一种反射隔热涂层及其制备方法与流程

1.本发明涉及新材料技术领域，具体为一种反射隔热涂层及其制备方法。


背景技术：

2.涂层能够改变材料表面的成分以及组织结构，从而被广泛应用于各个产业，大多数涂层技术应用在微电子、传感器、航空航天等产业，而本发明所制备的反射隔热涂层应用到沙漠行走时所穿戴的衣物上，沙漠中的环境恶劣，有害蛇虫过多，而穿戴上这种衣物能够快速适应沙漠里的干燥环境，并且有效让有害蛇虫远离人类，还能吸收大气中的水分子，使人感受到湿润感，当沙漠中温度过高时，有效隔离热源且具有阻燃性能。因此，设计具有吸水性和抗菌驱虫的反射隔热涂层是很有必要的。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种反射隔热涂层及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种反射隔热涂层及其制备方法，包括以下重量份数的原料：
5.70～100份硅氧烷改性醇酸树脂、10～15份助剂。
6.优选的，所述硅氧烷改性醇酸树脂包括改性聚硅氧烷、改性醇酸树脂。
7.优选的，所述改性聚硅氧烷是将羟基聚醚聚二甲基硅氧烷与双氰胺反应经五氧化二磷酯化而成。
8.优选的，所述改性醇酸树脂是通过三羟甲基丙烷和豆油的醇解反应，将豆油羟基化生成甘油单酯，然后与聚酰胺进行酯化反应合成植物油基聚酯多元醇后，再和异佛尔酮二异异氰酸酯进行缩聚反应，合成改性醇酸树脂。
9.优选的，所述固化剂为乙烯基三胺、间苯二胺中的一种。
10.本发明第二方面提供一种反射隔热涂层及其制备方法，包括以下具体步骤：
11.(1)改性聚硅氧烷的制备：将羟基聚醚聚二甲基硅氧烷与双氰胺反应经五氧化二磷酯化成改性聚硅氧烷；
12.(2)植物油基聚酯多元醇的制备：通过三羟甲基丙烷和豆油的醇解反应，将豆油羟基化生成甘油单酯，然后与聚酰胺进行酯化反应扩大分子量和增长分子链，合成植物油基聚酯多元醇；
13.(3)改性醇酸树脂的制备：将植物油基聚酯多元醇和异佛尔酮二异异氰酸酯进行缩聚反应，将异氰酸酯嵌接入醇酸树脂里，合成改性醇酸树脂；
14.(4)反射隔热涂层的制备：将改性聚硅氧烷、改性醇酸树脂、固化剂间苯二胺和磺酸离子一起加热搅拌反应制得反射隔热涂层。
15.优选的，所述步骤(1)中：将氨丙基三乙氧基硅烷和去离子水按质量比1:4～1:5在烧瓶里冰水浴，滴加稀醋酸调节ph至4～5，均匀搅拌20～30min，使其水解，得无色透明液体
a，逐渐升温至室温，在无色透明液体a中加入氨丙基三乙氧基硅烷质量0.1～0.2倍的氢氧化钠溶液调节ph至8～9，再加入氨丙基三乙氧基硅烷质量 0.03～0.05倍的缓冲剂碳酸钙保护硅羟基，进行缩聚反应，反应时间2～2.5小时，得乳白色液体b，往乳白色液体b里加入2～3倍的双氰胺，在三口烧瓶里将无色透明液体a和乳白色液体b混合搅拌均匀，用铁架将其固定在恒温水浴锅中，锅中温度保持在50～60℃，在氮气保护下冷凝回流50～60min，往里加入氨丙基三乙氧基硅烷质量3～4倍的五氧化二磷，反应过程中不断搅拌50～60min，挥发杂质后得改性聚硅氧烷。
