【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于精细高分子材料领域，具体涉及一种基于janus颗粒填料自组装的混凝土结构用高效控温抗裂防护涂层的制备、施工及在表面控温领域的应用。
技术介绍
1、隔热控温材料通常是具有特殊的光热性能的一类材料，在通过相关技术或装备将隔热控温材料固定于需要控温的结构表面后，材料可以通过自身的光热性能特点改善结构对于环境温度、热辐射等热源的温度响应特性，从而达到控制结构内部温度的作用。隔热控温材料是我国近年来备受关注的特种功能材料之一，在建筑、纺织、电器、军工和航空航天等领域均有较多的应用。其中高辐射型隔热控温材料是新兴起的一种高效表层控温材料，其主要特点在于通过减少太阳光在表面的吸收，并大幅增强其对外辐射功率，尤其是在8-13μm的大气辐射窗口区的辐射功率，实现对于结构的控温，达到节能环保的作用。相比较与隔热型或反射型控温材料，高辐射型隔热控温材料甚至可以做到日间光照条件下的辐射制冷，是未来控温材料的重要发展方向。
2、但目前的主流高辐射型隔热控温材料的制备方法主要通过对于材料表面进行微纳加工形成有序的微纳结构来实现辐射控温的效果，其制备工序复杂，成本较高、耐久性不明等因素均制约辐射控温材料的使用，而如何利用特殊的无序结构简单地得到常规有序结构才有的特定光学特性，并且如何大面积、低成本、高效率的制备辐射控温材料是其面临的重大问题。
3、目前关于高辐射制冷控温材料的制备已有相关研究人员进行了研究开发。专利cn112175458a公开了一种自适应控温辐射制冷涂层及其应用，通过将可逆热致变色材料或相变材料引入辐射制
4、上述研究在辐射制冷材料的制备方面虽都取得了一定的进展，但其制备方法相对复杂，表面性能也相对不足，耐久性和辐射制冷性能均有待进一步提升。
5、janus颗粒是指具有非中心对称结构或性能的颗粒，一般情况其表面会同时具有两种不同化学组成并严格分区，因其具有性能不同的两个部分，固在许多应用方面展现出了各向同性粒子不具备的突出潜力，如自组装、分子识别、复杂结构的构筑等。近30年来，janus材料得到了高速发展，展示了诸多新颖性质和诱人的应用前景。同时，因为janus颗粒上具有多种不同分区且可反应的化学基团，这就使得对janus颗粒进行特种功能化成为了可能。例如，专利cn104945569a中提供了一种超疏水涂层用两亲性janus颗粒，其一侧为具有多个聚合物突起部的疏水侧且另一侧为平滑的亲水侧，从而容易在表面或界面上自取向，并基于疏水侧显示疏水性。然而，对于如何采用janus颗粒形成规整微纳结构来在辐射制冷表面应用的方面，目前尚且缺乏相关研究。
6、由于janus颗粒可以在自身的自组装驱动的条件下形成规整的微纳结构，因此其在涂层材料中应用，用于提升相关材料的表面微纳规整性，进一步提升相关辐射制冷能力有较高的应用前景。因此基于janus颗粒填料的相关高效控温涂层的研究可以有效提升辐射制冷涂层的实际效果，降低其制备施工的复杂程度，得到使用性能和耐久性能更佳的材料，对于行业提升具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决上述问题，提供一种混凝土结构用高效控温抗裂防护涂层，并提供其制备、施工及应用方法。
2、本专利技术所述的一种混凝土结构用高效控温抗裂防护涂层是由a组分树脂和b组分固化剂经过混合后施工得到的表面功能涂层；其中a组分树脂由基体树脂、特种填料、溶剂、功能助剂、色浆和流变调节剂制备得到，特种填料为具有两亲性janus颗粒填料；b组分固化剂由固化剂和溶剂制备得到；a组分树脂和b组分固化剂的质量比为1：（0.08~0.22）。
3、该高效控温抗裂防护涂层中两亲性janus颗粒填料为表面一侧具有亲水基团另一侧具有疏水基团的两亲性颗粒；其粒径分布为在0.5-2μm范围的小颗粒质量占比15-25%，尺寸在40-80μm范围的大颗粒质量占比75-85%。
4、该高效控温抗裂防护涂层中两亲性janus颗粒填料的制备过程为（1）将合适尺寸的颗粒表面充分氧化后用氨基硅烷偶联剂修饰 （2）将修饰后的颗粒在高温条件下高速分散于石蜡/水乳液中并降温固定（3）将固定后的颗粒表面部分接枝疏水基团（4）将石蜡洗脱后在颗粒表面剩余部分接枝亲水基团即可；其中颗粒为二氧化硅颗粒、四氧化三铁颗粒、氮化硅颗粒、碳化硅颗粒、聚苯乙烯颗粒和聚乙烯基吡咯烷酮颗粒中的至少一种；亲水基团为羧基、氨基、磺酸基中的至少一种；疏水基团为甲基、乙基、丙基、苯基和4-12碳的长链烷烃基中的至少一种。
