CN106810975A - 用于平板真空玻璃太阳能热水器的吸光涂料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请实公开了一种用于平板真空玻璃太阳能热水器的吸光涂料及制备方法，所述吸光涂料包括：丙烯酸树脂，水性环氧树脂，二氧化钛粉，二氧化硅粉，三氧化二铁粉及硅烷偶联剂。配置方法为先称量丙烯酸树脂加水性环氧树脂置于内装陶瓷球的球磨罐中，再称量二氧化钛粉，二氧化硅粉，三氧化二铁粉置于罐中，然后将适量炭黑、硅烷偶联剂加入罐中，将罐盖密封后，置于球磨辊上湿磨12h后开罐取出即成为吸光涂料。本申请实施例采用二氧化钛粉、二氧化硅粉和三氧化二铁粉等物质，制备的用于平板真空玻璃太阳能热水器的吸光涂料较传统的单一的吸光涂料制备的太阳能吸热涂料性能更优异，可以提高吸光率2～3个百分点，反射率下降10～15％。

Description

用于平板真空玻璃太阳能热水器的吸光涂料及制备方法
技术领域
本申请涉及涂料配方技术领域，特别涉及一用于平板真空玻璃太阳能热水器的吸光涂料及制备方法。
背景技术
太阳能是人类取之不尽，用之不竭的可再生能源，也是清洁能源，不产生任何的环境污。二十世纪初人们就研究如何收集利用太阳能，从最早的太阳能动力装置研究到太阳能平板集热器的研究，为解决能源短缺问题都是重大的进步。为了充分有效地利用太阳能，人们发展了多种太阳能材料，并且加强了太阳能基础理论和基础材料的研究，取得了太阳选择性涂层技术上的重大突破。
太阳能热水器是将太阳能转化为热能的装置，将水从低温加热到高温，以满足人们的生活，生产中的热水使用。平板真空太阳能热水器由于其平面结构特性，在太阳能的建筑一体化应用中，形态结构灵活随意，设计时不受形态或尺寸的约束，易于实现与建筑构件的结合，逐渐成为太阳能热水器的主流。平板真空太阳能热水器其构造主要有集热器和蓄热器两大部分组成，其中集热器是技术关键，它直接关系到太阳能热水器的使用性能和正常运行的环境温度条件。现有技术将涂层材料涂覆于集热器的表面，以增加集热器对太阳能的利用率。
70年代以后人们研制成许多新型选择性涂层材料并进行批量生产和推广应用，目前已研制成上百种选择性涂层。我国自70年代开始研制选择性涂层，取得了许多成果，并在太阳集热器上广泛使用，效果十分显著。但现有的涂层对太阳能的吸光率低，无法充分利用太阳能。
发明内容
本申请提供了一用于平板真空玻璃太阳能热水器的吸光涂料及制备方法，以解决现有的涂层材料对太阳能的吸光率低的问题。
第一方面本申请提供了一种用于平板真空玻璃太阳能热水器的吸光涂料，所述吸光涂料包括：丙烯酸树脂，水性环氧树脂，二氧化钛粉，二氧化硅粉，三氧化二铁粉及硅烷偶联剂。
可选的，所述二氧化钛粉的质量分数为：8％-12％；
所述二氧化硅粉的质量分数为：8％-12％；
所述三氧化二铁粉的质量分数为：6％-10％。
可选的，所述吸光涂料还包括炭黑。
可选的，所述丙烯酸树脂的质量分数为60％、所述水性环氧树脂的质量分数为10％、所述二氧化钛粉的质量分数为12％、所述二氧化硅粉的质量分数为10％、所述三氧化二铁粉的质量分数为6％、硅烷偶联剂的质量分数为0.1％、所述炭黑的质量分数为1.9％。
可选的，炭黑的粒度为500目。
可选的，所述二氧化钛粉的粒度为500目；
所述二氧化硅粉的粒度为500目；
所述三氧化二铁粉的粒度为500目。
本申请第二方面示出一种用于平板真空玻璃太阳能热水器的吸光涂料的制备方法于所述方法包括：
将丙烯酸树脂，水性环氧树脂加入球磨罐中，所述球磨罐内装陶瓷球，得到有机混合物；
