專利名稱：一種中高溫太陽能選擇性吸收涂料、涂層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能利用領(lǐng)域，特別涉及一種太陽能選擇性吸收薄膜技術(shù)，更具體 的涉及一種中高溫太陽能選擇性吸收涂料、涂層及其制備方法。
背景技術(shù)：
在當(dāng)今世界能源日趨稀缺、環(huán)境污染問題越來越嚴(yán)重的現(xiàn)狀下，作為最清潔能源， 太陽能利用業(yè)已得到國內(nèi)外的廣泛重視，其中太陽能的熱利用研究及應(yīng)用是非常重要的方 式之一。利用太陽能選擇性吸收薄膜技術(shù)，太陽能的熱利用可以應(yīng)用于低、中、高溫三種不 同的場合。在太陽能的中高溫利用中，現(xiàn)在主要是通過磁控濺射的方法來制備太陽能選擇 性吸收薄膜，所用的材料主要是耐高溫、耐氧化的金屬和陶瓷基體材料。郝雷等制備的非真 空高溫太陽光譜選擇性吸收涂層就是采用多弧離子鍍的方法制備的TiAl/TiAlN/TiAlON/ TiAlO涂層，采用的金屬是鈦。在中國專利號ZL200420115684. 1中也報(bào)道了采用難熔鈦 作為金屬陶瓷層中的金屬組分制備選擇性吸收涂層。但是，用磁控濺射的方法制備的涂層 的成本極高，所用設(shè)備昂貴、投資大，所用的一些金屬材料稀少而價(jià)高，不容易大規(guī)模推廣。 涂料型涂層的優(yōu)點(diǎn)是制備工藝簡單，成本低，對設(shè)備的要求不高，容易推廣應(yīng)用，考慮到性 價(jià)比，涂料型涂層具有一定優(yōu)勢。當(dāng)前適于中高溫利用的涂料型選擇性吸收涂層的研究及 應(yīng)用較少，這是因?yàn)樵谕苛闲屯繉又凶鳛槌赡の锏某Ｒ?guī)的有機(jī)基體樹脂一般耐高溫性能較 差，其在高溫下都會氧化、老化、碳化，影響使用壽命。另外，由于涂層厚度和吸收性能的影 響關(guān)系，對于具有選擇性吸收功能的無機(jī)粉體的制備，要求粉體顆粒在納米范圍內(nèi)效果較 好；而以往的制備納米顆粒的方法較為復(fù)雜，納米材料分散性差，而且加入的有機(jī)分散劑和 絡(luò)合劑等在燒結(jié)時(shí)不能完全去除，不只是會影響功能粉體的選擇性吸收性能，同時(shí)還有不 完全分解燃燒的有毒氣體冒出。上述技術(shù)問題阻礙了中高溫涂料型太陽能選擇性吸收涂層 技術(shù)的推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過對耐高溫成膜劑的篩選、制備，并采用新穎、簡易的反滴定共 沉淀法制備高性能耐高溫選擇性吸收功能納米粉體，并將它們制成可耐600°C以上的高性 能中高溫太陽能選擇性吸收涂層，該涂層具有較好的對太陽能的選擇性吸收功能，提高了 太陽能的利用率，其耐候性好，使用壽命長，可應(yīng)用于中高溫太陽能熱利用及熱發(fā)電領(lǐng)域。為達(dá)到本發(fā)明的目的，本發(fā)明的中高溫太陽能選擇性吸收涂層制備時(shí)選用的耐高 溫成膜劑包括具有酰亞胺結(jié)構(gòu)的改性樹脂，有硅氧鍵結(jié)構(gòu)的改性樹脂以及無機(jī)成膜劑中的 一種。純樹脂的熱失重表明，這種樹脂在300°C固化后，在300°C到500°C的范圍內(nèi)幾乎沒有 失重，加入粉體后耐熱性更好，可以在600°C以前幾乎沒有失重。溶解樹脂所用的溶劑為甲 苯、二甲苯、N，N-二甲基甲酰胺、丙酮、乙醇、環(huán)己烷、N，N-二甲基乙酰胺等中的一種或幾種 的混合溶劑。無機(jī)成膜劑為水性體系，包括硅溶膠、鋯溶膠、鋁溶膠、鈦溶膠中的一種或幾種 的混合物，加熱試驗(yàn)表明無機(jī)成膜劑的耐高溫性能可達(dá)到1000°C以上。
