CN107325595A

CN107325595A - 一种石墨烯纳米透明隔热隔音降温涂料及透明膜的制备技术

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Publication number: CN107325595A
Application number: CN201710588655.9A
Authority: CN
Inventors: 童忠东; 褚俊华; 赵云博
Original assignee: Basico Paint (suzhou) Co Ltd
Current assignee: Basico Paint (suzhou) Co Ltd
Priority date: 2017-07-17
Filing date: 2017-07-17
Publication date: 2017-11-07

Abstract

本发明属于一种石墨烯陶瓷类隔热、隔音、降温水性涂料，采用一种高强有机/无机纳米复合透明膜层材料，包括最新复合陶瓷隔热技术和掺杂Sn20、纳米二氧化钛、二氧化硅材料、纳米氮化硼，设计用来反射光能和辐射热能，达到隔热、隔音、降温的目的。石墨烯纳米透明隔热、隔音、降温涂料具有其独特的功能特性与环保成分，纳米ATO吸收红外线和阻隔紫外线功能、二氧化钛能清除周围环境中的异味，降解甲醛和其他有害物质等。透明膜是一种新型的PET薄膜材料，内涂层包括“白色石墨烯”材料，是具有卓越“节能”性能的创新建材产品。它也可以直接贴在窗玻璃表面，把普通玻璃转换成高性能玻璃窗的科技产品，符合环保膜的要求和特性。

Description

一种石墨烯纳米透明隔热隔音降温涂料及透明膜的制备技术

本发明属于一种石墨烯陶瓷类隔热、隔音、降温水性涂料，采用一种高强有机/无机纳米复合透明膜层材料，包括最新复合陶瓷隔热技术和掺杂Sn2O、纳米二氧化钛、二氧化硅材料、纳米氮化硼，设计用来反射光能和辐射热能，达到隔热、隔音、降温的目的。

石墨烯纳米透明隔热、隔音、降温涂料具有其独特的功能特性与环保成分，纳米ATO吸收红外线和阻隔紫外线功能、二氧化钛能清除周围环境中的异味，降解甲醛和其他有害物质等。

透明膜是一种新型的PET薄膜材料，内涂层包括“白色石墨烯”材料，是具有卓越“节能”性能的创新建材产品。它也可以直接贴在窗玻璃表面，把普通玻璃转换成高性能玻璃窗的科技产品，符合环保膜的要求和特性。

本发明具体涉及一种在纳米尺度上复合的有机/无机杂化膜层材料及制备方法，其特征在于：高折射率的、透明的、隔音的、耐磨耐划伤的薄膜“白色石墨烯”材料等组成及制备方法。

纳米透明隔热、隔音、降温涂料主要用于窗体的节能，也可应用于多种领域，如：(1)应用于汽车、火车、飞机的风挡玻璃以及建筑物玻璃等，起到了很好的隔热、隔音、降温作用，且无反射光污染；(2)涂覆于玻璃上，制成纳米透明隔热玻璃，包括单层玻璃、中空玻璃以及夹层玻璃；(3)涂覆于聚碳酸酯等透明树脂上制成纳米透明隔热板材，其应用场合非常广泛，如可以做成汽车站顶上的透明、隔音、隔热板等；(4)涂覆于聚酯薄膜，制成透明、隔音、隔热贴膜，应用于建筑及汽车窗玻璃。

透明膜主要用于(1)私家住宅、高级宾馆、酒店、写字楼、展厅等的隔热保温及防紫外线；(2)汽车、火车、飞机等交通工具的玻璃隔紫外线。(3)建筑物门窗、顶棚、汽车和船舰用玻璃均有广泛的应用前景。

有关专家称，在整个建筑的能量损失中，约70％耗在门窗上，所以说致力于节能玻璃的开发与应用是现今建筑节能的重中之重。由于我国对建筑门窗的节能不够重视，导致目前400亿m2的建筑中，95％以上用的是不节能玻璃，而且在每年新增加的20亿m2的建筑规划中，也没有设计使用节能玻璃。新颁布的《节约能源法》提出的建筑节能目标是，到2010年，全国新增建筑的13达到节能50％的目标；到2020年，全国新增建筑全部达到节能65％的目标。按2010年的目标计算，今后3年将新增节能建筑面积约25亿m2，若要达到节能法所规定的要求，建筑节能所需的节能玻璃面积约4亿m2，这还不包括既有建筑玻璃的节能改造。由此可见，纳米透明隔热涂料的推广应用，是继中空玻璃、代表的节能玻璃之后未来几年行业中最“耀眼”的亮点。