16.优选的，所述步骤(2)中：在氮气保护下，向装有冷凝管、搅拌器和温度计的四口烧瓶里依次按质量比2:2:1～3:3:1加入植物油、三羟甲基丙烷和氢氧化锂，缓慢升温至230～240℃进行反应，直至温度下降到150～160℃时，往里加入按质量比1:0.5:0.05～ 1:0.1:0.01的邻苯二甲酸酐、有机锡和二甲苯，同时加装分水器以除去酯化反应生成的水，缓慢升温至230～240℃，保温，当体系酸值为5～10mgkoh/g时停止加热，减压蒸馏去除残留的二甲苯，得到植物油基聚酯多元醇。
17.优选的，所述步骤(3)中：将温度控制在70～80℃下，把异佛尔酮二异异氰酸酯、二月桂酸丁基锡、丁二醇、二羟甲基丙酸按质量比3:1:1:0.5～5:1:1:0.5混合搅拌均匀，再和植物油基聚酯多元醇混合搅拌直至溶解，降温至50～60℃下时，加异佛尔酮二异异氰酸酯质量0.3～0.5倍的丙酮来降低聚合物的黏度，将反应物转置于分散桶中，边高速搅拌边加入扩链，减压蒸馏脱除丙酮后得改性醇酸树脂。
18.优选的，所述步骤(4)中：将改性聚硅氧烷和改性醇酸树脂按质量比2:3～2:5混合搅拌均匀，加入改性醇酸树脂质量的0.1～0.3 倍的磺酸离子继续搅拌，将其转置于分散桶中，高速搅拌的同时去除残留的杂质，再经固化剂间苯二胺固化后得反射隔热涂层。
19.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
20.本发明制备的反射隔热涂层应用到行走沙漠时所穿的棉织物衣物上。
21.首先将羟基聚醚聚二甲基硅氧烷与双氰胺反应经五氧化二磷酯化成改性聚硅氧烷，当遇到温度过高发生自燃时，改性聚硅氧烷中的磷酰基能够在燃烧过程中分解生成的聚磷酸对棉纤维素有很强的磷酰化作用，使棉纤维素形成了粘流层，有绝热效果，改性聚硅氧烷中的聚硅氧烷热解生成了无定形的二氧化硅和玻璃态炭，在热量的作用下形成外表致密、内部疏松的膨胀型残炭层，在火焰中有吹胀作用，使棉纤维素纤维发生膨化，形成焦炭，以此起到隔热作用，提高棉织物面料的热稳定性，促进成炭，提高阻燃性。
22.然后通过三羟甲基丙烷和豆油的醇解反应，将豆油羟基化生成甘油单酯，然后与聚酰胺进行酯化反应扩大分子量和增长分子链，合成植物油基聚酯多元醇，然后和异佛尔酮二异异氰酸酯进行缩聚反应，将异氰酸酯嵌接入醇酸树脂里，合成改性醇酸树脂，再用改性聚硅氧烷对改性醇酸树脂进行改性得硅氧烷改性醇酸树脂。
23.植物油基聚酯多元醇中含有大量的不饱和脂肪酸链，脂肪酸中的不饱和碳碳双键可以与空气发生氧化作用形成氢过氧化物，氢过氧化物分解产生烷基自由基，烷基自由基之间相互作用，使得分子间相互结合，从而形成大分子网状结构，能够增强改性醇酸树脂的韧性，提高耐磨性，并且改性醇酸树脂侧链不饱和脂肪酸吸氧交联后，改性醇酸树脂软硬段间也能形成较为密集的交联结构，提高了改性醇酸树脂的耐热性，而改性聚硅氧烷和改性醇酸树脂的相容性较好，能够促进体系的微相分离，有利于加强硅氧烷改性醇酸树脂硬段