5、该高效控温抗裂防护涂层的a组分树脂中，基体树脂、特种填料、溶剂、功能助剂、色浆和流变调节剂的含量分别为50-72%、22-33%、3-10%、0.5-3.5%、0.1-2.5%和0.5-2.0%，以a组分的总质量计；基体树脂为溶剂型或水性的有机硅树脂、丙烯酸酯改性有机硅树脂、氟树脂、氟碳树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸改性聚氨酯树脂中的至少一种；溶剂为石油醚、苯、甲苯、二甲苯、正己烷、氯仿、丙酮、丁酮、乙醇、丙醇、正丁醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和水中的至少一种；功能助剂为分散剂、消泡剂、流平剂、紫外吸收剂、抗氧剂和防霉剂中的至少一种；色浆为科莱恩、德固萨、希必斯、巴斯夫和世名的水性或溶剂型的黑色、褐色和灰色色浆中的至少一种，流变调节剂为膨润土、水合硅酸镁、气相二氧化硅、聚酰胺蜡和聚乙烯蜡中的至少一种。
6、该高效控温抗裂防护涂层的b组分固化剂中，固化剂和溶剂的含量为70%-95%和5-30%，以b组分的总质量计；固化剂为甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、环己烷二亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯三聚体、六亚甲基二异氰酸酯三聚体、亲水性hdi聚异氰酸酯和亲水改性ipdi聚异氰酸酯中的至少一种；溶剂为石油醚、苯、甲苯、二甲苯、正己烷、氯仿、丙酮、丁酮、乙醇、丙醇、正丁醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和水中的至少一种。
7、该高效控温抗裂防护涂层的a组分树脂和b组分固化剂的制备方法包括以下步骤：。
8、（1）称取合适质量的各组分，将基体树脂和特种填料使用高速分散机在40~60℃下经过6-10m/s的分散混合、后续进行超声处理4~10min，得到a1混合物；
9、（2）将溶剂、功能助剂、色浆和流变调节剂在室温下混合，使用高速分散机在低速条件下预分散5min，静置10min后，使用18-24m/s的线速度进行高速分散10min后得到a2混合物；
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1.一种混凝土结构用高效控温抗裂防护涂层，其特征在于是由A组分树脂和B组分固化剂经过混合后施工得到的表面功能涂层；其中所述A组分树脂由基体树脂、特种填料、溶剂、功能助剂、色浆和流变调节剂制备得到，其中所述特种填料为具有两亲性Janus颗粒填料；B组分固化剂由固化剂和溶剂制备得到；其中所述A组分树脂和B组分固化剂的质量比为1：(0.08～0.22)。
2.根据权利要求1中所述的一种高效控温抗裂防护涂层，其特征在于所述的两亲性Janus颗粒填料为表面一侧具有亲水基团另一侧具有疏水基团的两亲性颗粒，其粒径分布为在0.5-2μm范围的小颗粒质量占比15-25％，尺寸在40-80μm范围的大颗粒质量占比75-85％。
3.根据权利要求1中所述的一种高效控温抗裂防护涂层，其特征在于所述两亲性Janus颗粒填料的制备过程为(1)将合适粒径的颗粒表面充分氧化后用氨基硅烷偶联剂修饰(2)将修饰后的颗粒在高温条件下高速分散于石蜡/水乳液中并降温固定(3)将固定后的颗粒表面部分接枝疏水基团(4)将石蜡洗脱后在颗粒表面剩余部分接枝亲水基团即可；其中所述颗粒为二氧化硅颗粒、四氧化三
