紅外反射涂料的制作方法
【專利摘要】一種組合物包含聚合物和分散的紅外反射二氧化鈦初級粒子簇。所述二氧化鈦初級粒子與沉淀的二氧化硅和/或氧化鋁結(jié)合在一起形成簇。所述二氧化鈦初級粒子具有約0.15至約0.35微米的平均粒徑，而所述二氧化鈦初級粒子簇具有約0.38至約5微米的平均簇直徑，和具有約1.55至約2.5的幾何標(biāo)準(zhǔn)差(GSD)。
【專利說明】紅外反射涂料
[0001 ] 關(guān)于聯(lián)邦資助研究或開發(fā)的申明
[0002]不適用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]在本申請中公開和要求保護(hù)的發(fā)明構(gòu)思通常涉及一種涂料組合物，以及更具體地，但是非限制的方式，涉及一種具有與沉淀物結(jié)合在一起的紅外反射二氧化鈦粒子簇的組合物。
【背景技術(shù)】
[0004]隨著高能耗成本和對環(huán)境的關(guān)注，存在持續(xù)努力降低對空調(diào)系統(tǒng)的需求。降低對空調(diào)系統(tǒng)需求的一種重要的途徑是使用反射日光輻射的屋頂產(chǎn)品。輻射為通過電磁能(通常為日光輻射)轉(zhuǎn)移熱量。輻射 的吸收導(dǎo)致吸收表面的溫度的升高，以及熱量向下墊面(underlying surface)的轉(zhuǎn)移。在需要減少由于日光福射導(dǎo)致加熱的情況下,處理暴露于日光輻射的表面以反射或散射輻射而不是將它吸收。
[0005]在地球表面上接收的日光輻射主要包含可見波長和近紅外(NIR)波長，以及NIR構(gòu)成超過一半的總?cè)展飧Ｉ??？梢姴ㄩL為約400nm至700nm的波長,而NIR波長為約700nm至2500nm的波長。吸收某些可見波長并反射未吸收的可見波長來提供顏色。涂料通常包括彩色顏料以得到所需的顏色。例如，藍(lán)色是通過使用藍(lán)色顏料吸收大部分的具有大于460nm的波長的非藍(lán)色可見光。
[0006]通常而言，黑色表面和具有暗色的表面趨于吸收導(dǎo)致表面溫度升高的日光輻射。相反地，白色表面趨向反射或散射日光輻射，導(dǎo)致少得多的加熱。盡管白色表面提供希望的熱吸收性能，但是在許多應(yīng)用中，由于缺少表面顏色，而不美觀。由于人眼不能看到紅外光，被著色劑吸收或反射的紅外光不會導(dǎo)致涂層產(chǎn)生彩色。因此，涂層的表面應(yīng)理想地僅吸收對于提供所需顏色所必需的可見輻射，且不吸收任何NIR輻射。
[0007]然而遺憾的是，大多數(shù)的常規(guī)著色劑強(qiáng)烈地吸收紅外光。美國EPA Energy StarInitiative要求:為了獲得LEED(能源與環(huán)境設(shè)計先鋒)(Leadership in Energy andEnvironmental Design)認(rèn)證，對于低斜坡屋頂而言，總?cè)展夥瓷渎?TSR)需要大于78%,對于陡峭斜坡屋頂而言，需要大于25%。在大多數(shù)情況下，具有大于78%的TSR的產(chǎn)品或者為白色或者具有金屬質(zhì)感，其通常不美觀。更深顏色的屋頂材料具有20 %至30 %的TSR ；因此，大多數(shù)深顏色的住宅屋頂必須為陡峭斜坡。因此，需要可以提供高日光反射率和降低的日光熱吸收率且經(jīng)濟(jì)的著色劑和涂料組合物，并且可以提供所需的顏色和美觀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]提供了一種組合物，其包含聚合物，所述聚合物具有分散在其中的紅外反射性二氧化鈦初級粒子簇。所述二氧化鈦初級粒子與沉淀物結(jié)合在一起形成簇。所述二氧化鈦初級粒子具有約0.15至約0.35微米的平均粒徑，所述二氧化鈦初級粒子簇具有約0.38至約5微米的幾何質(zhì)量平均直徑，以及所述二氧化鈦初級粒子簇具有約1.55至約2.5的幾何標(biāo)準(zhǔn)差(GSD)。
[0009]一種降低輻射能量吸收率的方法包括如下步驟。提供了一種涂層前體，其中具有紅外反射性二氧化鈦初級粒子簇。所述二氧化鈦初級粒子與沉淀的二氧化硅和/或氧化鋁結(jié)合在一起形成上述的簇。然后將涂層前體涂布在表面上在干燥或固化后形成紅外反射涂層。
