CN101531833A - 一种无毒红外反射颜料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无毒红外反射颜料及其制备方法。所述无毒红外反射颜料包括组分及重量配比为：色彩调节剂100份，氧化还原控制剂0.1～1份，红外增强剂0.1～0.7份，烧结剂0.5份。本发明的无毒红外反射颜料在200－750纳米的可见光区具有小于8％的低反射率，在700－2500纳米的近红外区具有高于32％的红外反射率，总太阳热反射率高达40％；适用于各种水基，油基的高分子树脂漆，紫外光固化树脂，工程塑料，陶瓷粉体，水泥等介质中，可应用在辊涂金属板材、混凝土，建筑陶瓷表面和基体材料中，能显著降低物体的表面温度；充分利用我国的自然资源，产品无毒环保，应用范围更加广泛。

Description

一种无毒红外反射颜料及其制备方法

技术领域

本发明属于无机金属氧化物颜料制造技术领域，特别是涉及一种无毒红外反射颜料及其制备方法。

背景技术

随着社会的不断发展，能源问题日益突出，逐渐成为人们关注的重点，为了人类的可持续发展，现在正积极开发利用太阳能，以节约地球上有限的不可再生资源。但在某些情况下，太阳强烈辐射所产生的热量反而给人们的生活带来了能源的消耗，如喷淋装置、空调、冷气机和电风扇等降温制冷设备，在某些发达国家，这些为降温所消耗能量，甚至占全年总能耗的20％以上。因此，运用某种方法降低或防止太阳辐射所引起的温升以节能，已是一个重要的研究课题。太阳的辐射光谱分为三大部分，紫外，可见光和红外光，其中红外光占据整个辐射能量的52％。如果能将这52％的大部分反射回大气中，这将使得被太阳光辐射的表面温度大大降低。红外反射涂料(亦称太阳热反射涂料)就是一种简便而有效的降低表面温度的技术，它已被广泛用于建筑、石油、运输、造船工业、军工、航天等行业。

红外反射涂料中具有太阳热反射功能的成分主要是具有高红外反射率的复合无机金属氧化物颜料(Complex Inorganic Color Pigment，CICP)。在这些颜料中，钛白粉颜料占据了很大一部分。但是由钛白粉制成的白色涂料，远远无法满足现在的工业民用建筑，车辆，船舶，军工领域对彩色，特别是深色颜料的需求。在国外市场，深色系红外反射颜料屈指可数，而且大都含有铬元素，深色系红外反射颜料中较常见的有氧化铬绿色(PG-17)，氧化铬铁黑色或棕色(PG-17)，锐钛铬黄(PBRN-24)，这些产品中无一例外的含有金属元素铬。高氧化态的六价金属铬离子(Cr⁶⁺)是一种致癌物质，美国环保署EPA，欧洲REACH对Cr⁶⁺含量的要求非常严格，达到了百万分之五(5ppm)以下。

因此，研制一种具有高红外反射率的的不含有有毒金属元素深色红外反射颜料刻不容缓。现在，也有少量的红外反射颜料研发成功，如日本公开特许公报[特开2008-44805]描述了一种以Fe-Co-Al为主体，含有一种以上的Li，Mg，Ca，Sr，Ba，Ti，Mn，Zn，Sn，Zr，Si和Cu元素的黑色红外反射颜料，其红外反射率达到了30％以上。日本公开特许公报[特开2007-204296]描述了一种化学组成为Cu₂MgO₃的黑褐色颜料，达到了45％以上的红外反射率。美国专利USPatent6174360，6171383，6221147，6416868，6541112报道了含有过渡金属元素和稀土元素的复合无机氧化物颜料。但是这些颜料造价高昂，色泽单一而且耐候性一直不够令人满意。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足之处，合理利用我国丰富的稀土氧化物、天青石等矿产资源，提供一种经济环保、反射率高的无毒红外反射颜料及其制备方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：所述颜料的组分包括：色彩调节剂100份，氧化还原控制剂0.1～1份，红外增强剂0.1～0.7份，烧结剂0.1～5.0份，单位为重量份。

所述色彩调节剂的组分包括：CaCO₃，2％～15％；SrCO₃，10％～25％；BaCO₃，5％～15％；Bi₂O₃，5％～20％；Sb₂O₃，5％～20％；Fe₂O₃，10％～25％；MnCO₃，20％～60％；Cu₂(OH)CO₃，5％～25％；RE₂O₃，10％～30％，其中RE为La、Ce、Y中的任一种，单位为重量百分比。

