專利名稱：高紅外反射的鈦酸鹽納米粉體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米材料的制備方法，尤其是一種用于建筑節(jié)能涂料的高紅外反 射的鈦酸鹽納米粉體的制備方法。
背景技術(shù)：
目前，建筑節(jié)能是我們解決能源問題的一個(gè)重要目標(biāo)。我國建筑能耗占社會(huì)總能 耗的27%左右，居全國各類能耗之首，建筑能源應(yīng)用效率僅為發(fā)達(dá)國家的1/3。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年 全球使用的空調(diào)、電扇等降溫設(shè)備占了總能源消耗的20%以上。在夏季，空調(diào)溫度應(yīng)控制在 ^TC 18°C，每升高一度，可節(jié)電5%、％?？照{(diào)是通過做功制冷，當(dāng)室內(nèi)外溫差大時(shí)，所需 的功就大，能耗就大。如果能降低室內(nèi)外的溫差，就能降低能量的消耗。太陽光照射在建筑 外墻上，輻射能被吸收轉(zhuǎn)化為熱能，使之升溫，與內(nèi)墻形成溫度梯度，于是熱量就從外而內(nèi) 傳入。建筑節(jié)能涂料應(yīng)用于太陽光照射強(qiáng)烈的屋頂、外墻，使其對(duì)太陽光具有高反射率和低 吸收率，降低了太陽光的吸收，也就降低了屋頂涂層的溫度，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。這種 涂料除了具備普通涂料的特性外，最大的特點(diǎn)就是大大降低了物體表面的溫度。因此開發(fā) 新型建筑隔熱保溫用材料，降低建筑能耗具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的市場前景。
在建筑節(jié)能外墻保溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通過反射和輻射傳熱對(duì)太陽輻射能量進(jìn)行耗散 取代傳統(tǒng)的隔熱保溫砂漿已成為研發(fā)熱點(diǎn)，應(yīng)用較多的為白色熱反射隔熱涂料，以空心微 珠和高折射率TiO2為主要功能填料，對(duì)太陽光的熱反射比可達(dá)80%以上，其次是以具有紅 外反射功能的納米導(dǎo)電氧化物作為填料，通過近紅外熱反射功能達(dá)到降低內(nèi)外溫差梯度， 從而達(dá)到節(jié)能目的。近紅外熱反射建筑節(jié)能涂料是光譜選擇性涂層的一種，它能對(duì)太陽輻 射中的近紅外波段(0. 72^5 μ m)具有高反射率(主要熱量來源)，并將吸收的熱能以長波 (2. 5^15 μ m)的形式輻射到外部空間，從而在不消耗能量的情況下抑制涂層表面溫度的上 升和降低涂覆物內(nèi)部和周圍溫度，也是節(jié)能型功能性涂層材料的一種。隨著建筑節(jié)能的需 求日益迫切，單一白色熱反射涂料已不能滿足多色彩的外墻涂料要求；而彩色熱反射涂料 因在可見光波段的高吸收性和顏料耐候性差，其使用和推廣受到限制。
美國 Oak Ridge National Laboratory (ORNL)禾口 Lawrence Berkeley National Laboratory(LBNL)兩個(gè)國家實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合眾多建材、涂料、顏填料廠商，進(jìn)行了一項(xiàng)為期三年 的開發(fā)新型高反射、多彩的屋頂材料的工程。工程中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)就是建立了近100種 常見顏填料的具體屬性的數(shù)據(jù)庫，包括顏填料的名稱、顏色、化學(xué)特性、機(jī)械性能、光譜屬性 (反射率、吸收率、透射率、透射系數(shù)以及散射系數(shù)，還有在不同底色涂層上的反射率)等， 并利用分光光度計(jì)測量的數(shù)據(jù)建立了關(guān)于散射系數(shù)S和吸收系數(shù)K的模型，以更深入了解 顏填料的屬性。結(jié)果表明鈦酸鹽系列的顏料具有較高的紅外反射系數(shù)。
