CN107286776B - 基于铈掺杂复合物的红外反射隔热涂料及其制备方法 - Google Patents

基于铈掺杂复合物的红外反射隔热涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种隔热性能好、颜色鲜艳、不含有毒有害元素、节能环保的基于铈掺杂复合物的红外反射隔热涂料及其制备方法；涂料的组成及重量百分含量为：成膜物质：52～62；黄色红外反射颜料：20～26；溶剂：15.6～19.6；增稠剂：0.8～1.0；流平剂：0.8～1.0；分散剂：0.4～0.8。涂料的制备方法包括如下：(10)制备黄色红外反射颜料：依次进行云母预处理、二氧化钛‑云母复合物制备、溶胶制备、干凝胶制备、煅烧，即可得到黄色红外反射颜料；(20)混料：按配比，将成膜物质、溶剂、增稠剂、流平剂及分散剂混合，搅拌均匀后，加入黄色红外反射颜料，研磨使颜料充分分散，得到红外反射隔热涂料。

Description

基于铈掺杂复合物的红外反射隔热涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于红外反射隔热凃料技术领域，特别是一种太阳辐射反射率高、隔热性能好且环境友好的基于铈掺杂复合物的红外反射隔热涂料及其制备方法。
背景技术
隔热涂料按其特性原理分类主要有三种：隔绝传导型隔热涂料、反射型隔热涂料和辐射型隔热涂料。其中反射型隔热涂料主要由成膜物质、红外反射颜料、溶剂及助剂组成，其隔热性能的好坏主要取决于红外反射颜料的反射率。红外反射隔热涂料是一种新型的功能型涂料，将其涂刷在建筑物的外表面可增强对太阳光的反射，在满足其装饰性能的同时，又减少建筑对太阳热辐射的吸收，有效阻止热传导，降低建筑的外表面温度和室内环境温度，起到降低制冷能耗的作用。
太阳辐射光谱按波长不同通常可分为三个部分，其中紫外光部分的波长范围为295-400nm，约占地球接收到的太阳总能量的5％；可见光部分的波长范围为400-720nm，能量约占太阳总辐射能的43％；红外部分光的波长范围为720-2500nm，所包含的能量约占太阳辐射能量的52％。可见太阳热辐射的能量主要集中在可见光和红外部分，因此制备具有较高热反射效率的涂料，在满足可见光颜色的基础上，必须提高它在红外光部分的反射能力。
目前，市场上的反射型隔热涂料大多为单一的白色或浅色色调，主要应用于建筑外墙或屋顶，这带来了白光污染，并存在耐污性差的问题，且难以满足多彩性建筑的美观要求。而彩色反射型隔热涂料中所用的颜料通常含有铬、镉、镍、钴等对环境和人体健康有害的重金属元素。同时由这些颜料组成的反射隔热涂料在红外波段的太阳光反射率并不是很高，因此对降低建筑的外表面温度和室内环境温度以达到降低制冷能耗的效果并不明显。
因此，现有技术存在的问题是：颜色单一，含有重金属元素，隔热性能差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于铈掺杂复合物的红外反射隔热涂料，隔热性能好、颜色鲜艳、不含有毒有害元素、节能环保。
本发明的另一目的在于提供一种基于铈掺杂复合物的红外反射隔热涂料的制备方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种基于铈掺杂复合物的红外反射隔热涂料，其组成及重量百分含量为：
成膜物质：52～62；
