[发明专利]一种用于玻璃的水性隔热纳米涂料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米涂料技术领域，具体涉及用于玻璃的水性隔热纳米涂料。

背景技术

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。门窗作为房屋建筑中透明和可以开口的围护结构，是冬季保温和夏季隔热最薄弱的部分。

目前主要应用的节能玻璃是Low-E玻璃，又称低辐射镀膜玻璃，节能效果好、应用也最多，但其设备昂贵，能耗较高，且需做成双层中空玻璃才能保持其节能效果。

对既有建筑中的玻璃进行节能改造的办法只有两种选择：一是拆掉原有的玻璃换上节能玻璃，二是对原有玻璃进行节能升级。贴上建筑用隔热安全膜是给旧玻璃节能升级的一个好办法，但这种办法目前存在的缺陷是其价格昂贵，这使它的应用范围大受限制。

纳米隔热透明涂料是一种可以让玻璃既保持高透光性同时又有较好的隔热效果的高科技产品。它的基本原理是利用掺杂在其中的纳米级的半导体材料对红外光的吸收和反射，阻隔来自太阳光和室内取暖设施和人体自身的大部分热辐射。广泛应用于汽车及各类建筑物的玻璃上，不但透光性能好，而且隔热效果佳，使室内外温差达到3～8℃左右，不开空调也能达到“冬暖夏凉”的效果。用纳米隔热透明涂料对建筑门窗及玻璃幕墙进行节能改造有以下几个优点：

1、更经济更快捷。纳米隔热透明涂料的隔热降温性能与Low-E玻璃相近，但用该涂料对玻璃进行节能改造的成本仅为更换Low-E玻璃的30％。原有玻璃或普通中空玻璃只需涂上纳米隔热透明涂料后就分别升级隔热玻璃或中空热反射玻璃，操作简便、工艺成本低。如果能做到家用喷涂型包装，则更易推广。

2、更环保更健康。完全是利用既有玻璃，不会产生建筑垃圾。以水溶性树脂作基体材料，不会产生有毒有害污染。纳米隔热透明涂料可阻隔80％以上的紫外线，可防止室内地毯，窗帘，织物和油漆等褪色，有效保护室内家具，电脑等办公设备，延长其使用寿命。

3、更轻盈更安全。纳米隔热透明涂料的涂膜厚度仅为8微米，不及头发丝的百分之一，其重量几乎可忽略不计，不会增加建筑负荷。另外，由于玻璃较脆易碎的特性，高空掉落伤人的悲剧屡有发生，纳米隔热聚合物涂层由于黏结力强，本身有一定弹性和抗撕裂强度，可望有效解决玻璃破碎伤人的问题。

姚晨等人论述了纳米隔热透明涂料的隔热原理，认为涂膜对热辐射的阻隔作用是半导体材料对入射光吸收和反射共同作用的结果，只有纳米级的半导体合金粉体才能很好的解决隔热问题。

在纳米ITO(Indium Ttin Oxides铟锡金属氧化物)或纳米ATO(Antimony Doped Tin Oxide掺锑二氧化锡)的制备方面，有溶剂热-煅烧法、离子交换除氯水解法、乙酸异戊酯共沸蒸馏干燥法，张贤高等人探索了ITO纳米粉的低温、易于量产的制备方法：将铟锡氢氧化物置于充满氩气的高压釜内，在300℃、2MPa的条件下就可制得ITO的纳米颗粒。

纳米ITO、ATO在涂料体系中的分散和稳定是隔热透明纳米涂料研制的关键一环，一般采用超声波分散法、球磨法等，通常采用乙二醇等作为分散介质，以KH570或十八醇为偶联剂。徐伟玲等人用水相共沉淀法制备ITO粉体，分析了沉淀剂、反应物浓度、煅烧温度和时间等因素对制备过程及产物的影响；迟艳波等人研究了ATO超细粉在水中的分散、稳定工艺，讨论了pH值、分散剂的种类、添加量、分散方式等参数对制备ATO水浆的影响。

王靓等人用自制的分散良好的纳米ATO水分散体，也是以水性聚氨酯为载体树脂，在80℃下烘3-4小时成膜，制备了隔热性能良好的透明涂层。

陈飞霞等人研究发现与用纳米ITO制备的隔热透明涂层在阻隔红外光方面优于纳米ATO，但ITO远比ATO昂贵的价格阻碍了纳米ITO涂料的推广。

在纳米ITO或ATO的分散和稳定方面，除了上述化学法和物理法，还有电化学方法，该法是基于纳米粒子表面存在等电点，通过调节溶液的pH值使之与等电点相差最大时，就可以在纳米粒子的界面处形成类似的“双电层”结构，可增大纳米粒子分散的稳定性。

中国专利文献CN1563231A公开了一种可涂于玻璃，透明树脂，金属及水泥表面的纳米透明隔热复合涂料及其该涂料的隔热效果测试装置。涂料由聚氨酯树脂，聚硅氧烷树脂，聚丙烯酸树脂，纳米氧化铟锡(ITO)粉体，纳米氧化锡锑(ATO)粉体，涂料助剂和稀释剂等组成。该涂料具有附着力强，透明，屏蔽红外线隔热等特点，特别适于汽车玻璃和建筑玻璃上使用。