一种透明智能隔热涂料及其制备方法和应用技术

一种透明智能隔热涂料及其制备方法和应用，取均匀分散的二氧化钒纳米颗粒浆料、有机钛前驱体、表面活性剂分散于含有抑制剂的稀释溶液中搅拌熟化，制得改性二氧化钒纳米颗粒溶液；取改性二氧化钒纳米颗粒溶液、聚合物或陶瓷涂料及助剂混入稀释剂中搅拌混合，制得智能隔热涂料；将智能隔热涂料涂覆于清洁的基底表面，室温固化后，即可得到高性能的透明智能隔热涂层。本发明专利技术所制备的涂层具有高的可见光透过率、高的红外光调节率，且涂层硬度高、附着力好、耐久性优异，可用于建筑玻璃、汽车玻璃及轨道混凝土等表面。

【技术实现步骤摘要】
一种透明智能隔热涂料及其制备方法和应用
本专利技术属于材料表面处理领域，具体涉及一种透明智能隔热涂料及其制备方法和应用。
技术介绍
随着工业化进程的不断推进及经济的高速发展，人们的生活质量和审美观念不断提升，城市高楼、大型建筑等越来越多的选用大面积的玻璃幕墙。但是由于普通玻璃散热、耗能严重，室内空调和暖气被广泛的使用，用以维持舒适的工作和生活环境。据统计，建筑能耗占社会总能耗的30%左右，而其中为维持建筑内居住舒适性所使用能耗约占建筑总能耗的50%。因此，开发和使用具有新型结构及特性的功能玻璃以增强其表面的隔热性能、降低能源消耗，具有不言而喻的经济和社会价值。二氧化钒作为一种典型的热致相变材料，可以自发的在68℃附近发生一种可逆的半导体至金属态的相变，同时伴随着光学性质的显著变化。随着温度的增加，VO2逐渐转变为金属态，其红外光透射率会大幅降低，而这一转变并不会改变VO2对可见光的透射率性能。这一特征使得VO2成为智能窗材料的首选。但是其大规模化商业生产与应用仍存在一些问题亟待解决，这其中包括：VO2涂层较低的可见光透过率(Tlum)，低于70%无法满足建筑内部采光需要；VO2涂层对太阳光的调节效率(∆Tsol)低于15%，使得智能窗不能达到很好的节能效果。在关于VO2基智能隔热涂层的文献报道中，中国专利技术（CN105712402）采用溶剂热法在200℃下制备出了结晶二氧化钛层包裹的二氧化钒颗粒，该方法制备的涂层可见光透过率大于70%，但是其太阳能调节率低于15%。该方法制备的涂层仅通过颗粒在玻璃基底表面的自沉积形成，其膜层附着力不足、耐磨性差，而且需要高温处理，难以推向实际应用。中国专利技术（CN105482539）提出了一种纳米二氧化钒粉体油性涂料的制备方法，虽然该方法工艺简单，但是其仅对二氧化钒粉体进行了简单的研磨处理，并不能使亲水性的二氧化钒粉体均匀分散在油性树脂中。同时，该涂料为油性涂料，在使用过程中必然会产生VOC排放，造成环境污染。虽然多种方法被用来改善VO2涂层的光学性能和耐久性，但是这些方法仍存在对提高VO2涂层可见光透过率和太阳光调节效率的程度有限，仍难以满足建筑节能玻璃需求；在改善VO2涂层光学性能的同时，难以兼顾到涂层的其他性能，涂层存在界面结合力低、耐磨性差等问题；大多需要高温及气氛环境、设备仪器昂贵、工艺复杂且不适合现场操作，难以实现VO2涂层的大面积制备；而且，随着人们环保意识的提高，溶剂型涂料的应用范围受限，水性涂料以其无毒、零VOC排放将成为绿色涂料发展的最终目标。
技术实现思路
解决的技术问题：针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种透明智能隔热涂料及其制备方法和应用，所述方法采用核壳结构及聚合物辅助沉积技术结合，制备出的涂层具有优异的光学性能，其可见光透过率大于70%、红外光调节率大于15%，不仅可满足建筑玻璃及交通玻璃等的透光及隔热要求，而且可满足桥梁、外墙及轨道混凝土的智能隔热需求；通过添加抑制剂和调节改性温度，可以实现水性涂料的配制且制备工艺简单，涂料可室温固化、无毒及零VOC排放；制备的涂层不仅具有高的硬度及附着力，而且涂层制备简单、易操作，适合于大规模工业化生产及现场施工。