黄色红外反射颜料：20～26；
溶剂：15.6～19.6；
增稠剂：0.8～1.0；
流平剂：0.8～1.0；
分散剂：0.4～0.8；
其中，所述黄色红外反射颜料为Bi1-xCexVO4、二氧化钛与云母组成的复合物，记为Bi1-xCexVO4-二氧化钛-云母，式中，x＝0、0.1、0.2、0.3或0.4；Bi1-xCexVO4、二氧化钛与云母的质量比为(5～7)：1：9。
优选地，所述成膜物质为丙烯酸树脂。
优选地，所述溶剂为石油醚。
优选地，所述增稠剂为聚丙烯酸钠。
优选地，所述流平剂为聚二甲基硅氧烷。
优选地，所述分散剂为十二烷基硫酸钠。
实现本发明另一目的的技术解决方案为：
一种基于铈掺杂复合物的红外反射隔热涂料的制备方法，包括如下步骤：
(10)制备黄色红外反射颜料：依次进行云母预处理、二氧化钛-云母复合物制备、溶胶制备、干凝胶制备、煅烧，即可得到黄色红外反射颜料；
(20)混料：按配比，将成膜物质、溶剂、增稠剂、流平剂及分散剂混合，搅拌均匀后，加入黄色红外反射颜料，研磨使颜料充分分散，得到红外反射隔热涂料。
优选地，所述(10)制备黄色红外反射颜料步骤包括：
(11)云母预处理：将云母浸泡在1-5wt.％的盐酸水溶液中，固液体积比为1：(10～15)，并在75～85℃水浴下搅拌40min，过滤、水洗、干燥后备用；
(12)二氧化钛-云母复合物制备：将预处理后的云母配成10wt.％的云母水悬浮液，在80～85℃水浴并搅拌下，根据二氧化钛与云母的质量比，缓慢加入3～5wt.％的四氯化钛的乙醇溶液，用15～20wt.％的氨水调节悬浮液的pH值在6.5～7.5之间，加入完毕后持续80～85℃水浴并搅拌1-2h，过滤、水洗、干燥后备用；
(13)溶胶制备：将五水合硝酸铋、六水合硝酸铈、偏钒酸铵按Bi1-xCexVO4式中，x＝0、0.1、0.2、0.3或0.4的化学计量比溶解到5-10wt.％的硝酸水溶液中，其中所加金属盐总质量与硝酸水溶液的质量比为1:(9～12)，同时按配比加入一水合柠檬酸、丙烯酰胺和葡萄糖并溶解，搅拌30-40min,得到均匀的混合溶液，将该均匀的混合溶液，按Bi1-xCexVO4与二氧化钛-云母的复合物的质量比，缓慢加入到由上述二氧化钛-云母复合物配制的10wt.％的水悬浮液中，加入过程保持在80℃水浴并搅拌，加入完毕后持续80℃水浴并搅拌3-5h，得到溶胶；
(14)干凝胶制备：将上述溶胶放入烘箱中干燥，得到干凝胶；
(15)煅烧：将干凝胶研磨后放入马弗炉中煅烧，制得Bi1-xCexVO4-二氧化钛-云母黄色红外反射颜料，其中，x＝0、0.1、0.2、0.3或0.4。
优选地，所述(11)云母预处理步骤中，云母的平均粒径为10-60μm。
优选地，所述(13)溶胶制备步骤中，一水合柠檬酸、丙烯酰胺、葡萄糖与混合溶液中金属盐中的总金属离子的摩尔质量比为2：3：(1～1.2)：1，所述总金属离子包括铋离子、铈离子和钒离子。
优选地，所述(14)干凝胶制备步骤中，干燥温度为100～110℃，干燥时间为10-13h。
优选地，所述(15)煅烧步骤中，煅烧温度为400～500℃，煅烧时间为2-3h。本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1、颜色鲜艳：本发明制备的红外反射颜料(Bi1-xCexVO4-二氧化钛-云母复合物)，由于Bi1-xCexVO4原子内或原子间的电子跃迁，使颜料呈现黄色，满足了人们对多彩性建筑的审美需求；
