CN108314075A - 雪花状硫化铜纳米浆液、基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料及制备方法和使用方法 - Google Patents
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Abstract
雪花状硫化铜纳米浆液、基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料及制备方法和使用方法。基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料由醇酸树脂、水溶性丙烯酸树脂、氨基树脂、雪花状硫化铜纳米浆液、二丙二醇丁醚、防白水、消泡剂、流平剂、基材润湿剂和pH调节剂组成,制备方法为将上述成分进行混合。雪花状硫化铜纳米浆液由硫化铜纳米雪花原液、乙醇和防白水组成。硫化铜纳米雪花原液由CuCl2·2H2O、去离子水、聚乙烯吡咯烷酮、硫脲和氨水组成。本发明,采用硫脲作为硫源,通过水相沉淀法制备了硫化铜纳米雪花,制备的纳米材料无需从原液中分离出来即可直接使用到该涂料中;制备的雪花状硫化铜纳米浆液稳定性高,不容易出现固液分离现象。
Description
技术领域
本发明涉及基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料及制备方法和使用方法。尤其涉及使用到玻璃等需要尽量多地让可见光透过但对近红外光具有隔绝效果的水性透明隔热涂料,更具体是涉及一种使用到各类车辆包括铁路、客车巴士、轿车以及各种冷藏运输车、工程机械车辆和各种温室大棚及各种建筑物的门窗上的水性透明隔热涂料。
背景技术
玻璃作为重要的工业材料在建筑和汽车领域承担了采光和美学设计的重要功能,但同时玻璃也是室内室外能量交互的重要场所,是造成建筑能耗的主要原因之一。众所周知,辐照在地面上的太阳光按照波段可以分为波段为300-400nm的紫外光、波段为400-780nm的可见光和波段为780-2500nm的近红外光,分别占据太阳光能量的3%、45%和49%。在夏季,这些对室内采光无用的近红外光通过玻璃进入到室内会额外地增加室内的温度由此造成空调的能耗。因此,如果可以将光选择透过性赋予普通玻璃,使其仅仅透过可见光这样将会大大降低玻璃所带来的能耗。
目前,市场上通过透明隔热涂料对玻璃的涂覆是实现玻璃光透过性改善的重要方法之一,而涂膜的光选择透过性的优劣主要取决于其中加入的纳米功能材料对于光谱选择性的好坏。现有的以氧化铟掺锡(ITO)、氧化锡掺锑(ATO)等为代表的氧化物半导体材料应用最为广泛,但这种透明隔热涂料只能有效地屏蔽大于1500nm的红外光,且制备所需的金属元素价格昂贵。此外,由于氧化物半导体材料在一般的化学制备方法中都要经过高温焙烧过程,由此造成的粒子团聚对纳米材料的分散和改性造成了很大的困难,导致纳米材料在涂料中含量低,对红外光屏蔽能力有限。此外,以硫化铜为代表的硫化物半导体材料由于其低的制备温度、容易在制备过程中进行改性和高效的1000nm附近的近红外屏蔽能力,在近年来被开始应用于透明隔热涂料,如在中国专利申请号为201710349370.X的专利文献中公开了一种纳米硫化铜水性透明隔热涂料及其制备和使用方法,采用简单的化学沉淀法,以聚乙烯吡咯烷酮为表面活性剂和改性剂,制备了水稳定性良好的纳米插片结构的硫化铜,并通过加入过量丙酮进行洗涤分离;隔热涂料按重量百分数包括以下原料:醇酸树脂10-23%,水溶性丙烯酸树脂20-40%,氨基树脂5-9%,水性纳米硫化铜浆液14-33%,二丙二醇丁醚DPNB2-7%,去离子水13-20%,防白水2-7%,消泡剂0.1-0.3%,流平剂0.3-0.5%,基材润湿剂0.2-0.5%,pH调节剂0.1-0.3%。但该专利中只能提供硫化铜纳米浆液静置稳定一周的测试结果,制备的硫化铜纳米浆液稳定性不高;同时用于透明隔热涂料的纳米硫化铜制备过程中使用硫化铵作为硫源,其气味较大,会额外地增加生产过程的劳动保护费用。而且纳米材料制备过程中需要提前使用大量丙酮进行洗涤分离再应用于涂料中,丙酮浪费严重且过程繁琐,这些都极大地限制了硫化铜透明隔热涂料的应用前景。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种硫化铜纳米雪花的制备方法,利用该制备方法制备硫酸铜纳米雪花,以聚乙烯吡咯烷酮为表面改性剂首次在常压不高于100℃条件下制备了硫化铜纳米雪花,同时采用无味的硫脲作为硫源,制备的硫化铜纳米雪花无需从原液中分离出来即可直接使用,完全省去了分离洗涤再分散的过程。
