專利名稱：一種納米隔熱涂料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米隔熱涂料及其制備方法。涂料在玻璃上刷涂成膜后可保證良好的透光性，并具有優(yōu)異的隔熱性能；屬于環(huán)保節(jié)能新材料。
背景技術(shù)：
近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，城市建設(shè)日新月異，每天都有新的建筑拔地而起。建筑物的玻璃窗口及透明頂棚等在太陽光的熱輻射下，溫度逐漸升高，會(huì)增加空調(diào)的使用率，使得能耗增高。根據(jù)美國能源部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，空調(diào)制冷能量的30% 50%是消耗在從窗戶透過的太陽能。另外，太陽光中的紫外線還會(huì)加速建筑物內(nèi)家具和物品的老化失效，甚至對人體造成危害。針對上述太陽光熱輻射的弊端，傳統(tǒng)的解決方案是使用金屬鍍膜熱反射玻璃和各種熱反射貼膜等產(chǎn)品達(dá)到隔熱降溫的目的。然而，這些解決方法存在透光性不理想和成本較高等問題。本項(xiàng)目制備一種含納米氧化物/金屬單質(zhì)的透明隔熱涂料，將其涂覆于玻璃表面后在保證充分透光的前提下，起到阻隔紫外、紅外線進(jìn)而隔熱的作用。
目前，國內(nèi)外已有一些透明隔熱涂料的研究。其中透明隔熱性能較好的是含納米氧化銦錫(ITO)的隔熱涂層，它在保證一定的透光率前提下很好地解決了玻璃的隔熱問題。納米ITO制成的膜有很高的紅外屏蔽效果和較高的透光性，已部分投入實(shí)際應(yīng)用。然而，此材料價(jià)格昂貴，難以得到普及。另外，有些添加了空心微珠和納米顆粒的涂料，盡管其導(dǎo)熱系數(shù)小，對于紫外及近紅外線都具有很好的反射性，有著良好的隔熱性，但由于空心微珠自身的不透明性，使涂層透光性能得不到滿足。研究表明，許多納米氧化物和金屬單質(zhì)顆粒，如二氧化釩、氧化鋁、氧化硅、氧化鈦、氧化鋅、氧化鈰、氧化鐵、摻銻氧化錫、鎳、銀、鋁等對紫外及近紅外線都具有一定的屏蔽和反射作用，可以隔絕部分太陽輻照的熱量。同時(shí)，這些納米顆粒在增強(qiáng)涂層的耐磨、耐候性和自潔性等方面都有較好的作用。因此，將納米氧化物和單質(zhì)金屬顆粒按照一定的配比添加到涂料中得到納米隔熱涂料，并刷涂于玻璃上，將得到透光性好，隔熱效率高，具有優(yōu)異綜合性能的隔熱涂層。發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)有透明隔熱技術(shù)多采用納米ITO粉體作為添加物，但生產(chǎn)投資大，成本高，涂層的綜合性能也不夠理想。為克服上述缺點(diǎn)，本發(fā)明公開一種納米隔熱涂料及其制備方法，將 ATO和二氧化釩進(jìn)行摻雜固溶處理，同納米金屬單質(zhì)、水、醇及分散劑依次通過機(jī)械攪拌、超聲振蕩和高壓均質(zhì)處理，得到初級分散體。將初級分散體、高分子乳液、涂料助劑依次通過機(jī)械攪拌和高壓均質(zhì)處理，得到納米隔熱涂料。該涂料可應(yīng)用在建筑玻璃、汽車玻璃等需要隔絕太陽輻照熱量同時(shí)又必需保證一定光線透過率的場合。
一種納米隔熱涂料及其制備方法，其特征在于，按照如下步驟進(jìn)行
A)納米顆粒添加物的改性制備
將納米級摻銻二氧化錫(ATO)和二氧化釩(VO2)進(jìn)行二氧化硅(SiO2)摻雜改性制備，所得改性納米顆粒為AT0/Si02和V02/Si02氧化物固溶體。
B)將摻雜改性后的納米氧化物固溶體和納米金屬單質(zhì)、水、醇及分散劑依次通過機(jī)械攪拌、超聲振蕩和高壓均質(zhì)處理，得到初級分散體。將初級分散體、高分子乳液、涂料助劑依次通過機(jī)械攪拌和高壓均質(zhì)處理，得到納米隔熱涂料。
