一种陶瓷隔热弹性涂料 【技术领域】
本发明涉及一种陶瓷隔热弹性涂料，更具体是涉及一种用于建筑物外墙和金属表面的含有弹性乳液、氟素压克力、空芯陶瓷微粒等配料，具有隔热保温和耐沾污、高弹性、防开裂、防渗水效果的水溶性涂料。
背景技术
陶瓷隔热弹性涂料是以弹性乳液、空芯陶瓷微粒、填料、颜料、助剂、水等配置而成的一种具备隔热保温功能的乳胶漆。
陶瓷涂料的配料中采用陶瓷微粒，具有良好的隔热和反辐射性能，并具有很好的沉降性能和抗划伤性和冲击性。由于陶瓷涂料对从红外到紫外光谱都有很好的反射功能，着色性较差，配制的色漆，很快会褪色。
弹性乳液是一种柔软的纯丙乳液，具有水溶性、环保、耐钙盐、抗冻融和机械稳定性等特点。涂膜具有极好的回弹性、延伸率，以及永久的柔韧性，能抗开裂和起皱。一般弹性乳液的延伸率大小决定了其解决墙体裂纹和防渗水的效果，延伸率越大，其效果越佳，但存在着成膜后发粘，从而黏附脏物，影响表观等问题。
由于不耐沾污成为弹性乳液的一个局限，乳胶漆的耐沾污性能问题也就成为涂料业研究的热点(游劲秋，化学建材，2003，(4)，12)。
国内目前尚未见陶瓷隔热弹性涂料的报道，而国外的瓷隔热弹性涂料，不管延伸率大小，都存在着涂刷成膜后表面发黏，抗污性能差的缺陷。有的温度在低于15℃时，就不能正常施工。
【发明内容】
本发明的目的在于通过采用弹性乳液与氟素压克力的冷拼技术，提供一种耐沾污、着色性好的陶瓷隔热弹性涂料，以克服现有技术的缺陷。
本发明涂料的特点在于采用表面能低、耐水性、耐侯性、抗紫外性能优异的氟素压克力材料与弹性乳液冷拼，从而提高漆膜的耐沾污、耐水、保色、耐酸雨等性能；为使漆膜保持合适的柔韧性与刚性，降低表面能，同时添加常规纯丙乳液与之冷拼，可以降低制造成本，实验证明比单一的采用氟素压克力冷拼效果更好。
通常状态下，弹性乳液地延伸率越大越好，这样可以很好地解决墙体裂纹，提高防水效果，可是延伸率大的乳液在成膜后会出现发粘现象，上面会黏附灰尘、夏季还会黏附小飞虫等，影响表观。这是弹性乳液的缺陷。选择延伸率过小的乳液，又不能很好解决墙体裂纹，防水效果也差。本发明在配方中采用弹性丙烯酸乳液与丙烯酸乳液及氟素压克力以3∶1∶0.2的比例进行冷拼，使涂膜表面能够形成一道水性氟碳树脂层，既保持了涂料的高弹性又可有效解决涂膜表面发粘问题，使涂层十分耐久、抗污。在本发明涂料中使用氟素压克力，不仅可以克服弹性乳液成膜后抗污性不好的弊端，而且提高了陶瓷隔热弹性涂料的保光率，抗紫外光能力得以显著提高，从而很好解决了涂料着色性差，易褪色的问题。
本发明在涂料中采用空芯陶瓷微粒，空芯陶瓷微粒特有的闭孔结构，除了具备反射功能，在弹性涂料体系内形成一层热缓冲层也提高了隔热效果。同时，由于空芯陶瓷微粒在成膜过程中的叠加排列形成网状结构，从而使弹性涂料的透气性能大大改善，既使墙体内部的水气及时透出，又不使外界的雨水进入，延长了漆膜的寿命。本发明涂料具有很好的防渗水功能，经ASTM E96-B方法检测，能让水气以20perms的比率通过。而一般涂料的为2-3，即使丙烯酸涂料也只有7-9perm。
本发明研究发现，采用2mm以下的短纤维能使漆膜增加对被涂面的附着力和抗龟裂能力，也可帮助延迟墙体内外热传递。
本发明提出的陶瓷隔热弹性涂料的组成(以重量百分比计)如下：
弹性丙烯酸乳液 22.5-37.5
丙烯酸乳液 7.5-12.5
氟素压克力 1.5-2.5
陶瓷微粒 5-17
体质颜料 适量
颜料 适量
助剂 适量
短纤维 0.01-0.3
水 8-9