本发明‘一种石墨烯纳米透明隔热隔音降温涂料及透明膜的制备技术’性能原理如下几点：

①纳米SnO2是一种重要的化工材料，为四方金红石结构，具有良好导电性、阻燃性和反射红外辐射及遮光、吸附、化学性能稳定等特点。由于具有超微粒子和本身所具备的物化性质，在电子材料、气敏材料、透明导电材料、抗菌材料、功能陶瓷、玻璃电极、光学玻璃、有机合成催化剂等方面得到了广泛应用。近年来，国内外致力于研究各种不同掺杂物对Sn2O性能的影响。

从理论上来说，纯Sn2O属于典型的绝缘体，由于存在着晶格缺位，是一种n型半导体。其导电性质介于传统半导体和金属之间，为提高其导电性能，采用五价元素如铟、锑、砷掺杂能形成浅施主能级，使其具有90％的紫外线吸收及90％的可见光透过率。掺杂Sn2O纳米导电氧化物TCO由于具备低电阻率、高透光性及热稳定性高、机械性能强等特点，在透明隔热涂料中得到了应用。

②纳米透明隔热隔音降温涂料采用先进的生产工艺将超活性ATO、TiO2、SiO2做成适合在玻璃、瓷砖、金属、水泥、PE、PET、PC、PP、PVC等表面涂覆的纳米涂层材料。透明性的超活性ATO，起到吸收红外线和阻隔紫外线功能；

③超活性ATO化学性能稳定，对热量、湿度等外部环境引起的物理性变化小，所以能保持永久性的半导体材料，能有效地阻止红外辐射和紫外线辐射，阻隔红外效果达95％，阻隔紫外效果达90％，该涂层材料与基材有极好的相容性，铺展、流平性能好，附着力强，持久不脱落；

④除在TCO用途外，最新复合陶瓷隔热技术能够有效地阻隔紫外线达99％，并且能反射90％以上的可见光，能够阻隔红外线达92.5％，陶瓷分子能够防止超量的水蒸汽进入，而允许正常数量的水分子的通过，由此极大的增加了整个建筑表面的防晒绝热能力；

⑤纳米透明隔音隔热涂料安全环保，所有成分均为无机物，是一种新型的环保涂料。

一般纳米透明隔热隔音降温涂料的特点如下：

①隔热保温纳米透明隔热隔音降温涂料有效的阻隔了太阳光中的红外线和紫外线穿透玻璃入室内，屏蔽99％以上的紫外线，阻隔75％以上的红外线，可使室内温度降低3-5℃，使被晒物体温度降低6-10℃。

②透明纳米透明隔热隔音降温涂料施工后在基材表层形成8-10μm左右的微薄膜层，可见光透过率高达70％以上，不影响视野。

③节能、隔音纳米透明隔热隔音降温涂料的隔热、保温的功效，延长了室内而温度u室外温度均衡的升降，减少空调冷或热机次数，节省空调能耗25-35％。

④环保

纳米透明隔热隔音降温涂料属于水性涂料，不含TVOC、游离、铅、铬、镉、类等有害物质，绿色环保，符合国家环保质量标准，是一种新型的环保涂料。

⑤健康纳米透明隔热隔音降温涂料能够防止紫外线造成家具、布艺、地毯、窗帘、壁画等室内物品褪色老化，防止紫外线诱发皮肤癌、白内障等疾病。

本发明的透明隔热隔音降温涂料拥有良好的可见光透过率，高红外光反射率，生产成本低，工艺条件简单，绿色环保，透明性、隔音性和隔热效果佳等优点，具有极高的应用价值和广阔的市场前景。

