一種利用秸稈灰制備保溫涂料的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于建筑功能材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于秸稈灰綜合利用的介孔SiO2保溫隔熱環(huán)保涂料的制備。本發(fā)明主要研究了功能性填料對涂料保溫隔熱性能的影響，在涂料中加入秸稈灰和介孔SiO2材料，使涂料在可見光和紅外光區(qū)最大反射率高達(dá)90%以上。本發(fā)明不僅增強了外墻對太陽光的反射性能，同時也減少了外墻對太陽光的吸收，從而降低了建筑物的表溫度，達(dá)到了保溫隔熱的效果，而且該涂料以水作為溶劑，不含重金屬、無毒無污染、施工工藝簡單方便、性價比高，是一種環(huán)境友好型多功能節(jié)能環(huán)保涂料。
【專利說明】一種利用秸稈灰制備保溫涂料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)保涂料領(lǐng)域，具體涉及一種利用秸桿灰制備保溫涂料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的進步和經(jīng)濟社會的發(fā)展，能源和環(huán)境成為全社會日益矚目的兩大問題，從而對節(jié)能和環(huán)保提出更高的要求。世界能源需求量以每年2%的速度增長，而這些能源大約有30%能耗在建筑物上。在我國，建筑能耗連同圍護結(jié)構(gòu)材料生產(chǎn)能耗已占到全國能耗總量的27.6%，并將隨著人民生活水平的提高逐步增加到33%以上。需要注意的是，伴隨著我國城市化建設(shè)的推進，建筑能耗在社會商品能源總消費量所占的比例也將持續(xù)增加，對國民經(jīng)濟發(fā)展和人民的正常生活的影響日益突出。建筑業(yè)最終將超越工業(yè)、交通運輸業(yè)等行業(yè)居能耗的首位，建筑節(jié)能將成為提高社會能源使用效率的首要方面。[0003]高性能的建筑節(jié)能材料將成為解決建筑保溫節(jié)能的突破口，建筑節(jié)能材料中保溫涂料因經(jīng)濟、使用方便、環(huán)保和節(jié)能效果好等優(yōu)點而越來越受到人們的青睞，發(fā)展前景光明，將有望促進涂料市場和節(jié)能保溫材料應(yīng)用領(lǐng)域的拓展。保溫涂料技術(shù)的發(fā)展由以前的單一的、局部的、側(cè)重某一方面的保溫向一體化方向發(fā)展。隔熱保溫材料正經(jīng)歷著一場由工業(yè)隔熱保溫向建筑隔熱保溫的轉(zhuǎn)變，隔熱保溫涂料是隔熱材料的主要發(fā)展方向，也是建筑節(jié)能材料的發(fā)展方向。
[0004]建筑保溫隔熱涂料根據(jù)隔熱機理和隔熱方式的不同可分為阻隔型保溫隔熱涂料、反射型保溫隔熱涂料和輻射型保溫隔熱涂料三類。阻隔型保溫隔熱涂料是通過對熱傳遞的顯著阻抗性實現(xiàn)隔熱的涂料。反射型保溫隔熱涂科是通過選擇合適的樹脂、金屬或金屬氧化物顏填料及生產(chǎn)工藝來制得高反射率的涂層反射太陽熱，以達(dá)到隔熱的目的。輻射型保溫隔熱涂料是通過輻射的形式把建筑物吸收到的日照光線和熱量以一定的波長發(fā)散到空氣中，從而達(dá)到良好隔熱降溫效果的涂料。這三類涂料的隔熱機理不同，應(yīng)用場合和所得到的效果也各不相同。
[0005]秸桿是成熟農(nóng)作物莖葉(穗)部分的總稱，燒完后的灰分很難得到利用，對大氣層造成的污染也是可以想象的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種利用秸桿灰制備保溫涂料的方法。
[0007]本發(fā)明選用丙烯酸乳液作為涂料的成膜物質(zhì)(基料)；填料中的各成分的質(zhì)量比分別為:金紅石型欽白粉:稻桿灰:滑石粉:聞嶺土:硫Ife鎖=10:3:3:I:4.5,其中涂料的填料/基料質(zhì)量比為3:1 ;另外該涂料使用的助劑主要有成膜助劑、分散劑、潤濕劑、消泡劑、增稠劑和防凍劑等。