A)中所述摻雜改性制備過程為以納米ΑΤ0、納米VO2、正硅酸四乙酯、氨水、去離子水、無水乙醇、表面活性劑為原料，各原料摩爾分?jǐn)?shù)配比如下
納米ΑΤ0:70 90
納米VO2:10 30
正硅酸四乙酯03 3
氨水0.3 1. 8
去離子水2 8
無水乙醇15 90
表面活性劑:0· 06 O. 20
將正硅酸四乙酯、氨水、去離子水、無水乙醇、表面活性劑混合后在60°C下反應(yīng)I 小時(shí)，然后將預(yù)先配制好的質(zhì)量濃度為30%的納米ATO或納米VO2去離子水溶液加入到上述反應(yīng)體系中，繼續(xù)反應(yīng)O. 5小時(shí)，取出后抽濾、干燥，得到固體混合物。將固體混合物在 800°C下煅燒5 8小時(shí)，得到納米級改性AT0/Si02或V02/Si02氧化物固溶體。
A)中所述納米級改性AT0/Si02或V02/Si02氧化物固溶體的X射線衍射檢測圖譜中只有SnO2 (衍射卡片號41-1445)或VO2 (衍射卡片號43-1051)的衍射峰存在。其中， SnO2的(110)衍射峰和(101)衍射峰積分強(qiáng)度比值為1. 2 1. 4 I ；V02的(011)衍射峰和(220)衍射峰積分強(qiáng)度比值為1. 8 2. 2 I (測試儀器德國布魯克D8 ADVANCE衍射儀)。
A)中所述反應(yīng)所使用的表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇或羧酸鹽。
B)中所述納米金屬單質(zhì)為納米N1、納米Ag和納米Al中的一種或其組合,納米金屬單質(zhì)的顆粒直徑在30 60nm之間。
B)中所述高壓均質(zhì)處理的壓力在100 150MPa。
B)中所述納米隔熱涂料的粘度在10°C時(shí)為8. 2mPa*S ;30°C時(shí)為5. 5mPa S ；50°C 時(shí)為 3. 6mPa · S ;70°C時(shí)為 2. 8mPa · S(測試儀器美國 Brookfield DV-1I+Pro 粘度計(jì))。
B)中所述納米隔熱涂料的粒度分布特征值D5tl為90nm(測試儀器英國馬爾文 Nano ZS粒度分析儀)。
本發(fā)明制備了一種納米隔熱涂料。納米顆粒在涂料中分散均勻穩(wěn)定，刷涂于玻璃表后仍保持良好的透光性，夏天可顯著降低建筑室內(nèi)溫度，冬天有助維持室內(nèi)較高的溫度， 具有顯著的實(shí)用價(jià)值。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是本發(fā)明成本低、制備工藝簡單，得到的透明涂層透光性好，隔熱性能優(yōu)異；耐久性和耐洗刷性好，有較好的自潔性，不易老化；膜層壽命長，穩(wěn)定性好，維護(hù)簡單，具有環(huán)保節(jié)能的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明加以詳細(xì)說明，但本實(shí)施例并不用于限制本發(fā)明，凡是采用本發(fā)明的相似方法及其相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實(shí)施例1 :
按各原料摩爾分?jǐn)?shù)配比納米ATO 70 ;納米VO2 30 ;正硅酸四乙酯0. 5 ;氨水 O. 3 ;去離子水6 ;無水乙醇25 ;表面活性劑0. 10，將正硅酸四乙酯、氨水、去離子水、無水乙醇、表面活性劑混合后在60°C下反應(yīng)I小時(shí)，然后將預(yù)先配制好的質(zhì)量濃度為30%的納米ATO或納米VO2去離子水溶液加入到上述反應(yīng)體系中，繼續(xù)反應(yīng)O. 5小時(shí)，取出后抽濾、 干燥，得到固體混合物。將固體混合物在800°C下煅燒5小時(shí)，得到納米級改性AT0/Si02或 V02/Si02氧化物固溶體。將摻雜改性后的納米氧化物固溶體和納米金屬單質(zhì)N1、7K、醇及分散劑依次通過機(jī)械攪拌、超聲振蕩和高壓均質(zhì)處理,得到初級分散體。將初級分散體、高分子乳液、涂料助劑依次通過機(jī)械攪拌和高壓均質(zhì)處理，得到納米隔熱涂料。
