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一种纳米级石墨烯掺杂氧化锡锑隔热分散液的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纳米级石墨烯掺杂氧化锡锑（ATO）隔热分散液的制备方法。本产品采用EDTA‑CA（乙二胺四乙酸‑柠檬酸）双螯合剂燃烧法制备ATO，而后将纳米级石墨烯和纳米级ATO分别加入适量的N‑甲基吡咯烷酮（NMP）中，通过调节pH值，抑制颗粒团聚，搅拌，使石墨烯和ATO分别快速分散在NMP中。混合前述两种NMP分散液，再次调节pH，并通过超声和球磨的方式使石墨烯、ATO和溶剂快速充分混合，达到微观尺度上的高分散以及高稳定性，所形成的纳米级石墨烯掺杂氧化锡锑材料可应用于制作高导热性的隔热涂料。

Description

一种纳米级石墨烯掺杂氧化锡锑隔热分散液的制备方法
技术领域
本发明涉及一种纳米级石墨烯掺杂氧化锡锑（ATO）隔热涂料的制备方法。具体涉及燃烧法制备ATO以及将石墨烯掺入ATO制成涂料的制备方法。
背景技术
当今社会，随着技术的进步和生活水平的不断提高，人们对节能和环保问题越发重视，提出了更多节能环保的要求。目前建筑物中大型玻璃窗及玻璃幕墙等的应用日益广泛，虽然美观透光性好，但由于玻璃隔热性差而导致夏季制冷及冬季制热的能耗也随之增加，不利于节能环保。为了减低能耗，透明隔热玻璃涂料的研究和应用显得十分重要。目前常见的涂料有ZnO、In2O3和ATO等多种，其中ATO不仅具有良好的可见光透过性和红外阻隔性，还具有相对其它材料更好的稳定性和更低的价格，是理想的隔热材料。将普通玻璃上涂抹掺入ATO的隔热材料可以有效解决玻璃的隔热问题，满足节能环保的需求。 但ATO的隔热原理是吸收红外线的热量，在不能及时将热量散发掉的情况下会影响整体的隔热效果。
本发明针对ATO导热率不够的缺陷，加入纳米级石墨烯来提升材料的导热性能。另外，在涂料的制备方面，由于ATO掺入涂料易产生团聚，从而影响涂料的质量。本发明通调节合适pH值、分散剂种类和分散手段等，确定了最优工艺，增加涂料的稳定性，满足工业生产的分散要求。将掺石墨烯的ATO制成涂料则能更好的提高隔热材料的导热性，提高材料的隔热能力。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提出一种纳米级石墨烯掺杂氧化锡锑隔热涂料的制备方法。通过燃烧法制备纳米级ATO将石墨烯应用于ATO隔热涂料中，可以显著增强材料的导热性，使之具有更优异的性能。
一种纳米级石墨烯掺杂氧化锡锑隔热分散液的制备方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：
（1）按Sn和Sb的摩尔计量比90：20加入Sn的氯化物或硝酸盐和Sb的氯化物，加入无水乙醇和6mol/L的HNO3并不断搅拌，至全部溶解；
（2）在溶液中加入乙二胺四乙酸EDTA与柠檬酸CA，并使EDTA、CA与总的金属离子的摩尔比为1~2：1：1，然后使用3mol/L的氨水溶液调节溶液的pH值为7-8；
（3）将溶液在60-70℃下加热，蒸发掉多余的水分和乙醇，至粘稠溶胶形成。
（4）将溶胶分散体系充分搅拌后涂布在特制的金属板上，使涂布厚度在3mm以下，然后将金属板在100℃下抽真空烘干；