本发明的第二目的是提供一种雪花状硫化铜纳米浆液及其制备方法,该雪花状硫化铜纳米浆液及其制备方法,以聚乙烯吡咯烷酮为表面改性剂首次制备了雪花状硫化铜纳米浆液,同时采用无味的硫脲作为硫源,制备的雪花状硫化铜纳米浆液无需从原液中分离出来即可直接使用,完全省去了分离洗涤再分散的过程;而且制备的雪花状硫化铜纳米浆液稳定性高,不容易出现固液分离的现象。
本发明的第三目的是提供一种基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料及其制备方法和使用方法,其以聚乙烯吡咯烷酮为表面改性剂首次制备了雪花状硫化铜纳米浆液,同时采用无味的硫脲作为硫源,制备的雪花状硫化铜纳米浆液无需从原液中分离出来即可直接使用到该水性透明隔热涂料中,完全省去了分离洗涤再分散的过程;而且制备的雪花状硫化铜纳米浆液稳定性高,不容易出现固液分离的现象;当水性透明隔热涂料涂覆到玻璃表面后,会形成可见光的能量透过率高于65%、对近红外光能量吸收率大于70%、对紫外线屏蔽率大于75%的完整涂膜,表现出了优秀的光选择性能。
为达到上述第一目的,硫化铜纳米雪花的制备方法,其特征在于包括如下步骤:
a)将0.1%-1.7%的CuCl2·2H2O加入到圆底烧瓶中,并向其中加入48%-57%的去离子水,在磁力搅拌下加入0.9%-2%的聚乙烯吡咯烷酮形成淡蓝色的氯化铜溶液;
b)称取0.1%-2%的硫脲并加入34%-48.6%的去离子水,混合均匀形成硫脲溶液;
c)将硫脲溶液逐滴加入到上述制备的氯化铜溶液,常温下磁力搅拌并向其中加入2%-4%的氨水;随后在85-95℃油浴中冷凝回流2.5-3.5小时;
d)待圆底烧瓶冷却至室温取得硫化铜纳米雪花原液,通过离心洗涤和真空干燥五小时后即可得到硫化铜纳米雪花;
以上百分比为重量百分比。
上述制备方法,以聚乙烯吡咯烷酮为表面改性剂首次在常压条件下制备了硫化铜纳米雪花,同时采用无味的硫脲作为硫源,制备的硫化铜纳米雪花无需从原液中分离出来即可直接使用,完全省去了分离洗涤再分散的过程。从扫描电镜图片可以看出,制备的硫化铜纳米雪花为类雪花片状形貌,整体片面宽度为550-650nm,片面厚度为10-20nm。
为达到上述第二目的,雪花状硫化铜纳米浆液,按照重量百分比计算,由如下成分组成:
硫化铜纳米雪花原液 55%-65%
乙醇 15%-25%
防白水 17%-28%;
其中,硫化铜纳米雪花原液由以下步骤制备而成:
a)将0.1%-1.7%的CuCl2·2H2O加入到圆底烧瓶中,并向其中加入48%-57%的去离子水,在磁力搅拌下加入0.9%-2%的聚乙烯吡咯烷酮形成淡蓝色的氯化铜溶液;
b)称取0.1%-2%的硫脲并加入34%-48.6%的去离子水,混合均匀形成硫脲溶液;
c)将硫脲溶液逐滴加入到上述制备的氯化铜溶液,常温下磁力搅拌并向其中加入2%-4%的氨水;随后在85-95℃油浴中冷凝回流2.5-3.5小时;
d)待圆底烧瓶冷却至室温取得硫化铜纳米雪花原液。
雪花状硫化铜纳米浆液的制备方法包括如下步骤:
(1)制备硫化铜纳米雪花原液;
(2)按照重量百分比计算,取55%-65%的硫化铜纳米雪花原液直接与15%-25%的乙醇和17%-28%的防白水混合,超声2-4分钟即可得到具有超高分散稳定性的雪花状硫化铜纳米浆液;
其中,硫化铜纳米雪花原液由以下步骤制备而成:
a)将0.1%-1.7%的CuCl2·2H2O加入到圆底烧瓶中,并向其中加入48%-57%的去离子水,在磁力搅拌下加入0.9%-2%的聚乙烯吡咯烷酮形成淡蓝色的氯化铜溶液;
b)称取0.1%-2%的硫脲并加入34%-48.6%的去离子水,混合均匀形成硫脲溶液;