然而目前鈦酸鹽系列顏料一般采用固相煅燒法或通過共沉淀法、液相沉積法等得 到前驅(qū)體后經(jīng)高溫?zé)Y(jié)制備得到。這些方法存在工藝路線復(fù)雜、生產(chǎn)周期長，所得產(chǎn)品摻雜 不均勻、容易引入雜質(zhì)，粉體的粒子大、粒度不均勻、紅外反射性能較差等缺點(diǎn)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種工藝簡單、操作方便、生產(chǎn)周期短且紅外光 屏蔽效果好的的鈦酸鹽納米粉體的制備方法，用于建筑節(jié)能涂料。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是所述鈦酸鹽納米粉體的通式 為MxTiOy，其中M為鎳或鉻，χ和y為正整數(shù)；其按照下述步驟進(jìn)行制備①將重量份數(shù)比為廣4:1的丙烯酸與水混合，得丙烯酸水溶液A；②稱取可溶的M鹽與Ti鹽，加入至步驟①中的丙烯酸水溶液A中，溶解，得均相體系B， 其中M鹽與Ti鹽的摩爾比為廣0. 1:1, Ti鹽與丙烯酸水溶液A的重量比為15、0:100 ；③在攪拌的條件下，將重量含量為2 10%的過氧類引發(fā)劑的水溶液加入至步驟②中的 均相體系B中，得溶液C;④將步驟③中得到的溶液C在6(T10(TC加熱，至體系完全聚合；然后在8(T250°C干燥 得固體，冷卻后研磨，并在空氣氛圍，60(T80(TC煅燒2飛h，得高紅外反射的鈦酸鹽納米粉 體。
本發(fā)明提供的鈦酸鹽納米粉體的制備步驟是首先在丙烯酸水溶液中形成M與 Ti的丙烯酸鹽均勻分散體系，通過一定溫度下聚合，得到前驅(qū)體；然后將所述前軀體在加 熱條件下熱分解，并在高溫下(60(T80(TC)處理后得到均相MxTiOy納米粉體，其為尺寸在 20 80nm。
采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于1、本發(fā)明提供的方法所制備得到的鈦酸鹽納米粉體分散性好，尺寸均勻，在2(T80nm 范圍內(nèi)；2、本發(fā)明提供的方法所制備得到的鈦酸鹽納米粉體顏色鮮明，具有較好的紅外反射性 能，如圖7所示MxTiOy納米粉體的近紅外反射率平均值為45%，尤其適合用于外墻用隔熱涂 料、保溫材料表面處理等領(lǐng)域；3、本發(fā)明提供的方法制備得到的鈦酸鹽納米粉體晶型規(guī)整，純度高，是均相無雜質(zhì)的 無機(jī)納米粉體顏料；4、本發(fā)明提供的制備方法所需的原料宜得，成本低廉；5、本發(fā)明所提供的制備方法中，鈦酸鹽納米粉體的前驅(qū)體在較低溫度(60(T80(TC)下 煅燒即可得到均相不含雜質(zhì)的鈦酸鹽納米粉末。
6、本發(fā)明提供的制備方法工藝流程簡單，可大量制備，適于工業(yè)化生產(chǎn)。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
圖1-1和圖1-2分別是本發(fā)明實(shí)施例一制備的鈦酸鎳前軀體的TG和DSC熱分析 曲線；圖2-1和圖2-2分別是本發(fā)明實(shí)施例二制備的鈦酸鉻前軀體的TG和DSC熱分析曲線； 圖3是本發(fā)明的實(shí)施例一制備的鈦酸鎳納米粉體的TEM照片； 圖4是本發(fā)明的實(shí)施例一制備的鈦酸鎳納米粉體的XRD曲線； 圖5是本發(fā)明的實(shí)施例二制備的鈦酸鉻納米粉體的TEM照片； 圖6是本發(fā)明的實(shí)施例二制備的鈦酸鉻納米粉體的XRD曲線；圖7是本發(fā)明制備的鈦酸鹽納米粉體的光學(xué)測試曲線。