4.根据权利要求1中所述的一种高效控温抗裂防护涂层，其特征在于所述的A组分树脂中，基体树脂、特种填料、溶剂、功能助剂、颜料和流变调节剂的含量分别为50-72％、22-33％、3-10％、0.5-3.5％、0.1-2.5％和0.5-2.0％，以A组分的总质量计；其中所述基体树脂为溶剂型或水性的有机硅树脂、丙烯酸酯改性有机硅树脂、氟树脂、氟碳树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸改性聚氨酯树脂中的至少一种；其中所述溶剂为石油醚、苯、甲苯、二甲苯、正己烷、氯仿、丙酮、丁酮、乙醇、丙醇、正丁醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和水中的至少一种；其中所述功能助剂为分散剂、消泡剂、流平剂、紫外吸收剂、抗氧剂和防霉剂中的至少一种；其中所述颜料为科莱恩、德固萨、希必斯、巴斯夫和世名的水性或溶剂型的黑色、褐色和灰色色浆中的至少一种，其中所述流变调节剂为膨润土、水合硅酸镁、气相二氧化硅、聚酰胺蜡和聚乙烯蜡中的至少一种。
5.根据权利要求1中所述的一种高效控温抗裂防护涂层，其特征在于所述的B组分固化剂中，固化剂和溶剂的含量为85％-100％和0-15％，以B组分的总质量计；其中固化剂为甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、环己烷二亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯三聚体、六亚甲基二异氰酸酯三聚体、亲水性HDI聚异氰酸酯和亲水改性IPDI聚异氰酸酯中的至少一种；其中所述溶剂为石油醚、苯、甲苯、二甲苯、正己烷、氯仿、丙酮、丁酮、乙醇、丙醇、正丁醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和水中的至少一种。
6.根据权利要求1中所述的一种高效控温抗裂防护涂层，其特征在于A组分树脂和B组分固化剂的制备方法包括以下步骤：
7.根据权利要求1中所述的一种高效控温抗裂防护涂层，其特征在于其施工后干膜厚度为40-100μm，施工方法可为喷涂、浸涂、辊涂和刷涂中的任意一种。
8.根据权利要求1中所述的一种高效控温抗裂防护涂层作为房屋、冷库、储罐、路基、桥梁、轨道、小型构件的表面控温材料的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种混凝土结构用高效控温抗裂防护涂层，其特征在于是由a组分树脂和b组分固化剂经过混合后施工得到的表面功能涂层；其中所述a组分树脂由基体树脂、特种填料、溶剂、功能助剂、色浆和流变调节剂制备得到，其中所述特种填料为具有两亲性janus颗粒填料；b组分固化剂由固化剂和溶剂制备得到；其中所述a组分树脂和b组分固化剂的质量比为1：(0.08～0.22)。
2.根据权利要求1中所述的一种高效控温抗裂防护涂层，其特征在于所述的两亲性janus颗粒填料为表面一侧具有亲水基团另一侧具有疏水基团的两亲性颗粒，其粒径分布为在0.5-2μm范围的小颗粒质量占比15-25％，尺寸在40-80μm范围的大颗粒质量占比75-85％。
3.根据权利要求1中所述的一种高效控温抗裂防护涂层，其特征在于所述两亲性janus颗粒填料的制备过程为(1)将合适粒径的颗粒表面充分氧化后用氨基硅烷偶联剂修饰(2)将修饰后的颗粒在高温条件下高速分散于石蜡/水乳液中并降温固定(3)将固定后的颗粒表面部分接枝疏水基团(4)将石蜡洗脱后在颗粒表面剩余部分接枝亲水基团即可；其中所述颗粒为二氧化硅颗粒、四氧化三铁颗粒、氮化硅颗粒、碳化硅颗粒、聚苯乙烯颗粒和聚乙烯基吡咯烷酮颗粒中的至少一种；其中所述亲水基团为羧基、氨基、磺酸基中的至少一种；其中所述疏水基团为甲基、乙基、丙基、苯基和4-12碳的长链烷烃基中的至少一种。
4.根据权利要求1中所述的一种高效控温抗裂防护涂层，其特征在于所述的a组分树脂中，基体树脂、特种填料、溶剂、功能助剂、颜料和流变调节剂的含量分别为50-72％、22-33％、3-10％、0.5-3.5％、0.1-2.5％和0.5-2.0％，以a组分的总质量计；其中所述基体树脂为溶剂型或水性...
【专利技术属性】
技术研发人员：程冠之，关文勋，邓勇灵，袁蔚，李恒，李旺，吴瑞东，殷天娇，谢永江，李世达，王希，谭盐宾，冯仲伟，翁智财，李书明，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，
类型：发明
国别省市：
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