[0008]該涂料中選用介孔二氧化硅混合生物秸桿灰作為功能性填料。功能性填料中所述的生物秸桿灰有玉米秸桿灰和麥桿灰，其中玉米秸桿灰粒徑為5(Tl00nm，近似球形；麥桿灰粒徑40nm，實驗證明玉米秸桿灰比麥桿灰的保溫隔熱效果更好。[0009]所述的介孔二氧化硅粒徑小，顆粒表面覆蓋有許多介孔，具有很高的孔體積和高的比表面積，而且介孔材料具有很強的界面反射性能。
[0010]本發(fā)明制定了一種保溫隔熱涂料填料的制備方法，該方法包括以下步驟:
(1)稱量分散劑0.4份、潤濕劑0.2份、防凍劑0.1份后加入水中預(yù)混和，攪拌15min，然后再加入9份金紅石型鈦白粉、3份滑石粉、1份高嶺土、4份重晶石粉、3份玉米秸桿灰和2份介孔SiO2，分散20 min得到漿料I，在攪拌的過程中，如產(chǎn)生氣泡可加入適量消泡劑以消除攪拌過程中產(chǎn)生的氣泡；
(2)稱量30份丙烯酸乳液，加入2份成膜助劑，攪拌15min得到漿料2；
(3)在攪拌下，將漿料I倒入漿料2中，攪拌混合均勻，并滴加少量氨水至pHf10，即配制成保溫隔熱涂料。
[0011]上述過程中，所述原料的份數(shù)都是稱取的，意味著所述的份數(shù)都是質(zhì)量份。
[0012]上述制備方法中，步驟(1)中的秸桿灰需要經(jīng)過一定的熱處理工藝，具體為馬弗爐800°C保溫10小時左右；步驟(1)中所述的介孔SiO2是通過溶膠-凝膠法，以P123模板劑作為模板，正硅酸四乙酯作為硅源，經(jīng)過攪拌、陳化、過濾、洗滌，然后在550 °C下焙燒6h,去除模板劑制得的。
[0013]本發(fā)明的涂料優(yōu)選以上述介孔二氧化硅混合秸桿灰為主要功能性填料，優(yōu)化隔熱涂料配方后得到最優(yōu)配比為:純丙烯酸乳液30g、金紅石型鈦白粉9g、重晶石粉4g、高嶺土lg、滑石粉3g、介孔二氧化硅2g、秸桿灰3g、各種助劑5g、水30g。
[0014]該保溫隔熱涂料中所選的助劑`為本領(lǐng)域比較常規(guī)的各種助劑，其中成膜助劑為十二碳醇酯，分散劑為DA-202，潤濕劑為PE-100，增稠劑為HYT-90，消泡劑為NXZ，防凍劑為
丙二醇。
[0015]本發(fā)明方法制備的涂料不僅增強了外墻對太陽光的熱反射性能，減少了外墻對太陽光熱輻射的吸收，從而降低了建筑物的表溫度，達(dá)到了隔熱節(jié)能的效果，而且該涂料以水作為溶劑，不含重金屬、無毒無污染、施工工藝簡單方便、性價比高。
[0016]本發(fā)明方法綜合利用秸桿灰作為功能性填料制備出涂料既可以防止對環(huán)境，尤其是空氣的灰塵污染，又可以提高涂料的保溫隔熱效果，將是一種具有很好應(yīng)用前景的環(huán)保涂料，具有良好的經(jīng)濟和社會效益，符合國家鼓勵發(fā)展節(jié)能、節(jié)地、利廢的新型墻體材料的政策方向。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1保溫隔熱涂料的制備工藝流程圖。
[0018]圖2是四種不同配方涂料的反射圖譜。
[0019]圖3是自制的隔熱性能測試裝置。
[0020]圖4是太陽熱反射模擬裝置。
【具體實施方式】
[0021]下面采用實施例的方式對本發(fā)明的秸桿灰和介孔二氧化硅為填料的保溫隔熱涂料及其制備方法作進一步說明，但本發(fā)明并不局限于這些實施例。
[0022]實施例1制備不加任何功能性填料的空白樣涂料首先，將0.4g分散劑、0.2g潤濕劑和0.1g防凍劑加入30g水中磁力攪拌(500r/m)預(yù)混和15min，然后再向溶液中慢慢加入9g金紅石型鈦白粉、3g滑石粉、Ig高嶺土、4g重晶石粉等填料，磁力攪拌(2000r/m)分散約20 min得到楽；料I,在攪拌的過程中,加入1^2滴消泡劑以消除攪拌過程中產(chǎn)生的氣泡；另一方面，在30g丙烯酸乳液中加入2g成膜助劑后磁力攪拌(500r/m) 15min得到衆(zhòng)料2 ;最后在磁力攪拌(500r/m)的條件下，將衆(zhòng)料I倒入已經(jīng)混合均勻的漿料2中，加入2^3ml增稠劑調(diào)節(jié)漿料的黏度，并滴加f 2滴的消泡劑和氨水使溶液呈弱堿環(huán)境PHf 10，攪拌混合均勻，即配制成保溫隔熱涂料。然后采用涂刷的涂裝方式制備樣板，測試涂料的一般性能和保溫隔熱性能。
