本发明属于防热辐射涂层技术领域，尤其涉及一种多功能防热辐射涂层及其在钢材表面的喷涂工艺。
背景技术：
随着经济和社会的迅速发展，钢材的应用领域逐渐扩大，如广泛用于建筑材料、家用材料、道路建设材料等。特别是建筑材料，在使用过程中接收来自太阳的强烈福射，导致表面温度升髙，建筑外墙温度的升高导致了室内温度的升髙。为了降低室温，人们大量使用喷淋装置、电风扇、空调、冷气机等，使得在建筑上面的能耗急剧増加。这不仅会带来经济损失，同时对环境也有较大危害。因此，研制并大力推广建筑外墙表面的节能隔热涂层，减少制冷设备的使用，对于节约社会能源具有重大意义。
在太阳光照射下，为抑制建筑、仓库等外表面温度的升高，涂刷一层具有良好隔热效果的涂层，可在节约能源的同时达到度好的降温效果。隔热涂料作为一种新型的节能材料，能有效地反射、阻隔、福射太阳光的能量，明显降低建筑物外墙、屋顶和室内温度，减少了空调等制冷设备在高温条件下的能耗，既改善了工作、居住环境又节约了大量能减。
现有技术中，为使涂层具备对太阳辐照的高反射效果，反射隔热涂料中一般需要添加钛白粉等高反射率填料。同时，为提高涂层隔热效果，人们还往往在涂料中添加中空心玻璃微珠等具有中空结构的填料来增大涂层热阻。如发明专利cn102766366b公开了一种同时使用硼硅酸盐空心玻璃微珠和金红石钛白粉的反射隔热涂料，取得良好的隔热效果。但是，在反射隔热涂料中使用中空玻璃微珠等填料时，其用量必须超过一定阈值，否则隔热效果不佳。但此时的涂层力学性能会由于中空填料的大量掺加而降低，导致在一些应用情况下难以实现隔热效果和力学性能之间的平衡。
发明专利cn106986608b公开了一种新型无机隔热涂层材料，所述涂层具有多层结构，主要包含带有填充气体的空心微珠(空心玻璃微珠和空心陶瓷微珠中的一种或多种)、二氧化钛、颜料粉末、磷酸盐(kh2po4或nah2po4)、分散剂和氧化镁粉末以及氯化镁溶液，使相邻两层的折射率n和厚度d满足关系n1d1 n2d2＝λ/4-λ/2。使用此精心设计的多层结构涂层材料，可将大部分热辐射能屏蔽于建筑物之外。将高热辐射反射率与涂层的低热导率相结合，使具有多层结构的新型隔热涂层材料具有十分显著的隔热(保温)效果。但n1d1 n2d2＝λ/4-λ/2通常为理想情况，很难精确调控，实现较困难。
技术实现要素：
针对上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种多功能防热辐射涂层，包括基础涂层、防热辐射涂层和耐磨涂层，基础涂层为防热辐射涂层的粘附提供支撑，耐磨涂层可提高涂层的耐磨性和使用寿命，防热辐射涂层包括至少一层空心二氧化硅微球粒子，利用空心二氧化硅微球粒子的隔热作用及空心二氧化硅微球粒子之间填充的空气，从而显著增强涂层的防热辐射效果。
本发明的另一目的在于提供一种多功能防热辐射涂层在钢材表面的喷涂工艺，首先对钢材表面进行清洁和预热处理，然后在表面喷涂基础涂层，待基础涂层中溶剂挥发至半干时，在表面喷涂空心二氧化硅微球粒子，最后在空心二氧化硅微球粒子表面喷涂耐磨涂层。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种多功能防热辐射涂层，由下至上依次包括基础涂层、防热辐射涂层和耐磨涂层，所述防热辐射涂层包括至少一层空心二氧化硅微球粒子，所述空心二氧化硅微球粒子之间填充有空气，以增强涂层的防热辐射效果。
进一步的，所述防热辐射涂层包括至少两层空心二氧化硅微球粒子，所述空心二氧化硅微球粒子之间及空心二氧化硅微球粒子的层与层之间填充有空气，以增强涂层的防热辐射效果。
进一步的，所述防热辐射涂层还包括粘结剂。
