CN107857974B - 一种含镍合金空心球的吸热材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含镍合金空心球的吸热材料及其制备方法，吸热材料由以下质量份数的原料制备而成：镍合金空心球20‑30份、硅树脂10‑20份、环氧树脂10‑60份、乙醇10‑20份、硅烷偶联剂2‑4份、硅溶胶1‑3份、纳米三氧化二铝粉1‑10份、纳米三氧化二铁粉1‑10份。本发明制备工艺简单，成本低廉，易于工业化生产，稳定性好；而且用此材料制备的涂层吸热率高、光发射率低，具有良好的机械性能和较强的耐候性。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能吸热技术领域，更具体地说是涉及一种含镍合金空心球的吸热材料及其制备方法。
背景技术
能源利用在人类社会发展中占有举足轻重的地位, 但过度的开发资源和低效率的资源利用, 使人类面临着严峻的考验。众所周知, 太阳能是一种来源最丰富和可广泛获取的可再生能源, 对解决能源危机和环境问题具有重大的作用, 且太阳能以独具的储量无限性、存在的普遍性、开发利用的清洁性, 使其成为了各国竞相研究的热点。
太阳能吸收涂层主要分为光谱选择性吸收涂层和高吸收率吸收涂层，光谱选择性吸热涂层是一种具有对可见-近红外光高吸收，对红外光高反射的特种涂层，即它能有效地吸收太阳能，而受热后自身长波造成的热损失很小，广泛应用于太阳能光热转换，如太阳能热水器、太阳能发电等。太阳能吸热涂层担负着接收并吸收太阳能量的重要作用，影响着整个太阳能吸热系统的稳定性及效率的高低。
目前市面上普遍采用的是在太阳能集热器的吸热板芯上喷涂黑色有机涂层，如黑色氟碳树脂、黑色环氧树脂、黑色聚氨酯树脂等，因为采用了普通的树脂材料作为粘合剂及以碳黑或者黑色颜料作为发色体，因此会造成：1、涂层不耐候，过早粉化和退色；2、由于采用的是普通碳黑或者黑色颜料作为发色体，无光谱选择性。因此它的涂层发射率很高，这样就造成了太阳能集热器的热效率低。
专利号为ZL200510024798.4的发明专利用自催化还原法制备了空心镍和镍合金粉，该粉体由于其空心结构的镍或镍合金粉具有极好的光吸收性能。专利号为200810038560.0的发明专利利用自催化还原反应制备的镍或镍合金空心球粉与树脂和溶剂按一定比例混合，得到均匀的涂料，再通过喷涂方法，将涂料均匀涂在具有抛光表面的基材上，形成厚度均匀的涂层，最后将涂层在一定温度下保温烘干，制备得到太阳能吸热涂层，其涂层吸收率为0.96～0.98。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种含镍合金空心球的吸热材料及其制备方法，该涂料制备工艺简单，成本低廉，易于工业化生产，稳定性好；而且用此材料制备的涂层吸热率高、光发射率低，具有良好的机械性能和较强的耐候性。
本发明的技术方案如下：
一种含镍合金空心球的吸热材料及其制备方法，吸热材料由以下重量份数原料制成：
镍合金空心球20-30份、硅树脂10-20份、环氧树脂10-60份、乙醇10-20份、硅烷偶联剂2-4份、硅溶胶1-3份、纳米三氧化二铝粉1-10份、纳米三氧化二铁粉1-10份。
所述镍合金空心球由镍盐、氢氧化钠、还原剂和添加剂制得。其中镍盐为硫酸镍、硝酸镍、醋酸镍或氯化镍；还原剂为次亚磷酸盐、硼氢化物或水合肼；添加剂为乳酸、柠檬酸、丁二酸或己二酸。镍合金空心球的直径小于1μm。
制备方法包括以下内容：
（1）将环氧树脂溶于乙醇中，加入镍合金空心球粉、纳米三氧化二铝粉和纳米三氧化二铁粉，搅拌均匀；
（2）加入硅树脂、硅烷偶联剂、硅溶胶混合均匀，即得。
本发明的有益效果是：
本发明采用的主要原料镍合金空心球具有极好的光吸收性能，搭配纳米级三氧化二铝粉和三氧化二铁粉以及硅溶胶制备的太阳能选择性吸热涂层，具有较高的太阳能吸收率和较低的发射率，吸收率可达到0.98以上。本发明涂层材料采用环氧树脂作为成膜剂，还添加了硅树脂作为胶粘剂，增强了涂料与基体的结合力，添加的硅烷偶联剂增强了涂料各成分之间的偶联作用，有效防止涂料脱落，延长涂层的寿命。本发明制备工艺简单，成本低廉，易于工业化生产，稳定性好；而且用此材料制备的涂层吸热率高、光发射率低，具有良好的机械性能和较强的耐候性。
具体实施方式
为了更加详细的介绍本发明，下面结合实施例，对本发明做进一步说明。
