，即得光固化纳米隔热涂料。
实施例3
聚氨酯丙烯酸酯分散体的制备：
1)在通氮气保护条件下，向放有温度计、冷凝管、搅拌棒的四口圆反应瓶
中，加入二环己基甲烷二异氰酸酯58g和聚己内酯二元醇67g，在60℃搅拌反
应3h；
2)继续加入二羟甲基丁酸8g，并滴加催化剂1g，80℃之间搅拌反应2h；
3)降温至60℃，加入混有0.5g阻聚剂的丙烯酸羟乙酯30g，反应1h，用
适量丙酮调节粘度，后升温至75℃反应2h；
4)降温至40℃，加入三乙胺5.5g，反应0.5h，反应完毕后降温到40℃出
料，得到了透明的聚氨酯丙烯酸酯预聚体。
5)在350rmp转速下搅拌，向所述聚氨酯丙烯酸酯预聚体中缓慢加入50℃
的去离子水，于500rmp乳化分散35min，并降至室温即得聚氨酯丙烯酸酯分
散体，所述聚氨酯丙烯酸预聚体的质量分数为40％，所述去离子水的质量分数
为50％。
紫外光固化水性纳米隔热涂料的制备
将ATO及TIO2组成的纳米粉体加入去离子水混合均匀，在磁力搅拌条件
下，依次加入KH-570、CA-165及深圳海川化工有限公司螯合型分散剂2320，
以1200r/min转速分散3h，上述纳米粉体：去离子水：KH-570：CA-165：深
圳海川化工有限公司螯合型分散剂2320的质量比为20：70：2：0.6：1；
用氨水调节上述反应物的PH至9，在超声波中继续分散10min过滤，即
可得ATO纳米浆料及TIO2纳米浆料；
将所述聚氨酯丙烯酸酯分散体、所述ATO纳米浆料及TIO2纳米浆料搅拌
均匀，再依次加入2％的BYK093、BYK333和TEGO192组成的助剂及4％2，
4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦，搅拌分散20min，过滤分装，即得光固
化纳米隔热涂料。
实施例4
聚氨酯丙烯酸酯分散体的制备：
1)在通氮气保护条件下，向放有温度计、冷凝管、搅拌棒的四口圆反应瓶
中，加入对苯二亚甲基二异氰酸酯35g和聚己内酯二元醇40g，在65℃搅拌反
应4h；
2)继续加入二羟甲基丙酸5g，并滴加催化剂0.5g，80℃之间搅拌反应2h；
3)降温至60℃，加入混有0.5g阻聚剂的丙烯酸羟乙酯28g，反应1h，用
适量丙酮调节粘度，后升温至75℃反应2h；
4)降温至40℃，加入三乙胺3.8g，反应0.5h，反应完毕后降温到35℃出
料，得到了透明的聚氨酯丙烯酸酯预聚体。
5)在400rmp转速下搅拌，向所述聚氨酯丙烯酸酯预聚体中缓慢加入50℃
的去离子水，于500rmp乳化分散35min，并降至室温即得聚氨酯丙烯酸酯分
散体，所述聚氨酯丙烯酸预聚体的质量分数为40％，所述去离子水的质量分数
为50％。
紫外光固化水性纳米隔热涂料的制备
将ATO及TIO2组成的纳米粉体加入去离子水混合均匀，在磁力搅拌条件
下，依次加入KH-570、CA-165及电解质型高分子分散剂P30，以1200r/min
转速分散3h，上述纳米粉体：去离子水：KH-570：CA-165：电解质型高分子
分散剂P30的质量比为20：70：2：0.6：1；
用氨水调节上述反应物的PH至9，在超声波中继续分散10min过滤，即
可得ATO纳米浆料及TIO2纳米浆料；
将所述聚氨酯丙烯酸酯分散体、所述ATO纳米浆料及TIO2纳米浆料搅拌
均匀，再依次加入2％的BYK093、BYK333和TEGO192组成的助剂及4％2，
4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦，搅拌分散20min，过滤分装，即得光固
化纳米隔热涂料。
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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些
改进和润饰也应视为本发明的保护范围。