进一步的，所述粘结剂为聚乙烯醇、聚醋聚乙烯乳液、水溶性酚醛树脂、木质素、淀粉或聚丙烯醇中的一种或多种。
进一步的，所述基础涂层按重量份包括包括以下组分：聚醚改性环氧树脂35～45份、钛白粉8～15份、空心二氧化硅微球粒子6～12份、溶剂30～40份、助剂3～6份；
所述耐磨涂层按重量份包括包括以下组分：锆英粉12～18份、硅藻土8～15份、聚乙烯醇30～40份、钠基膨润土5～8份、溶剂20～30份、助剂3～6份。
进一步的，所述助剂包括消泡剂、流平剂和防腐剂；所述溶剂为水、无水乙醇、异丙醇、丙酮中的一种或多种。
进一步的，所述空心二氧化硅微球粒子的粒径为0.2～1μm。
进一步的，所述基础涂层的厚度为0.1～1mm，所述防热辐射涂层的厚度为0.2～100μm，所述耐磨涂层的厚度为0.1～1mm。
一种以上所述的防热辐射涂层在钢材表面的喷涂工艺，包括以下步骤：
s1.采用喷砂除锈法除去钢材上的腐蚀物以及其他污染物，得到干燥洁净的钢材；
s2.加热步骤s1得到的所述干燥洁净的钢材，保证钢材表面的温度保持在50℃～60℃之间；
s3.在钢材表面喷涂以上所述的基础涂层；
s4.待步骤s3所述的基础涂层中的溶剂的挥发率达到45～50％时，将空心二氧化硅微球粒子喷涂至所述基础涂层表面；
s5.待基础涂层中的溶剂的挥发完全时，在空心二氧化硅微球粒子表面喷涂以上所述的耐磨涂层。
进一步的，在步骤s4中，待步骤s3所述的基础涂层中的溶剂的挥发率达到45～50％时，将表面涂覆有粘结剂的空心二氧化硅微球粒子喷涂至所述基础涂层表面。
有益效果
与现有技术相比，本发明提供的多功能防热辐射涂层及其在钢材表面的喷涂工艺具有如下有益效果：
(1)本发明提供的多功能防热辐射涂层包括基础涂层、防热辐射涂层和耐磨涂层，通过在钢材表面构造多层功能涂层，基础涂层为防热辐射涂层的粘附提供支撑，耐磨涂层可提高涂层的耐磨性和使用寿命，防热辐射涂层包括至少一层空心二氧化硅微球粒子，利用空心二氧化硅微球粒子的隔热作用及空心二氧化硅微球粒子之间填充的空气，显著增强涂层的防热辐射效果。
(2)本发明提供的多功能防热辐射涂层包括基础涂层、防热辐射涂层和耐磨涂层。其中，基础涂层由聚醚改性环氧树脂、钛白粉、空心二氧化硅微球粒子溶剂以及助剂组成，该基础涂层与钢材表面的附着力较高，空心二氧化硅微球粒子具有隔热作用，能够一定程度上提高涂层的防热辐射效果；以聚醚改性环氧树脂作为主体聚合物，分子链中的醚键的与空心二氧化硅微球粒子表面的羟基能够形成氢键，从而其提高与防热辐射涂层中空心二氧化硅微球粒子的结合力。防热辐射涂层包括至少一层空心二氧化硅微球粒子，利用空心二氧化硅微球粒子的隔热作用及空心二氧化硅微球粒子之间填充的空气，从而显著增强涂层的防热辐射效果。耐磨涂层由锆英粉、硅藻土、聚乙烯醇、钠基膨润土、溶剂及助剂组成，一方面对防热辐射涂层起到封装保护作用，另一方面耐磨涂层可提高整个防热辐射涂层的耐磨性和使用寿命。
(3)本发明提供的多功能防热辐射涂层，通过在空心二氧化硅微球粒子表面涂覆粘结剂，提高空心二氧化硅微球粒子之间及层与层之间的粘结力，进而提高防热辐射涂层的耐用性、防热辐射性等性能。
(4)本发明提供的多功能防热辐射涂层在钢材表面的喷涂工艺，首先采用喷砂除锈法除去钢材上的腐蚀物以及其他污染物，防止钢材表面的铁锈或灰尘等对污染物对基础涂层的附着力造成影响。然后进行预热处理，保证钢材表面的温度保持在50℃～60℃之间，一方面提高基础涂层的干燥速率，另一方面防止由于钢材表面温度过低，导致基础涂层迅速固化，从而影响涂层附着力和均匀性。接着在钢材表面喷涂基础涂层，待基础涂层中的溶剂的挥发率达到45～50％时，开始喷涂空心二氧化硅微球粒子，在此种条件下，能够使得空心二氧化硅微球粒子更好的粘附于基础涂层表面，而且使得溶剂挥发时间不至于延长太长。最后待基础涂层中的溶剂的挥发完全时，在空心二氧化硅微球粒子表面喷涂耐磨涂层，防止直接喷涂耐磨涂层后，基础涂层中的溶剂难以挥发，导致涂层性能降低。