2、环境友好：与市场上相似颜色的颜料相比，本发明制备的红外反射颜料不含重金属元素，对环境和人体健康无害；
3、隔热性能好：本发明制备红外反射隔热涂料在红外波段具有良好的反射性能，能更有效的反射太阳光在红外波段辐射能量，因此本专利基于铈掺杂复合物的红外反射隔热涂料的制备方法，与现有隔热涂料相比，可以更好的阻隔了太阳热能向建筑物内部的传递，可降低室内温度2.5～3.5℃，达到降低制冷能耗，节能环保的目的。
具体实施方式
为便于本领域技术人员进一步理解本发明，下面以具体实施例详细说明本发明物质及方法。
实施例中，成膜物质为丙烯酸树脂，溶剂为石油醚，增稠剂为聚丙烯酸钠，流平剂为聚二甲基硅氧烷，分散剂为十二烷基硫酸钠。
实施例中所用到的原材料均为市售。
实施例及对比例的配比如表1所示。
表1基于铈掺杂复合物的红外反射隔热涂料配比表
实施例1：
首先，制备黄色红外反射颜料(Bi1-xCexVO4-二氧化钛-云母复合物,x＝0)，所用原料配比如表2所示，具体步骤如下：
(1)云母预处理：将平均粒径为30μm的云母浸泡在5wt.％的盐酸水溶液中，固液体积比为1：13，并在80℃水浴下搅拌40min，过滤、水洗、干燥后备用；
(2)二氧化钛-云母复合物制备：取4.23g预处理后的云母配成10wt.％的云母水悬浮液，在80℃水浴并搅拌下，根据二氧化钛与云母的质量比，缓慢加入由1.12g四氯化钛配成的4wt.％的四氯化钛的乙醇溶液，用15wt.％的氨水调节悬浮液的pH值在7左右，加入完毕后持续80℃水浴并搅拌1.5h，过滤、水洗、干燥后备用；
(3)溶胶制备：将五水合硝酸铋和偏钒酸铵按一定的化学计量比(Bi1-xCexVO4,x＝0)分别取4.85g和1.17g溶解到60mL 5wt.％的硝酸水溶液中，同时按配比分别称取8.41g、4.26g和4g的一水合柠檬酸、丙烯酰胺和葡萄糖加入上述溶液中，搅拌35min,得到均匀的混合溶液，将该均匀的混合溶液，按BiVO4与二氧化钛-云母复合物的质量比，缓慢加入到由上述二氧化钛-云母复合物配制的10wt.％的水悬浮液中，加入过程保持在80℃水浴并搅拌，加入完毕后持续80℃水浴并搅拌3.5h左右，得到溶胶；
(4)干凝胶制备：将上述溶胶放入105℃烘箱中干燥12h，得到干凝胶；
(5)煅烧：将干凝胶研磨后放入马弗炉中450℃煅烧3h，制得BiVO4-二氧化钛-云母黄色红外反射颜料。
然后，混料：按表1所示的红外反射隔热涂料配比表，先将成膜物质、溶剂、增稠剂、流平剂及分散剂混合搅拌均匀，再加入黄色红外反射颜料(BiVO4-二氧化钛-云母复合物)，研磨使颜料充分分散，得到红外反射隔热涂料。
其余各实施例的制备过程与实施例1相同。
表2制备黄色红外反射颜料所用原料配比表
对比例：
按表1所示的红外反射隔热涂料配比表，先将成膜物质、溶剂、增稠剂、流平剂及分散剂混合搅拌均匀，再加入市售的镉黄颜料，研磨使颜料充分分散，得到对比例中的隔热涂料。
为检验本发明基于铈掺杂复合物的红外反射隔热涂料及其制备方法的红外反射隔热效果，将表1所述的各实施例的涂料和用相同的混料方法将市售的镉黄颜料制成比例的涂料按标准JG/T23-2001均匀涂刷于水泥板(厚度约为2mm)上，涂刷层厚度为60μm，自然条件下放置7天晾干，制成红外反射板。最后对由实施例与对比例近制成的红外反射板进行比较试验。测试仪器包括：近红外灯(BR 125IR Red,250W)和数字温度计(VC6801A)。