[0023]實施例2制備只加玉米秸桿灰作為功能性填料的涂料
首先，將0.4g分散劑、0.2g潤濕劑和0.1g防凍劑加入30g水中磁力攪拌(500r/m)預(yù)混和15min，然后再向溶液中慢慢加入9g金紅石型鈦白粉、3g滑石粉、Ig高嶺土、4g重晶石粉、3g玉米稻桿灰,磁力攪拌(2000r/m)約20 min得到衆(zhòng)料1,在攪拌的過程中，加入1^2滴消泡劑以消除攪拌過程中產(chǎn)生的氣泡；另一方面，在30g丙烯酸乳液中加入2g成膜助劑后磁力攪拌(500r/m) 15min得到衆(zhòng)料2 ;最后在磁力攪拌(500r/m)的條件下，將衆(zhòng)料I倒入已經(jīng)混合均勻的漿料2中，加入2~3ml增稠劑調(diào)節(jié)漿料的黏度，并滴加廣2滴的消泡劑和氨水使溶液呈弱堿環(huán)境PHf 10，攪拌混合均勻，即配制成保溫隔熱涂料。然后采用涂刷的涂裝方式制備樣板，測試涂料的一般性能和保溫隔熱性能。
[0024]實施例3制備稻桿灰作為功能性填料的涂料
首先，將0.4g分散劑、0.2g潤濕劑和0.1g防凍劑加入30g水中磁力攪拌(500r/m)預(yù)混和15min，然后再向溶液中慢慢加入9g金紅石型鈦白粉、3g滑石粉、Ig高嶺土、4g重晶石粉、3g稻桿灰，磁力攪拌(2000r/m)約20 min得到漿料1，在攪拌的過程中，加入1-2滴消泡劑以消除攪拌過程中產(chǎn)生的氣泡；另一方面，在30g丙烯酸乳液中加入2g成膜助劑后磁力攪拌(500r/m)攪拌15min得到衆(zhòng)料2 ;最后在磁力攪拌(500r/m)的條件下，將衆(zhòng)料I倒入已經(jīng)混合均勻的漿料2中，加入2~3ml增稠劑調(diào)節(jié)漿料的黏度，并滴加廣2滴的消泡劑和氨水使溶液呈弱堿環(huán)境PHf 10，攪拌混合均勻，即配制成保溫隔熱涂料。然后采用涂刷的涂裝方式制備樣板，測試涂料的一般性能和保溫隔熱性能。
[0025]實施例4制備含有介孔二氧化鈦混合秸桿灰填料的隔熱涂料
首先，將0.4g分散劑、0.2g潤濕劑和0.1g防凍劑加入30g水中磁力攪拌(500r/m)預(yù)混和15min，然后再向溶液中加入9g金紅石型鈦白粉、3g滑石粉、1g高嶺土、4g重晶石粉、3g玉米稻桿灰和2g介孔SiO2,磁力攪拌(2000r/m) 20 min得到衆(zhòng)料1,在攪拌的過程中，加入1-2滴消泡劑以消除攪拌過程中產(chǎn)生的氣泡；另一方面，在30g丙烯酸乳液中加入2g成膜助劑后磁力攪拌(500r/m) 15min得到衆(zhòng)料2 ;最后在磁力攪拌(500r/m)的條件下，將衆(zhòng)料I倒入已經(jīng)混合均勻的漿料2中，加入2^3ml增稠劑調(diào)節(jié)漿料的黏度，并滴加f 2滴的消泡劑和氨水使溶液呈弱堿環(huán)境PHf 10，攪拌混合均勻，即配制成保溫隔熱涂料。然后采用涂刷的涂裝方式制備樣板，測試涂料的一般性能和保溫隔熱性能。
[0026]圖2分別為四實施例制得的四種配方的涂料A、B、C、D的反射圖譜。A為不加任何功能性填料的空白樣是單加玉米秸桿灰作為功能性填料的涂料；C為單加稻桿灰作為功能性填料的涂料；D為加入玉米秸桿灰和介孔SiO2作為功能性填料的涂料。
[0027]將分析樣品和標(biāo)準(zhǔn)樣品以相同濃度配制在同一溶劑中，在同一條件下利用紫外/可見/紅外分光光度計分別測試其反射光譜圖，如圖2所示，由反射圖譜可以看出，未加任何填料所制備的隔熱涂料的熱反射率最小，約為65%，使用本發(fā)明制得的介孔二氧化硅混合玉米秸桿灰提高了涂料的利用率和熱反射率，利用其作為填料制備的隔熱涂料的最大熱反射率超過了 90%，平均熱反射率達(dá)85%。