（5）将干凝胶从金属板上除下，置于600-700℃的燃烧炉中引燃，反应完成后即可得到蓬松的浅蓝色ATO粉体；
（6）将ATO粉体和纳米级石墨烯分别采用超声和球磨组合的方法分散于N-甲基吡咯烷酮NMP中，制成ATO和石墨烯的NMP分散液，再将两种分散液混合制备得到高导热的纳米级石墨烯掺杂氧化锡锑隔热分散液。
所述的Sn原料为四氯化锡或硝酸锡，所述的Sb原料为三氯化锑。
所述的Sn和Sb的氯化物或硝酸盐、无水乙醇和硝酸的质量比为1：1~10：0.05~0.2。
所述的EDTA和CA双螯合剂的添加起到稳定溶胶和作为燃烧介质的作用。
所述的ATO分散液固含量为10%~40%，石墨烯分散液固含量为1%~5%，纳米级石墨烯掺杂氧化锡锑隔热分散液中ATO和石墨烯质量比为100：1~5。
通过燃烧法制备纳米级ATO将石墨烯应用于ATO隔热涂料中，可以显著增强材料的导热性，使之具有更优异的性能。
附图说明：
图1为实施例1制备的ATO粉体TEM图。
具体实施方式
下面通过具体实例对本发明实现的细节进行描述，但是本发明的保护范围不限于这些实施例。
实施例1：按Sn和Sb的摩尔计量比90：20加入23.45克四氯化锡和4.56克三氯化锑，加入28.01克无水乙醇和1.4克6mol/L的HNO3并不断搅拌，至全部溶解；在溶液中加入32.15克EDTA与21.14克CA，然后使用3mol/L的氨水溶液调节溶液的pH值为7；将溶液在60℃下加热，蒸发掉多余的水分和乙醇，至粘稠溶胶形成。将溶胶分散体系充分搅拌后涂布在特制的金属板上，使涂布厚度在3mm以下，然后将金属板在100℃下抽真空烘干；将干凝胶从金属板上除下，置于600℃的燃烧炉中引燃，反应完成后即可得到蓬松的浅蓝色ATO粉体；将ATO粉体和纳米级石墨烯分别采用超声和球磨组合的方法分散于NMP中，制成固含量为10%的ATO和1%的石墨烯的NMP分散液，再将两种分散液以质量比100：1混合制备得到高导热的纳米级石墨烯掺杂氧化锡锑隔热分散液。
实施例2：按Sn和Sb的摩尔计量比90：20加入23.45克四氯化锡和4.56克三氯化锑，加入140.04克无水乙醇和2.8克6mol/L的HNO3并不断搅拌，至全部溶解；在溶液中加入48.22克EDTA与21.14克CA，然后使用3mol/L的氨水溶液调节溶液的pH值为7.5；将溶液在65℃下加热，蒸发掉多余的水分和乙醇，至粘稠溶胶形成。将溶胶分散体系充分搅拌后涂布在特制的金属板上，使涂布厚度在3mm以下，然后将金属板在100℃下抽真空烘干；将干凝胶从金属板上除下，置于650℃的燃烧炉中引燃，反应完成后即可得到蓬松的浅蓝色ATO粉体；将ATO粉体和纳米级石墨烯分别采用超声和球磨组合的方法分散于NMP中，制成固含量为20%的ATO和2%的石墨烯的NMP分散液，再将两种分散液以质量比100：3混合制备得到高导热的纳米级石墨烯掺杂氧化锡锑隔热分散液。
实施例3：按Sn和Sb的摩尔计量比90：20加入23.45克四氯化锡和4.56克三氯化锑，加入280.07克无水乙醇和5.6克6mol/L的HNO3并不断搅拌，至全部溶解；在溶液中加入64.29克EDTA与21.14克CA，然后使用3mol/L的氨水溶液调节溶液的pH值为8；将溶液在70℃下加热，蒸发掉多余的水分和乙醇，至粘稠溶胶形成。将溶胶分散体系充分搅拌后涂布在特制的金属板上，使涂布厚度在3mm以下，然后将金属板在100℃下抽真空烘干；将干凝胶从金属板上除下，置于700℃的燃烧炉中引燃，反应完成后即可得到蓬松的浅蓝色ATO粉体；将ATO粉体和纳米级石墨烯分别采用超声和球磨组合的方法分散于NMP中，制成固含量为40%的ATO和5%的石墨烯的NMP分散液，再将两种分散液以质量比100：5混合制备得到高导热的纳米级石墨烯掺杂氧化锡锑隔热分散液。
