CN105219144A - 硅包覆纳米二氧化钛及其制备方法和反射隔热涂料 - Google Patents

Abstract

一种硅包覆纳米二氧化钛及其制备方法和反射隔热涂料，该硅包覆纳米二氧化钛是在二氧化钛纳米颗粒的表面上以羟基的形式键合氧化硅水合物，使所述二氧化钛纳米颗粒的表面形成一层氧化硅表皮状固体膜，使二氧化硅不易受化学侵蚀，具有良好的分散性。本发明提供的制备方法可以制造出该硅包覆纳米二氧化钛；本发明给出的反射隔热涂料，包含该硅包覆纳米二氧化钛，形成的涂膜性能稳定、对太阳光反射均匀，可以反射掉大部分太阳的热量，具有优异的反射隔热效果。

Description

硅包覆纳米二氧化钛及其制备方法和反射隔热涂料

技术领域

本发明涉及涂料领域，更具体而言，涉及一种硅包覆纳米二氧化钛及其制备方法和包含有该硅包覆纳米二氧化钛的反射隔热涂料。

背景技术

建设资源节约型社会已经成为现阶段新的发展趋势，因此，开发出性能稳定优异的反射隔热节能涂料具有重要意义。随着建筑节能标准的出台，低能耗、保温隔热性能好的新型材料成为主流产品。在我国，每逢夏季，人们用于制冷的电力消耗惊人。这不仅增加了电力负荷，而且造成了大量温室气体的排放，城市热岛效应加剧。热反射隔热涂料用于建筑物时可以减少建筑物的热载荷，可大大减少建筑物对太阳辐射热量的吸收，降低太阳辐射热造成的能耗。

不同的涂料涂覆后形成的涂膜中树脂基料的太阳光总反射率(TSR)虽有差异，但差异不大，因此，树脂基料对涂膜的TSR影响不大，而涂膜中不同品种的颜料(包括体质颜料)对太阳能的反射率是不一样，白色颜料是最好的红外反射颜料，对可见光全反射的同时，对红外光也有强烈反射，如纳米二氧化钛(商品名“纳米钛白粉”)的TSR至少为75％，纳米二氧化钛对太阳光的高反射率使其广泛应用于反射隔热涂料中，虽然纳米二氧化钛其粉质细腻，但由于纳米二氧化钛表面极性极强、易团聚，并且由于其具有亲水疏油性，在有机高分子树脂基料中难以分散，从而使纳米二氧化钛在涂膜中不均匀、不能充分发挥纳米二氧化钛优异的反光性能，导致反射隔热涂料的反射和隔热效果不好、节能效果有限。

发明内容

为了解决上述问题并充分利用纳米二氧化钛的优秀性能，本发明通过对纳米钛白粉进行无机硅包膜改性来改善纳米钛白粉的性能，提高其分散性，使形成的涂膜能对太阳光进行均匀高效反射。

具体来说，本发明的一方面提供了一种硅包覆纳米二氧化钛，在二氧化钛纳米颗粒的表面上以羟基的形式键合氧化硅水合物，使所述二氧化钛纳米颗粒的表面形成一层氧化硅表皮状固体膜，其中，所述氧化硅水合物的分子式为：SiO2.nH2O，n为大于都等于2的整数。

本发明提供的上述硅包覆纳米二氧化钛，因在二氧化钛纳米颗粒的表面上以羟基的形式键合氧化硅水合物，使所述二氧化钛纳米颗粒的表面形成一层氧化硅表皮状固体膜，使二氧化硅(钛白粉)不易受化学侵蚀，具有良好的分散性，用于涂料中则形成的涂膜性能稳定、对太阳光反射均匀。