c)将硫脲溶液逐滴加入到上述制备的氯化铜溶液,常温下磁力搅拌并向其中加入2%-4%的氨水;随后在85-95℃油浴中冷凝回流2.5-3.5小时;
d)待圆底烧瓶冷却至室温取得硫化铜纳米雪花原液。
进一步的,雪花状硫化铜纳米浆液由如下重量百分比的成分组成:
硫化铜纳米雪花原液 55%
乙醇 17
防白水 28%。
该雪花状硫化铜纳米浆液及其制备方法,以聚乙烯吡咯烷酮为表面改性剂首次制备了雪花状硫化铜纳米浆液,同时采用无味的硫脲作为硫源,制备的雪花状硫化铜纳米浆液无需从原液中分离出来即可直接使用,完全省去了分离洗涤再分散的过程;而且制备的雪花状硫化铜纳米浆液稳定性高,不容易出现固液分离的现象。
为达到上述第三目的,基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料,按照重量百分比计算,由如下成分组成:
雪花状硫化铜纳米浆液按照重量百分比计算,由如下成分组成:
硫化铜纳米雪花原液 55%-65%
乙醇 15%-25%
防白水 17%-28%;
其中,硫化铜纳米雪花原液由以下步骤制备而成:
a)将0.1%-1.7%的CuCl2·2H2O加入到圆底烧瓶中,并向其中加入48%-57%的去离子水,在磁力搅拌下加入0.9%-2%的聚乙烯吡咯烷酮形成淡蓝色的氯化铜溶液;
b)称取0.1%-2%的硫脲并加入34%-48.6%的去离子水,混合均匀形成硫脲溶液;
c)将硫脲溶液逐滴加入到上述制备的氯化铜溶液,常温下磁力搅拌并向其中加入2%-4%的氨水;随后在85-95℃油浴中冷凝回流2.5-3.5小时;
d)待圆底烧瓶冷却至室温取得硫化铜纳米雪花原液。
基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料的制备方法包括如下步骤:
1)按比例将消泡剂、流平剂和基材润湿剂溶解到防白水中待用;
2)依次将二丙二醇丁醚、氨基树脂、水溶性丙烯酸树脂和醇酸树脂加入到雪花状硫化铜纳米浆液中,在1000r/min-2000r/min转速条件下搅拌10-20min;
3)在机械搅拌下将步骤1)和pH调节剂滴加到步骤2)的树脂中,滴加完成后继续搅拌20-30min,得到基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料。
基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料的使用方法为:将基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料通过喷涂的方式喷涂在干洁的普通玻璃表面,随后在烘箱中以100℃预烘10min后,升温至150℃烘烤15min,取出后自然冷却至室温,得到基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料涂层。
进一步的,醇酸树脂固体含量为45±1%,水溶性丙烯酸树脂固体含量为50±1%,pH调节剂的pH值为7.0-9.0,所述氨基树脂固体含量为98±1%。
进一步的,由以下重量百分比的成分组成:
进一步的,由以下重量百分比的成分组成:
基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料,其以聚乙烯吡咯烷酮为表面改性剂首次制备了雪花状硫化铜纳米浆液,同时采用无味的硫脲作为硫源,制备的雪花状硫化铜纳米浆液无需从原液中分离出来即可直接使用到该水性透明隔热涂料中,完全省去了分离洗涤再分散的过程;而且制备的雪花状硫化铜纳米浆液稳定性高,不容易出现固液分离的现象;当水性透明隔热涂料涂覆到玻璃表面后,会形成可见光的能量透过率高于65%、对近红外光能量吸收率大于70%、对紫外线屏蔽率大于75%的完整涂膜,表现出了优秀的光选择性能。
附图说明
图1为硫化铜纳米雪花和硫化铜标准卡片PDF#79-2321的XRD谱图。
图2为硫化铜纳米雪花的低倍率(a,b)和高倍率(c,d)扫描电镜图片。
图3为硫化铜纳米雪花的EDS能谱图。
图4为雪花状硫化铜纳米浆液不同天数静置图。
图5为不同实例中涂膜在250-2500nm波段上的光透过率谱图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步详细说明。
