技术领域
本发明涉及节能材料领域，具体涉及一种聚酯聚氨酯高效节能涂料。
背景技术
随着社会经济的快速发展，能源消耗量与日俱增，且现有的能源多为不可再生能源，导致能源紧缺的问题将越来越严峻，因此，大力发展节能材料，以减缓能源消耗速度，来维持经济的快速可持续发展成为必要。由于建筑物能量损耗而消耗的能源数量巨大，近年来，建筑节能越来越受到人们重视。建筑涂料作为一种重要的建筑材料，推行节能功能涂料对节约资源、促进社会经济可持续发展有重要意义。节能涂料按其节能原理的可分为阻隔型、辐射型、反射型，这三种节能涂料因隔热机理不同，性能特点、应用场合及节能效果也不相同。反射型节能涂料作为节能功能涂料的典型，具有优异的反射降温功能，受到了业内人士的普遍关注并取得明显的发展。现有的反射型节能涂料由于原料配方或制备方法的不合理，导致涂料中的反射填料与成膜组分的相容性差、反射填料反射率低等缺陷，严重影响了辐射型节能涂料的综合性能，限制了辐射型涂料的应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有聚酯聚氨酯节能涂料存在的力学性能和反射效率效率较差的不足，提供一种聚酯聚氨酯高效节能涂料；本发明节能涂料对反射填料进行针对性改性处理，使各原料之间相容性更好，同时，添加的氧化石墨烯材料，不仅能在反射填料上增加反射界面，从而增加反射填料的反射率，还能赋予涂料更好的力学性能，从而显著提高了节能涂料的综合性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种聚酯聚氨酯高效节能涂料，包括以下重量份原材料制备而成：聚氨酯乳液40-60份，低聚苯甲酸乙酯30-50 份，反射填料10-20份，改性剂3-8份，光引发剂0.2-0.5份，氧化石墨烯0.01-0.05份，助剂2-5份。
其中，所述的低聚苯甲酸乙酯的聚合度为10-50；聚合度越小，涂料固化后的硬度越大，但韧性越差，聚合度越大，涂料固化后的硬度越小，韧性越好；优选的，所述的低聚苯甲酸乙酯的聚合度为30-40。
其中，所述的反射填料为金红石型钛白粉、滑石粉、硫酸钡中的一种或多种；优选的，所的反射填料为摩尔比为5︰1︰2的金红石型钛白粉、滑石粉和硫酸钡的混合物；通过优选，反射填料对红外线的反射率更高。
其中，所述的改性剂为摩尔比为1︰1的二异氰酸甲苯酯和双丙酮丙烯酰胺 ；所述改性剂能显著改善氧化石墨烯、反射填料和聚酯聚氨酯之间的相容性，能提高涂料的力学性能和反射效率效率。
所述的氧化石墨烯是通过以下制备方法制备得到的，包括以下步骤：
（a）将石墨粉加入由体积比为4︰1的质量百分数浓度为50%的硫酸溶液和质量百分数浓度为45%的硝酸溶液混合而成的酸溶液中搅拌混合得第一悬浊液；
（b）将第一悬浊液置入平行电场中，加入高锰酸钾粉末，加热搅拌，得第二悬浊液；
（c）将第二悬浊液冷却至室温后，加入浓度为2.5mol/L的过氧化氢溶液和浓度为1.0mol/L盐酸溶液，得到第三悬浊液；
（d）将第三悬浊液用去离子水洗涤、离心分离，得到沉淀物；
（e）将沉淀物在恒温条件下进行真空干燥，得到氧化石墨烯。
其中，优选的，步骤（a）所述石墨粉和混合酸溶液的质量体积比（g︰ml）为1︰100；优选的比例对石墨的氧化作用适当，得到的氧化石墨烯中上生成的活性基团较少，具有更好的界面反射效果，与改性剂的键接能力更好。
其中，在步骤（b）中所述平行电场作用下，石墨分子发生极化作用，延电场方向的石墨电子活性更强，更容易被氧化，氧化条件更温和，更容易控制石墨烯上活性基团的数量；优选的，所述的平行电场强度为5.5-6.5KV/m； 在优选的电场强度下，石墨的氧化程度更易控制。
优选的，所述高锰酸钾粉末与石墨粉的质量比为1︰2；优选的比例对石墨的氧化作用适当，得到的氧化石墨烯中上生成的活性基团较少，具有更好的界面反射效果，与改性剂的键接能力更好。
优选的，所述加热温度为50-60℃；优选的温度反应速度适中，过程更易控制，能源消耗小，生产成本低。
优选的，步骤（c）中第二悬浊液、过氧化氢溶液和盐酸溶液的体积比为50︰2︰5；在优选的体积比下，制备得到的氧化石墨烯纯度最好。