本发明的另一方面提供了上述硅包覆纳米二氧化钛的制备方法，包括以下步骤：

步骤101，在25-35℃温度和连续搅拌的状态下向纳米二氧化钛的浆液中加入水玻璃，至混合均匀；

步骤102，混合均匀后，提高搅拌速度，并向浆液中加入酸，使浆液的PH值保持在9±0.5的范围内，直至反应结束；

步骤103，对反应结束后的浆料进行过滤、洗涤、烘干、研磨，制得所述硅包覆纳米二氧化钛。

本发明上述的制备方法，可对纳米二氧化钛进行无机硅包膜改性，经改性后最终在二氧化钛表面形成一层氧化硅表皮状固体膜，生成的无定形氧化硅水合物以羟基的形式牢牢的键合在氧化钛表面，使钛白粉不易受化学侵蚀，具有良好的分散性，用于涂料中则形成的涂膜性能稳定、对太阳光反射均匀。

根据本发明所述硅包覆纳米二氧化钛的制备方法的一个实施例，优选地，在所述步骤101中，在30℃和转速为1000r/min的速度下连续搅拌；在所述步骤102中，搅拌速度为1300r/min、加入的酸为体积浓度为20％的硫酸，使浆液的PH值保持为9，则反应过程的化学方程式为：Na2SiO3+H2SO4+(n-1)H2O→SiO2.nH2O+3Na2SO4，其中，n为大于都等于2的整数。

本发明上述实施例中，便于水玻璃与硫酸进行反应形成硅酸(以氧化硅水合物的形式存在)，且生成的硅酸包覆在二氧化钛纳米颗粒的表面，从而形成一层均匀无定形的氧化硅表皮状膜，是硅包覆纳米二氧化钛一种优选的制备方法。

本发明的再一方面提供了一种反射隔热涂料，包括的组分和组分的质量百分比为：

其中，所述改性纳米钛白粉为以上所述的硅包覆纳米二氧化钛。

本发明给出的上述反射隔热涂料，因含有的改性纳米钛白粉是通过对纳米二氧化钛进行无机硅包膜改性后的纳米钛白粉，该改性纳米钛白粉在二氧化钛纳米颗粒表面形成一层氧化硅表皮状固体膜，无定形氧化硅水合物以羟基的形式牢牢的键合在氧化钛纳米颗粒表面，使钛白粉不易受化学侵蚀，具有良好的分散性，形成的涂膜性能稳定、对太阳光反射均匀。同时，添加有红外反射填料，可对太阳红外线和紫外线进行反射，热反射率大幅提高，可反射掉大部分太阳的热量；热辐射填料能自动把吸收的热量辐射到大气中去，能自动进行热量辐射，降低物体的温度，进一步加强了涂料的反射隔热性能。

根据本发明所述反射隔热涂料的一个实施例，优选地，所述红外反射填料为纳米级红外反射填料。本实施例中，因添加有纳米级红外反射填料，可对400nm～2500nm范围的太阳红外线和紫外线进行反射，热反射率高达90％，反射掉大部分太阳的热量。

根据本发明所述反射隔热涂料的一个实施例，优选地，所述热辐射填料为纳米级热辐射填料。本实施例中，因添加有纳米级热辐射填料，热辐射填料能自动把吸收的热量辐射到大气中去，能自动进行热量辐射，降低物体的温度。

根据本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明所述硅包覆纳米二氧化钛制备方法一实施例的流程框图；

图2为本发明所述硅包覆纳米二氧化钛制备方法另一实施例的流程框图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图说明根据本发明的具体实施方式。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明的一些实施例提供了一种硅包覆纳米二氧化钛，在二氧化钛纳米颗粒的表面上以羟基的形式键合氧化硅水合物，使所述二氧化钛纳米颗粒的表面形成一层氧化硅表皮状固体膜，其中，所述氧化硅水合物的分子式为：SiO2.nH2O，n为大于都等于2的整数。