所用的功能粉體為納米復(fù)合氧化物，該納米復(fù)合氧化物的平均粒徑為50nm，所用 的原料為硝酸鉻、硝酸鐵、硝酸亞鐵、硝酸錳、硝酸銅、硝酸鎳、硝酸鈷、氯化錳、氯化銅、氯化 鐵物質(zhì)或者其水合物中的至少4種，將這些物質(zhì)通過沉淀形成復(fù)合的氫氧化物。所用的沉 淀劑為NaOH、碳酸氫銨、氨水(25%)中的一種或幾種的混合物。沉淀時(shí)控制體系的pH值 在5-12之間，陳化12h，抽濾，洗滌三次，在40°C至100°C范圍內(nèi)將沉淀物烘干，然后在一定 的溫度下將沉淀物進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)的溫度為300-900°C之間的一個值。燒結(jié)時(shí)間為l_5h。將 燒結(jié)后的固體物質(zhì)用研缽研成粉末，然后在球磨機(jī)上球磨2-12h，得所需黑色功能粉體。將上述功能粉體和成膜劑加入到球磨機(jī)中，功能粉體和成膜劑的質(zhì)量比例為 1 1到1 5之間；然后加入一定量的潤濕分散劑、消泡劑、流平劑，這些助劑的加入量為 功能粉體含量的0. 1% _2%，然后繼續(xù)在球磨機(jī)中球磨2h，所得到的涂料即為所需的功能 涂料。將上述涂料涂于拋光的不銹鋼板或鋁板上，涂膜的厚度(膜重法)為 0. 002-0. Olg/cm2之間。將上述涂層在300°C的烘箱中烘烤l_3h，就得到對太陽光進(jìn)行選擇 性吸收的涂層。該涂層在600°C的馬弗爐中燒結(jié)3h，涂層的性能沒有顯著變化。該涂層的 吸收 率大于0. 9，發(fā)射率在0. 3以下。


通過下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明前述的和其他的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得 顯而易見。其中圖1所示為本發(fā)明的制備一種中高溫太陽能選擇性吸收涂料的步驟示意圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)圖1所示的制備步驟，選擇硝酸銅、硝酸錳、硝酸鈷、硝酸鎳為原料，各物質(zhì)的 摩爾比為1 1 1 1，在NaOH為沉淀劑的情況下將其沉淀，沉淀的具體方法為將上述 四種硝酸鹽先溶解在去離子水中，同時(shí)稱取相應(yīng)的物質(zhì)的量的氫氧化鈉溶解在另一個燒杯 中，通過控制體系的PH值在10左右，將上述硝酸鹽的混合溶液和氫氧化鈉溶液同時(shí)通過 滴加的方式加入到燒瓶中，沉淀完全后陳化12h，抽濾，洗滌三次，在40°C至100°C范圍內(nèi)將 沉淀物烘干，然后在一定的溫度下將沉淀物進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)的溫度為300-900°C之間的一個 值，燒結(jié)時(shí)間為l_5h。將燒結(jié)后的固體物質(zhì)用研缽研成粉末，然后在球磨機(jī)上球磨2h，得所 需黑色功能粉體。將上述功能粉體和改性聚酰亞胺樹脂加入到球磨機(jī)中，功能粉體和樹脂的質(zhì)量比 例為1 5 ；然后加入0. 4%潤濕分散劑(EFKA-6220)、0. 2%消泡劑(EFKA-2038)、0. 3%流 平劑(EFKA-3580)，然后繼續(xù)在球磨機(jī)中球磨2h，即得到所需的功能涂料。將上述涂料涂于拋光的不銹鋼板上，涂膜的厚度(膜重法)為0. 003g/cm2。將上 述涂層在300°C的烘箱中烘烤lh，即得到高性能中高溫太陽能選擇性吸收涂層。本發(fā)明并不局限于所述的實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神即公 開范圍內(nèi)，仍可作一些修正或改變，故本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍以權(quán)利要求書限定的范圍為 準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種中高溫太陽能選擇性吸收涂料的制備方法，其特征在于，其包括如下步驟51選擇一種或幾種有機(jī)或無機(jī)的材料作為成膜劑；52利用反滴定共沉淀法制備太陽能吸收功能粉體；以及53將上述功能粉體和成膜劑加入到球磨機(jī)中，然后加入加入量為功能粉體含量的 0. 