本发明是以下技术表述方案实现的：

原理表述：是一般辐射到地球表面的太阳光光谱能量分布情况为：紫外区200～380nm，占总能量的5％；可见光区380～780nm，占总能量的45％；近红外区780～2500nm，占总能量的50％。因此，太阳光谱的能量主要集中在可见光区和近红外区。纳米半导体隔热效果一方面与其本身的物理结构有关，另一方面与其粉体微粒的粒径有关。通常只有纳米级的半导体才能起到透明隔热的作用。

原料表述：

氧化锡锑等粒子是一种高密度、自由电子气型材料，其存在的自由载流子能够激发与气体等离子体相类似的等离子体振动，因此可通过对半导体进行掺杂来增加其载流子的浓度，使掺杂后的半导体具有对太阳光谱中的紫外线具有强吸收、对可见光透明并能反射红外线的功能。

半导体的掺杂一般有2种方式：一是掺杂高价金属，以替位方式形成施主杂质，如五价Sb掺杂半导体SnO2、Sn掺杂半导体In2O3等；另一种掺杂是用非金属元素F替位O产生电子施主来增加半导体的载流子浓度，如F掺杂半导体SnO2。

在透明隔热功能填料中应用较广的半导体包括氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化镉及其掺杂体系。

ATO纳米涂层对太阳光的隔热主要源于其对近红外光的吸收(平均吸收率达86％，仅反射4.5％)。纳米粒子隔热作用是基于对红外光的吸收。

将无机组分HBN和SiO2、TiO2以共价键的形式接枝到有机聚合物中，制备出综合有机、无机材料优良性能的有机/无机杂化涂料，采用该涂料制备的涂层具有“三防”(防腐蚀、防湿热、防霉菌)、抗冲蚀和抗高低温冲击的优良性能。该方法具有工艺简单、成本低廉、节能、环保的特点。

目前，也有纳米级半导体的粒径、掺杂等因素对光谱选择性的影响，取得了一定成果，但还未能形成统一的定论。

本发明‘一种石墨烯纳米透明隔热隔音降温涂料及透明膜的制备技术’关键技术表述方案是按以下二个方面进行的。

1、纳米导电氧化物ATO液体

随着纳米微粒的粒径减小，比表面积大大增加，表面的原子增多，原子间产生不饱和键，使得纳米微粒具有很高的表面活性和吸附性，因而，超细微粒很容易发生团聚，以减少体系总表面能，达到稳定状态。为防止团聚现象的产生，分散制备纳米导电氧化物ATO液体时，一是要选择与体系相容配套的分散助剂，通过材料亲合基团吸附在纳米微粒表面，使微粒之间产生排斥力，通过静电排斥或空间位阻使微粒稳定；二是要通过机械力高速研磨将聚集成团的材料粒子分散成细微粒子。另外，分散后的纳米微粒还必须具有很好的分散稳定性，保证纳米导电氧化物ATO以微粒的状态稳定地存在于液体介质中。最后，要准确控制纳米导电氧化物ATO材料的添加量问题。一般而言，纳米材料的用量与涂料性能变化之间的关系曲线近似于抛物线，开始随着纳米材料添加量的增加，涂料性能大幅度提高；而后，随着纳米材料添加量的进一步增加，涂料的性能反而呈迅速下降的趋势，同时也增加了成本。所以，经过不断地试验，选择好纳米导电氧化物ATO的添加量也是关键技术之一。

2、制备透明隔热涂料的关键技术表述

制备纳米透明隔热隔音降温涂料的关键是选择使用对太阳光谱具有选择性的纳米半导体材料，目前这类材料主要是纳米氧化锡锑(ATO)和氧化铟锡(ITO)。其中，ATO因成本相对较低而成为市场可接受的产品。

本发明‘一种石墨烯纳米透明隔热隔音降温涂料及透明膜的制备技术’，所述的首先运用差示扫描热法2失重分析(DSC2TG)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和紫外可见光光谱分析(UV)等观测手段对微粉末进行了表征，比较系统地研究了热处理工艺(温度、时间)对粉末颗粒度和电阻的影响规律，探讨了掺锑SnO2导电粉、TiO2、SiO2、HBN的透明显色特性。