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一①將7重量份的丙烯酸分散于去3重量份的去離子水中，在磁力攪拌下充分溶解，得丙 烯酸水溶液A ；②稱取乙酸鎳和鈦酸正丁酯，加入至步驟①中的丙烯酸水溶液A中，在磁力攪拌下溶 解，得均相體系B，其中乙酸鎳和鈦酸正丁酯的摩爾比為1 1，鈦酸正丁酯與丙烯酸水溶液A 的重量比為15:100 ；③在磁力攪拌的條件下，將重量含量為m的過硫酸銨的去離子水溶液加入至步驟② 中的均相體系B中，得溶液C，所述過硫酸銨與步驟①中的丙烯酸的重量比為0. 05 1 ；④將步驟③中得到的溶液C在100°C加熱攪拌25min，使體系完全聚合，然后250°C干 燥池得固體，冷卻后研磨，再置于馬弗爐內(nèi)，在空氣氛圍、600°C煅燒池，得亮黃色的鈦酸鎳 納米粉體。
參見圖1，由鈦酸鎳前驅(qū)體的熱分析結(jié)果可知，鈦酸鎳的煅燒溫度為600°C以上。 參見圖3，本實(shí)施例制備的鈦酸鎳納米粉體分散性好，尺寸均勻，在2(T80nm范圍內(nèi)；從圖4 可以看出，采用實(shí)施例制備的鈦酸鎳納米粉體的晶體結(jié)構(gòu)完整，表明燒結(jié)處理得到了完整 的鈦酸鹽晶相。鈦酸鎳圖譜與標(biāo)準(zhǔn)卡片JCPDS#33-0960基本吻合。
實(shí)施例二①將10重量份的丙烯酸分散于去4重量份的去離子水中，在磁力攪拌下充分溶解，得 丙烯酸水溶液A ；②稱取乙酸鉻和鈦酸正丁酯，加入至步驟①中的丙烯酸水溶液A中，在磁力攪拌下溶 解，得均相體系B，其中乙酸鉻和鈦酸正丁酯的摩爾比為2 3，鈦酸正丁酯與丙烯酸水溶液A 的重量比為20:100 ；③在磁力攪拌的條件下，將重量含量為5%的過硫酸銨的去離子水溶液加入至步驟② 中的均相體系B中，得溶液C，所述過硫酸銨與步驟①中的丙烯酸的重量比為0. 01:1 ；④將步驟③中得到的溶液C在80°C加熱攪拌15min，使體系完全聚合，然后180°C干燥 池得固體，冷卻后研磨，再置于馬弗爐內(nèi)，在空氣氛圍、600°C煅燒證，得褐綠色的鈦酸鉻納 米粉體。
參見圖2，由鈦酸鉻前驅(qū)體的熱分析結(jié)果可知，鈦酸鉻的煅燒溫度為500°C以上。 從圖5可以看出，本實(shí)施例制得的鈦酸鉻納米粉體分散性好，尺寸均勻，在2(T80nm范圍內(nèi)； 從圖6可以看出，采用本發(fā)明專利的制備方法得到的鈦酸鹽納米粉體的晶體結(jié)構(gòu)完整，表 明燒結(jié)處理得到了完整的鈦酸鹽晶相。鈦酸鉻圖譜主要表現(xiàn)為氧化鉻與二氧化鈦的固溶 體。
實(shí)施例三①將8重量份的丙烯酸分散于去4重量份的去離子水中，在磁力攪拌下充分溶解，得丙 烯酸水溶液A ；②稱取乙酸鎳和鈦酸正丁酯，加入至步驟①中的丙烯酸水溶液A中，在磁力攪拌下溶解，得均相體系B，其中乙酸鎳和鈦酸正丁酯的摩爾比為1 10，鈦酸正丁酯與丙烯酸水溶液 A的重量比為25:100 ；③在磁力攪拌的條件下，將重量含量為m的過硫酸銨的去離子水溶液加入至步驟② 中的均相體系B中，得溶液C，所述過硫酸銨與步驟①中的丙烯酸的重量比為0. 05:1 ；④將步驟③中得到的溶液C在90°C加熱攪拌lOmin，使體系完全聚合，然后200°C干燥 池得固體，冷卻后研磨，再置于馬弗爐內(nèi)，在空氣氛圍、800°C煅燒2.證，得淡黃色的鈦酸鎳 納米粉體。
實(shí)施例四①將4重量份的丙烯酸分散于去1重量份的去離子水中，在磁力攪拌下充分溶解，得丙 烯酸水溶液A ；②稱取乙酸鉻和鈦酸正丁酯，加入至步驟①中的丙烯酸水溶液A中，在磁力攪拌下溶 解，得均相體系B，其中乙酸鉻和鈦酸正丁酯的摩爾比為1 10，鈦酸正丁酯與丙烯酸水溶液 A的重量比為30:100 ；③在磁力攪拌的條件下，將重量含量為m的過硫酸銨的去離子水溶液加入至步驟② 中的均相體系B中，得溶液C，所述過硫酸銨與步驟①中的丙烯酸的重量比為0. 06:1 ；④將步驟③中得到的溶液C在80°C加熱攪拌55min，使體系完全聚合，然后250°C干燥 池得固體，冷卻后研磨，再置于馬弗爐內(nèi)，在空氣氛圍、600°C煅燒4h，得黃色的鈦酸鉻納米 粉體。