在所述有机混合物中依次加入二氧化钛粉，二氧化硅粉，三氧化二铁粉，硅烷偶联剂及炭黑得到涂料混合物；
湿法研磨所述涂料混合物，均匀混合得到吸光涂料。
可选的，所述湿法研磨的研磨时间为12小时。
由以上技术方案可以看出：本申请实施例示出一种用于平板真空玻璃太阳能热水器的吸光涂料及制备方法，所述吸光涂料包括：丙烯酸树脂，水性环氧树脂，二氧化钛粉，二氧化硅粉，三氧化二铁粉及硅烷偶联剂。配置方法为先称量丙烯酸树脂加水性环氧树脂置于内装陶瓷球的球磨罐中，再称量二氧化钛粉，二氧化硅粉，三氧化二铁粉置于罐中，然后将适量炭黑、硅烷偶联剂加入罐中，将罐盖密封后，置于球磨辊上湿磨12h后开罐取出即成为吸光涂料。本申请实施例采用二氧化钛粉、二氧化硅粉和三氧化二铁粉等物质，制备的用于平板真空玻璃太阳能热水器的吸光涂料较传统的单一的吸光涂料制备的太阳能吸热涂料性能更优异，可以提高吸光率2～3个百分点，反射率下降10～15％。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一种用于平板真空玻璃太阳能热水器的吸光涂料的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例示出一种用于平板真空玻璃太阳能热水器的吸光涂料，所述吸光涂料包括：丙烯酸树脂，水性环氧树脂，二氧化钛粉，二氧化硅粉，三氧化二铁粉硅烷偶联剂。
本实施例采用的丙烯酸树脂为用丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯单体共聚合成的丙烯酸树脂，所述丙烯酸树脂对光的主吸收峰处于太阳光谱范围之外，所以制得的丙烯酸树脂漆具有优异的耐光性及户外老化性能，进而保证本实施例示出的吸光涂料具有优异的抗老化性能，进而延长吸光涂料的使用寿命。
本实施例采用的丙烯酸树脂，具有良好的热塑性，丙烯酸树脂在成膜过程中不发生进一步交联，因此它的相对分子量较大，具有良好的保光保色性、耐水耐化学性、干燥快、施工方便，易于施工重涂和返工。
本实施例采用的丙烯酸树脂，具有良好的物理、化学性能，它对该涂料的表面具有优异的粘接强度，介电性能良好，变形收缩率小，制品尺寸稳定性好，硬度高，柔韧性较好，对碱及大部分溶剂稳定，在此作为该涂料的基础原料。
环氧树脂具有硬度高、耐磨性好，附着力富和耐化学药品性能优异等特点，本申请实施例将环氧树脂加入吸光涂料中，可以保证吸光涂料具涂覆后，就有一定的加些强度，增加涂料的耐磨性。
本实施例示出的吸光涂料加入水性环氧树脂，水性环氧树脂可以以水为溶剂进行溶解，降低吸光涂料中有机物的含量，降低环境污染，降低火灾的隐患；吸光涂料操作性能良好，可直接用水清洗，操作方便安全；同时吸光涂料可以在室温会潮湿环境中固化，缩短固化时间，并且保证较高的交联密度。
本实施例示出的吸光涂料中加入二氧化钛粉，用于吸附有机物质产生的有害气体。本实施例示出的吸光材料吸光涂料适用于应用于平板真空玻璃太阳能热水器的集热器的表面，吸光材料吸光涂料在吸收太阳能的同时自身的温度升高，吸光涂料中的有机添加物(如丙烯酸树脂，水性环氧树脂)释放有害气体，二氧化钛粉不仅能吸收有害气体强力分解和消除不仅还能将空气中的有毒有害气体分解消除,而且对细菌、霉菌、病毒具有很强的杀灭作用，免了有毒有害气体对人体造成的危害。
本实施例示出的吸光涂料中加入二氧化硅粉，二氧化硅粉当作为防沉降作用添加剂。起到防沉降，悬浮等作用，使得吸光涂料具有优越的抗流挂性能和厚涂性能，提高施工性能。
二氧化硅粉分散在水溶性溶剂中，在不同颗粒表面的硅醇基团通过氢键相互作用形成架桥，这种三维结构的构成产生增稠的作用。