將上述納米隔熱涂料刷涂在透明玻璃上，可見光透過率大于73%，隔熱測試中測試系統(tǒng)內(nèi)外溫差為3 5攝氏度。
實(shí)施例2
按各原料摩爾分?jǐn)?shù)配比:納米ATO 80 ;納米VO2 20 ;正硅酸四乙酯2 ;氨水1. 5 ； 去離子水4 ;無水乙醇80 ;表面活性劑0. 15，將正硅酸四乙酯、氨水、去離子水、無水乙醇、表面活性劑混合后在60°C下反應(yīng)I小時(shí)，然后將預(yù)先配制好的質(zhì)量濃度為30%的納米 ATO或納米VO2去離子水溶液加入到上述反應(yīng)體系中，繼續(xù)反應(yīng)O. 5小時(shí)，取出后抽濾、干燥，得到固體混合物。將固體混合物在800°C下煅燒6小時(shí)，得到納米級改性AT0/Si02或 V02/Si02氧化物固溶體。將摻雜改性后的納米氧化物固溶體和納米金屬單質(zhì)Ag、7K、醇及分散劑依次通過機(jī)械攪拌、超聲振蕩和高壓均質(zhì)處理,得到初級分散體。將初級分散體、高分子乳液、涂料助劑依次通過機(jī)械攪拌和高壓均質(zhì)處理，得到納米隔熱涂料。
將上述納米隔熱涂料刷涂在透明玻璃上，可見光透過率大于78%，隔熱測試中測試系統(tǒng)內(nèi)外溫差為5 8攝氏度。
實(shí)施例3
按各原料摩爾分?jǐn)?shù)配比納米ATO 90 ;納米VO2 10 ;正硅酸四乙酯1. 5 ;氨水 1.0 ;去離子水8 ;無水乙醇80 ;表面活性劑0. 20，將正硅酸四乙酯、氨水、去離子水、無水乙醇、表面活性劑混合后在60°C下反應(yīng)I小時(shí)，然后將預(yù)先配制好的質(zhì)量濃度為30%的納米ATO或納米VO2去離子水溶液加入到上述反應(yīng)體系中，繼續(xù)反應(yīng)O. 5小時(shí)，取出后抽濾、 干燥，得到固體混合物。將固體混合物在800°C下煅燒8小時(shí)，得到納米級改性AT0/Si02或 V02/Si02氧化物固溶體。將摻雜改性后的納米氧化物固溶體和納米金屬單質(zhì)Al、水、醇及分散劑依次通過機(jī)械攪拌、超聲振蕩和高壓均質(zhì)處理,得到初級分散體。將初級分散體、高分子乳液、涂料助劑依次通過機(jī)械攪拌和高壓均質(zhì)處理，得到納米隔熱涂料。
將上述納米隔熱涂料刷涂在透明玻璃上，可見光透過率大于80%，隔熱測試中測試系統(tǒng)內(nèi)外溫差為6 10攝氏度。
實(shí)施例4
按各原料摩爾分?jǐn)?shù)配比:納米AT0:80 ;納米VO2 20 ;正硅酸四乙酯:3.0 ;氨水 1.8 ;去離子水8 ;無水乙醇90 ;表面活性劑0. 20，將正硅酸四乙酯、氨水、去離子水、無水乙醇、表面活性劑混合后在60°C下反應(yīng)I小時(shí)，然后將預(yù)先配制好的質(zhì)量濃度為30%的納米ATO或納米VO2去離子水溶液加入到上述反應(yīng)體系中，繼續(xù)反應(yīng)O. 5小時(shí)，取出后抽濾、 干燥，得到固體混合物。將固體混合物在800°C下煅燒8小時(shí)，得到納米級改性AT0/Si02或V02/Si02氧化物固溶體。將摻雜改性后的納米氧化物固溶體和納米金屬單質(zhì)Ni和Al、7jC、醇及分散劑依次通過機(jī)械攪拌、超聲振蕩和高壓均質(zhì)處理，得到初級分散體。將初級分散體、 高分子乳液、涂料助劑依次通過機(jī)械攪拌和高壓均質(zhì)處理，得到納米隔熱涂料。
將上述納米隔熱涂料刷涂在透明玻璃上，可見光透過率大于75%，隔熱測試中測試系統(tǒng)內(nèi)外溫差為4 7攝氏度。