装置中箱体为中空，四面及底部为聚苯乙烯泡沫板，厚度为10mm，顶部为红外反射板，箱体的长×宽×高为80mm×80mm×120mm，在箱体的一面开孔固定温度计探头，探头位于箱体中心，具体操作如下：
将各实施例与相应对比例制成的红外反射板分别放在箱体的上方，涂刷涂料的一面朝上，箱体的几何中心在近红外灯的正下方。两箱体相邻面相距200mm,近红外灯底部与箱体顶部的红外反射板的最高点相距150mm。打开稳压电源，60min后两个箱体内部的空气温度基本稳定，数字温度计数值基本不变。计算两箱体内部的温度差值，其中温度差＝实施例箱体的内部温度-对比例箱体的内部温度。结果如表3所示。
表3实施例与对比例之间的箱体内部温差表
实施例 1 2 3 4 5
温度差(℃) -3.5 -3.2 -3.0 -2.9 -2.5
由表3的测试结果可以看出，本发明各实施例对应的箱体内部温度，均低于对比例对应的箱体内部温度，相差分别为-3.5℃、-3.2℃、-3.0℃、-2.9℃、-2.5℃。本发明基于铈掺杂复合物的红外反射隔热涂料及其制备方法,颜色鲜艳，满足了人们对多彩性建筑的审美需求；而且颜料不含重金属元素，对环境和人体健康无害；同时隔热性能好，本发明制备红外反射隔热涂料在红外波段具有良好的反射性能，能更有效的反射太阳光在红外波段辐射能量，阻隔太阳热能向建筑物内部的传递，降低室内温度，达到降低制冷能耗，节能环保的的目的。

Claims (7)

1.一种基于铈掺杂复合物的红外反射隔热涂料，其组成及重量百分含量为：
成膜物质：52～62；
黄色红外反射颜料：20～26；
溶剂：15.6～19.6；
增稠剂：0.8～1.0；
流平剂：0.8～1.0；
分散剂：0.4～0.8；
其中，所述黄色红外反射颜料为Bi1-xCexVO4-二氧化钛-云母复合物；
所述Bi1-xCexVO4-二氧化钛-云母复合物中，x＝0.1、0.2、0.3或0.4；Bi1-xCexVO4、二氧化钛与云母的质量比为(5～7)：1：9；
所述黄色红外反射颜料的制备步骤包括：
(11)云母预处理：将云母浸泡在1～5wt.％的盐酸水溶液中，固液体积比为1：(10～15)，并在75～85℃水浴下搅拌40min，过滤、水洗、干燥后备用；
(12)二氧化钛-云母复合物制备：将预处理后的云母配成10wt.％的云母水悬浮液，在80～85℃水浴并搅拌下，根据二氧化钛与云母的质量比，缓慢加入3～5wt.％的四氯化钛的乙醇溶液，用15～20wt.％的氨水调节悬浮液的pH值在6.5～7.5之间，加入完毕后持续80～85℃水浴并搅拌1-2h，过滤、水洗、干燥后备用；
(13)溶胶制备：将五水合硝酸铋、六水合硝酸铈、偏钒酸铵按Bi1-xCexVO4式中，x＝0.1、0.2、0.3或0.4的化学计量比溶解到5～10wt.％的硝酸水溶液中，其中所加金属盐总质量与硝酸水溶液的质量比为1:(9～12)，同时按配比加入一水合柠檬酸、丙烯酰胺和葡萄糖并溶解，搅拌30-40min,得到均匀的混合溶液，将该均匀的混合溶液，按Bi1-xCexVO4与二氧化钛-云母的复合物的质量比，缓慢加入到由上述二氧化钛-云母复合物配制的10wt.％的水悬浮液中，加入过程保持在80℃水浴并搅拌，加入完毕后持续80℃水浴并搅拌3-5h，得到溶胶；