[0010]在另一實施方式中，提供了紅外反射屋頂制品，其帶有具有上表面的基底和覆蓋所述基底的上表面的至少一部分的耐水涂層材料。所述涂層材料包括紅外反射二氧化鈦初級粒子簇。所述二氧化鈦初級粒子與沉淀的二氧化硅和/或氧化鋁結(jié)合在一起形成上述的簇。
[0011]在又一實施方式中，提供了至少部分地涂布有包含上述紅外反射簇的涂層材料的金屬卷材。類似地，提供了紅外反射屋頂顆粒。所述紅外反射屋頂顆粒包括覆蓋有包含上述紅外反射簇的耐水涂層材料的基巖或礦物顆粒。
[0012]在另一實施方式中，制備紅外反射二氧化鈦初級粒子簇的方法包括如下步驟。處理二氧化鈦粒子的水性漿料以在二氧化鈦粒子上沉積沉淀的二氧化硅和/或氧化鋁。然后，干燥經(jīng)處理的二氧化鈦粒子的漿料以形成具有約0.38至約5微米的幾何質(zhì)量平均直徑的二氧化鈦簇，同時， 所述二氧化鈦粒子簇具有約1.55至約2.5的幾何標(biāo)準(zhǔn)差(GSD)。包裝二氧化鈦簇而無需微粉化使得二氧化鈦簇的幾何質(zhì)量平均直徑保持在約0.38至約5微米的范圍內(nèi)。
[0013]在又一實施方式中，制備紅外反射二氧化鈦初級粒子簇的方法包括如下步驟。處理二氧化鈦粒子的水性漿料以在二氧化鈦粒子上沉積沉淀的二氧化硅和/或氧化鋁。然后，干燥經(jīng)處理的二氧化鈦粒子的漿料以形成具有約0.38至約5微米的幾何質(zhì)量平均直徑的二氧化鈦簇，同時，所述二氧化鈦粒子簇具有約1.55至約2.5的幾何標(biāo)準(zhǔn)差(GSD)。使二氧化鈦簇供料通過使用足夠低的蒸汽壓或氣壓的微粉化系統(tǒng)以導(dǎo)致產(chǎn)品二氧化鈦簇的幾何質(zhì)量平均直徑保持在約0.38至約5微米的范圍內(nèi)，以及幾何標(biāo)準(zhǔn)差(GSD)保持在約1.55至約2.5的范圍內(nèi)。
[0014]在又一實施方式中，制備紅外反射涂料的方法包括將上述的紅外反射二氧化鈦初級粒子簇分散在涂料配制劑中。
[0015]因此，使用(I)本領(lǐng)域已知的技術(shù)；(2)本發(fā)明的權(quán)利要求和公開的發(fā)明構(gòu)思的上述參考的一般描述；和(3)接下來的本發(fā)明構(gòu)思的詳細(xì)描述，本發(fā)明要求保護(hù)的和公開的發(fā)明構(gòu)思對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為不同粒度的TiO2的理論散射效率的圖示。
[0017]圖2為比較如由對比實施例2的樣品5a和5b表示的RCL-6?和RCL_6?SDD的反射率測量的圖示。
[0018]圖3為比較如由對比實施例2的樣品6a和6b表示的 ?ΟΝΑ Η-696和TIONA?-696 SDD的反射率測量的圖示。[0019]圖4為比較如由對比實施例3的樣品IOa和IOb表示的ΤΙΟΝΑΦ-696和ΤΙΟ.ΝΑΦ-696 SDD的反射率測量的圖示。
[0020]圖5為比較如由對比實施例4的樣品14a和14b表示的TIONA?-696和TK)NA?-696 SDD的反射率測量的圖示。【具體實施方式】
[0021]在詳細(xì)解釋本公開和要求保護(hù)的發(fā)明構(gòu)思的至少一個實施方式之前，應(yīng)該理解的是本公開和要求保護(hù)的發(fā)明構(gòu)思不限于其應(yīng)用于結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)、實驗、示例性的數(shù)據(jù)和/或下面的描述提出的或附圖中示出的部件的布置。本公開和要求保護(hù)的發(fā)明構(gòu)思能夠?qū)嵤槠渌鼘嵤┓绞剑蛞远喾N方式實施。此外，應(yīng)該理解的是在本申請中采用的措辭和術(shù)語是基于說明的目的，而不應(yīng)視為是限制。
[0022]海平面的日光輻射由3個波長區(qū)域組成。紫外(UV)區(qū)域、可見區(qū)域和紅外(IR)區(qū)域。所述UV波長為280nm至400nm。所述可見波長為400nm至700nm。所述IR波長為700nm至2500nm。對于UV區(qū)域、可見區(qū)域和紅外區(qū)域,在各區(qū)域的日光福射的能量分別為約 4%、42%和 54%。