實(shí)施例5
按各原料摩爾分?jǐn)?shù)配比納米ATO 90 ;納米VO2 10 ;正硅酸四乙酯2. 5 ;氨水 O. 3 ;去離子水6 ;無水乙醇15 ;表面活性劑0. 06，將正硅酸四乙酯、氨水、去離子水、無水乙醇、表面活性劑混合后在60°C下反應(yīng)I小時(shí)，然后將預(yù)先配制好的質(zhì)量濃度為30%的納米ATO或納米VO2去離子水溶液加入到上述反應(yīng)體系中，繼續(xù)反應(yīng)O. 5小時(shí)，取出后抽濾、 干燥，得到固體混合物。將固體混合物在800°C下煅燒5小時(shí)，得到納米級改性AT0/Si02或 V02/Si02氧化物固溶體。將摻雜改性后的納米氧化物固溶體和納米金屬單質(zhì)Ni和Ag、7K、醇及分散劑依次通過機(jī)械攪拌、超聲振蕩和高壓均質(zhì)處理，得到初級分散體。將初級分散體、 高分子乳液、涂料助劑依次通過機(jī)械攪拌和高壓均質(zhì)處理，得到納米隔熱涂料。
將上述納米隔熱涂料刷涂在透明玻璃上，可見光透過率大于78%，隔熱測試中測試系統(tǒng)內(nèi)外溫差為3 6攝氏度。
實(shí)施例6
按各原料摩爾分?jǐn)?shù)配比納米AT0:70 ;納米VO2 30 ;正硅酸四乙酯2.0 ;氨水 0.8 ;去離子水5 ;無水乙醇65 ;表面活性劑0. 15，將正硅酸四乙酯、氨水、去離子水、無水乙醇、表面活性劑混合后在60°C下反應(yīng)I小時(shí)，然后將預(yù)先配制好的質(zhì)量濃度為30%的納米ATO或納米VO2去離子水溶液加入到上述反應(yīng)體系中，繼續(xù)反應(yīng)O. 5小時(shí)，取出后抽濾、 干燥，得到固體混合物。將固體混合物在800°C下煅燒7小時(shí)，得到納米級改性AT0/Si02或 V02/Si02氧化物固溶體。將摻雜改性后的納米氧化物固溶體和納米金屬單質(zhì)N1、7K、醇及分散劑依次通過機(jī)械攪拌、超聲振蕩和高壓均質(zhì)處理,得到初級分散體。將初級分散體、高分子乳液、涂料助劑依次通過機(jī)械攪拌和高壓均質(zhì)處理，得到納米隔熱涂料。
將上述納米隔熱涂料刷涂在透明玻璃上，可見光透過率大于70%，隔熱測試中測試系統(tǒng)內(nèi)外溫差為2 4攝氏度。
權(quán)利要求
1.一種納米隔熱涂料及其制備方法，其特征在于，按照如下步驟進(jìn)行 A)納米顆粒添加物的改性制備 將納米級摻銻二氧化錫(ATO)和二氧化釩(VO2)進(jìn)行二氧化硅(SiO2)摻雜改性制備，所得改性納米顆粒為AT0/Si02和V02/Si02氧化物固溶體。
B)將摻雜改性后的納米氧化物固溶體和納米金屬單質(zhì)、水、醇及分散劑依次通過機(jī)械攪拌、超聲振蕩和高壓均質(zhì)處理，得到初級分散體。將初級分散體、高分子乳液、涂料助劑依次通過機(jī)械攪拌和高壓均質(zhì)處理，得到納米隔熱涂料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米隔熱涂料及其制備方法，其特征在于A)中所述納米級摻銻二氧化錫(ATO)和二氧化釩(VO2)顆粒直徑分布在10 80nm之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米隔熱涂料及其制備方法，其特征在于A)中所述摻雜改性制備過程為以納米AT0、納米VO2、正硅酸四乙酯、氨水、去離子水、無水乙醇、表面活性劑為原料，各原料摩爾分?jǐn)?shù)配比如下 納米ATO : 70 90 納米VO2 :10 30 正硅酸四乙酯0. 5 3 氨水:0. 3 1. 8 去離子水2 8 無水乙醇15 90 表面活性劑:0. 06 0. 