实施例1。
此实例作为本发明的对照实施例,不加入雪花状硫化铜纳米浆液,只制备丙烯酸氨基醇酸烤漆。
1、制备丙烯酸氨基醇酸烤漆,制备过程包括如下步骤。
A、将0.470g消泡剂、0.710g流平剂和0.710g基材润湿剂加入到4.710g防白水中,用一次性吸管搅拌均匀待用。
B、依次将9.430g乙醇、49.030g去离子水、9.430g二丙二醇丁醚、8.000g氨基树脂、36.000g水溶性丙烯酸树脂和18.000g醇酸树脂混合,在900r/min-1500r/min转速条件下搅拌10-20min。
C、在机械搅拌下将步骤A溶解在防白水中的助剂和0.2400g pH调节剂滴加到步骤B的树脂中,滴加完成后继续搅拌20-30min,得到不含雪花状硫化铜纳米浆液的隔热涂料,即丙烯酸氨基醇酸烤漆。
2、制备透明隔热涂层,制备过程包括如下步骤。
将上述制备的丙烯酸氨基醇酸烤漆通过喷涂的方式喷涂在干洁的200mm×250mm的普通玻璃表面上,湿膜厚度为150μm,随后在烘箱中以100℃预烘10min后,升温至150℃烘烤15min,取出后自然冷却至室温,得到丙烯酸氨基醇酸烤漆透明隔热涂层。
实施例2。
硫化铜纳米雪花的制备方法包括如下步骤:
a)将0.1364g的CuCl2·2H2O加入到250mL的圆底烧瓶中,并向其中加入40g的去离子水,在磁力搅拌下加入0.8g的聚乙烯吡咯烷酮形成淡蓝色的氯化铜溶液。
b)称取0.1216g的硫脲并加入40g的去离子水,混合均匀形成硫脲溶液。
c)将硫脲溶液逐滴加入到上述制备的氯化铜溶液,常温下磁力搅拌并向其中加入1.82g的氨水;随后在90℃油浴中冷凝回流3小时。
d)待圆底烧瓶冷却至室温取得硫化铜纳米雪花原液,通过离心洗涤和真空干燥五小时后即可得到硫化铜纳米雪花。
上述的去离子水用密度为1g/cm3去计算体积,上述氨水用密度为0.91g/cm3去计算体积。
实施例3。
a)将0.1g的CuCl2·2H2O加入到250mL的圆底烧瓶中,并向其中加入50g的去离子水,在磁力搅拌下加入0.9g的聚乙烯吡咯烷酮形成淡蓝色的氯化铜溶液。
b)称取0.1g的硫脲并加入46.6g的去离子水,混合均匀形成硫脲溶液。
c)将硫脲溶液逐滴加入到上述制备的氯化铜溶液,常温下磁力搅拌并向其中加入2.3g的氨水;随后在85℃油浴中冷凝回流3.5小时。
d)待圆底烧瓶冷却至室温取得硫化铜纳米雪花原液,通过离心洗涤和真空干燥五小时后即可得到硫化铜纳米雪花。
上述的去离子水用密度为1g/cm3去计算体积,上述氨水用密度为0.91g/cm3去计算体积。
实施例4。
a)将1.7g的CuCl2·2H2O加入到250mL的圆底烧瓶中,并向其中加入46g的去离子水,在磁力搅拌下加入2g的聚乙烯吡咯烷酮形成淡蓝色的氯化铜溶液。
b)称取2g的硫脲并加入45g的去离子水,混合均匀形成硫脲溶液。
c)将硫脲溶液逐滴加入到上述制备的氯化铜溶液,常温下磁力搅拌并向其中加入3.3g的氨水;随后在95℃油浴中冷凝回流2.5小时。
d)待圆底烧瓶冷却至室温取得硫化铜纳米雪花原液,通过离心洗涤和真空干燥五小时后即可得到硫化铜纳米雪花。
上述的去离子水用密度为1g/cm3去计算体积,上述氨水用密度为0.91g/cm3去计算体积。
实施例5。
a)将0.5g的CuCl2·2H2O加入到250mL的圆底烧瓶中,并向其中加入63g的去离子水,在磁力搅拌下加入1.5g的聚乙烯吡咯烷酮形成淡蓝色的氯化铜溶液。
b)称取1g的硫脲并加入30g的去离子水,混合均匀形成硫脲溶液。
c)将硫脲溶液逐滴加入到上述制备的氯化铜溶液,常温下磁力搅拌并向其中加入4g的氨水;随后在90℃油浴中冷凝回流3小时。
d)待圆底烧瓶冷却至室温取得硫化铜纳米雪花原液,通过离心洗涤和真空干燥五小时后即可得到硫化铜纳米雪花。
上述的去离子水用密度为1g/cm3去计算体积,上述氨水用密度为0.91g/cm3去计算体积。
实施例6。
制备雪花状硫化铜纳米浆液,其中,雪花状硫化铜纳米浆液中各成分的重量百分比是以雪花状硫化铜纳米浆液中成分的总和进行计算。制备过程包括如下步骤。