间的氢键作用，有利于体系形成更好的物理交联结构，致使拉伸强度增大，提高韧性，尤其是在高温情况下硅氧烷改性醇酸树脂软段间的交联结构易被打破，热分解速率开始增大，呈现出良好的耐热性，当硅氧烷改性醇酸树脂的交联度越大时，体系交联密度的结构会使乳胶粒在成膜时相互融合性较差，导致胶膜致密性呈下降，水分子反而容易入侵，制得的涂层能够有效吸附空气中的水分子，使人在沙漠行走时身体不会缺水，反而感到凉爽滋润，且硅氧烷改性醇酸树脂中还含有大量的亲水性醚键，也能够有效提高树脂的吸水性。
24.用磺酸离子交换改性醇酸树脂，改性醇酸树脂中的氢离子能够和改性聚硅氧烷中甲基相连的碳原子带有正电荷，在与季碳原子键断裂时，改性醇酸树脂中另一个氢离子又能使该碳原子带正电荷，在吸水的同时与水化合，放出氢离子，能够生成萜二醇，萜二醇中与甲基相连的羟基在树脂里催化生成松油醇，且改性聚硅氧烷中的胍基又能和松油醇接枝，能够吸附带负电荷的微生物表面，阻碍细胞溶菌酶作用，使细胞表层结构变性而被破坏，抑制细菌的生长，达到抗菌效果，同时还能散发出特殊香气，驱使沙漠中虫子远离，保障人身安全。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.本发明提供技术方案：一种反射隔热涂层及其制备方法，包括以下重量份数的原料：
27.70～100份硅氧烷改性醇酸树脂、10～15份助剂。
28.优选的，所述硅氧烷改性醇酸树脂包括改性聚硅氧烷、改性醇酸树脂。
29.优选的，所述改性聚硅氧烷是将羟基聚醚聚二甲基硅氧烷与双氰胺反应经五氧化二磷酯化而成。
30.优选的，所述改性醇酸树脂是通过三羟甲基丙烷和豆油的醇解反应，将豆油羟基化生成甘油单酯，然后与聚酰胺进行酯化反应合成植物油基聚酯多元醇后，再和异佛尔酮二异异氰酸酯进行缩聚反应，合成改性醇酸树脂。
31.优选的，所述固化剂为乙烯基三胺、间苯二胺中的一种。
32.本发明第二方面提供一种反射隔热涂层及其制备方法，包括以下具体步骤：
33.(1)改性聚硅氧烷的制备：将羟基聚醚聚二甲基硅氧烷与双氰胺反应经五氧化二磷酯化成改性聚硅氧烷；
34.(2)植物油基聚酯多元醇的制备：通过三羟甲基丙烷和豆油的醇解反应，将豆油羟基化生成甘油单酯，然后与聚酰胺进行酯化反应扩大分子量和增长分子链，合成植物油基聚酯多元醇；
35.(3)改性醇酸树脂的制备：将植物油基聚酯多元醇和异佛尔酮二异异氰酸酯进行缩聚反应，将异氰酸酯嵌接入醇酸树脂里，合成改性醇酸树脂；
36.(4)反射隔热涂层的制备：将改性聚硅氧烷、改性醇酸树脂、固化剂间苯二胺和磺酸离子一起反应制得反射隔热涂层。
37.优选的，所述步骤(1)中：将氨丙基三乙氧基硅烷和去离子水按质量比1:4～1:5在烧瓶里冰水浴，滴加稀醋酸调节ph至4～5，均匀搅拌20～30min，使其水解，得无色透明液体a，逐渐升温至室温，在无色透明液体a中加入氨丙基三乙氧基硅烷质量0.1～0.2倍的氢氧化钠溶液调节ph至8～9，再加入氨丙基三乙氧基硅烷质量 0.03～0.05倍的缓冲剂碳酸钙保护硅羟基，进行缩聚反应，反应时间2～2.5小时，得乳白色液体b，往乳白色液体b里加入2～3倍的双氰胺，在三口烧瓶里将无色透明液体a和乳白色液体b混合搅拌均匀，用铁架将其固定在恒温水浴锅中，锅中温度保持在50～60℃，在氮气保护下冷凝回流50～60min，往里加入氨丙基三乙氧基硅烷质量3～4倍的五氧化二磷，反应过程中不断搅拌50～60min，挥发杂质后得改性聚硅氧烷。