[0023]普通涂料由 顏料和有機(jī)或無機(jī)載色劑(vehicle)制備。所述顏料用于或者吸收或者反射可見光。所述載色劑用于粘結(jié)涂料中的顏料。對可見和紅外波長具有高折射率的二氧化鈦為用于反射日光輻射的優(yōu)異的材料。實際上，普通的二氧化鈦(TiO2)顏料盡管被設(shè)計用于散射或反射可見光，但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)其還強(qiáng)烈散射或反射NIR光。
[0024]根據(jù)Mie理論，經(jīng)確認(rèn)更小的TiO2顏料粒子更有效地散射更短波長(如藍(lán)色)的光；而更大的粒子更有效地散射更長的波長(如，紅色和紅外)的光。這已經(jīng)被實際測量證實，顯不用于光散射的最佳粒度約為光波長的一半(例如,0.24μ的金紅石TiO2適合于560nm的綠光)?，F(xiàn)在參照圖1，可以觀察TiO2粒度對可見光和IR波長的散射效率的理論影響。市售的TiO2顏料具有約0.30微米的幾何質(zhì)量平均粒度和約1.50的幾何標(biāo)準(zhǔn)差(GSD)使得可見光散射效率最優(yōu)化以產(chǎn)生高色調(diào)強(qiáng)度。然而，IR散射效率相當(dāng)弱。隨著平均粒度和GSD增加，可見光散射效率下降；然而，IR散射效率幾乎保持不變。這些光散射計算顯示用于反射最大量的日光紅外光的TiO2的最佳粒度為約0.40微米(μ )以上。
[0025]然而，使用更大的TiO2粒子需要權(quán)衡。在粒度為0.40μ時，TiO2也散射顯著量的可見光。使用具有高可見光散射效率的TiO2顏料將在涂層中產(chǎn)生良好的不透明性或遮蓋力；然而，還必須增加使用彩色顏料以得到相同的所需的顏色/色光水平(Shade level)。彩色顏料吸收NIR，導(dǎo)致額外的總熱吸收率，并且用于熱反射用途的彩色顏料通常比1102貴得多?？紤]到光散射效果和更貴的彩色顏料的經(jīng)濟(jì)因素，額外的計算表明用于暗色熱反射涂料的TiO2粒子最優(yōu)尺寸應(yīng)該為約0.4微米以上。
[0026]然而遺憾的是，用于制備更大直徑的TiO2顏料粒子的加工成本是顯著的。然而，令人驚奇地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn):與沉淀的二氧化硅和/或氧化鋁結(jié)合在一起形成簇的較低成本的顏料尺寸的二氧化鈦初級粒子可以提供非常良好的NIR反射率。另外，發(fā)現(xiàn)TiO2簇不會提供用單獨的粒子觀察到的優(yōu)異的可見光散射性能，因此顯著降低了所需的著色劑的量。
[0027]特別地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn):具有約0.15至約0.35微米的平均粒徑的二氧化鈦初級粒子與沉淀的二氧化硅和/或氧化鋁結(jié)合在一起形成具有約0.38至約5微米的幾何質(zhì)量平均直徑和約1.55至約2.5的幾何標(biāo)準(zhǔn)差(GSD)的紅外反射簇可以用于提供具有改善的紅外反射性能的涂料。在本公開的一個實施方式中，所述涂料組合物包括聚合物和分散在其中的這樣的紅外反射簇。在這里和所附的權(quán)利要求中使用的詞組“沉淀的二氧化硅和/或氧化鋁”表示所涉及的沉淀可以為沉淀的二氧化硅、沉淀的氧化鋁或沉淀的二氧化硅和沉淀的氧化鋁的組合。下文中將詳細(xì)討論“沉淀的二氧化硅”和“沉淀的氧化鋁”。術(shù)語“初級粒子”指的是未聚集的或未團(tuán)聚的TiO2晶體。
[0028]市售的TiO2顏料通常具有約0.2微米至0.36微米的幾何質(zhì)量平均粒度和約1.40至約1.55的幾何標(biāo)準(zhǔn)差(GSD)。在一個實施方式中，所述紅外反射簇具有約0.38至約I微米的幾何質(zhì)量平均直徑。在又一實施方式中，所述紅外反射簇具有約1.58至約2.00的幾何標(biāo)準(zhǔn)差(GSD)。