技术方案：一种透明智能隔热涂料的制备方法，包含如下步骤：（1）改性二氧化钒纳米颗粒溶液配制：取二氧化钒纳米颗粒浆料0.5-5份与有机钛前驱体0.2-1份混合搅拌，在搅拌过程中加入70-100份混有0-3份抑制剂的稀释溶液以及0.2-1份表面活性剂，反应温度为25-80℃，连续机械搅拌5-8h，静置熟化1-2天，获得二氧化钛壳层包裹的改性二氧化钒纳米颗粒溶液；（2）智能隔热涂料的配制：取步骤（1）所配制改性二氧化钒纳米颗粒溶液30-70份与聚合物或陶瓷涂料10-20份、分散剂1-2份、增稠剂1-5份、流平剂1-2份、附着力促进剂1-2份及稀释剂20-60份混合，搅拌1-2h，获得智能隔热涂料；优选的，上述步骤（1）中二氧化钒纳米粒颗浆料的质量浓度为20%，溶剂为乙醇，浆料中均匀分散的二氧化钒纳米颗粒粒径为30-200nm；有机钛前驱体为钛酸四丁酯或钛酸四异丙酯；抑制剂为乙酰丙酮、二乙醇胺或三乙醇胺；稀释溶液为4-10份去离子水与70-80份有机溶剂的混合液或去离子水，所述有机溶剂为乙醇、异丙醇、乙二醇、甲醇或乙酸乙酯；表面活性剂为杜邦FS-61、杜邦FS-3100、毕克BYK154和毕克BYK180中的至少一种。优选的，上述步骤（2）中聚合物为聚乙烯醇缩丁醛、聚氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚氨基甲酸酯、水性氟碳树脂、水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂和水性硅丙乳液中的至少一种；陶瓷涂料为30-40份纳米二氧化硅粉体、2-5份毕克BYK410防沉剂、20-40份水性环氧树脂和10-20份聚氨酯改性环氧固化剂混合搅拌制得；稀释剂为乙醇、异丙醇、甲醇、丙三醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯或去离子水；分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、毕克BYK162、毕克BYK110和毕克BYK163中的至少一种；增稠剂为聚氨酯增稠剂、聚丙烯酸钠、毕克BYK428、毕克BYK410、羟乙基纤维素、聚乙烯醇和黄原胶中的至少一种；流平剂为毕克BYK333、毕克BYK345、毕克BYK300、毕克BYK306和毕克BYK370中的至少一种；附着力促进剂为毕克BYK-4500、毕克BYK-4510和硅烷偶联剂KH-550中的至少一种。上述方法制得的透明智能隔热涂料。上述涂料在制备透明智能隔热涂层中的应用。上述应用具体步骤为：将涂料涂覆于清洁基底表面，室温放置1-2h使表面固化，即得到高性能的智能隔热涂层；所述基底为玻璃或混凝土；所述涂覆方式为喷涂、浸涂、刷涂或滚涂。上述应用制得的透明智能隔热涂层，（1）涂层外观平整光滑、颜色均匀，无气孔、凹陷、凸起及针眼，厚度为1-50微米；（2）涂层铅笔硬度不低于3H、附着力为0级；（3）涂层可见光透过率不低于70%，室温红外光阻隔率不低于30-35%；（4）在环境温度不低于50℃时，涂层可见光透过率基本不变，红外光阻隔率不低于50%，红外光调节率不低于15%；（5）在30-60℃温度环境下，单面涂覆所述透明智能隔热涂层的内外两侧隔热温差不低于7℃；（6）在水、酸性及碱性溶液中浸泡168h，涂层性能无变化。有益效果：（1）本专利技术通过在二氧化钒纳米颗粒表面包裹TiO2壳层，调节VO2纳米颗粒的折射率使其与聚合物基质相匹配，减少不必要的反射，增加涂层的可见光透过率；同时，TiO2具有稳定的化学性质，可以有效地保护VO2纳米颗粒避免被氧化，提高涂层稳定性。（2）本专利技术选用氟碳表面活性剂或有机硅表面活性剂对VO2@TiO2颗粒进行接枝改性，极大地提高了VO2颗粒在聚合物中的分散性；而且由于憎水性的长链氟碳分子或长链烷基的存在，使制备出的涂料成膜性好，涂层耐水性、抗氧化性能优异，保证了VO2纳米颗粒不易被氧化，可以有效地阻隔红外光，实现长久智能隔热。（3）本专利技术使用聚合物辅助沉积的方法，通过改性颗粒与聚合物形成梯度折射率，降低涂层体系的反射实现协同增透；同时，选用的聚合物易本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种透明智能隔热涂料的制备方法，其特征在于包含如下步骤：/n（1）改性二氧化钒纳米颗粒溶液配制：取均匀分散的二氧化钒纳米颗粒浆料0.5-5份与有机钛前驱体0.2-1份混合搅拌，在搅拌过程中加入70-100份混有0-3份抑制剂的稀释溶液以及0.2-1份表面活性剂，反应温度为25-80℃，连续机械搅拌5-8h，静置熟化1-2天，获得二氧化钛壳层包裹的改性二氧化钒纳米颗粒溶液；/n（2）智能隔热涂料的配制：取步骤（2）所配制改性二氧化钒纳米颗粒溶液30-70份与聚合物或陶瓷涂料10-20份、分散剂1-2份、增稠剂1-5份、流平剂1-2份、附着力促进剂1-2份及稀释剂20-60份混合，搅拌1-2h，获得智能隔热涂料。/n