上述涂料的配方中，弹性丙烯酸乳液以采用600％的弹性乳液为佳，弹性丙烯酸乳液与丙烯酸乳液及氟素压克力助剂按3∶1∶0.2的比例冷拼，这样十分有效地保持了高弹延伸率，解决了耐污性和色彩保持性这一难题。陶瓷微粒为闭孔中空，规格应小于50微米，考虑到颜料、填料体积比(PVC)浓度以及成本因素，其使用量应在5％-17％(以重量计)，这时样板检测隔热效果在5-19℃(与裸板比较)，如果超过17％隔热保温效果则明显下降。短纤维采用泰尼纤维，规格小于2毫米。泰尼纤维可由长丝聚丙烯纤维经化学处理而成，处理方法参照文献方法(丁黔森，化学建材，2003，(4)，45-46)，或者采用市售商品。
颜料可以采用钛白粉或钛白粉与铁红、铁黄等其它颜料混用，其中钛白粉的用量为15-25％(以重量计)，其它颜料按常规调色使用量。体质颜料可采用云母粉、方解石粉、轻质碳酸钙、滑石粉、硅灰石等中的一种或一种以上，考虑到施工方便和涂膜的耐候性能，优选云母粉、方解石粉，其中云母粉的用量为4-6％(以重量计)，其用量不宜超过6％，这样可提高漆膜强度和耐水性能；方解石粉的用量为3-7％(以重量计)，其用量不宜超过7％，如果方解石粉的用量增大，可能造成钛白粉的用量下降过多，则影响隔热效果。
助剂包括PH调节剂、成膜助剂、分散剂和增稠剂，其用量为常规用量。其中使用成膜助剂时，可优选配套使用乙二醇，以帮助调节合适的成膜时间，乙二醇的优选用量为2.5％(以重量计)。根据需要，还可以使用消泡剂、表面活性剂、防腐剂、防霉剂、流平剂等助剂，其用量为常规用量。
本发明涂料的制备方法为：按配方称取各配料备用，准备拉缸并将拉缸放置于高速分散机下，分散盘居中，在拉缸内加入水、增稠剂、PH调节剂、体质颜料、钛白粉和分散剂在1500转/分的速度下高速分散45分钟，检验浆体细度(以小于50微米为合格)后，加入表面活性剂(如果使用的话)、弹性丙烯酸乳液、丙烯酸乳液和氟素压克力在不超过400转/分的速度下低速分散30分钟，然后加入其它助剂、短纤维、陶瓷微粒、成膜助剂在不超过400转/分的速度下低速分散15分钟后，调整粘度，配色，包装。
下面通过试验来说明本发明涂料的隔热保温和防渗水效果：
一、本发明涂料板与隔热纤维板的隔热保温效果比较：
试验材料：
(1)本发明涂料涂层板(TK板)：面积为375mm×375mm，厚度为12.5mm，漆膜厚度为1.5mm。
(2)隔热纤维板：由建筑用纤维保温材料双层制成，厚度为150mm。
(3)试验用“温度室”：为一长1050mm、宽425mm、高375mm的胶合板箱。
(4)100W的灯泡(作为热源)、装有冷至-10℃的的冰2.2L塑料桶(作为冷源)、温度调节器、Fluke Hydra数据测量仪。
试验方法：根据试验设置，用本发明涂料涂层板或隔热纤维板作为隔板垂直安放在“温度室”，将其分割成两个小室。在一个小室内，设有100W的灯泡(作为热源)和温度调节器，当灯泡取出时，则在其中放入一个2.2L的桶，桶内装有冷至-10℃的冰(作为冷源)。隔板的两侧，距离25mm处设有热电偶的接线。用Fluke Hydra数据测量仪每隔30秒自动记录隔板两侧的温度。
试验设置：
1、使用热源，设有本发明涂料涂层板作为隔板
2、使用热源，撤除本发明涂料涂层板
3、使用冷源，设有本发明涂料涂层板作为隔板
4、使用冷源，撤除本发明涂料涂层板
5、使用热源，设有双层隔热纤维板作为隔板
6、使用冷源，设有双层隔热纤维板作为隔板
试验结果：