[0029]所述二氧化鈦初級粒子可以為處理的或未處理的由制備方法(如氯化法或硫酸化法)直接得到的二氧化鈦。此外，所述TiO2可以具有銳鈦礦或金紅石晶體結(jié)構(gòu)。在一個實施方式中，所述TiO2初級粒子包含處理的或未處理的通過氯化法制備的金紅石粒子。金紅石TiO2吸收低于405nm波長的UV光，而銳鈦礦TiO2吸收低于385nm波長的UV光。盡管日光UV輻射被大量吸收并轉(zhuǎn)化為熱，但是由于385nm至400nm之間的日光輻射僅代表約0.3 %的總?cè)展廨椛洌J鈦礦和金紅石提供了基本相同的耐熱性。
[0030]盡管不是必需的，但是在與沉淀的二氧化硅和/或氧化鋁結(jié)合之前，可以利用有機(jī)或無機(jī)化合物(如磷酸鹽、鈦或鋯的沉淀的氧化物)表面處理TiO2初級粒子。本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知TiO2顏料表面處理，以及TiO2顏料表面處理用于提供例如耐候性、耐久性和在多種載體中的提高的分散性的性能。 [0031 ] 在說明書和所附的權(quán)利要求中使用的術(shù)語“沉淀的二氧化硅”指的是任何硅酸鹽；硅的氧化物、水合氧化物或氫氧化物；和來自水溶性二氧化硅的任何其它含硅和氧的沉淀物。水溶性二氧化硅的非獨占性的實例包括硅酸鈉和硅酸鉀。用于與TiO2初級粒子結(jié)合在一起的沉淀的二氧化硅的量取決于所述簇尺寸。基于二氧化鈦的重量，通常沉淀的二氧化硅以約2wt%至約20wt%的量存在。在一些實施方式中，基于在簇中的TiO2的重量，沉淀的二氧化硅以約3wt%至約7wt%的量存在于簇中。
[0032]在說明書和所附的權(quán)利要求中使用的術(shù)語“沉淀的氧化鋁”指的是任何氧化鋁；鋁的氧化物、水合氧化物或氫氧化物；來自水溶性氧化鋁的任何其它含鋁和氧的沉淀物。水溶性的氧化鋁的非獨占性的實例包括鋁酸鈉和硫酸鋁。用于與TiO2初級粒子結(jié)合在一起的沉淀的氧化鋁的量取決于所述簇尺寸?；诙趸伒闹亓浚恋淼难趸X通常以約2wt%至約10wt%的量存在。在一些實施方式中，基于在簇中的TiO2的重量，沉淀的氧化鋁以約3wt%至約5wt%的量存在于簇中。
[0033]包含上述簇的組合物可以包括合成的或天然的聚合物和樹脂，并且可以為基于溶劑的或基于水的。合適的聚合物和樹脂的實例包括，但不限于，醇酸樹脂、丙烯酸樹脂、乙烯基-丙烯酸樹脂、苯乙烯丙烯酸樹脂、醋酸乙烯酯/乙烯(VAE)共聚物、聚醋酸乙烯酯(PVA)、聚氨酯、聚酯、聚酰胺、酚樹脂、蜜胺樹脂、環(huán)氧樹脂、硅樹脂和油。
[0034]在一個實施方式中，所述組合物包含上述紅外反射性且與二氧化硅和/或氧化鋁結(jié)合的二氧化鈦簇和聚合物(例如，聚乙烯、聚氯乙烯、熱塑性烯烴、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物或丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸共聚物)。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解，所述組合物可以包括額外的顏料二氧化鈦和著色劑，以及其它添加劑。
[0035]在其它實施方式中，降低輻射能吸收率的方法包括:提供涂料組合物前體，其具有分散在其中的上述紅外反射二氧化鈦簇；和將所述涂料組合物前體涂布到表面上以在干燥或固化后形成紅外反射涂層。在說明書中使用的術(shù)語“固化”包括涉及熱固化、催化固化、UV固化和在應(yīng)用后使涂層固化的其它手段的方法。涂層前體組合物的非限制性的實例包括油漆、清漆、可固化粉末涂料、搪瓷粉末、熔融塑料等。
[0036]紅外反射屋頂制品可以通過將耐水涂層材料涂布至基底的至少一部分上表面而制備，所述耐水涂層材料包含上述紅外反射TiO2簇。合適的基底的實例包括，但不限于，上述的金屬卷料(metal coil stock)、浙青屋面板、陶瓷屋面瓦、金屬蓋屋板(metalshakes)、混凝土屋面瓦(concrete roofing tiles)、雪松蓋屋板(cedar shakes)、天然石板屋面瓦(natural slate roofing tiles)和合成石板屋面瓦。