本发明实施例提供的上述硅包覆纳米二氧化钛，因在二氧化钛纳米颗粒的表面上以羟基的形式键合氧化硅水合物，使所述二氧化钛纳米颗粒的表面形成一层氧化硅表皮状固体膜，使二氧化硅(钛白粉)不易受化学侵蚀，具有良好的分散性，用于涂料则形成的涂膜性能稳定、对太阳光反射均匀。

如图1所示，本发明的另一些实施例提供了上述硅包覆纳米二氧化钛的制备方法，包括以下步骤：

步骤101，在25-35℃温度和连续搅拌的状态下向纳米二氧化钛的浆液中加入水玻璃，至混合均匀；

步骤102，混合均匀后，提高搅拌速度，并向浆液中加入酸，使浆液的PH值保持在9±0.5的范围内，直至反应结束；

步骤103，对反应结束后的浆料进行过滤、洗涤、烘干、研磨，制得所述硅包覆纳米二氧化钛。

本发明上述的制备方法，可对纳米二氧化钛进行无机硅包膜改性，经改性后最终在二氧化钛表面形成一层氧化硅表皮状固体膜，生成的无定形氧化硅水合物以羟基的形式牢牢的键合在氧化钛表面，使钛白粉不易受化学侵蚀，具有良好的分散性，用于涂料则形成的涂膜性能稳定、对太阳光反射均匀。

如图2所示，本发明所述硅包覆纳米二氧化钛制备方法的另一实施例，包括以下步骤：

步骤201，在30℃的温度下将纳米二氧化钛浆料置于搅拌槽，设置转速为1000r/min，在搅拌的状态下，投入水玻璃，投料完毕后，继续在1000r/min的转速下搅拌至浆料混合均匀；

步骤202，然后将转速升至1300r/min，缓缓投入体积浓度为20％的硫酸，使混合浆料pH值保持在9，至反应结束；

步骤203，对反应结束后的浆料进行过滤、洗涤、烘干、研磨，制得硅包覆纳米二氧化钛。

则上述步骤202中反应过程的化学方程式为：Na2SiO3+H2SO4+(n-1)H2O→SiO2.nH2O+3Na2SO4，其中，n为大于都等于2的整数。

本发明上述实施例中，便于水玻璃与硫酸进行反应形成硅酸(以氧化硅水合物的形式存在)，且生成的硅酸包覆在二氧化钛纳米颗粒的表面，从而形成一层均匀无定形的氧化硅表皮状膜，是硅包覆纳米二氧化钛一种优选的制备方法。

本发明的再一些实施例提供了一种反射隔热涂料，包括的组分和组分的质量百分比为：

其中，所述改性纳米钛白粉为以上所述的硅包覆纳米二氧化钛。

本发明实施例给出的上述反射隔热涂料，因包含的改性纳米钛白粉是通过对纳米二氧化钛进行无机硅包膜改性后纳米钛白粉，该改性纳米钛白粉在二氧化钛表面形成一层氧化硅表皮状固体膜，无定形氧化硅水合物以羟基的形式牢牢的键合在氧化钛纳米颗粒表面，使钛白粉不易受化学侵蚀，具有良好的分散性，形成的涂膜性能稳定、对太阳光反射均匀。同时，添加有红外反射填料，可对太阳红外线和紫外线进行反射，热反射率大幅提高，反射掉大部分太阳的热量；热辐射填料能自动把吸收的热量辐射到大气中去，能自动进行热量辐射，降低物体的温度，进一步加强了涂料的反射隔热性能。

根据本发明所述反射隔热涂料的一个实施例，所述红外反射填料为纳米级红外反射填料。本实施例中，因添加有纳米级红外反射填料，可对400nm～2500nm范围的太阳红外线和紫外线进行反射，热反射率高达90％，反射掉大部分太阳的热量。

根据本发明所述反射隔热涂料的另一个实施例，所述热辐射填料为纳米级热辐射填料。本实施例中，因添加有纳米级热辐射填料，热辐射填料能自动把吸收的热量辐射到大气中去，能自动进行热量辐射，降低物体的温度。