1、使用热源时，设有本发明涂料涂层板隔板情况下，加热小室的温度最高达到36.2℃，未加热侧保持20.4℃。试验期间，两个小室的最大温差为15.8℃。撤除涂层板隔板后，两个小室中间没有任何隔板，两侧的温度差是恒定的0.5℃，两个小室的温度分别为39.6℃和39.1℃。
2、使用冷源时，设有本发明涂料涂层板隔板情况下，冷却小室的最低温度达到13.2℃，未冷却侧保持在19.1℃。试验期间，两个小室的最大温度差为5.9℃。撤除涂层板隔板后，两个小室中间没有任何隔板，两侧的温度差是恒定的0.8℃，两个小室的温度分别为13.9℃和14.7℃。
3、设有双层隔热纤维板隔板情况下，使用热源时，加热小室的温度最高达到39.6℃，而未加热侧保持在20.2℃。试验期间，两侧的最大温度差为19.4℃；使用冷源时，冷却小室的最低温度达到12.9℃。而未冷却测保持在19.0℃。试验期间，两侧的最大温度差为6.1℃。
具体试验数据见下表：项目正面温度℃反面温度℃温差℃加热100W灯泡无隔板39.639.10.5本发明涂料涂层板36.220.415.8隔热纤维板39.620.219.4冷却(-10℃冰块)无隔板13.914.70.8本发明涂料涂层板13.219.15.9隔热纤维板13.919.06.1
结论：
试验数据表明本发明涂料涂层对温度的传递具有良好的屏障作用，从而具有良好的隔热保温效果。
二、本发明涂料与普通涂料的隔热性能比较：
试验方法：
选两块面积为375mm×375mm，厚度为10mm的胶合板，分别涂上本发明涂料和普通涂料，制成涂料板。将涂料板垂直置于木箱中，一只温度计放在涂层面的右下角，另一支温度计放在涂料板的另一面。用一个加热灯泡(100瓦)对涂有涂料的一面加热。两块涂料板都进行了相同的试验。
试验结果：
试验前，涂料板两面的温度都是36.4℃，打开加热灯泡，十分钟后，本发明涂料板的有涂料一面的表面温度(正面温度)是53.2℃，而普通涂料板的正面温度是47.6℃；本发明涂料板的没有涂料一面的表面温度(反面温度)为42℃，而普通涂料板的反面温度是44.8℃。二十分钟后，本发明涂料板的正、反面温度保持不变；而普通涂料板的正面温度升至48.7℃，反面温度升至45.9℃。三十分钟后，本发明涂料板的正、反面温度仍保持不变；而普通涂料板的正面温度升至50.4℃，反面温度升至47.6℃。
具体试验数据见下表：项目 正面温度℃ 反面温度℃ 温差℃本发明涂料开始 36.4 36.4 010分钟 53.2 42 11.220分钟 53.2 42 11.230分钟 53.2 42 11.2普通外墙涂料开始 36.4 36.4 010分钟 47.6 44.8 2.820分钟 48.7 45.9 2.830分钟 50.4 47.6 2.8
结论
涂有本发明涂料的胶合板，涂料面和未涂面的温差相差11.2℃。而涂有普通涂料的却只有2.8℃的差别。两种涂料的温差指标相差8.4℃，这说明了本发明涂料具有良好的隔热性能。
三、本发明涂料的漏水试验：
(1)选两个四周和底面用25mm×75mm的木制堰板围成木槽。其中一个涂刷本发明涂料，而另一个不涂。向木槽内注入约1.5L的自来水，并记录水在涂刷过涂料和没有涂料的木槽中漏泄所需的时间。
试验结果：仅过5秒钟，没有涂料的木槽，水从木板拼接处大量泄漏。涂刷本发明涂料的木槽，4小时后仍没有水泄漏。
(2)取一个钢丝编织的小漏网(购自观赏鱼饲养用品商店)涂刷本发明的涂料，使网格形成涂层，涂层的平均厚度约为0.3mm，最薄处约0.2mm，最厚处约0.5mm。干燥后注入约150mm高的水，放置在一个干燥的容器上，作为盖子，容器内置有硅胶干燥剂，放置96小时(4天)和168小时(7天)后观察是否漏水。如果漏水，则干燥剂由蓝色变红色。