[0037]例如，所述涂料組合物可以為標(biāo)準(zhǔn)涂料配制劑或金屬卷材涂料。利用在說明書中公開的本發(fā)明的組合物涂布金屬卷料得到了改善得多的耐日光熱性(solar heatresistance)。紅外反射屋頂顆粒為另一用途，其中，基巖或礦物顆粒涂布有包括上述紅外反射TiO2簇的耐水涂層材料。
[0038]紅外反射TiO2初級粒子簇可以通過如下方法制備:將任何可溶性二氧化硅和/或氧化鋁加入到適當(dāng)尺寸的TiO2粒子水性漿料中，并通過例如調(diào)節(jié)pH使二氧化硅沉淀。當(dāng)制備致密二氧化硅處理的顏料時，二氧化鈦顏料制造商通過氯化法和硫酸化法商業(yè)實施這種二氧化硅和氧化鋁涂布處理。該處理過程可以包括必要時中和所述漿料，過濾和洗滌，接著干燥。例如，顏料等級RCL-6?和TIONA? 696為設(shè)計用于戶外用途的超級耐久性顏料。為了具有非常良好的耐久性，分別以約6.5%和3.5%的致密二氧化硅處理所述顏料。由于高致密的二氧化硅處理，在表面處理后，所述TiO2粒子團(tuán)聚在一起。粒度測量顯示噴霧干燥機(jī)出料的平均簇尺寸為約0.6微米。然而，然后，使市售的顏料在噴射式磨(如微粉磨)中解團(tuán)聚。必須進(jìn)行微粉化以打碎簇從而使顏料高效地散射可見光。在微粉化之后，使RCL-6?的平均尺寸減小至約0.33微米，以及使--ΟΙΝΑ? 696的平均尺寸減小至0.30微米。
[0039]為了制備用于本公開的組合物的紅外反射簇，所述噴霧干燥機(jī)出料避開微粉化步驟以保持必要的團(tuán)聚和大的平均簇直徑?；蛘撸鰢婌F干燥機(jī)出料可以供料至以大大降低的蒸汽或氣壓下運行的微粉磨中以產(chǎn)生具有約0.38至約I微米的幾何質(zhì)量平均簇直徑和仍然在約1.55至約2.5范圍內(nèi)的GSD的二氧化鈦簇。利用高致密二氧化硅對TiO2粒子處理，所述簇還可以具有戶外用途所需的高耐久性。
[0040]為了進(jìn)一步闡述本發(fā)明，給出下面的實施例。然而，應(yīng)該理解到所述實施例僅用于闡述的目的，而不能解釋成限制本發(fā)明的范圍。
[0041]在實施例中使用的實驗程序
[0042]光密度粒度測暈。使用光學(xué)方法測量TiO9的粒度分布。所述方法是由L.ff.Richards 在 Pigment Handbook, Vol.1ll, p.89 (1973)中首先描述的。D.F.Tunsdall 在英國專利GB2046898(1980)中也描述了類似的方法。在這種方法中，所述TiO2初級粒子或簇以稀釋的懸浮液的形式分散在水中。使用UV-VIS分光光度計(Perkin-Elmer，型號2S)測量懸浮液中的由TiO2粒子或簇導(dǎo)致的光的衰減。測量作為光波長的函數(shù)的散射效率或“光學(xué)密度”。
[0043]通過設(shè)定在440nm下值等于I使散射效率曲線歸一化(normalized)。比較所述值與歸一化的理論計算的散射效率值以確定所述樣品的粒度分布。在理論計算中，假定了粒子的對數(shù)正態(tài)分布。計算在0.200至1.00微米范圍內(nèi)的幾何質(zhì)量平均尺寸和在1.400至
2.400范圍內(nèi)的幾何標(biāo)準(zhǔn)差(GSD)的一系列曲線。通過匹配測量曲線和理論曲線找出最佳擬合，可以確定所述樣品的對數(shù)正 態(tài)粒度分布，表示為平均尺寸和GSD。通過光學(xué)密度方法測量的樣品的平均尺寸和GSD已經(jīng)顯示與通過電子顯微鏡計數(shù)約500至1000個粒子測量的值非常類似。
[0044]對于許多顆粒，觀察到的粒度分布接近于對數(shù)正態(tài)分布。因此，通常有利的是基于對數(shù)底數(shù)計算粒度分布。所述對數(shù)正態(tài)分布是基于正態(tài)分布。其描述了一個變量，X，其中1g(X)為正態(tài)分布，并且大于O的X值是有效的。在氣溶膠學(xué)科中，已經(jīng)觀察到:當(dāng)粒子的體積與尺寸成比例時，全域可能是對數(shù)正態(tài)分布的。因此，當(dāng)引入數(shù)的對數(shù)值時，術(shù)語“幾何平均直徑”和“幾何標(biāo)準(zhǔn)差”(GSD)被“算術(shù)平均直徑”和“標(biāo)準(zhǔn)差”代替。當(dāng)粒度分布的頻率(frequency)是基于重量時，使用更特別的術(shù)語“幾何質(zhì)量平均直徑”。