实施例4：按Sn和Sb的摩尔计量比90：20加入33.01克硝酸锡和4.56克三氯化锑，加入280.07克无水乙醇和5.6克6mol/L的HNO3并不断搅拌，至全部溶解；在溶液中加入64.29克EDTA与21.14克CA，然后使用3mol/L的氨水溶液调节溶液的pH值为7；将溶液在60℃下加热，蒸发掉多余的水分和乙醇，至粘稠溶胶形成。将溶胶分散体系充分搅拌后涂布在特制的金属板上，使涂布厚度在3mm以下，然后将金属板在100℃下抽真空烘干；将干凝胶从金属板上除下，置于600℃的燃烧炉中引燃，反应完成后即可得到蓬松的浅蓝色ATO粉体；将ATO粉体和纳米级石墨烯分别采用超声和球磨组合的方法分散于NMP中，制成固含量为10%的ATO和1%的石墨烯的NMP分散液，再将两种分散液以质量比100：5混合制备得到高导热的纳米级石墨烯掺杂氧化锡锑隔热分散液。

Claims (5)

1.一种纳米级石墨烯掺杂氧化锡锑隔热分散液的制备方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：
（1）按Sn和Sb的摩尔计量比90：20加入Sn的氯化物或硝酸盐和Sb的氯化物，加入无水乙醇和6mol/L的HNO3并不断搅拌，至全部溶解；
（2）在溶液中加入乙二胺四乙酸EDTA与柠檬酸CA，并使EDTA、CA与总的金属离子的摩尔比为1～2：1：1，然后使用3mol/L的氨水溶液调节溶液的pH值为7-8；
（3）将溶液在60-70℃下加热，蒸发掉多余的水分和乙醇，至粘稠溶胶形成；
（4）将溶胶分散体系充分搅拌后涂布在特制的金属板上，使涂布厚度在3mm以下，然后将金属板在100℃下抽真空烘干；
（5）将干凝胶从金属板上除下，置于600-700℃的燃烧炉中引燃，反应完成后即可得到蓬松的浅蓝色ATO粉体；
（6）将ATO粉体和纳米级石墨烯分别采用超声和球磨组合的方法分散于N-甲基吡咯烷酮NMP中，制成ATO和石墨烯的NMP分散液，再将两种分散液混合制备得到高导热的纳米级石墨烯掺杂氧化锡锑隔热分散液。
2.根据权利要求1所述的一种纳米级石墨烯掺杂氧化锡锑隔热分散液的制备方法，其特征在于，所述的Sn原料为四氯化锡或硝酸锡，所述的Sb原料为三氯化锑。
3.根据权利要求1所述的一种纳米级石墨烯掺杂氧化锡锑隔热分散液的制备方法，其特征在于，所述的Sn和Sb的氯化物或硝酸盐、无水乙醇和硝酸的质量比为1：1～10：0.05～0.2。
4.根据权利要求1所述的一种纳米级石墨烯掺杂氧化锡锑隔热分散液的制备方法，其特征在于，所述的EDTA和CA双螯合剂的添加起到稳定溶胶和作为燃烧介质的作用。
5.根据权利要求1所述的一种纳米级石墨烯掺杂氧化锡锑隔热分散液的制备方法，其特征在于，所述的ATO分散液固含量为10%~40%，石墨烯分散液固含量为1%～5%，纳米级石墨烯掺杂氧化锡锑隔热分散液中ATO和石墨烯质量比为100：1～5。
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