三氧化二铁粉与二氧化硅粉的协同作用增强吸光涂料的吸光率。
已知，太阳表面温度约6000K,到达地球大气圈外的太阳辐射光谱,接近6000K黑体辐射波长分布；但倒达地面时，由于受大气中水蒸气、CO2、臭氧、灰尘等因素的吸收、分散，使实际降落到地表的太阳辐射光谱分布在0.3～2.5微米波长范围。其中0.3～0.4微米是紫外光谱；0.4～0.7微米是可见光谱；0.7～2.5微米是红外光谱。太阳能热水器的集热器的使用温度一般是100℃左右。从集热器放出的热辐射线的波峰约7.7微米,几乎分布在2.5微米以上的长波长红外线范围。由于太阳能的波长范围(集热体吸收的波长)和集热体发出的热辐射波长，范围不吻合,所以存在吸收性差。为了充分利用太阳能，即要求选择的涂层材料在太阳光波长范围内0.3～2.5微米吸收率大。在物体的热辐射范围2.5微米以上的辐射率小。
本申请经过大量的实验发现三氧化二铁粉在波长范围内0.3～2.5微米吸收率大。故将三氧化二铁粉加入吸光涂料中。以增加吸光涂料对于太阳能的吸收率，提高太阳能的利用率。
不同材料对于不同波长的光的吸收与反射有很大的差别，由Hagen-Rabens关系式表示A(λ)＝3.60(ρ0/λ)1/2-666.7ρ0/λ，式中ρ0为电阻率,λ为波长(微米)，由上式可知当波长为一恒定值时材料对光的吸收率取决于材料的电阻率，即材料的电阻率与吸光率成正比。
本申请经过大量的实验发现三氧化二铁粉在具有较高的电阻率，因此推断三氧化二铁粉的吸光率较大，故将三氧化二铁粉加入吸光涂料中，可提高太阳能的利用率。
可选的，本申请实时在吸光涂料中加入炭黑，以提高吸光涂料的电阻率，进而提高吸光涂料的吸光率，达到力高太阳能利用率的目的。
可选的，炭黑的粒度为500目；
所述二氧化钛粉的粒度为500目；
所述二氧化硅粉的粒度为500目；
所述三氧化二铁粉的粒度为500目。
采用超细(500目)二氧化钛粉、二氧化硅粉和三氧化二铁粉作为吸光涂层的主材，加适量的炭黑作辅助剂，以丙烯酸树脂和水性环氧树脂为粘合剂，加入少量硅烷偶联剂作为表面活性剂和协同剂，经球磨罐湿磨后制取。
该配方以丙烯酸树脂加水性环氧树脂为(100重量份)，炭黑、偶联剂适量，对二氧化钛粉、二氧化硅粉、三氧化二铁粉配比加入量进行了正交实验设计。
正交试验表：
结果分析：
该配方以丙烯酸树脂加水性环氧树脂为(100重量份)，炭黑、偶联剂适量，对二氧化钛粉、二氧化硅粉。
综上所述，最佳配方确定为二氧化钛粉质量分数12％，二氧化硅粉质量分数10％，三氧化二铁粉质量分数6％。
通过正交实验确定的吸光涂料最佳配方在中试生产线上放大实验进一步验证配方可靠性和一致性，并确定了具体的生产工艺。
最优配方：
本申请实施例第二方面示出一种用于平板真空玻璃太阳能热水器的吸光涂料的制备方法，如图1所示方法包括：
S101，将丙烯酸树脂，水性环氧树脂加入球磨罐中，所述球磨罐内装陶瓷球，得到有机混合物；
S102在所述有机混合物中依次加入二氧化钛粉，二氧化硅粉，三氧化二铁粉，硅烷偶联剂及炭黑得到涂料混合物；
S103湿法研磨所述涂料混合物，均匀混合得到吸光涂料
可选的，所述湿法研磨的研磨时间为12小时。
先称量丙烯酸树脂60kg加水性环氧树脂10kg置于内装陶瓷球的球磨罐中，再称量超细(500目)二氧化钛粉12kg，超细二氧化硅粉(500目)10kg，超细氧化铁黑粉(500目)6kg置于罐中，然后将适量炭黑1.9kg、硅烷偶联剂0.1kg加入罐中，将罐盖密封后，置于球磨辊上湿磨12h后开罐取出即成为吸光涂料。