[0045]對數(shù)正態(tài)分布的趨勢(spread)是由幾何標(biāo)準(zhǔn)差控制的。所述幾何標(biāo)準(zhǔn)差越小，數(shù)據(jù)就越集中。如果將百分比相加，將會發(fā)現(xiàn):大約a)68%的分布位于在平均值/GSD和平均值*GSD的X范圍內(nèi)；b) 95%的分布位于平均值/(GSD)2和平均值* (GSD)2的x范圍內(nèi)；以及c) 99.7%的分布位于平均值/ (GSD)3和平均值* (GSD)3的x范圍內(nèi)。
[0046]顏料的分散在潮濕涂料的制備過程中，顏料必須均勻地分散在涂料介質(zhì)中。所述分散過程通常使用高速勻質(zhì)機(jī)，且任選地，介質(zhì)(珠)磨機(jī)。在研磨過程中，預(yù)混合待分散的產(chǎn)品，并供料至具有控制工藝停留時間的計量泵的研磨室中。利用小介質(zhì)填充水冷卻的研磨室，并通過位于中心且形成強(qiáng)烈剪切力和沖擊力的盤系列進(jìn)行攪拌。工藝質(zhì)量是由產(chǎn)品供料速率、攪拌器轉(zhuǎn)動速度、研磨介質(zhì)類型、尺寸和負(fù)載量以及產(chǎn)品配方(productformulation)石角定。
[0047]用于制備涂料樣品的研磨機(jī)為由Eiger Machinery, Inc生產(chǎn)的Eiger實驗室用小型研磨機(jī)，型號M100。所述研磨室的體積為100ml。所述室用70ml的研磨介質(zhì)填充。使用具有2mm的直徑且4.3的密度陶瓷介質(zhì)。在操作中，將攪拌器轉(zhuǎn)動速度設(shè)定為3000rpm。
使用高速mSPERfVIAT?勻質(zhì)機(jī)預(yù)混合樣品。這種勻質(zhì)機(jī)具有2.5”的Cowles刀片，以及使用3000rpm的轉(zhuǎn)動速度。然后，將預(yù)混合的樣品倒入到具有以低rpm運行的磨機(jī)的送料漏斗中。端板設(shè)定為再循環(huán)時，轉(zhuǎn)速增加至所需的水平，并使得產(chǎn)品循環(huán)直至達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量的程度。將來自送料漏斗中的產(chǎn)品泵送至研磨室和碾磨珠的攪拌床中。電動控制攪拌器的轉(zhuǎn)動速度。通過調(diào)節(jié)室停留時間和通過調(diào)節(jié)攪拌器轉(zhuǎn)動槳葉梢速和產(chǎn)品配方來確定產(chǎn)品質(zhì)量。
[0048]卷材涂料的制備。為了測試和比較TiO9樣品在聚酯卷材涂料中的光學(xué)性能，使用下面的表1中的測試配方。
[0049]表1聚酯卷材涂料測試配方
【權(quán)利要求】
1.一種組合物，其包含聚合物，所述聚合物具有分散在其中的紅外反射二氧化鈦初級粒子簇，所述二氧化鈦初級粒子與沉淀物結(jié)合在一起形成紅外反射簇，其中所述二氧化鈦初級粒子具有約0.15至約0.35微米的平均粒徑，以及所述紅外反射二氧化鈦初級粒子簇具有約0.38至約5微米的幾何質(zhì)量平均簇直徑和約1.55至約2.5的幾何標(biāo)準(zhǔn)差(GSD)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中，所述二氧化鈦初級粒子簇具有約0.38至約I微米的幾何質(zhì)量平均簇直徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中，所述二氧化鈦初級粒子簇具有約1.55至約2.0O的幾何標(biāo)準(zhǔn)差(GSD)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中，與所述二氧化鈦初級粒子結(jié)合的所述沉淀物包含沉淀的二氧化硅。