所述氧化还原控制剂的组分包括：MoO₃，10％～90％；活性炭，10％～90％；表面活性剂Triton X-100，0.1～2.0％，单位为重量百分比。

所述红外增强剂的组分包括：氢氧化铝，10％～90％；二氧化钛，10％～90％，单位为重量百分比。

所述烧结剂的组分包括：AlPO₄，10％～90％；水玻璃，10％～90％；40％聚乙烯醇溶液，0.5～5％，单位为重量百分比。

所述无毒红外反射颜料的制备方法，包括如下步骤：

(1)色彩调节剂、氧化还原控制剂、红外增强剂和烧结剂的预制：

将所述色彩调节剂各组分按比例称取，放入搅拌机中搅拌混合至均匀，在400～600℃下煅烧2～5小时后备用；将所述氧化还原控制剂各组分按比例称取，加入适量水，搅拌成均匀悬浮体备用；将所述红外增强剂各组分按比例称取预混合备用；所述烧结剂各组分按比例称取，加入适量水，用磷酸调节pH值在4～6之间，搅拌成均匀悬浮体备用；

(2)复合制备：

称取步骤(1)中的色彩调节剂100份，氧化还原控制剂0.1～1份，红外增强剂0.1～0.7份，烧结剂0.1～5.0份，放入球磨机中，混合研磨至均匀研磨浆状态；然后干燥至水分含量小于0.5％；将干燥后的粉末在500～900℃下二次煅烧2～48小时，得到颜料粉体；最后研磨成粒径在0.05～10微米的颜料粉体，单位为重量份。

上述步骤(2)中的颜料粉体可采用湿法或干法研磨。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、在200-750纳米的可见光区具有8％的低反射率，在700-2500纳米的近红外区具有高于32％的红外反射率，总太阳热反射率高达40％。

2、适用于各种水基，油基的高分子树脂漆，紫外光固化树脂，工程塑料，陶瓷粉体，水泥等介质中，可应用在辊涂金属板材、混凝土，建筑陶瓷表面和基体材料中，能显著降低物体的表面温度。

3、充分利用我国含量较多的稀土氧化物，天青石等矿产资源，产品中不含有高氧化态的致癌物质Cr⁶⁺，无毒环保，应用范围更加广泛。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

将所述色彩调节剂各组分按CaCO₃，5％；SrCO₃，25％；BaCO₃，5％；Bi₂O₃，10％；Sb₂O₃，5％；Fe₂O₃，5％；MnCO₃，25％；Cu₂(OH)CO₃，5％；Y₂O₃，15％的比例称取，放入搅拌机中搅拌混合至均匀，在500℃下煅烧4小时后备用；色彩调节剂决定了颜料在可见光区的光谱反射特性，从而得到不同色泽的颜料。例如，增加Bi和Mn的含量可以得到绿色成分；增加Sr，Mn和稀土的组分可以得到蓝色的成分；增加氧化铜，氧化铋可以增强产品的红外发射性能，从而增强红外反射率。

将所述氧化还原控制剂各组分按MoO₃，64％；活性炭，35％；表面活性剂Triton X-100，1％的比例称取，加入适量水，搅拌成均匀悬浮体备用；金属元素的高氧化态会表现出较高的红外反射率，因此需要加入氧化还原控制剂控制颜料煅烧中的氧化还原气氛。

将所述红外增强剂各组分按氢氧化铝，70％；二氧化钛，30％比例称取预混合备用；二氧化钛和氧化铝本身就具有较高的红外反射率，但过量加入会严重影响颜料本身深色色泽，适当加入红外增强剂，可以在保持颜色的前提下，有效调节产品的红外反射率。

所述烧结剂各组分按AlPO₄，85％；工业纯水玻璃，14％；40％聚乙烯醇溶液，1％比例称取，加入适量水，用磷酸调节pH值为4，搅拌成均匀悬浮体备用；烧结剂可促进颜料晶粒生长，改善晶体的折射率，从而增强了晶粒在红外区的漫反射。

称取制备的色彩调节剂100份，氧化还原控制剂0.5份，红外增强剂0.5份，烧结剂0.5份，放入球磨机中，混合研磨至均匀研磨浆状态；然后使用高速离心热喷雾干燥机进行干燥，至水分含量小于0.5％；将干燥后的粉末在900℃下二次煅烧8小时，得到黑色颜料粉体；最后用湿法或干法研磨至平均粒径为2微米左右，制得1#样品。

红外反射率的检测：采用《美国试验与材料学会国际组织》ASTM C-1549或ASTM E-90的总日照反射率(TSR)检测标准对制备的颜料粉体或者涂料样品进行了总日照反射率检测。其中，总日照反射率＝可见光区发射率+红外区反射率。1#样品的可见光区反射率为7％，红外区反射率为35％，总日照反射率为42％。

实施例二

在实施例一中配方的基础上，调整Fe₂O₃百分比含量为15％，MnCO₃百分比含量为15％；其他配比及工艺参数不变，制得2#样品；测得其可见光区反射率为7.5％，红外区反射率反射率为32％；总日照反射率39.5％。与1#样品相比，Hunter L^*a^*b^*色泽参数中，红色值a^*增加了5个检测单位。