其中，所述的光引发剂是在光照条件下催化涂料固化的催化剂；优选的，所述的光引发剂包括2,4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、异丙苯茂铁六氟磷酸盐中的一种或几种。
其中，所述的助剂包括成膜助剂、润湿分散剂、消泡剂、流平剂、胺类催干剂、防沉剂、抗流挂剂中的一种或几种。
为了实现上述发明目的，进一步的，本发明提供了一种聚酯聚氨酯高效节能涂料的制备方法，包括以下步骤：
（1）在改性剂中加入氧化石墨烯，分散均匀后，加热反应，得到氧化石墨烯悬浊液；
（2）在氧化石墨烯悬浊液中加入反射填料，超声波震荡处理，得到混合改性料；
（3）将混合改性料与聚氨酯乳液、低聚苯甲酸乙酯、光引发剂、助剂搅拌混合均匀，得到聚酯聚氨酯高效节能涂料。
其中，优选的，步骤（1）中加热反应的温度为70-90℃，该温度条件下，改性剂与氧化石墨烯的活性基团键接速度快。
其中，优选的，步骤（2）中超声波频率为50-80kHz，该频率下，氧化石墨烯与反射填料结合更紧密，有利于界面反射。
其中，优选的，步骤（3）中搅拌的速度为300-600r/min，该速度下，混合更均匀，涂料不易分层。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明中采用氧化石墨烯作为反射界面，能提高反射填料的反射率，从而显著增加节能涂料的反射降温功能和力学性能。
2、本发明中采用改性剂对反射填料进行处理，能提高反射填料与聚酯聚氨酯的相容性，从而提高涂料膜层的力学性能。
3、本发明中的氧化石墨烯是经过针对性制备而成的，与改性剂键接能力更好，从而与反射填料混合后，会使反射填料具有更好相容性的同时，具有更小的间隙，对提高反射填料的反射率和力学性能具有积极作用。
4、本发明制备方法能使氧化石墨烯与反射填料结合更紧密，有利于光反射，对提高反射填料的反射率具有积极作用。
5、本发明制备方法简单、可靠，适合节能涂料的大规模、工业化生产。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
制备氧化石墨烯：
（a）将8g的石墨粉加入800ml的由体积比为4︰1的质量百分数浓度为65%的硫酸溶液和质量百分数浓度为55%的硝酸溶液混合而成的酸溶液中搅拌混合得第一悬浊液；
（b）将第一悬浊液置入强度为6.0KV/m平行电场中，加入4g高锰酸钾粉末，加热搅拌，得第二悬浊液；
（c）将第二悬浊液冷却至室温后，加入8ml的浓度为2.5mol/L的过氧化氢溶液和20ml的浓度为1.0mol/L盐酸溶液，得到第三悬浊液；
（d）将第三悬浊液用去离子水洗涤、离心分离，得到沉淀物；
（e）将沉淀物在恒温条件下进行真空干燥，得到氧化石墨烯；
制备节能涂料：
（1）在0.2kg的摩尔比为1︰1的二异氰酸甲苯酯和双丙酮丙烯酰胺 的混合溶液中加入3g氧化石墨烯，分散均匀后，加热至75℃反应1.5h，得到氧化石墨烯悬浊液；
（2）在氧化石墨烯悬浊液中加入1.5kg的摩尔比为5︰1︰2的金红石型钛白粉、滑石粉和硫酸钡，用频率为65kHz的超声波震荡处理20min，得到混合改性料；
（3）将混合改性料与5.0kg的聚氨酯乳液、4kg聚合度为30的低聚苯甲酸乙酯、50g的2,4-二羟基二苯甲酮、0.4kg的成膜助剂在400r/min的速度下搅拌混合均匀，得到聚酯聚氨酯高效节能涂料。
实施例2
制备氧化石墨烯：
（a）将8g的石墨粉加入800ml的由体积比为4︰1的质量百分数浓度为65%的硫酸溶液和质量百分数浓度为55%的硝酸溶液混合而成的酸溶液中搅拌混合得第一悬浊液；
（b）将第一悬浊液置入强度为5.5KV/m平行电场中，加入4g高锰酸钾粉末，加热搅拌，得第二悬浊液；
（c）将第二悬浊液冷却至室温后，加入8ml的浓度为2.5mol/L的过氧化氢溶液和20ml的浓度为1.0mol/L盐酸溶液，得到第三悬浊液；
（d）将第三悬浊液用去离子水洗涤、离心分离，得到沉淀物；
（e）将沉淀物在恒温条件下进行真空干燥，得到氧化石墨烯；