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的組合物，其中，基于在紅外反射簇中的二氧化鈦的重量，所述沉淀的二氧化娃以約2wt%至約20wt%的量存在于所述紅外反射簇中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中，與所述二氧化鈦初級粒子結(jié)合的所述沉淀物包含沉淀的氧化鋁。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的組合物，其中，基于在紅外反射簇中的二氧化鈦的重量，所述沉淀的氧化招以約2wt%至約IOwt%的量存在于所述紅外反射簇中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中，與所述二氧化鈦初級粒子結(jié)合的所述沉淀物基本由二氧化硅、氧化鋁或二氧化硅和氧化鋁的組合構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中，成簇的二氧化鈦初級粒子具有金紅石晶體結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中，成簇的二氧化鈦初級粒子具有銳鈦礦晶體結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中，所述聚合物為耐水的乳液聚合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中，所述聚合物為基于耐水溶劑的聚合物。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中，所述聚合物選自聚乙烯、醇酸樹脂、丙烯酸樹月旨、乙烯基-丙烯酸樹脂、苯乙烯-丙烯酸樹脂、苯乙烯-丙烯酸樹脂、醋酸乙烯酯/乙烯(VAE)共聚物、聚醋酸乙烯酯(PVA)、聚氨酯、聚酯、聚酰胺、酚樹脂、蜜胺樹脂、環(huán)氧樹脂、硅樹脂或油。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中，所述聚合物選自聚乙烯、聚氯乙烯、熱塑性烯烴聚合物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸共聚物。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其進(jìn)一步包含未團(tuán)聚的二氧化鈦顏料粒子，所述未團(tuán)聚的二氧化鈦顏料粒子具有約0.15至約0.35微米的平均粒徑。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包含著色劑。
17.一種降低輻射能量吸收率的方法，包括如下步驟: 提供涂層前體，其具有分散在其中的與沉淀的二氧化硅和/或氧化鋁結(jié)合在一起形成簇的紅外反射二氧 化鈦初級粒子簇，其中，所述二氧化鈦初級粒子具有約0.15至約0.35微米的平均粒徑，所述二氧化鈦初級粒子簇具有約0.38至約5微米的幾何質(zhì)量平均簇直徑，以及所述二氧化鈦初級粒子簇具有約1.55至約2.5的幾何標(biāo)準(zhǔn)差(GSD);和將所述涂層前體涂布在表面上以在干燥或固化后形成紅外反射涂層。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述涂層前體是油漆配制劑。
19.一種紅外反射屋頂制品，其包括: 具有上表面的基底，和 覆蓋所述基底材料的上表面的至少一部分的耐水涂層材料，所述涂層材料包含與沉淀的二氧化硅和/或氧化鋁結(jié)合在一起以形成簇的紅外反射二氧化鈦初級粒子簇，其中，所述二氧化鈦初級粒子具有約0.15至約0.35微米的平均粒徑，所述二氧化鈦初級粒子簇具有約0.38至約5微米的幾何質(zhì)量平均簇直徑，以及所述二氧化鈦初級粒子簇具有約1.55至約2.5的幾何標(biāo)準(zhǔn)差(GSD)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的紅外反射屋頂制品，其中，所述基底選自浙青屋面板、屋頂膜、陶瓷屋面瓦、金屬卷料、金屬蓋屋板、陶瓷屋面瓦、雪松蓋屋板、天然石板屋面瓦和合成石板屋面瓦。