实施例三：红外反射率的控制

在实施例一中配方的基础上，调整MnCO₃的百分比含量为15％，Y₂O₃的百分比含量为25％；红外增强剂调整至0.8份，其他配比及工艺参数不变，制得3#样品；测得其总日照反射率为44％；与1#样品相比，Hunter L^*a^*b^*色泽参数中，色泽强度值L^*增加了2个检测单位，颜色变淡。

上述样品的具体应用情况及检测结果如下：

1#样品应用在偏四氟乙烯氟碳辊涂用树脂漆中时：

将1#样品和偏四氟乙烯氟碳树脂干粉按1:4的比例混合，在对甲苯溶剂中高速搅拌机混合40分钟，得到的树脂漆样品辊涂在钢板样品上，经检测，其总日照反射率为40％；采用《美国试验与材料学会国际组织》ASTM D4803-89检测标准对所述钢板样品进行热累积温差检测，表面温度降低约7℃，优于色泽相似的同类产品。

1#样品应用在在水基丙烯酸树脂中时：

将1#样品与水溶性丙烯酸树脂按＝1:4的比例混合，并加入适量表面活性剂，高速搅拌机混合40分钟，得到的树脂漆样品辊涂在钢板样品上，经检测，其总日照反射率为41％；采用《美国试验与材料学会国际组织》ASTM D4803-89检测标准对所述钢板样品进行热累积温差检测，表面温度降低约5℃，优于色泽相似的同类产品。

1#样品应用水泥混凝土中时：

称取1#样品1克，混凝土干粉混合物45克，然后加入15ml水，制成混凝土泥浆；将该泥浆涂覆在混凝土砖面上，自然干燥后检测，其总日照反射率为48％；采用《美国试验与材料学会国际组织》ASTM D4803-89检测标准对所述钢板样品进行热累积温差检测，与未涂覆红外反射泥浆的混凝土砖面相比，虽颜色近似，但表面温度降低约8℃。

1#样品应用在陶瓷中时：

称取1#样品1克，建筑用外墙砖干粉混合物45克，然后加入5ml水，制成粘土，压制成型；将该粘土煅烧成外墙砖，经检测，其总日照反射率为77％；采用《美国试验与材料学会国际组织》ASTM D4803-89检测标准对所述钢板样品进行热累积温差检测，与未混合无毒红外反射颜料的普通砖面相比，虽颜色近似，但表面温度降低约12℃。

Claims (7)

1、一种无毒红外反射颜料，其特征在于，所述颜料的组分包括：色彩调节剂100份，氧化还原控制剂0.1～1份，红外增强剂0.1～0.7份，烧结剂0.1～5.0份，单位为重量份。

2、如权利要求1所述的无毒红外反射颜料，其特征还在于，所述色彩调节剂的组分包括：CaCO₃，2％～15％；SrCO₃，10％～25％；BaCO₃，5％～15％；Bi₂O₃，5％～20％；Sb₂O₃，5％～20％；Fe₂O₃，10％～25％；MnCO₃，20％～60％；Cu₂(OH)CO₃，5％～25％；RE₂O₃，10％～30％，其中RE为La、Ce、Y中的任一种，单位为重量百分比。

3、如权利要求1所述的无毒红外反射颜料，其特征还在于，所述氧化还原控制剂的组分包括：MoO₃，10％～90％；活性炭，10％～90％；表面活性剂TritonX-100，0.1～2.0％，单位为重量百分比。

4、如权利要求1所述的无毒红外反射颜料，其特征还在于，所述红外增强剂的组分包括：氢氧化铝，10％～90％；二氧化钛，10％～90％，单位为重量百分比。

5、如权利要求1所述的无毒红外反射颜料，其特征还在于，所述烧结剂的组分包括：AlPO₄，10％～90％；水玻璃，10％～90％；40％聚乙烯醇溶液，0.5～5％，单位为重量百分比。

6、一种无毒红外反射颜料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)色彩调节剂、氧化还原控制剂、红外增强剂和烧结剂的预制：

将所述色彩调节剂各组分按比例称取，放入搅拌机中搅拌混合至均匀，在400～600℃下煅烧2～5小时后备用；将所述氧化还原控制剂各组分按比例称取，加入适量水，搅拌成均匀悬浮体备用；将所述红外增强剂各组分按比例称取预混合备用；所述烧结剂各组分按比例称取，加入适量水，用磷酸调节pH值在4～6之间，搅拌成均匀悬浮体备用；

(2)复合制备：

称取步骤(1)中的色彩调节剂100份，氧化还原控制剂0.1～1份，红外增强剂0.1～0.7份，烧结剂0.1～5.0份，放入球磨机中，混合研磨至均匀研磨浆状态；然后干燥至水分含量小于0.5％；将干燥后的粉末在500～900℃下二次煅烧2～48小时，得到颜料粉体；最后研磨成粒径在0.05～10微米的颜料粉体，单位为重量份。

7、如权利要求6所述的无毒红外反射颜料的制备方法，其特征还在于，所述的颜料粉体采用湿法或干法研磨。