附图说明
图1为本发明提供的多功能防热辐射涂层中空心二氧化硅微球粒子的一种可能的分布方式；
图2为本发明提供的多功能防热辐射涂层中空心二氧化硅微球粒子的另一种可能的分布方式；
图中，1为基础涂层，2为防热辐射涂层，3为耐磨涂层。
具体实施方式
以下将对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
请参阅图1和图2所示，本发明提供一种多功能防热辐射涂层，由下至上依次包括基础涂层1、防热辐射涂层2和耐磨涂层3，所述防热辐射涂层2包括至少一层空心二氧化硅微球粒子，所述空心二氧化硅微球粒子之间填充有空气，以增强涂层的防热辐射效果。
作为本发明的一个优选方案，所述防热辐射涂层包括至少两层空心二氧化硅微球粒子，所述空心二氧化硅微球粒子之间及空心二氧化硅微球粒子的层与层之间均填充有空气，以增强涂层的防热辐射效果。因此，通常情况下空心二氧化硅微球粒子的层数越多，防热辐射效果越好，到达一定程度后，防热辐射效果趋于平衡。
理论上，在理想的情况下，空心二氧化硅微球粒子之间及层与层之间存在如图1和图2所示的两种分布方式。一种情况是层与层之间的空心二氧化硅微球粒子整齐分布(图1)，此时空心二氧化硅微球粒子之间及层与层之间的空隙较大，内部填充的空气也较多，防热辐射效果相对较好；另一种情况是层与层之间的空心二氧化硅微球粒子参差交错分布(图2)，此时空心二氧化硅微球粒子之间及层与层之间的空隙比图1中的小，内部填充的空气减少，因此防热辐射效果相对减弱。而在实际喷涂过程中，层与层之间的空心二氧化硅微球粒子的分布可能同时包含以上两种分布方式，因此防热辐射效果介于两者之间。
作为本发明的一个优选方案，所述防热辐射涂层还包括粘结剂。
优选地，所述粘结剂为聚乙烯醇、聚醋聚乙烯乳液、水溶性酚醛树脂、木质素、淀粉或聚丙烯醇中的一种或多种。通过在空心二氧化硅微球粒子表面涂覆粘结剂，提高空心二氧化硅微球粒子之间的粘结力，进而提高防热辐射涂层的耐用性、防热辐射性等性能。
进一步的，所述基础涂层按重量份包括包括以下组分：聚醚改性环氧树脂35～45份、钛白粉8～15份、空心二氧化硅微球粒子6～12份、溶剂30～40份、助剂3～6份；该基础涂层与钢材表面的附着力较高，空心二氧化硅微球粒子具有隔热作用，能够一定程度上提高涂层的防热辐射效果；以聚醚改性环氧树脂作为主体聚合物，分子链中的醚键的与空心二氧化硅微球粒子表面的羟基能够形成氢键，从而其提高与防热辐射涂层中空心二氧化硅微球粒子的结合力。
所述耐磨涂层按重量份包括包括以下组分：锆英粉12～18份、硅藻土8～15份、聚乙烯醇30～40份、钠基膨润土5～8份、溶剂20～30份、助剂3～6份。一方面对防热辐射涂层起到封装保护作用，另一方面耐磨涂层可提高整个防热辐射涂层的耐磨性和使用寿命。
进一步的，所述助剂包括消泡剂、流平剂和防腐剂；所述溶剂为水、无水乙醇、异丙醇、丙酮中的一种或多种。
优选地，所述空心二氧化硅微球粒子的粒径为0.2～1μm。粒径过小时，空心二氧化硅微球粒子之间的空隙减小，而且易团聚，不利于防热辐射效果的提高；粒径过大时，空心二氧化硅微球粒子的分布均匀性降低，因此空心二氧化硅微球粒子的粒径进一步优选为0.4～0.6μm。
优选地，所述基础涂层的厚度为0.1～1mm，所述防热辐射涂层的厚度为0.2～100μm，所述耐磨涂层的厚度为0.1～1mm。
一种以上所述的防热辐射涂层在钢材表面的喷涂工艺，包括以下步骤：
