一种回收乳白玻璃粉辐射制冷聚合物水泥涂料及其制备方法和应用

本发明涉及涂料组合物，尤其涉及一种回收乳白玻璃粉辐射制冷聚合物水泥涂料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、进入21世纪，随着工业和经济的快速发展，作为人类社会快速发展必不可少的物质基础的能源被过度消耗，导致能源储备严重短缺，其他形式的能源在短期内难以替代现有的常规能源，能源危机迫在眉睫。此外，在现实生活中，随着科技文明的进步，人们的环保意识日益增强，绿色节能、无污染逐渐成为工业生产乃至日常生活的首选标准。在能源结构中，建筑耗能占比很大，约占总耗能的40％。在建筑能耗结构中，采暖和制冷能耗最大，占总能耗的60％。特别在沿海地区，夏季制冷是建筑能耗的主要形式。目前，空调制冷仍是建筑中应用最广泛的制冷方式，随着生活水平的提高和空调的普及，空调的耗电量越来越大，在一些大城市，住宅空调用电量已高达总用电负荷的40％以上。在此背景下，探索低能耗的建筑制冷新材料和新方法具有重要意义。

2、全球气候变暖和能源危机成为限制人类发展的重要问题，其中节能减排是解决以上问题的重要途径。辐射制冷作为无耗能的制冷方式逐渐被研究者所关注，辐射能量到外层空间是维持地球温度的重要机制，辐射制冷的效率取决于物体表面的光谱发射率，通过调节表面发射率来提高效率，可成为一种重要的被动冷却方式，并可广泛应用于建筑物的温度调节、电子设备散热和太阳能电池的冷却。

3、但传统辐射制冷涂层缺少自我清洁功能，使得灰尘及污浊物质容易附着在辐射制冷涂层表面，因此降低了辐射制冷涂层的制冷效果。

4、为了解决这一技术问题，公开号为cn113025133a的中国发明专利公开了一种超疏水日间被动辐射制冷多孔膜及制备方法，制备方法包括以下步骤：(1)将无机纳米粒子分散于水中，配置成无机纳米粒子分散液；(2)向无机纳米粒子分散液中加入含氟基团改性剂，20～40℃下磁力搅拌15～24h，对无机纳米粒子进行改性，获得改性无机纳米粒子分散液；改性无机纳米粒子的粒径分布为50～1000nm；(3)将有机聚合物溶解于有机溶剂中，形成有机聚合物溶液；(4)将改性无机纳米粒子分散液加入到有机聚合物溶液中，分散均匀，形成前驱液；(5)将所述的前驱液涂覆在基材上，干燥，即得超疏水日间被动辐射制冷多孔膜。该发明的制备方法简单、成本低廉，制得的日间被动辐射制冷多孔膜具有超疏水自清洁能力。但该工艺的缺陷在于制备多孔膜的操作繁琐，且所受环境影响较大，对技术人员要求较高。

5、公开号为cn111574878a的中国发明专利则提供了一种多层辐射降温涂料及其制备方法，包括紫外反射面涂、可见光反射中涂和近红外反射底涂。其中紫外反射面涂含有紫外反射材料，可见光反射中涂含有可见光反射材料，近红外反射底涂含有近红外反射材料。该发明利用紫外反射面涂、可见光反射中涂和近红外反射底涂的协同作用，能够产生极高的太阳光反射率，实现0.23～2.5μm太阳辐射的超高反射率，工艺简单、成本低廉、适用于异形和平面，可用于居民建筑、商业建筑、工业厂房等场合，具有广阔的应用前景。但该发明性针对建筑设施的用途开发，在潮湿或水等环境下自清洁能力不足，具有一定的局限性。

6、公开号为cn110305539a的中国发明专利公开了一种日夜双效能辐射降温器及其制备方法，由宽光谱强反射型金属质底材及其表面涂覆的8～14μm红外强选择性辐射涂层组成；其中8～14μm红外强选择性辐射涂层由可见-红外透明聚合物和在8～14μm红外强选择性辐射活性纳米功能组合物组成，可见-红外透明聚合物质量含量为10％～80％；8～14μm红外强选择性辐射活性纳米功能组合物由纳米二氧化硅、稀土硅酸盐化合物和钼酸盐化合物按照质量比为1:0.5～2:0.5～2组成。该发明辐射降温器优异的太阳光反射和8～14μm高辐射特性，使其在日光照射和无日光照射条件下均能发挥高效的自主降温功能，可用于建筑物、粮油库、大功率电子设备、冷藏箱包等设施装置的零耗能降温冷却，具有潜在的巨大节能效果。该发明的辐射降温器依赖反射性金属质底材来达到高反射，应用成本较高，并且其自清洁能力亦有待提高，制约了该发明的进一步应用。