[0028]圖3為自制的保溫隔熱性能測試裝置，裝置主體是一個尺寸為120mmX IOOmmX 50mm的長方體箱體,箱體的六個面中，除上表面外的另外五個表面都是用聚苯乙烯泡沫塑料制成的，而上表面用來放置涂布有保溫隔熱涂料的試板。箱體正上方懸掛一盞275W紅外燈做為熱源，紅外燈垂直照射涂膜試板上，并在箱體內(nèi)外各放一只溫度計用來測量隔熱涂料內(nèi)外涂層的溫度差。
[0029]根據(jù)自制的隔熱性能測試裝置，可以很直觀的通過箱體內(nèi)外的溫度差來反映涂層的保溫隔熱性能，通過四種配方的涂料試樣對比，不加任何功能性填料的試樣，箱內(nèi)外溫差最小，為44°C，隔熱性能不好；只加玉米桿灰的涂料箱內(nèi)外平均溫差達(dá)58°C，隔熱性能比空白樣好；只加稻桿灰的涂料其箱內(nèi)外平均溫差為55°C，隔熱性能介于空白樣和玉米秸桿灰涂料之間；加入玉米秸桿灰和介孔SiO2作為功能性填料的涂料內(nèi)外溫度差最大，達(dá)到了66°C，保溫隔熱性能最好。
[0030]圖4為自制的太陽熱反射模擬裝置，測試了加入不同功能性填料的涂料的保溫隔熱性能，該裝置的使用步驟如下:
(1)首先將兩塊噴涂黑瓷漆的樣板平行放置到聚苯乙烯泡沫上，漆面朝上，兩樣板間距5cm,并放置在紅外燈的正下方；
(2)然后打開紅外燈，照射涂有黑漆的2塊樣板，調(diào)節(jié)紅外燈與樣板之間的垂直距離，使兩塊黑樣板在30min平均溫度達(dá)到87.8°C ；
(3)等待兩塊黑板達(dá)到平衡溫度以后，撤走右邊的一塊黑樣板，換上涂布保溫隔熱涂料的待測樣板；
(4)經(jīng)過大約15min左右，待兩塊樣板的溫度重新達(dá)到平衡之后，記錄平衡時待測樣板的溫度；
(5)如果有多組樣品，只需要按照前面的步驟重復(fù)測量即可。 [0031](6)將樣板平衡時的溫度與美國軍標(biāo)規(guī)定的溫度-反射率對應(yīng)值進行對比可以推斷出該涂料的發(fā)射率。
[0032]結(jié)果涂刷A樣品的樣板溫度為65.2V ;涂刷B樣品的樣板溫度為61.2°C ;涂刷C樣品的樣板溫度為62.7V ;涂刷D樣品的樣板溫度為58.5°C。可見，加入玉米秸桿灰和介孔SiO2作為功能性填料的涂料的保溫隔熱性能最好，其次是加入玉米秸桿灰和稻桿灰作功能性填料的涂料。
【權(quán)利要求】
1.一種保溫隔熱涂料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)稱量分散劑0.4份、潤濕劑0.2份、防凍劑0.1份后加入水中預(yù)混和，攪拌15min，然后再加入9份金紅石型鈦白粉、3份滑石粉、1份高嶺土、4份重晶石粉、3份玉米秸桿灰和2份介孔SiO2，分散20 min得到漿料I，在攪拌的過程中，如產(chǎn)生氣泡可加入適量消泡劑以消除攪拌過程中產(chǎn)生的氣泡； (2)稱量30份丙烯酸乳液，加入2份成膜助劑，攪拌15min得到漿料2； (3)在攪拌下，將漿料I倒入漿料2中，攪拌混合均勻，并滴加少量氨水至pHf10，即配制成保溫隔熱涂料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中的秸桿灰是秸桿在馬弗爐800°C保溫10小時得到。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中所述的介孔SiO2是通過溶膠-凝膠法，以P123模板劑作為模板，正硅酸四乙酯作為硅源，經(jīng)過攪拌、陳化、過濾、洗滌，然后在550 °C下焙燒6 h，去除模板劑制得的。
【文檔編號】C09D133/00GK103834250SQ201410107751
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月21日
【發(fā)明者】劉啟明, 柯敢, 陳雅娟 申請人:武漢大學(xué)