s1.采用喷砂除锈法除去钢材上的腐蚀物以及其他污染物，得到干燥洁净的钢材；防止钢材表面的铁锈或灰尘等对污染物对基础涂层的附着力造成影响；
s2.加热步骤s1得到的所述干燥洁净的钢材，保证钢材表面的温度保持在50℃～60℃之间；一方面提高基础涂层的干燥速率，另一方面防止由于钢材表面温度过低，导致基础涂层迅速固化，从而影响涂层附着力和均匀性；
s3.在钢材表面喷涂以上所述的基础涂层；
s4.待步骤s3所述的基础涂层中的溶剂的挥发率达到45～50％时，将空心二氧化硅微球粒子喷涂至所述基础涂层表面；在此种条件下，能够使得空心二氧化硅微球粒子更好的粘附于基础涂层表面，而且使得溶剂挥发时间不至于延长太长；
s5.待基础涂层中的溶剂的挥发完全时，在空心二氧化硅微球粒子表面喷涂以上所述的耐磨涂层。防止直接喷涂耐磨涂层后，基础涂层中的溶剂难以挥发，导致涂层性能降低。
进一步的，在步骤s4中，待步骤s3所述的基础涂层中的溶剂的挥发率达到45～50％时，将表面涂覆有粘结剂的空心二氧化硅微球粒子喷涂至所述基础涂层表面。
以下实施例及对比例中，使用的各种原料均为商业购买的原料。
实施例1
一种多功能防热辐射涂层，由下至上依次包括0.3mm的基础涂层、2μm的防热辐射涂层和0.3mm的耐磨涂层；
基础涂层按重量份包括包括以下组分：聚醚改性环氧树脂40份、钛白粉10份、空心二氧化硅微球粒子10份、水35份、括消泡剂1.5份、流平剂1.5份和防腐剂2份；
防热辐射涂层包括4层空心二氧化硅微球粒子，粒径为0.5μm；
耐磨涂层按重量份包括包括以下组分：锆英粉15份、硅藻土12份、聚乙烯醇36份、钠基膨润土6份、水26份、括消泡剂1.5份、流平剂1.5份和防腐剂2份。
所述的防热辐射涂层在钢材表面的喷涂工艺，包括以下步骤：
s1.采用喷砂除锈法除去钢材上的腐蚀物以及其他污染物，得到干燥洁净的钢材；
s2.加热步骤s1得到的所述干燥洁净的钢材，保证钢材表面的温度保持在55℃左右；
s3.在钢材表面喷涂以上所述的基础涂层至厚度为0.3mm；
s4.待步骤s3所述的基础涂层中的水的蒸发率达到45～50％时，将空心二氧化硅微球粒子喷涂至所述基础涂层表面，至厚度为2μm左右，此时空心二氧化硅微球粒子的层数大约为4层；
s5.待基础涂层中的水蒸发完全时，在空心二氧化硅微球粒子表面喷涂以上所述的耐磨涂层至厚度为0.3mm，待涂层实干后，即得到喷涂有多功能防热辐射涂层的钢材。
参照标准hg/t4341-2012中的相关内容，测试钢材的热反射性能，选用positestat-a全自动附着力测试仪进行附着力测试。
实施例2
实施例2与实施例1相比，不同之处在于，步骤s4具体为：待步骤s3所述的基础涂层中的水的蒸发率达到45～50％时，在空心二氧化硅微球粒子表面涂覆聚乙烯醇，然后再喷涂至所述基础涂层表面，至厚度为2μm左右，此时空心二氧化硅微球粒子的层数大约为4层。其他与实施例1基本相同，在此不再赘述。
测试结果如表1所示，可以看出，实施例1和2得到的喷涂有多功能防热辐射涂层的钢材的放热辐射性能及附着力均明显高于标准指标，说明本发明的多功能防热辐射涂层具有良好的防热辐射性能，且与钢材的附着力较好。在空心二氧化硅微球粒子表面涂覆粘结剂后，附着力显著提高，进而提高防热辐射效果的耐久性。
表1实施例1和2的性能测试结果
实施例3～9及对比例1～4
实施例3～9及对比例1～4提供的多功能防热辐射涂层与实施例2相比，不同之处在于，涂层厚度及制备条件如表2所示，其他与实施例1基本相同，在此不再赘述。
表2实施例3～9及对比例1～4的制备条件
表3实施例3～9及对比例1～4的测试结果