制备节能涂料：
（1）在0.1kg的摩尔比为1︰1的二异氰酸甲苯酯和双丙酮丙烯酰胺 的混合溶液中加入1g氧化石墨烯，分散均匀后，加热至80℃反应1h，得到氧化石墨烯悬浊液；
（2）在氧化石墨烯悬浊液中加入1kg的摩尔比为5︰1︰2的金红石型钛白粉、滑石粉和硫酸钡，用频率为50kHz的超声波震荡处理30min，得到混合改性料；
（3）将混合改性料与6kg的聚氨酯乳液、3kg聚合度为10的低聚苯甲酸乙酯、30g的2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、0.2kg的胺类催干剂在300r/min的速度下搅拌混合均匀，得到聚酯聚氨酯高效节能涂料。
实施例3
制备氧化石墨烯：
（a）将8g的石墨粉加入800ml的由体积比为4︰1的质量百分数浓度为65%的硫酸溶液和质量百分数浓度为55%的硝酸溶液混合而成的酸溶液中搅拌混合得第一悬浊液；
（b）将第一悬浊液置入强度为6.5KV/m平行电场中，加入4g高锰酸钾粉末，加热搅拌，得第二悬浊液；
（c）将第二悬浊液冷却至室温后，加入8ml的浓度为2.5mol/L的过氧化氢溶液和20ml的浓度为1.0mol/L盐酸溶液，得到第三悬浊液；
（d）将第三悬浊液用去离子水洗涤、离心分离，得到沉淀物；
（e）将沉淀物在恒温条件下进行真空干燥，得到氧化石墨烯；
制备节能涂料：
（1）在0.3kg的摩尔比为1︰1的二异氰酸甲苯酯和双丙酮丙烯酰胺 的混合溶液中加入5g氧化石墨烯，分散均匀后，加热至70℃反应2h，得到氧化石墨烯悬浊液；
（2）在氧化石墨烯悬浊液中加入2.0kg的摩尔比为5︰1︰2的金红石型钛白粉、滑石粉和硫酸钡，用频率为80kHz的超声波震荡处理10min，得到混合改性料；
（3）将混合改性料与4kg的聚氨酯乳液、5kg聚合度为50的低聚苯甲酸乙酯、80g的异丙苯茂铁六氟磷酸盐、0.5kg的防沉剂在600r/min的速度下搅拌混合均匀，得到聚酯聚氨酯高效节能涂料。
对比例1
制备氧化石墨烯：
（a）将8g的石墨粉加入800ml的由体积比为4︰1的质量百分数浓度为65%的硫酸溶液和质量百分数浓度为55%的硝酸溶液混合而成的酸溶液中搅拌混合得第一悬浊液；
（b）在第一悬浊液中加入4g高锰酸钾粉末，加热搅拌，得第二悬浊液；
（c）将第二悬浊液冷却至室温后，加入8ml的浓度为2.5mol/L的过氧化氢溶液和20ml的浓度为1.0mol/L盐酸溶液，得到第三悬浊液；
（d）将第三悬浊液用去离子水洗涤、离心分离，得到沉淀物；
（e）将沉淀物在恒温条件下进行真空干燥，得到氧化石墨烯；
制备节能涂料：
（1）在0.2kg的摩尔比为1︰1的二异氰酸甲苯酯和双丙酮丙烯酰胺 的混合溶液中加入3g氧化石墨烯，分散均匀后，加热至75℃反应1.5h，得到氧化石墨烯悬浊液；
（2）在氧化石墨烯悬浊液中加入1.5kg的摩尔比为5︰1︰2的金红石型钛白粉、滑石粉和硫酸钡，用频率为65kHz的超声波震荡处理20min，得到混合改性料；
（3）将混合改性料与5kg的聚氨酯乳液、4kg聚合度为30的低聚苯甲酸乙酯、50g的2,4-二羟基二苯甲酮、0.4kg的成膜助剂在400r/min的速度下搅拌混合均匀，得到聚酯聚氨酯节能涂料。
对比例2
制备氧化石墨烯：
（a）将8g的石墨粉加入800ml的由体积比为4︰1的质量百分数浓度为65%的硫酸溶液和质量百分数浓度为55%的硝酸溶液混合而成的酸溶液中搅拌混合得第一悬浊液；
（b）将第一悬浊液置入强度为6.0KV/m平行电场中，加入4g高锰酸钾粉末，加热搅拌，得第二悬浊液；
（c）将第二悬浊液冷却至室温后，加入8ml的浓度为1.5mol/L的过氧化氢溶液和20ml的浓度为1.0mol/L盐酸溶液，得到第三悬浊液；
（d）将第三悬浊液用去离子水洗涤、离心分离，得到沉淀物；
（e）将沉淀物在恒温条件下进行真空干燥，得到氧化石墨烯；
制备节能涂料：
（1）将3g氧化石墨烯，与1.5kg的摩尔比为5︰1︰2的金红石型钛白粉、滑石粉和硫酸钡，用频率为65kHz的超声波震荡混合处理20min，得到混合料；