本实施例采用湿法球磨，在水的助磨作用，缩短物料的球磨时间，提高了球磨机球磨细碎效率。同时在制备过程中先加入液态物质(丙烯酸树脂和水性环氧树脂)，使两种物质存在于球磨罐的底部，再加入粉末状物质(超细二氧化钛粉(500目)，超细二氧化硅粉(500目)，超细氧化铁黑粉(500目))，液态物质对粉末状物质有吸附的作用，一方面可以防止粉尘污染，另一方面有助于准确的控制各物质含量的配比。
用于平板真空玻璃太阳能热水器的吸光涂料的应用：
将吸光涂料喷涂在磨砂玻璃面上待干燥后即成为真空玻璃的内层玻璃吸光涂层。然后将表层玻璃与内层玻璃制成真空玻璃，真空玻璃(其面积为1.2m2)与厚度为2mm不锈钢水箱镶嵌和密封后再用聚氨酯发泡作为水箱外保温层，在水箱侧面安装上下水管和溢流管即成为一体式梯形真空太阳能热水器。
本申请实施例采用超细二氧化钛粉、二氧化硅粉和三氧化二铁粉等物质，制备的太阳能吸热涂层较传统的单一的吸光涂料制备的太阳能吸热涂料性能更优异，可以提高吸光率2～3个百分点，反射率下降10～15％。
由以上技术方案可以看出：本申请实施例示出一种用于平板真空玻璃太阳能热水器的吸光涂料及制备方法，所述吸光涂料包括：丙烯酸树脂，水性环氧树脂，二氧化钛粉，二氧化硅粉，三氧化二铁粉及硅烷偶联剂。配置方法为先称量丙烯酸树脂加水性环氧树脂置于内装陶瓷球的球磨罐中，再称量二氧化钛粉，二氧化硅粉，三氧化二铁粉置于罐中，然后将适量炭黑、硅烷偶联剂加入罐中，将罐盖密封后，置于球磨辊上湿磨12h后开罐取出即成为吸光涂料。本申请实施例采用二氧化钛粉、二氧化硅粉和三氧化二铁粉等物质，制备的用于平板真空玻璃太阳能热水器的吸光涂料较传统的单一的吸光涂料制备的太阳能吸热涂料性能更优异，可以提高吸光率2～3个百分点，反射率下降10～15％。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种用于平板真空玻璃太阳能热水器的吸光涂料，其特征在于，所述吸光涂料包括：丙烯酸树脂，水性环氧树脂，二氧化钛粉，二氧化硅粉，三氧化二铁粉及硅烷偶联剂。
2.如权利要求1所述的吸光涂料，其特征在于，所述二氧化钛粉的质量分数为：8％-12％；
所述二氧化硅粉的质量分数为：8％-12％；
所述三氧化二铁粉的质量分数为：6％-10％。
3.如权利要求1所述的吸光涂料，其特征在于，所述吸光涂料还包括炭黑。
4.如权利要求3所述的吸光涂料，其特征在于，所述丙烯酸树脂的质量分数为60％、所述水性环氧树脂的质量分数为10％、所述二氧化钛粉的质量分数为12％、所述二氧化硅粉的质量分数为10％、所述三氧化二铁粉的质量分数为6％、硅烷偶联剂的质量分数为0.1％、所述炭黑的质量分数为1.9％。
5.如权利要求3所述的吸光涂料，其特征在于，所述炭黑的粒度为500目。
6.如权利要求1所述的吸光涂料，其特征在于，
所述二氧化钛粉的粒度为500目；
所述二氧化硅粉的粒度为500目；
所述三氧化二铁粉的粒度为500目。
7.一种用于平板真空玻璃太阳能热水器的吸光涂料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
将丙烯酸树脂，水性环氧树脂加入球磨罐中，所述球磨罐内装陶瓷球，得到有机混合物；
在所述有机混合物中依次加入二氧化钛粉，二氧化硅粉，三氧化二铁粉，硅烷偶联剂及炭黑得到涂料混合物；
湿法研磨所述涂料混合物，均匀混合得到吸光涂料。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述湿法研磨的研磨时间为12小时。
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