从表3可以看出，防热辐射涂层的厚度增加，有助于提高钢材的防热辐射性能，而附着力变化不大。随着空心二氧化硅微球粒子粒径的增大，防热辐射性能先升高后降低。这可能是因为粒径过小时，空心二氧化硅微球粒子之间的空隙减小，而且易团聚，不利于防热辐射效果的提高；粒径过大时，空心二氧化硅微球粒子的分布均匀性降低。随着步骤s4中溶剂蒸发率的增大，防热辐射性能和附着力均相升高后降低，且蒸发率过大时，防热辐射性能和附着力降低更明显。这可能是因为蒸发率过大时，表明基础涂层干燥程度较大，导致空心二氧化硅微球粒子不易粘附于其表面，使得防热辐射性能和附着力降低。
综上所述，本发明通过在钢材表面构造多层功能涂层，基础涂层为防热辐射涂层的粘附提供支撑，耐磨涂层可提高涂层的耐磨性和使用寿命，防热辐射涂层包括至少一层空心二氧化硅微球粒子，利用空心二氧化硅微球粒子的隔热作用及空心二氧化硅微球粒子之间填充的空气，显著增强涂层的防热辐射效果。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
1.一种多功能防热辐射涂层，其特征在于，由下至上依次包括基础涂层、防热辐射涂层和耐磨涂层，所述防热辐射涂层包括至少一层空心二氧化硅微球粒子，所述空心二氧化硅微球粒子之间填充有空气，以增强涂层的防热辐射效果。
2.根据权利要求1所述的一种多功能防热辐射涂层，其特征在于，所述防热辐射涂层包括至少两层空心二氧化硅微球粒子，所述空心二氧化硅微球粒子之间及空心二氧化硅微球粒子的层与层之间填充有空气，以增强涂层的防热辐射效果。
3.根据权利要求1或2所述的一种多功能防热辐射涂层，其特征在于，所述防热辐射涂层还包括粘结剂。
4.根据权利要求3所述的一种多功能防热辐射涂层，其特征在于，所述粘结剂为聚乙烯醇、聚醋聚乙烯乳液、水溶性酚醛树脂、木质素、淀粉或聚丙烯醇中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种多功能防热辐射涂层，其特征在于，所述基础涂层按重量份包括包括以下组分：聚醚改性环氧树脂35～45份、钛白粉8～15份、空心二氧化硅微球粒子6～12份、溶剂30～40份、助剂3～6份；
所述耐磨涂层按重量份包括包括以下组分：锆英粉12～18份、硅藻土8～15份、聚乙烯醇30～40份、钠基膨润土5～8份、溶剂20～30份、助剂3～6份。
6.根据权利要求1所述的一种多功能防热辐射涂层，其特征在于，所述助剂包括消泡剂、流平剂和防腐剂；所述溶剂为水、无水乙醇、异丙醇、丙酮中的一种或多种。
7.根据权利要求1或2所述的一种多功能防热辐射涂层，其特征在于，所述空心二氧化硅微球粒子的粒径为0.2～1μm。
8.根据权利要求1或2所述的一种多功能防热辐射涂层，其特征在于，所述基础涂层的厚度为0.1～1mm，所述防热辐射涂层的厚度为0.2～100μm，所述耐磨涂层的厚度为0.1～1mm。
9.一种权利要求1至8中任一项权利要求所述的多功能防热辐射涂层在钢材表面的喷涂工艺，其特征在于，包括以下步骤：
s1.采用喷砂除锈法除去钢材上的腐蚀物以及其他污染物，得到干燥洁净的钢材；
s2.加热步骤s1得到的所述干燥洁净的钢材，保证钢材表面的温度保持在50℃～60℃之间；
s3.在钢材表面喷涂权利要求5或6所述的基础涂层；
s4.待步骤s3所述的基础涂层中的溶剂的挥发率达到45～50％时，将空心二氧化硅微球粒子喷涂至所述基础涂层表面；
s5.待基础涂层中的溶剂的挥发完全时，在空心二氧化硅微球粒子表面喷涂权利要求5或6所述的耐磨涂层。
10.根据权利要求9所述的多功能防热辐射涂层在钢材表面的喷涂工艺，其特征在于，在步骤s4中，待步骤s3所述的基础涂层中的溶剂的挥发率达到45～50％时，将表面涂覆有粘结剂的空心二氧化硅微球粒子喷涂至所述基础涂层表面。
技术总结