1% -2%的助劑，在球磨機(jī)中球磨后即得到所需的功能涂料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中高溫太陽能選擇性吸收涂料的制備方法，其特征在 于，所述的成膜劑為改性聚酰亞胺樹脂，或改性有機(jī)硅樹脂；或硅溶膠、鋁溶膠、鋯溶膠、鈦 溶膠中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種中高溫太陽能選擇性吸收涂料的制備方法，其特 征在于，所述的太陽能吸收功能粉體包含的原料為硝酸鉻、硝酸鐵、硝酸亞鐵、硝酸錳、硝酸 銅、硝酸鎳、硝酸鈷、氯化錳、氯化銅、氯化鐵這些物質(zhì)或者其水合物中的至少4種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中高溫太陽能選擇性吸收涂料的制備方法，其特征在 于，所述的太陽能吸收功能粉體的平均粒徑為50nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中高溫太陽能選擇性吸收涂料的制備方法，其特征在 于，所述的功能粉體的制備方法為選用NaOH、碳酸氫銨、氨水(25% )中的一種或幾種的混合物作為沉淀劑； 沉淀時(shí)控制體系的PH值在5-12之間，陳化12h，抽濾，洗滌三次，在40°C至100°C范圍 內(nèi)將沉淀物烘干；在一定的溫度下將沉淀物進(jìn)行燒結(jié)，所述的燒結(jié)的溫度為300-900°C，燒結(jié)時(shí)間為 l-5h ；以及將燒結(jié)后的固體物質(zhì)用研缽研成粉末，然后在球磨機(jī)上球磨2-12h，即制得所需功能粉體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中高溫太陽能選擇性吸收涂料的制備方法，其特征在 于，所述的助劑包括潤濕分散劑、消泡劑以及流平劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中高溫太陽能選擇性吸收涂料的制備方法，其特征在 于，所述功能粉體和成膜劑的質(zhì)量比例為1 1到1 5。
8.一種中高溫太陽能選擇性吸收涂料，其特征在于，其通過如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所 述的制備方法制成。
9.一種中高溫太陽能選擇性吸收涂層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 將上述根據(jù)權(quán)利要求8制備的涂料涂于拋光的不銹鋼板或鋁板上，涂膜的厚度為0. 002-0. 01g/cm2 ；以及將上述涂層在300°C的烘箱中烘烤l_3h，即得到對太陽光進(jìn)行選擇性吸收的涂層。
10.一種中高溫太陽能選擇性吸收涂層，其特征在于，其根據(jù)如權(quán)利要求9所述的方法 制成，其中所述涂層在600°C的馬弗爐中燒結(jié)3h，涂層的性能沒有顯著變化；且所述涂層的 吸收率大于0. 9，發(fā)射率在0. 3以下。
全文摘要
本發(fā)明提出一種中高溫太陽能選擇性吸收涂料及制備方法，其是將一種或幾種有機(jī)或無機(jī)材料作為耐高溫成膜劑，采用新穎簡易的方法制備高性能太陽能選擇性吸收納米并將其作為功能粉體，來制備太陽能選擇性吸收涂料。用該涂料制得的涂層材料具有較好的對太陽能的選擇性吸收功能，提高了太陽能的利用率，其耐溫性在600℃以上，耐候性能好，使用壽命長，可應(yīng)用于中高溫太陽能熱利用及熱發(fā)電領(lǐng)域。
文檔編號C09D179/08GK102093767SQ20101057007
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月2日
發(fā)明者姚伯龍, 孔祥永, 李勇強(qiáng), 李海亮, 李祥, 褚路軒 申請人:無錫中陽新能源科技有限公司