38.优选的，所述步骤(2)中：在氮气保护下，向装有冷凝管、搅拌器和温度计的四口烧瓶里依次按质量比2:2:1～3:3:1加入植物油、三羟甲基丙烷和氢氧化锂，缓慢升温至230～240℃进行反应，直至温度下降到150～160℃时，往里加入按质量比1:0.5:0.05～ 1:0.1:0.01的邻苯二甲酸酐、有机锡和二甲苯，同时加装分水器以除去酯化反应生成的水，缓慢升温至230～240℃，保温，当体系酸值为5～10mgkoh/g时停止加热，减压蒸馏去除残留的二甲苯，得到植物油基聚酯多元醇。
39.优选的，所述步骤(3)中：将温度控制在70～80℃下，把异佛尔酮二异异氰酸酯、二月桂酸丁基锡、丁二醇、二羟甲基丙酸按质量比3:1:1:0.5～5:1:1:0.5混合搅拌均匀，再和植物油基聚酯多元醇混合搅拌直至溶解，降温至50～60℃下时，加异佛尔酮二异异氰酸酯质量0.3～0.5倍的丙酮来降低聚合物的黏度，将反应物转置于分散桶中，边高速搅拌边加入扩链，减压蒸馏脱除丙酮后得改性醇酸树脂。
40.优选的，所述步骤(4)中：将改性聚硅氧烷和改性醇酸树脂按质量比2:3～2:5混合搅拌均匀，加入改性醇酸树脂质量的0.1～0.3 倍的磺酸离子继续搅拌，将其转置于分散桶中，高速搅拌的同时去除残留的杂质，再经固化剂间苯二胺固化后得反射隔热涂层。
41.实施例1：一种反射隔热涂层一
42.一种反射隔热涂层及其制备方法，包括以下重量份数的原料：
43.70份硅氧烷改性醇酸树脂、10份助剂。
44.一种反射隔热涂层及其制备方法，包括以下具体步骤：
45.(1)改性聚硅氧烷的制备：将羟基聚醚聚二甲基硅氧烷与双氰胺反应经五氧化二磷酯化成改性聚硅氧烷；
46.(2)植物油基聚酯多元醇的制备：通过三羟甲基丙烷和豆油的醇解反应，将豆油羟基化生成甘油单酯，然后与聚酰胺进行酯化反应扩大分子量和增长分子链，合成植物油基聚酯多元醇；
47.(3)改性醇酸树脂的制备：将植物油基聚酯多元醇和异佛尔酮二异异氰酸酯进行缩聚反应，将异氰酸酯嵌接入醇酸树脂里，合成改性醇酸树脂；
48.(4)反射隔热涂层的制备：将改性聚硅氧烷、改性醇酸树脂、固化剂间苯二胺和磺酸离子一起反应制得反射隔热涂层。
49.优选的，所述步骤(1)中：将氨丙基三乙氧基硅烷和去离子水按质量比1:4在烧瓶里冰水浴，滴加稀醋酸调节ph至4，均匀搅拌 20min，使其水解，得无色透明液体a，逐渐升温至室温，在无色透明液体a中加入氨丙基三乙氧基硅烷质量0.1倍的氢氧化钠溶液调节 ph
至8，再加入氨丙基三乙氧基硅烷质量0.03倍的缓冲剂碳酸钙保护硅羟基，进行缩聚反应，反应时间2小时，得乳白色液体b，往乳白色液体b里加入2倍的双氰胺，在三口烧瓶里将无色透明液体a和乳白色液体b混合搅拌均匀，用铁架将其固定在恒温水浴锅中，锅中温度保持在50℃，在氮气保护下冷凝回流50min，往里加入氨丙基三乙氧基硅烷质量3倍的五氧化二磷，反应过程中不断搅拌50min，挥发杂质后得改性聚硅氧烷。