【技术特征摘要】
1.一种透明智能隔热涂料的制备方法，其特征在于包含如下步骤：
（1）改性二氧化钒纳米颗粒溶液配制：取均匀分散的二氧化钒纳米颗粒浆料0.5-5份与有机钛前驱体0.2-1份混合搅拌，在搅拌过程中加入70-100份混有0-3份抑制剂的稀释溶液以及0.2-1份表面活性剂，反应温度为25-80℃，连续机械搅拌5-8h，静置熟化1-2天，获得二氧化钛壳层包裹的改性二氧化钒纳米颗粒溶液；
（2）智能隔热涂料的配制：取步骤（2）所配制改性二氧化钒纳米颗粒溶液30-70份与聚合物或陶瓷涂料10-20份、分散剂1-2份、增稠剂1-5份、流平剂1-2份、附着力促进剂1-2份及稀释剂20-60份混合，搅拌1-2h，获得智能隔热涂料。


2.根据权利要求1所述透明智能隔热涂料的制备方法，其特征在于所述步骤（1）中二氧化钒纳米粒颗浆料的质量浓度为20%，溶剂为乙醇，浆料中均匀分散的二氧化钒纳米颗粒粒径为30-200nm；有机钛前驱体为钛酸四丁酯或钛酸四异丙酯；抑制剂为乙酰丙酮、二乙醇胺或三乙醇胺；稀释溶液为4-10份去离子水与70-80份有机溶剂的混合液或去离子水，有机溶剂为乙醇、异丙醇、乙二醇、甲醇或乙酸乙酯；表面活性剂为杜邦FS-61、杜邦FS-3100、毕克BYK154和毕克BYK180中的至少一种。


3.根据权利要求1所述透明智能隔热涂料的制备方法，其特征在于所述步骤（2）中聚合物为聚乙烯醇缩丁醛、聚氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚氨基甲酸酯、水性氟碳树脂、水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂和水性硅丙乳液中的至少一种；陶瓷涂料为30-40份纳米二氧化硅粉体、2-5份毕克BYK410防沉剂、20-...

【专利技术属性】
技术研发人员：张友法，宋锴星，余新泉，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32