本发明所述反射隔热涂料一个实施例的组分的质量百分比为：

采用该实施例的各组分含量制得的隔热反射涂料，因为用作太阳光反射的钛白粉采用的是改性纳米钛白粉，使钛白粉不易受化学侵蚀，具有良好的分散性，形成的涂膜性能稳定、对太阳光反射均匀，尽管该实施例的涂料内未添加红外反射填料，但是仍然能够实现很好的反射隔热效果，可实现本发明的发明目的。

本发明所述反射隔热涂料另一个实施例的组分的质量百分比为：

尽管该实施例的涂料内未添加热辐射填料，但是仍然能够实现很好的反射隔热效果，可实现本发明的发明目的，同样是因为用作太阳光反射的钛白粉采用的是改性纳米钛白粉，使钛白粉不易受化学侵蚀，具有良好的分散性，形成的涂膜性能稳定、对太阳光反射均匀，而造成的。

本发明所述反射隔热涂料再一个实施例的组分的质量百分比为：

本实施例的涂料内既添加有红外发射填料也添加有热辐射填料，且用作太阳光反射的钛白粉采用的是改性纳米钛白粉，使得本实施例的涂料反射隔热效果十分明显：不光能发射太阳可见光，而且能对400nm～2500nm范围的太阳红外线和紫外线进行反射，热反射率高达90％，可反射掉大部分太阳的热量，且热辐射材料能自动把吸收的热量辐射到大气中去，能自动进行热量辐射，把物体表面的热量辐射到太空中去，降低物体的温度，发射隔热效果优异。

因此，本发明提供的方法可对纳米二氧化钛进行改性，得到硅包覆纳米二氧化钛，该硅包覆纳米二氧化钛是在二氧化钛纳米颗粒的表面形成一层氧化硅表皮状固体膜，生成的无定形氧化硅水合物以羟基的形式牢牢的键合在氧化钛表面，使钛白粉不易受化学侵蚀，具有良好的分散性，形成的涂膜性能稳定、对太阳光反射均匀，再加上涂料中的红外反射填料和/或热辐射填料，进一步提高本发明所述涂料的反射性能和/或辐射性能，热反射率可高达90％，可反射掉大部分太阳的热量，具有优越的隔热反射效果。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种硅包覆纳米二氧化钛，其特征在于，

在二氧化钛纳米颗粒的表面上以羟基的形式键合氧化硅水合物，使所述二氧化钛纳米颗粒的表面形成一层氧化硅表皮状固体膜，其中，所述氧化硅水合物的分子式为：SiO2.nH2O，n为大于都等于2的整数。

2.权利要求1所述的硅包覆纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤101，在25-35℃温度和连续搅拌的状态下向纳米二氧化钛的浆液中加入水玻璃，至混合均匀；

步骤102，混合均匀后，提高搅拌速度，并向浆液中加入酸，使浆液的PH值保持在9±0.5的范围内，直至反应结束；

步骤103，对反应结束后的浆料进行过滤、洗涤、烘干、研磨，制得所述硅包覆纳米二氧化钛。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，

在所述步骤101中，在30℃和转速为1000r/min的速度下连续搅拌；

在所述步骤102中，搅拌速度为1300r/min、加入的酸为体积浓度为20％的硫酸，使浆液的PH值保持为9，则反应过程的化学方程式为：

Na2SiO3+H2SO4+(n-1)H2O→SiO2.nH2O+3Na2SO4

其中，n为大于都等于2的整数。

4.一种反射隔热涂料，其特征在于，包括的组分和组分的质量百分比为：

其中，所述改性纳米钛白粉为权利要求1所述的硅包覆纳米二氧化钛。

5.根据权利要求4所述的反射隔热涂料，其特征在于，所述红外反射填料为纳米级红外反射填料。

6.根据权利要求4所述的反射隔热涂料，其特征在于，所述热辐射填料为纳米级热辐射填料。