一種耐候性高的太陽能吸熱涂料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及吸熱材料，尤其涉及一種耐候性高的太陽能吸熱涂料。
【背景技術(shù)】
[0002] 能源利用在人類社會發(fā)展中占有舉足輕重的地位，但過度的開發(fā)資源和低效率的 資源利用，使人類面臨著嚴(yán)峻的考驗。眾所周知，太陽能是一種來源最豐富和可廣泛獲取的 可再生能源，對解決能源危機(jī)和環(huán)境問題具有重大的作用，且太陽能以獨具的儲量無限性、 存在的普遍性、開發(fā)利用的清潔性，使其成為了各國競相研究的熱點。我國蘊藏著豐富的太 陽能資源，太陽能利用前景廣闊，目前已是世界上太陽能熱水器的第一使用國和生產(chǎn)國。
[0003] 太陽能光熱應(yīng)用是人類利用太陽能最簡單、最直接、最有效的方法之一，但由于太 陽能到達(dá)地球后能量密度較小又不連續(xù)，因此，為大規(guī)模的開發(fā)利用帶來了困難。長期以 來，如何將低品位的太陽能轉(zhuǎn)換成高品位的熱能，并對太陽能進(jìn)行富集，以便最大限度地利 用太陽能，成為研究的熱門話題。在現(xiàn)有的光熱應(yīng)用技術(shù)當(dāng)中，選擇性吸收涂層技術(shù)被公認(rèn) 為是其中較為核心的技術(shù)，它對提高太陽能熱轉(zhuǎn)換效率，大規(guī)模推廣太陽能光熱應(yīng)用起著 至關(guān)重要的作用。
[0004] 眾所周知，太陽能吸收涂層主要分為光譜選擇性吸收涂層和高吸收率吸收涂層， 光譜選擇性吸熱涂層是一種具有對可見-近紅外光高吸收，對紅外光高反射的特種涂層， 即它能有效地吸收太陽能，而受熱后自身長波造成的熱損失很小，廣泛應(yīng)用于太陽能光熱 轉(zhuǎn)換，如太陽能熱水器、太陽能發(fā)電等。太陽能吸熱涂層擔(dān)負(fù)著接收并吸收太陽能量的重要 作用，影響著整個太陽能吸熱系統(tǒng)的穩(wěn)定性及效率的高低。太陽能吸熱涂料是一種功能性 涂料，用它制成的膜將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為熱能，膜在室外條件下工作，必須具有良好的耐候 性和防水性。
[0005] 現(xiàn)在的太陽能吸熱涂料，專門針對太陽能涂料的耐候性和防水性的研究比比皆 是，現(xiàn)今利用納米材料作為吸熱材料的原料，能提高涂層的耐候性和吸熱效率，例如中國專 利CN 102286243 A，但是成本極高；也有利用改變顏料的配方來改善制備成的涂料的耐候 性能，例如中國專利CN 102134428 B，但其制備的工藝流程復(fù)雜，要求較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的發(fā)明目的在于:針對上述存在的問題，提供一種太陽能涂料，通過將對成 膜劑進(jìn)行改性后作為制備本申請涂料的重要原料，不僅能使得制成的涂料在室外條件下具 有良好的耐候性和防水性，且制備的工藝簡單易懂，并且能保證吸熱涂料的吸熱效率，具有 極大的推廣價值。
[0007] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的： 一種耐候性高的太陽能吸熱涂料，包括成膜劑、吸光劑、成膜助劑、溶劑和助劑，將吸光 劑與成膜劑、溶劑和助劑利用球磨的方法分散均勻后，再加入成膜助劑混合均勻，即可得到 耐候性高的太陽能吸熱涂料;所述成膜劑、吸光劑、成膜助劑、溶劑和助劑按照重量份數(shù)比 計為：成膜劑50-100份;成膜助劑10-30份;吸光劑35-55份;溶劑20-50份;助劑10-30份;所 述成膜助劑為丙二醇單甲醚、丙二醇特丁醚、二丙二醇單丙醚、三丙二醇單丁醚中的至少一 種混合物;所述成膜劑為改性酪素-明膠;所述成膜劑的制備方法為:將按照重量比酪素：明 膠為5-10:2-3進(jìn)行混合，然后加入水，在15°C_22°C條件下浸泡一段時間后，移至常溫后加 入按照重量份比甲基丙烯酸羥乙酯:聚二甲基硅氧烷=1-2:1-3的混合液，反應(yīng)一段時間后， 冷卻至常溫，然后在200-300°C條件下煅燒5-10h，并將煅燒后的產(chǎn)物進(jìn)行氣流粉碎、分級， 控制D50為10-20μπι，再在400-500 °C高溫煅燒8-15h，煅燒后進(jìn)行球磨l-3h，即可得到改性酪 素-明膠。