(14)干凝胶制备：将上述溶胶放入烘箱中干燥，得到干凝胶；
(15)煅烧：将干凝胶研磨后放入马弗炉中煅烧，制得Bi1-xCexVO4-二氧化钛-云母黄色红外反射颜料，其中，x＝0.1、0.2、0.3或0.4。
2.根据权利要求1所述的红外反射隔热涂料，其特征在于：所述成膜物质为丙烯酸树脂，所述溶剂为石油醚，所述增稠剂为聚丙烯酸钠，所述流平剂为聚二甲基硅氧烷，所述分散剂为十二烷基硫酸钠。
3.一种如权利要求1或2之一所述的基于铈掺杂复合物的红外反射隔热涂料的制备方法，包括如下步骤：
(10)制备黄色红外反射颜料：依次进行云母预处理、二氧化钛-云母复合物制备、溶胶制备、干凝胶制备、煅烧，即可得到黄色红外反射颜料；
(20)混料：按配比，将成膜物质、溶剂、增稠剂、流平剂及分散剂混合，搅拌均匀后，加入黄色红外反射颜料，研磨使颜料充分分散，得到红外反射隔热涂料；
所述(10)制备黄色红外反射颜料步骤包括：
(11)云母预处理：将云母浸泡在1～5wt.％的盐酸水溶液中，固液体积比为1：(10～15)，并在75～85℃水浴下搅拌40min，过滤、水洗、干燥后备用；
(12)二氧化钛-云母复合物制备：将预处理后的云母配成10wt.％的云母水悬浮液，在80～85℃水浴并搅拌下，根据二氧化钛与云母的质量比，缓慢加入3～5wt.％的四氯化钛的乙醇溶液，用15～20wt.％的氨水调节悬浮液的pH值在6.5～7.5之间，加入完毕后持续80～85℃水浴并搅拌1-2h，过滤、水洗、干燥后备用；
(13)溶胶制备：将五水合硝酸铋、六水合硝酸铈、偏钒酸铵按Bi1-xCexVO4式中，x＝0.1、0.2、0.3或0.4的化学计量比溶解到5～10wt.％的硝酸水溶液中，其中所加金属盐总质量与硝酸水溶液的质量比为1:(9～12)，同时按配比加入一水合柠檬酸、丙烯酰胺和葡萄糖并溶解，搅拌30-40min,得到均匀的混合溶液，将该均匀的混合溶液，按Bi1-xCexVO4与二氧化钛-云母的复合物的质量比，缓慢加入到由上述二氧化钛-云母复合物配制的10wt.％的水悬浮液中，加入过程保持在80℃水浴并搅拌，加入完毕后持续80℃水浴并搅拌3-5h，得到溶胶；
(14)干凝胶制备：将上述溶胶放入烘箱中干燥，得到干凝胶；
(15)煅烧：将干凝胶研磨后放入马弗炉中煅烧，制得Bi1-xCexVO4-二氧化钛-云母黄色红外反射颜料，其中，x＝0.1、0.2、0.3或0.4。
4.根据权利要求3所述的红外反射隔热涂料的制备方法，其特征在于：
所述(11)云母预处理步骤中，云母的平均粒径为10-60μm。
5.根据权利要求3所述的红外反射隔热涂料的制备方法，其特征在于：
所述(13)溶胶制备步骤中，一水合柠檬酸、丙烯酰胺、葡萄糖与混合溶液中金属盐中的总金属离子的摩尔质量比为2：3：(1～1.2)：1，所述总金属离子包括铋离子、铈离子和钒离子。
6.根据权利要求3所述的红外反射隔热涂料的制备方法，其特征在于：
所述(14)干凝胶制备步骤中，干燥温度为100～110℃，干燥时间为10～13h。
7.根据权利要求3所述的红外反射隔热涂料的制备方法，其特征在于：
所述(15)煅烧步骤中，煅烧温度为400～500℃，煅烧时间为2～3h。
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