7、因此，采用成本低廉的方式制备具有自清洁性能及辐射制冷功能的涂层，用于温度调节、电子散热和太阳能电池冷却等领域以减少能源效果，具有重要意义。

技术实现思路

1、有鉴于现有技术的上述缺陷，在本发明的第一方面，提供了一种成本低廉、工艺操作便捷的辐射制冷聚合物水泥涂料的制备方法，包括如下步骤：

2、(1)溶液环境中存在氟化硅烷或巯基硅烷，乳白玻璃粉于此环境下进行进一步细化并以氟化硅烷或巯基硅烷对其改性，回收得到细化的改性乳白玻璃粉a；同样的，存在聚乙二醇硅烷或氨基硅烷时，则相应制得改性乳白玻璃粉b；

3、(2)硅藻土于溶液环境中进行细化，加入丁二烯单体及引发剂，在硅藻土中发生原位聚合以对其进行修饰，得到活化硅藻土；

4、(3)将所述活化硅藻土与乙烯基硅烷单体、丙烯酸酯单体、表面活性剂、稳定剂、引发剂、交联剂与水混合并反应，得到改性硅丙乳液；

5、(4)将所述改性乳白玻璃粉a、改性乳白玻璃粉b、改性硅丙乳液与普通硅酸盐水泥、石英粉、流变剂、粘结剂混合，即得辐射制冷聚合物水泥涂料。

6、优选的，以重量份计，所述步骤(1)中，采用10～25份乳白玻璃与0.5～1份氟化硅烷或巯基硅烷以制备改性乳白玻璃粉a；采用10～25份乳白玻璃与0.5～1份聚乙二醇硅烷或氨基硅烷以制备改性乳白玻璃粉b；所述步骤(2)中，采用10～20份硅藻土、1～2份丁二烯、1～2份引发剂以原位聚合修饰制备活化硅藻土；所述步骤(3)中，采用10～20份活化硅藻土、20份乙烯基硅烷单体、50份丙烯酸酯单体、1～3份表面活性剂、3～5份稳定剂、1～2份引发剂、1～3份交联剂与100份水以制备改性硅丙乳液；所述步骤(4)中，采用5～25份改性乳白玻璃粉a、5～25份改性乳白玻璃粉b、10～20份改性硅丙乳液、20～40份普通硅酸盐水泥、5～10份石英粉、1～3份流变剂、1～3份粘结剂以制备辐射制冷聚合物水泥涂料。

7、步骤(1)、(2)中的溶液环境通过水或有机溶剂营造，其作用是促进细化、分散以及改性的进行，溶剂相对改性原料而言是化学惰性的，不参与反应并在完成后分离移除。本领域技术人员可以根据实际原料用量情况，适应性地添加或减少溶剂的用量。另外，细化可以根据实际的操作条件选择合适的方式，例如在实验室制备条件下，通过研磨即可简单地完成该步骤，而在工业放大生成条件下，其他能大规模实现细化的装置或设备亦适用。