[0008]在本發(fā)明中，進(jìn)一步地，所述成膜劑的制備方法為:所述攪拌的速度為50-100r/ min;所述攪拌的時間為1-5 min。
[0009] 在本發(fā)明中，進(jìn)一步地，所述加入水的重量為酪素與明膠總重量的1/10-1/5。
[0010] 在本發(fā)明中，進(jìn)一步地，所述浸泡的時間為l〇-15min;所述反應(yīng)的時間為5-15min， 反應(yīng)的溫度為70°C_80°C。
[0011] 在本發(fā)明中，進(jìn)一步地，所述吸光劑為鈷藍(lán)粉、鈷錳銅氧化物與搪瓷黑或鈷藍(lán)粉、 鈷錳銅氧化物與有機(jī)炭黑調(diào)配成黑色;或者使用氧化鉻綠粉、硒硫化鎘粉、氧化鐵紅粉調(diào)配 成紅色;或者使用硫化鉛與鈷藍(lán)粉調(diào)配成藍(lán)色;或者使用氧化鉻綠粉、鉛白粉與鈷藍(lán)粉調(diào)配 成綠色。
[0012] 在本發(fā)明中，進(jìn)一步地，所述溶劑為乙酸、無水醋酸丁酯、丙三醇、四氫呋喃-氧化 丙烯共聚二醇和聚氨酯聚醚多元醇中的一種或幾種。
[0013] 在本發(fā)明中，進(jìn)一步地，所述助劑為增塑劑、偶聯(lián)劑、流平劑、潤濕劑和消泡劑，增 塑劑、偶聯(lián)劑、流平劑、潤濕劑和消泡劑的重量比為2-3:3-5:3-5:2-5:1-3。
[0014] 進(jìn)一步地，所述增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯。
[0015] 進(jìn)一步地，所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、金屬復(fù)合偶 聯(lián)劑、磷酸酯偶聯(lián)劑、硼酸酯偶聯(lián)劑中的一種或者至少兩種的混合物。
[0016] 進(jìn)一步地，所述流平劑為EFKA3570、EFKA 3580、YCK-1360、BYK-333 和TEGO Glide 100中一種或至少二種混配。
[0017] 進(jìn)一步地，所述潤濕劑為聚硅氧烷、聚醚改性的聚二甲基聚硅氧烷和聚酯改性的 聚二甲基硅氧烷中的一種。
[0018] 進(jìn)一步地，所述消泡劑為聚氧乙烯氧丙烯甘油、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚 氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚或聚氧丙烯。
[0019] 在本申請中涉及的原料與器材均能在市面上采購得到。
[0020] 本與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有的有益效果為： 1、本發(fā)明通過將改性后的成膜劑，即為改性酪素-明膠與吸光劑、溶劑和助劑利用球磨 的方法分散均勻，再加上成膜助劑混合均勻后，得到耐候性高的太陽能吸熱涂料。該原料制 備出來的吸熱涂料利用球磨的方法能使得原料充分分散，無需再添加分散劑，進(jìn)而降低制 備成本;先后利用化學(xué)改性、物理改性將酪素和明膠進(jìn)行改性，得到的改性酪素-明膠作為 吸熱涂料原料中的成膜劑，能使得制備出來的吸熱涂料在-30°C下不斷裂，延伸性增強，耐 寒性能、耐熱性能顯著改善，且降低了著火的可能性，通過化學(xué)反應(yīng)，控制反應(yīng)的溫度，能使 得改性酪素-明膠在適合的溫度下反應(yīng)，避免反應(yīng)過慢，增加制備的時間或者反應(yīng)過快，改 性過火出現(xiàn)結(jié)塊的問題，且在反應(yīng)過程中將聚二甲基硅氧烷段引入酪素、明膠結(jié)構(gòu)中，同時 封閉了及性強對誰敏感的氨基，羧基和羥基等基團(tuán)上，降低了改性后的酪素-明膠的親水 性，提尚了成I旲的防水性能。
[0021] 2、本發(fā)明選的吸光劑可以調(diào)配出多種顏色，可以使用鈷藍(lán)粉、鈷錳銅氧化物與搪 瓷黑或鈷藍(lán)粉、鈷錳銅氧化物與有機(jī)炭黑調(diào)配成黑色；或者使用氧化鉻綠粉、硒硫化鎘粉、 氧化鐵紅粉調(diào)配成紅色;或者使用硫化鉛與鈷藍(lán)粉調(diào)配成藍(lán)色;或者使用氧化鉻綠粉、鉛白 粉與鈷藍(lán)粉調(diào)配成綠色;增加了涂料的多色性，解決了色彩單一，裝飾性差的問題，使得本 申請制備出來的涂料適用于多種環(huán)境下，具有較大的推廣性;且調(diào)配成黑色、紅色、藍(lán)色或 者綠色都使用了短波區(qū)顏色與長波區(qū)顏色相結(jié)合，能夠顯著提高太陽光的吸收率。