本发明‘一种纳米透明隔音石墨烯隔热涂料及透明膜的制备技术’的工艺配方：是按以下配方示例进行的。

所述的其原料配方为：掺杂Sn2O、纳米二氧化钛、二氧化硅、纳米氮化硼乙醇浆料20～70％、分散剂2～5％、成膜剂10～35％、增稠剂1～3％、流平剂0.5～1％。

所述的其涂料的制备方法首先制得Sn2O、纳米二氧化钛、二氧化硅、纳米氮化硼材料纳米粉体，然后制得掺杂Sn2O、TiO2、SiO2、HBN乙醇浆料，最后配制成所述石墨烯纳米透明隔热隔音降温涂料。

所述的透明膜的制备方法，首先是一种新型的PET薄膜材料，内涂层包括“白色石墨烯”材料和添加量也是关键技术之一。其次是内涂层包含上述“石墨烯纳米透明隔热隔音降温涂料”具有卓越“节能”性能的创新产品及配方的关键技术。它也可以直接贴在窗玻璃表面，把普通玻璃转换成高性能玻璃窗的科技产品，符合环保膜的要求和特性。

通过上述发明将各组分调到最科学、最合理的状态下，“白色石墨烯”纳米材料由于量子尺寸效应、小尺寸效应、表面界面效应、量子隧道效应等，使纳米材料在力学性能、电学性能、磁学性能、热学性能等方面与传统的固体材料有着不同的特殊性质，使其成为了近十年来材料科学与工程的新兴领域，被誉为21世纪最有前途的材料，有着极为广泛的市场应用前景。

掺杂Sn2O纳米导电氧化物TCO使涂料的常规力学性能显著得到提高，并且提高涂料的耐老化、耐腐蚀、抗辐射等性能，使得这种涂料得到广泛的应用，有着良好的研究开发前景，对能源的节省、环境保护等有一定的作用。

Claims

1.本发明属于一种石墨烯陶瓷类隔热、隔音、降温水性涂料，采用一种高强有机/无机纳米复合透明膜层材料，包括最新复合陶瓷隔热技术和掺杂Sn2O、纳米二氧化钛、二氧化硅材料、纳米氮化硼，设计用来反射光能和辐射热能，达到隔热、隔音、降温的目的。石墨烯纳米透明隔热、隔音、降温涂料具有其独特的功能特性与环保成分，纳米ATO吸收红外线和阻隔紫外线功能、二氧化钛能清除周围环境中的异味，降解甲醛和其他有害物质等。

2.透明膜是一种新型的PET薄膜材料，内涂层包括“白色石墨烯”材料，是具有卓越“节能”性能的创新建材产品。它也可以直接贴在窗玻璃表面，把普通玻璃转换成高性能玻璃窗的科技产品，符合环保膜的要求和特性。

3.本发明具体涉及一种在纳米尺度上复合的有机/无机杂化膜层材料及制备方法，其特征在于：高折射率的、透明的、隔音的、耐磨耐划伤的薄膜“白色石墨烯”材料等组成及制备方法。

4.根据权利要求书1所述：还包括所述的其原料配方为：掺杂Sn2O、纳米二氧化钛、二氧化硅、纳米氮化硼乙醇浆料20～70％、分散剂2～5％、成膜剂10～35％、增稠剂1～3％、流平剂0.5～1％。所述的其涂料的制备方法首先制得Sn2O、纳米二氧化钛、二氧化硅、纳米氮化硼材料纳米粉体，然后制得掺杂Sn2O、TiO2、SiO2、HBN乙醇浆料，最后配制成所述石墨烯纳米透明隔热隔音降温涂料。

5.根据权利要求书2所述：所述的透明膜的制备方法，首先是一种新型的PET薄膜材料，内涂层包括“白色石墨烯”材料和添加量也是关键技术之一。其次是内涂层包含上述“石墨烯纳米透明隔热隔音降温涂料”具有卓越“节能”性能的创新产品及配方的关键技术。它也可以直接贴在窗玻璃表面，把普通玻璃转换成高性能玻璃窗的科技产品，符合环保膜的要求和特性。