（2）将混合料与5kg的聚氨酯乳液、4kg聚合度为30的低聚苯甲酸乙酯、50g的2,4-二羟基二苯甲酮、0.4kg的成膜助剂在400r/min的速度下搅拌混合均匀，得到聚酯聚氨酯节能涂料。
对比例3
制备氧化石墨烯：
（a）将8g的石墨粉加入800ml的由体积比为4︰1的质量百分数浓度为65%的硫酸溶液和质量百分数浓度为55%的硝酸溶液混合而成的酸溶液中搅拌混合得第一悬浊液；
（b）将第一悬浊液置入强度为6.0KV/m平行电场中，加入4g高锰酸钾粉末，加热搅拌，得第二悬浊液；
（c）将第二悬浊液冷却至室温后，加入8ml的浓度为2.5mol/L的过氧化氢溶液和20ml的浓度为1.0mol/L盐酸溶液，得到第三悬浊液；
（d）将第三悬浊液用去离子水洗涤、离心分离，得到沉淀物；
（e）将沉淀物在恒温条件下进行真空干燥，得到氧化石墨烯；
制备节能涂料：
（1）在0.2kg的摩尔比为1︰1的二异氰酸甲苯酯和双丙酮丙烯酰胺 的混合溶液中加入3g氧化石墨烯和1.5kg的摩尔比为5︰1︰2的金红石型钛白粉、滑石粉和硫酸钡，用频率为65kHz的超声波震荡处理20min，得到混合改性料；
（2）将混合改性料与5kg的聚氨酯乳液、4kg聚合度为30的低聚苯甲酸乙酯、50g的2,4-二羟基二苯甲酮、0.4kg的成膜助剂在400r/min的速度下搅拌混合均匀，得到聚酯聚氨酯节能涂料。
对比例4
（1）在0.2kg的摩尔比为1︰1的二异氰酸甲苯酯和双丙酮丙烯酰胺 的混合溶液中加入3g常规方法制备得到的氧化石墨烯，分散均匀后，加热至75℃反应1.5h，得到氧化石墨烯悬浊液；
（2）在氧化石墨烯悬浊液中加入1.5kg的摩尔比为5︰1︰2的金红石型钛白粉、滑石粉和硫酸钡，用频率为65kHz的超声波震荡处理20min，得到混合改性料；
（3）将混合改性料与5kg的聚氨酯乳液、4kg聚合度为30的低聚苯甲酸乙酯、50g的2,4-二羟基二苯甲酮、0.4kg的成膜助剂在400r/min的速度下搅拌混合均匀，得到聚酯聚氨酯节能涂料。
对比例5
（1）在0.2kg的摩尔比为1︰1的二异氰酸甲苯酯和双丙酮丙烯酰胺 的混合溶液中加入1.5kg的摩尔比为5︰1︰2的金红石型钛白粉、滑石粉和硫酸钡，用频率为65kHz的超声波震荡处理20min，得到混合改性料；
（2）将混合改性料与5kg的聚氨酯乳液、4kg聚合度为30的低聚苯甲酸乙酯、50g的2,4-二羟基二苯甲酮、0.4kg的成膜助剂在400r/min的速度下搅拌混合均匀，得到聚酯聚氨酯节能涂料。
将上述实施例1-3和对比例1-5中制备得到的节能涂料，进行性能检测（检测试样厚度为2mm，宽度为12mm），记录数据如下：
性能 红外线反射率（%） 拉伸强度（MPa） 断裂伸长率（%） 实施例1 81.36 3.84 57.32 实施例2 80.93 3.79 54.86 实施例3 81.13 3.92 59.26 对比例1 74.68 2.81 36.48 对比例2 73.59 2.37 38.94 对比例3 75.92 4.28 61.25 对比例4 72.98 4.09 28.64 对比例5 68.21 2.18 43.64
对上述实验数据分析可知，实施例1-3中采用本发明方法制备得到的节能涂料，对红外线的反射率高，力学性能好；而对比例1中，氧化石墨烯的制备过程，未在电场中进行氧化，石墨粉氧化程度低，石墨烯含量低，界面反射率低，与原材料的相容性差，得到的节能涂料反射率和力学性能显著降低；对比例2中，未加入改性剂对氧化石墨烯和反射填料进行改性处理，导致其与原材料的相容性差，氧化石墨烯与反射填料结合性差，得到的节能涂料反射率显著降低，力学性能显著降低；对比例3中，在制备过程中，未按照本发明规定的顺序对氧化石墨烯和反射填料进行改性处理，导致氧化石墨烯与反射填料结合差，导致节能涂料的反射率有较大的程度的下降；对比例4中，使用的氧化石墨烯是常规的，其上的活性基团多，界面反射率下降，与反射填料结合后，对反射填料的反射率增强作用降低，导致得到的节能涂料反射率降低；对比例5中未添加石墨烯，节能涂料的反射率和力学性能都显著降低。