20 將正硅酸四乙酯、氨水、去離子水、無水乙醇、表面活性劑混合后在60°C下反應(yīng)I小時(shí)，然后將預(yù)先配制好的質(zhì)量濃度為30 %的納米ATO或納米VO2去離子水溶液加入到上述反應(yīng)體系中，繼續(xù)反應(yīng)0. 5小時(shí)，取出后抽濾、干燥，得到固體混合物。將固體混合物在800°C下煅燒5 8小時(shí)，得到納米級改性AT0/Si02或V02/Si02氧化物固溶體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種納米隔熱涂料及其制備方法，其特征在于納米級改性AT0/Si02或V02/Si02氧化物固溶體的X射線衍射檢測圖譜中只有SnO2(衍射卡片號41-1445)或VO2 (衍射卡片號43-1051)的衍射峰存在。其中，SnOjA (110)衍射峰和(101)衍射峰積分強(qiáng)度比值為1. 2 1. 4 I ；V02的(011)衍射峰和(220)衍射峰積分強(qiáng)度比值為1. 8 2. 2 I (測試儀器德國布魯克D8 ADVANCE衍射儀)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種納米隔熱涂料及其制備方法，其特征在于反應(yīng)所使用的表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇或羧酸鹽。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米隔熱涂料及其制備方法，其特征在于B)中所述納米金屬單質(zhì)為納米N1、納米Ag和納米Al中的一種或其組合,納米金屬單質(zhì)的顆粒直徑在30 6Onm之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米隔熱涂料及其制備方法，其特征在于B)中所述高壓均質(zhì)處理的壓力在100 150MPa。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米隔熱涂料及其制備方法，其特征在于B)中所述納米隔熱涂料的粘度在10°C時(shí)為8. 2mPa S ;30°C時(shí)為5. 5mPa S ;50°C時(shí)為3. 6mPa S ；70°C時(shí)為2. 8mPa S(測試儀器美國Brookfield DV-1I+Pro粘度計(jì))。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米隔熱涂料及其制備方法，其特征在于B)中所述納米隔 熱涂料的粒度分布特征值D5tl為90nm(測試儀器英國馬爾文Nano ZS粒度分析儀)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米隔熱涂料及其制備方法。涂料在玻璃上刷涂成膜后可保證良好的透光性，并具有優(yōu)異的隔熱性能，屬于環(huán)保節(jié)能新材料。將納米ATO、納米VO2、正硅酸四乙酯、氨水、去離子水、無水乙醇、表面活性劑混合并反應(yīng)的產(chǎn)物進(jìn)行煅燒，得到納米級改性ATO/SiO2或VO2/SiO2氧化物固溶體。將氧化物固溶體和納米金屬單質(zhì)、水、醇及分散劑依次通過機(jī)械攪拌、超聲振蕩和高壓均質(zhì)處理，得到初級分散體。將初級分散體、高分子乳液、涂料助劑依次通過機(jī)械攪拌和高壓均質(zhì)處理，得到納米隔熱涂料。本發(fā)明成本低、制備工藝簡單，得到的涂料刷涂成膜后膜層透光性好，隔熱性能優(yōu)異；有較好的自潔性，不易老化，耐久性和耐洗刷性好；膜層壽命長，穩(wěn)定性好，維護(hù)簡單。
文檔編號C09D5/33GK103013212SQ201110290469
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者黎源 申請人:典慧材料科技(上海)有限公司