8、本发明采用的乳白玻璃，可采用市售成品或回收乳白玻璃。采用回收乳白玻璃有助于原料的二次利用，并降低制备的成本。

9、优选的，所述步骤(1)中，所述乳白玻璃中二氧化硅含量为70wt.％～90wt.％，氟含量为0.05wt.％～5wt.％。

10、优选的，所述步骤(2)中，所述引发剂采用过氧化苯甲酰、异丙苯过氧化氢中的至少一种。

11、优选的，所述步骤(3)中，所述表面活性剂采用为聚乙烯醇、triton、司盘、吐温中的至少一种。

12、优选的，所述步骤(3)中，所述稳定剂为二癸基亚磷酸酯或羟丙基二淀粉磷酸酯中的至少一种。

13、优选的，所述步骤(3)中，所述引发剂为过氧化二苯甲酰、过氧化甲乙酮中的至少一种。

14、优选的，所述步骤(3)中，所述交联剂为二缩水甘油基乙醚、辛二亚氨酸甲酯中的至少一种。

15、优选的，所述步骤(3)中，所述反应的时间为0.5～1h。

16、优选的，所述步骤(4)中，所述普通硅酸盐水泥中二氧化硅含量为20wt.％～30wt.％，氧化钙含量为45wt.％～50wt.％。

17、优选的，所述步骤(4)中，所述流变剂为有机膨润土、聚酰胺蜡中的至少一种。

18、优选的，所述步骤(5)中，所述粘结剂为苯乙烯、环氧树脂中的至少一种。

19、在本发明的第二方面，提供了一种具有超疏水和辐射制冷功能的辐射制冷聚合物水泥涂料，采用本发明第一方面的方法制备而成。

20、在本发明的第三方面，提供了一种本发明第二方面的辐射制冷聚合物水泥涂料的应用，具体是作为辐射制冷涂层材料在降低热量输入中的应用。

21、基于以上技术方案，本发明的设计构思在于，将乳白玻璃粉进行改性后获得微纳图案化水泥表面，实现超疏水和辐射制冷。该方法可以有效地减少阳光热量输入，从而实现辐射制冷效果。

22、基于以上技术方案，本发明的发明构思如下：

23、首先，本发明提供了一种辐射制冷聚合物水泥涂料的制备方法，其采用的是机械活化改性的方式，一步达到细化玻璃粉和表面改性的目的，同时依赖于两种不同的乳白玻璃粉来构建改性乳液中的复杂层次，乳白玻璃粉a具有良好的疏水特性，乳白玻璃粉b具有良好的亲水性，通过a、b两种玻璃粉的调控，在体系内部构建复杂多变的物理和化学微环境区域，在形成涂层时，才能稳定的产生微纳结构，进一步优化涂层的疏水特性，实现超疏水。而单一的玻璃粉很难满足和实现这一特性。未改性的玻璃粉尽管含有少量的氟基团，只能实现较弱的疏水效果。再者采用乳白玻璃还能增强涂料反射太阳光的效果，减少太阳光的热量输入。

24、硅藻土改性硅丙乳液后，才能实现良好与无机矿物相互作用的，同时构建有机无机复合结构，增强硅丙涂料的微结构，强化其物化性能。但是未改性的硅藻土，并不能与硅丙乳液良好的作用，反而会团聚而影响乳液的进一步应用，最终影响涂料的制冷效果。而且未改性的硅藻土易团聚，在涂料中聚集，影响涂料表面结构的规整，增加涂料中的热通道，增肌太阳光的热输入。

25、而且，通过本方法中的一步细化和改性工艺，其成本低廉、步骤操作便捷，过程更为绿色和环保，有利于放大生产及规模化应用。

26、其次，本发明提供了一种辐射制冷聚合物水泥涂料，具有超疏水和对中红外太阳吸收率高的特点，其自清洁能力优异，可有效地减少阳光热量输入，实现辐射制冷的效果。通过两种改性的乳白玻璃粉的配方设计，结合粉体的表面化学特性和涂层微纳结构调控，赋予涂层优于的超疏水特性，可实现其自清洁效果。同时，微结构还可以增强太阳光的反射和辐射，又可以降低太阳光的热输入，优化辐射制冷效果。

27、最后，本发明提供了一种辐射制冷聚合物水泥涂料的应用，作为辐射制冷涂层材料用于降低热量输入，在温度调节、电子散热和太阳能电池冷却等领域具有良好的应用前景。本发明实际上时一种有机无机复合涂层，并且通过超细粉体优化聚合物分子之间的链接，强化了涂层的机械性能，且高效的减少太阳光的输入，不仅仅是热输入，还有紫外等光线作用，利用硅丙乳液成膜后良好的耐候性，涂层的效果稳定，服役时间长。

28、与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

29、本发明提供了一种辐射制冷聚合物水泥涂料的制备方法，其工艺成本低廉、步骤操作便捷，有利于放大生产及规模化应用。

30、本发明提供了一种辐射制冷聚合物水泥涂料，具有超疏水和对中红外太阳吸收率高的特点，其自清洁能力优异，可有效地减少阳光热量输入，实现辐射制冷的效果。

31、本发明提供了一种辐射制冷聚合物水泥涂料的应用，作为辐射制冷涂层材料用于降低热量输入，在温度调节、电子散热和太阳能电池冷却等领域具有良好的应用前景。