试验结果：7天后，干燥剂没有产生变色现象。涂膜也没有产生溶涨现象。
有益效果：
1、本发明涂料采用独特的陶瓷微粒，微粒内部中空化，其在涂料系统中排布形成不规则的孔隙，热容高，抑制热的传导，且对从红外到紫外光谱，都有很好的反射作用，因此具有良好的隔热保温效果。
2、本发明涂料采用弹性乳液、普通乳液和氟素压克力冷拼，形成水性氟碳涂膜，既保持了高弹性，又使涂层耐久、抗污。
3、本发明涂料采用短纤维，增强了涂膜的防裂、抗渗透、抗冲击和抗冻能力。
4、本发明涂料采用丙烯酸弹性乳液，水溶性，对环境无污染。
5、本发明涂料透气性好，湿气透过率达20perm。
6、本发明涂料采用冷拼技术制造，操作简便安全、成本低。
【具体实施方式】
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但不限制本发明。
本发明中所使用的主要设备包括：上海涂料机械厂生产的1.22KV高速分散机和2.2吨拉缸；上海衡器厂生产的50KG台秤；上海电子天平厂生产的0.01G电子称。
本发明所用的配料为市售产品，包括张家港华盛化学有限公司生产的弹性丙烯酸乳液HS-26、丙烯酸乳液HS-16；别特化学公司生产的氟素压克力；上海忠诚精细化工有限公司生产的消泡剂KIL200、PH调节剂AP-95、分散剂5040和表面活性剂DP-100；上海长风化工厂生产的成膜助剂醇酯12；上海硅酸盐研究所经销的闭孔中空陶瓷微粒(规格＜50微米)；上海吉兴化工有限公司销售的路明2000泰尼纤维(规格＜2毫米)；浙江富阳矿粉材料厂生产的700目方解石粉、1250目云母粉和钛白粉902；上海是诚贸易有限公司经销的增稠剂250HBR、流平剂2020。
实施例1(以重量计)
水8％、增稠剂1.5％、PH调节剂0.5％、方解石粉3％、分散剂0.5％、消泡剂0.2％、表面活性剂0.2％、钛白粉15％、弹性丙烯酸乳液37.5％、丙烯酸乳液12.5％、氟素压克力2.5％、成膜助剂2％、短纤维0.3％、陶瓷微粒16％、防霉剂0.2％、罐内防腐剂0.1％
制备方法：按配方比例称取各配料备用，准备拉缸并将拉缸放置于高速分散机下，分散盘居中，在拉缸内加入水、增稠剂、PH调节剂、方解石粉、钛白粉、分散剂，在1500转/分速度下高速分散45分钟，检验浆体细度(以小于50微米为合格)后，加入表面活性剂、弹性丙烯酸乳液、丙烯酸乳液和氟素压克力，在300转/分速度下低速分散30分钟，然后加入消泡剂、防霉剂、罐内防腐剂、短纤维、陶瓷微粒、成膜助剂，在300转/分速度下低速分散15分钟后，调整粘度，包装。
实施例2(以重量计)
水9％、增稠剂0.3％、PH调节剂0.5％、方解石粉7％、分散剂1.5％、消泡剂0.5％、云母粉6％、钛白粉16％、弹性丙烯酸乳液30％、丙烯酸乳液10％、氟素压克力2％、成膜助剂1％、短纤维0.2％、流平剂2.5％、乙二醇2.5％、陶瓷微粒10.4％、防霉剂0.5％、罐内防腐剂0.1％
制备方法：按配方比例称取各配料备用，准备拉缸并将拉缸放置于高速分散机下，分散盘居中，在拉缸内加入水、增稠剂、PH调节剂、方解石粉、云母粉、钛白粉和分散剂，在1500转/分的速度下高速分散45分钟，检验浆体细度(以小于50微米为合格)后，加入弹性丙烯酸乳液、丙烯酸乳液和氟素压克力，在300转/分的速度下低速分散30分钟，然后加入消泡剂、流平剂、防霉剂、罐内防腐剂、短纤维、陶瓷微粒、成膜助剂、乙二醇，在300转/分的速度下低速分散15分钟后，调整粘度，包装。