50.优选的，所述步骤(2)中：在氮气保护下，向装有冷凝管、搅拌器和温度计的四口烧瓶里依次按质量比2:2:1加入植物油、三羟甲基丙烷和氢氧化锂，缓慢升温至230℃进行反应，直至温度下降到 150℃时，往里加入按质量比1:0.5:0.05的邻苯二甲酸酐、有机锡和二甲苯，同时加装分水器以除去酯化反应生成的水，缓慢升温至230℃，保温，当体系酸值为5mgkoh/g时停止加热，减压蒸馏去除残留的二甲苯，得到植物油基聚酯多元醇。
51.优选的，所述步骤(3)中：将温度控制在70℃下，把异佛尔酮二异异氰酸酯、二月桂酸丁基锡、丁二醇、二羟甲基丙酸按质量比 3:1:1:0.5混合搅拌均匀，再和植物油基聚酯多元醇混合搅拌直至溶解，降温至50℃下时，加异佛尔酮二异异氰酸酯质量0.3倍的丙酮来降低聚合物的黏度，将反应物转置于分散桶中，边高速搅拌边加入扩链，减压蒸馏脱除丙酮后得改性醇酸树脂。
52.优选的，所述步骤(4)中：将改性聚硅氧烷和改性醇酸树脂按质量比2:3混合搅拌均匀，加入改性醇酸树脂质量的0.1倍的磺酸离子继续搅拌，将其转置于分散桶中，高速搅拌的同时去除残留的杂质，再经固化剂间苯二胺固化后得反射隔热涂层。
53.实施例2：一种反射隔热涂层二
54.一种反射隔热涂层及其制备方法，包括以下重量份数的原料：
55.100份硅氧烷改性醇酸树脂、15份助剂。
56.一种反射隔热涂层及其制备方法，包括以下具体步骤：
57.(1)改性聚硅氧烷的制备：将羟基聚醚聚二甲基硅氧烷与双氰胺反应经五氧化二磷酯化成改性聚硅氧烷；
58.(2)植物油基聚酯多元醇的制备：通过三羟甲基丙烷和豆油的醇解反应，将豆油羟基化生成甘油单酯，然后与聚酰胺进行酯化反应扩大分子量和增长分子链，合成植物油基聚酯多元醇；
59.(3)改性醇酸树脂的制备：将植物油基聚酯多元醇和异佛尔酮二异异氰酸酯进行缩聚反应，将异氰酸酯嵌接入醇酸树脂里，合成改性醇酸树脂；
60.(4)反射隔热涂层的制备：将改性聚硅氧烷、改性醇酸树脂、固化剂间苯二胺和磺酸离子一起反应制得反射隔热涂层。
61.优选的，所述步骤(1)中：将氨丙基三乙氧基硅烷和去离子水按质量比1:5在烧瓶里冰水浴，滴加稀醋酸调节ph至5，均匀搅拌 30min，使其水解，得无色透明液体a，逐渐升温至室温，在无色透明液体a中加入氨丙基三乙氧基硅烷质量0.2倍的氢氧化钠溶液调节 ph至9，再加入氨丙基三乙氧基硅烷质量0.05倍的缓冲剂碳酸钙保护硅羟基，进行缩聚反应，反应时间2.5小时，得乳白色液体b，往乳白色液体b里加入3倍的双氰胺，在三口烧瓶里将无色透明液体a 和乳白色液体b混合搅拌均匀，用铁架将其固定在恒温水浴锅中，锅中温度保持在60℃，在氮气保护下冷凝回流60min，往里加入氨丙基三乙氧基硅烷质量4倍的五氧化二磷，反应过程中不断搅拌60min，挥发杂质后得改性聚硅氧烷。
62.优选的，所述步骤(2)中：在氮气保护下，向装有冷凝管、搅拌器和温度计的四口烧瓶里依次按质量比3:3:1加入植物油、三羟甲基丙烷和氢氧化锂，缓慢升温至240℃进行反应，直至温度下降到 160℃时，往里加入按质量比1:0.1:0.01的邻苯二甲酸酐、有机锡和二甲苯，同时加装分水器以除去酯化反应生成的水，缓慢升温至240℃，保温，当体系酸值为10mgkoh/g时停止加热，减压蒸馏去除残留的二甲苯，得到植物油基聚酯多元醇。