[0022] 3、本發(fā)明中選用的溶劑是專門針對本申請中的成膜劑(改性酪素-明膠)設(shè)計的， 能夠快速將成膜劑溶解，然后與其他原料一起進(jìn)行球磨，混合均勻分散，使得制備得到的吸 光涂料的成分分布均勻，密度相近，使用本申請制備的太陽光吸熱涂料對底材進(jìn)行涂布后， 吸熱更加均勻。
[0023] 4、本申請使用的助劑能夠整體的完善本發(fā)明涂料的各種性能，針對本申請選用的 成膜劑與顏料類型，專門選用相配合的助劑，增強本發(fā)明涂料的各種性能，例如選用的偶聯(lián) 劑能提高涂料的延伸性，防止涂布后的底材爆裂;選用的濕潤劑能夠降低涂料的表面張力， 增加了涂料在涂布的時候濕潤底材的表面的能力;選用的流平劑能夠在進(jìn)行底材涂布的時 候得到一個平整、光滑、均勻的涂膜;選用的消泡劑能夠抑制泡沫產(chǎn)生的物質(zhì)，它與液體起 泡物質(zhì)一同吸附于氣泡上，使表面張力降低，泡膜變薄，導(dǎo)致破損，可預(yù)防起泡現(xiàn)象。
[0024] 5 .本發(fā)明的制備工藝簡單、易懂，可行性高，且經(jīng)過試驗證明涂料進(jìn)行涂布后吸 收可見光與紅外光性能高，導(dǎo)熱性高，防水性強，耐高溫，耐腐蝕，穩(wěn)定性能高，發(fā)射率低，透 射率高，涂層附著力強，密度高，是理想的耐候性高的太陽能吸熱涂料，具有極大的推廣價 值。
【具體實施方式】
[0025] 本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥 的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0026] 本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要）中公開的任一特征，除非特別敘述，均可 被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列 等效或類似特征中的一個例子而已。
[0027] 實施例1: 一種耐候性高的太陽能吸熱涂料，原料為： 成膜劑:改性酪素-明膠50kg; 成膜助劑:丙二醇單甲醚4kg丙二醇特丁醚6kg; 吸光劑:將鈷藍(lán)粉8kg、鈷錳銅氧化物12kg、搪瓷黑15kg調(diào)配成黑色； 溶劑：乙酸6kg、無水醋酸丁酯8kg、丙三醇6kg; 助劑為增塑劑、偶聯(lián)劑、流平劑、潤濕劑和消泡劑，其中， 增塑劑:鄰苯二甲酸二丁酯2kg; 偶聯(lián)劑:硅烷偶聯(lián)劑1 kg、欽酸酯偶聯(lián)劑2 kg; 流平劑:EFKA3570 2kg、EFKA 3580 lkg進(jìn)行均勻混配； 潤濕劑:聚硅氧烷2kg; 消泡劑:聚氧乙烯氧丙烯甘油lkg。
[0028]依上述的原料制備耐候性高的太陽能吸熱涂料的步驟如下： (1) 將酪素與明膠按照重量比為5:2進(jìn)行混合，即為酪素35.7 kg、明膠14.3 kg，然后加 入水25kg，在溫度為15°C條件下浸泡lOmin后，移至常溫后再加入按照重量份比甲基丙烯酸 羥乙酯:聚二甲基硅氧烷=1:1的混合液，在溫度為70°C條件下反應(yīng)5min后，冷卻至常溫，再 以速度為50r/min攪拌1 min，然后在200°C條件下煅燒5h，并將煅燒后的產(chǎn)物進(jìn)行氣流粉 碎、分級，控制D50為ΙΟμπι，再在400°C高溫煅燒8h，煅燒后進(jìn)行球磨lh，即可得到改性酪素-明膠； (2) 按照重量份數(shù)比，將吸光劑與成膜劑、溶劑和助劑投入球磨機(jī)內(nèi)，啟動球磨機(jī)進(jìn)行 球磨作業(yè)5min將各個原料球磨分散均勻后，再加入成膜助劑混合均勻后，即可得到耐候性 尚的太陽能吸熱涂料。
[0029] 實施例2: 一種耐候性高的太陽能吸熱涂料，原料為： 成膜劑:改性酪素-明膠l〇〇kg; 成膜助劑:丙二醇特丁醚l〇kg、二丙二醇單丙醚10kg、三丙二醇單丁醚10kg; 吸光劑:使用鈷藍(lán)粉l〇kg、鈷錳銅氧化物20kg與有機(jī)炭黑25kg調(diào)配成黑色； 溶劑:丙三醇15kg、四氫呋喃-氧化丙烯共聚二醇15kg和聚氨酯聚醚多元醇25kg; 助