21.一種至少部分地涂布有涂層材料的金屬卷材，所述涂層材料包含與沉淀的二氧化硅和/或氧化鋁結(jié)合在一起以形成簇的紅外反射二氧化鈦初級粒子簇，其中，所述二氧化鈦初級粒子具有約0.15至約0.35微米的平均粒徑，所述二氧化鈦初級粒子簇具有約0.38至約5微米的幾何質(zhì)量平均簇直徑，以及所述二氧化鈦初級粒子簇具有約1.55至約2.5的幾何標(biāo)準(zhǔn)差(GSD)。
22.紅外反射屋頂顆粒，其包含: 基巖或礦物顆粒；和 覆蓋所述基巖或礦物顆粒的耐水涂層材料，所述涂層材料包含與沉淀的二氧化硅和/或氧化鋁結(jié)合在一起以形成簇的紅外反射二氧化鈦初級粒子簇，其中，所述二氧化鈦初級粒子具有約0.15至約0.35微米的平均粒徑，所述二氧化鈦初級粒子簇具有約0.38至約5微米的幾何質(zhì)量平均簇直徑，以及所述二氧化鈦初級粒子簇具有約1.55至約2.5的幾何標(biāo)準(zhǔn)差(GSD)。
23.一種制備紅外反射二氧化鈦初級粒子簇的方法，其包括如下步驟: 處理二氧化鈦粒子的水性漿料以在所述二氧化鈦粒子上沉積沉淀的二氧化硅和/或氧化鋁； 干燥經(jīng)處理的二氧化鈦粒子以形成具有約0.38至約5微米的幾何質(zhì)量平均簇直徑和具有約1.55至約2.5的簇幾何標(biāo)準(zhǔn)差(GSD)的二氧化鈦簇；和 包裝所述二氧化鈦簇而無需微粉化使得所述二氧化鈦簇的幾何質(zhì)量平均簇直徑保持在約0.38至約5微米的范圍內(nèi)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述二氧化鈦粒子是通過氯化法制備的。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述二氧化鈦粒子是通過硫酸化法制備的。
26.一種制備紅外反射二氧化鈦初級粒子簇的方法，其包括如下步驟: 處理二氧化鈦粒子的水性漿料以在所述二氧化鈦粒子上沉積沉淀的二氧化硅和/或氧化鋁； 干燥所述處理的二氧化鈦粒子的漿料以形成具有約0.38至約5微米的幾何質(zhì)量平均簇直徑和具有約1.55至約2.5的簇幾何標(biāo)準(zhǔn)差(GSD)的二氧化鈦簇；和 使用足夠低的蒸汽或氣壓使所述二氧化鈦簇微粉化以形成具有約0.38至約I微米的平均簇直徑的二氧化鈦簇。
27.一種制備紅外反射涂料的方法，其包括如下步驟: 提供涂料配制劑； 提供紅外反射二氧化鈦初級粒子簇，其中，所述二氧化鈦初級粒子與沉淀物結(jié)合在一起形成紅外反射簇，其中，所述二氧化鈦初級粒子具有約0.15至約0.35微米的平均粒徑，以及所述紅外反射二氧化鈦初級粒子簇具有約0.38至約5微米的幾何質(zhì)量平均簇直徑和約1.55至約2.5的幾何標(biāo)準(zhǔn)差(GSD);和 使所述紅外反射二氧化鈦初級粒子簇分散至涂料配制劑中以形成紅外反射涂料。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，使用高速勻質(zhì)機(jī)使所述紅外反射二氧化鈦初級粒子簇分散至所述涂料配制劑中。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，使用介質(zhì)研磨使所述紅外反射二氧化鈦初級粒子簇分散至所述涂料配制劑中。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，使用混合或攪拌使所述紅外反射二氧化鈦初級粒子簇分散至所述涂料配制劑中。
【文檔編號】C09D5/33GK104024343SQ201280052189
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2012年10月1日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月5日
【發(fā)明者】溫福助, D·E·布希, R·L·弗里克, R·普羅文斯, B·D·基斯林, D·E·貝爾 申請人:水晶美國股份公司