實(shí)施例五①將6重量份的丙烯酸分散于去5重量份的去離子水中，在磁力攪拌下充分溶解，得丙 烯酸水溶液A ；②稱取乙酸鎳和乙酸鈦，加入至步驟①中的丙烯酸水溶液A中，在磁力攪拌下溶解，得 均相體系B，其中乙酸鎳和乙酸鈦的摩爾比為4:10，乙酸鈦與丙烯酸水溶液A的重量比為 40:100 ；③在磁力攪拌的條件下，將重量含量為10%的過硫酸鉀的去離子水溶液加入至步驟② 中的均相體系B中，得溶液C，所述過硫酸鉀與步驟①中的丙烯酸的重量比為0. 1:1 ；④將步驟③中得到的溶液C在100°C加熱攪拌lOmin，使體系完全聚合，然后200°C干 燥4h得固體，冷卻后研磨，再置于馬弗爐內(nèi)，在空氣氛圍、700°C煅燒池，得亮淺黃色的鈦酸 鎳納米粉體。
權(quán)利要求
1.一種高紅外反射的鈦酸鹽納米粉體的制備方法，所述鈦酸鹽納米粉體為MxTiOy，其 中M為鎳或鉻，χ和y為正整數(shù)；其特征在于所述鈦酸鹽納米粉體的制備步驟如下①將重量比為廣4:1的丙烯酸與水混合，得丙烯酸水溶液A；②稱取可溶的M鹽與Ti鹽，加入至步驟①中的丙烯酸水溶液A中，溶解，得均相體系B， 其中M鹽與Ti鹽的摩爾比為廣0. 1:1, Ti鹽與丙烯酸水溶液A的重量比為15、0:100 ；③在攪拌的條件下，將重量含量為2 10%的過氧類引發(fā)劑的水溶液加入至步驟②的均 相體系B中，得溶液C;④將步驟③中得到的溶液C在6(T10(TC加熱，至體系完全聚合；然后在8(T250°C干燥 得固體，冷卻后研磨，并在空氣氛圍、60(T80(TC煅燒2飛h，得高紅外反射的鈦酸鹽納米粉 體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高紅外反射的鈦酸鹽納米粉體的制備方法，其特征在于步驟 ②中所述M鹽為乙酸鉻或乙酸鎳；所述Ti鹽為鈦酸丁酯或乙酸鈦。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高紅外反射鈦酸鹽納米粉體的制備方法，其特征在于步驟③ 中所述過氧類弓I發(fā)劑是無機(jī)過氧類引發(fā)劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高紅外反射鈦酸鹽納米粉體的制備方法，其特征在于所述無 機(jī)過氧類引發(fā)劑為過硫酸鉀或過硫酸銨。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高紅外反射的鈦酸鹽納米粉體的制備方法，其特征在于過氧 類引發(fā)劑與丙烯酸的重量比為0.0廣0. 1:1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高紅外反射的鈦酸鹽納米粉體的制備方法，屬于納米材料的制備領(lǐng)域。所述鈦酸鹽納米粉體的通式為MxTiOy，其中M為鎳或鉻；其按照下述步驟進(jìn)行制備①將重量份數(shù)比為1~4:1的丙烯酸與水混合，得丙烯酸水溶液A；②稱取可溶的M鹽與Ti鹽，加入至步驟①中的丙烯酸水溶液A中，溶解，得均相體系B；③在攪拌的條件下，將重量含量為2~10%的過氧類引發(fā)劑的水溶液加入至步驟②中的均相體系B中，得溶液C；④將步驟③中得到的溶液C在60~100℃加熱至體系完全聚合，后在80~250℃干燥得固體，冷卻后研磨，并在氛圍、600~800℃煅燒2~5h。本發(fā)明所制備的納米粉末分散性好，尺寸均勻在20~80nm范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)B82Y40/00GK102030376SQ20101055705
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者呂臣敬, 康勇, 張光磊, 李元慶, 梅世剛, 王建雷, 田秀淑 申請(qǐng)人:石家莊鐵道大學(xué)