63.优选的，所述步骤(3)中：将温度控制在80℃下，把异佛尔酮二异异氰酸酯、二月桂酸丁基锡、丁二醇、二羟甲基丙酸按质量比 5:1:1:0.5混合搅拌均匀，再和植物油基聚酯多元醇混合搅拌直至溶解，降温至60℃下时，加异佛尔酮二异异氰酸酯质量0.5倍的丙酮来降低聚合物的黏度，将反应物转置于分散桶中，边高速搅拌边加入扩链，减压蒸馏脱除丙酮后得改性醇酸树脂。
64.优选的，所述步骤(4)中：将改性聚硅氧烷和改性醇酸树脂按质量比2:5混合搅拌均匀，加入改性醇酸树脂质量的0.3倍的磺酸离子继续搅拌，将其转置于分散桶中，高速搅拌的同时去除残留的杂质，再经固化剂间苯二胺固化后得反射隔热涂层。
65.对比例1：
66.普通涂层的制备：将树脂和助剂加热混合搅拌均匀后，经固化剂固化后得普通涂层。
67.对比例2：
68.对比例2的处方组成同实施例1。该反射隔热涂层的制备方法与实施例1的区别仅在于不进行步骤(1)的制备，其余制备步骤同实施例1。
69.对比例3：
70.比例3的处方组成同实施例1。该反射隔热涂层的制备方法与实施例1的区别仅在于不进行步骤(3)的制备，其余制备步骤同实施例1。
71.试验例1
72.分别对实施例1、对比例1、对比例2进行阻燃性能的测试，控制周围环境的压强、空气流动，以相同程度的火焰进行烘烤，观察涂层破损程度如下：
[0073] 破损程度(％)实施例130％对比例180％对比例250％
[0074]
由上述数据可以看出，实施例1的破损程度最低，在高温情况下硅氧烷改性醇酸树脂软段间的交联结构易被打破，热分解速率开始增大，呈现出良好的耐热性，且当遇到温度过高发生自燃时，改性聚硅氧烷中的磷酰基能够在燃烧过程中分解生成的聚磷酸对棉纤维素有很强的磷酰化作用，使棉纤维素形成了粘流层，有绝热效果，改性聚硅氧烷中的聚硅氧烷热解生成了无定形的二氧化硅和玻璃态炭，在热量的作用下形成外表致密、内部疏松的膨胀型残炭层，在火焰中有吹胀作用，使棉纤维素纤维发生膨化，形成焦炭，以此起到隔热作用，提高棉织物面料的热稳定性，促进成炭，提高阻燃性。
[0075]
试验例2
[0076]
分别对实施例1、对比例1、对比例3进行吸水性能测试，在常温常压下，用相同质量、相同成分的水对上述三种涂层进行浸泡，测量数据如下：
[0077][0078][0079]
由上可以看出，实施例1的涂层吸水性最高，对比例2其次，对比例1最低，这是因为当硅氧烷改性醇酸树脂的交联度越大时，体系交联密度的结构会使乳胶粒在成膜时相互融合性较差，导致胶膜致密性呈下降，水分子反而容易入侵，制得的涂层能够有效吸附空气中的水分子，使人在沙漠行走时身体不会缺水，反而感到凉爽滋润，且硅氧烷改性醇酸树脂中还含有大量的亲水性醚键，也能够有效提高树脂的吸水性。
[0080]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0081]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。