实施例1
一种含镍合金空心球的吸热材料及其制备方法，吸热材料由以下重量份数原料制成：
镍合金空心球25份、硅树脂15份、环氧树脂35份、乙醇10份、硅烷偶联剂3份、硅溶胶2份、纳米三氧化二铝粉5份、纳米三氧化二铁粉5份和去离子水15份。
所述镍合金空心球由镍盐、氢氧化钠、还原剂和添加剂制得。其中镍盐为硫酸镍、硝酸镍、醋酸镍或氯化镍；还原剂为次亚磷酸盐、硼氢化物或水合肼；添加剂为乳酸、柠檬酸、丁二酸或己二酸。镍合金空心球的直径小于1μm。
制备方法包括以下内容：
（1）将环氧树脂溶于乙醇中，加入镍合金空心球粉、纳米三氧化二铝粉和纳米三氧化二铁粉，搅拌均匀；
（2）加入硅树脂、硅烷偶联剂、硅溶胶混合均匀，即得。
使用时，通过热喷涂方法在抛光的基体上制成厚度为20μm 的涂层，将涂层在150℃下保温2小时，即可得到太阳能吸热涂层。
实施例2
一种含镍合金空心球的吸热材料及其制备方法，吸热材料由以下重量份数原料制成：
镍合金空心球20份、硅树脂10份、环氧树脂10份、乙醇1份、硅烷偶联剂2份、硅溶胶1份、纳米三氧化二铝粉1份、纳米三氧化二铁粉1份和去离子水20份。
所述镍合金空心球由镍盐、氢氧化钠、还原剂和添加剂制得。其中镍盐为硫酸镍、硝酸镍、醋酸镍或氯化镍；还原剂为次亚磷酸盐、硼氢化物或水合肼；添加剂为乳酸、柠檬酸、丁二酸或己二酸。镍合金空心球的直径小于1μm。
制备方法包括以下内容：
（1）将环氧树脂溶于乙醇中，加入镍合金空心球粉、纳米三氧化二铝粉和纳米三氧化二铁粉，搅拌均匀；
（2）加入硅树脂、硅烷偶联剂、硅溶胶混合均匀，即得。
使用时，通过热喷涂方法在抛光的基体上制成厚度为50μm 的涂层，将涂层在200℃下保温1小时，即可得到太阳能吸热涂层。
实施例3
一种含镍合金空心球的吸热材料及其制备方法，吸热材料由以下重量份数原料制成：
镍合金空心球30份、硅树脂20份、环氧树脂60份、乙醇20份、硅烷偶联剂4份、硅溶胶3份、纳米三氧化二铝粉10份、纳米三氧化二铁粉10份和去离子水10份。
所述镍合金空心球由镍盐、氢氧化钠、还原剂和添加剂制得。其中镍盐为硫酸镍、硝酸镍、醋酸镍或氯化镍；还原剂为次亚磷酸盐、硼氢化物或水合肼；添加剂为乳酸、柠檬酸、丁二酸或己二酸。镍合金空心球的直径小于1μm。
制备方法包括以下内容：
（1）将环氧树脂溶于乙醇中，加入镍合金空心球粉、纳米三氧化二铝粉和纳米三氧化二铁粉，搅拌均匀；
（2）加入硅树脂、硅烷偶联剂、硅溶胶混合均匀，即得。
使用时，通过热喷涂方法在抛光的基体上制成厚度为80μm 的涂层，将涂层在120℃下保温3小时，即可得到太阳能吸热涂层。
应用实施例
为更充分阐述本发明的有益效果，本申请人制造了四台太阳能热水器，并进行一个测试试验，其中一台太阳能热水器集热板的吸热涂层采用市场上购买的江苏省某公司生产的黑胶吸热材料（对照组），另外三台分别采用本发明的实施例1、实施例2和实施例3制得的吸热材料。在晴朗天气（气温22～28℃）条件下，对照组的最高水温达85℃，实验组的最高水温达98℃，这说明本发明的吸热材料吸热效果更加好。
为了便于参考，本申请人还对上述四台太阳能热水器的集热板的部分性能进行了检测对比，结果见下表：
由表可知，本发明的吸热材料的耐磨性、耐高温性好，附着力强，耐酸碱腐蚀性能优异，光透射率高、反射率低，光吸收效果好。
Claims (3)
1.一种含镍合金空心球的吸热材料，其特征在于，所述吸热材料由以下重量份数原料制成：
镍合金空心球20-30份、硅树脂10-20份、环氧树脂10-60份、乙醇10-20份、硅烷偶联剂2-4份、硅溶胶1-3份、纳米三氧化二铝粉1-10份、纳米三氧化二铁粉1-10份；
含镍合金空心球的吸热材料的制备方法包括以下内容：
（1）将环氧树脂溶于乙醇中，加入镍合金空心球粉、纳米三氧化二铝粉和纳米三氧化二铁粉，搅拌均匀；
（2）加入硅树脂、硅烷偶联剂、硅溶胶混合均匀，即得。
2.根据权利要求1所述含镍合金空心球的吸热材料，其特征在于，所述镍合金空心球由镍盐、氢氧化钠、还原剂和添加剂制得；镍合金空心球的直径小于1μm。
3.根据权利要求2所述镍合金空心球，其特征在于，所述镍盐为硫酸镍、硝酸镍、醋酸镍或氯化镍；还原剂为次亚磷酸盐、硼氢化物或水合肼；添加剂为乳酸、柠檬酸、丁二酸或己二酸。
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