取58%的硫化铜纳米雪花原液直接与17%的乙醇和25%的防白水混合,超声三分钟得到具有超高分散稳定性的雪花状硫化铜纳米浆液。
实施例7。
基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料的制备方法步骤为:
1、制备硫化铜纳米雪花原液,其中,硫化铜纳米雪花原液中各成分的重量百分比是以硫化铜纳米雪花原液中成分总和计算。制备过程如下步骤。
a)将0.28%的CuCl2·2H2O在250mL的圆底烧瓶中溶于56.5%的去离子水,在磁力搅拌下加入1.9%的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)形成淡蓝色的氯化铜溶液。
b)称取0.25%的硫脲并加入37.67%的去离子水,混合均匀形成硫脲溶液。将硫脲溶液逐滴加入到上述制备的氯化铜溶液中,常温下磁力搅拌并向其中加入3.4%的氨水。随后在90℃油浴中冷凝回流三小时。
c)待圆底烧瓶冷却至室温取得硫化铜纳米雪花原液。
2、制备雪花状硫化铜纳米浆液,其中,雪花状硫化铜纳米浆液中各成分的重量百分比是以雪花状硫化铜纳米浆液中成分的总和进行计算。制备过程包括如下步骤。
取55%的硫化铜纳米雪花原液直接与17%的乙醇和28%的防白水混合,超声三分钟得到具有超高分散稳定性的雪花状硫化铜纳米浆液。
3、制备基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料,即纳米硫化铜丙烯酸氨基醇酸烤漆,以下的重量百分比是以基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料中各成分的总和进行计算。制备过程包括如下步骤。
1)将0.1%的消泡剂、0.3%的流平剂和0.2%的基材润湿剂加入到5%的防白水中,用一次性吸管搅拌均匀待用。
2)依次将3%的二丙二醇丁醚、4%的氨基树脂、40%水溶性丙烯酸树脂和20.3%的醇酸树脂加入到27%的雪花状硫化铜纳米浆液中,在1000r/min-2000r/min转速条件下搅拌10-20min。
3)在机械搅拌下将步骤1)和0.1%的pH调节剂滴加到步骤2)的树脂中,滴加完成后继续搅拌20-30min,得到基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料,即纳米硫化铜丙烯酸氨基醇酸烤漆。
基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料的使用方法为:将上述制备的基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料通过喷涂的方式喷涂在干洁的200mm×250mm的普通玻璃表面上,湿膜厚度为150μm,随后在烘箱中以100℃预烘10min后,升温至150℃烘烤15min,取出后自然冷却至室温,得到基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料隔热涂层。
实施例8。
基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料的制备方法步骤为:
1、制备硫化铜纳米雪花原液,其中,硫化铜纳米雪花原液中各成分的重量百分比是以硫化铜纳米雪花原液中成分总和计算。制备过程如下步骤。
a)将0.56%的CuCl2·2H2O在圆底烧瓶中溶于56.14%的去离子水,在磁力搅拌下加入1.9%的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)形成淡蓝色的氯化铜溶液。
b)称取0.5%的硫脲并加入37.5%的去离子水,混合均匀形成硫脲溶液。将硫脲溶液逐滴加入到上述制备的氯化铜溶液中,常温下磁力搅拌并向其中加入3.4%的氨水。随后在90℃油浴中冷凝回流三小时。
c)待圆底烧瓶冷却至室温取得硫化铜纳米雪花原液。
2、制备雪花状硫化铜纳米浆液,其中,雪花状硫化铜纳米浆液中各成分的重量百分比是以雪花状硫化铜纳米浆液中成分的总和进行计算。制备过程包括如下步骤。
取65%的硫化铜纳米雪花原液直接与15%的乙醇和20%的防白水混合,超声三分钟得到具有超高分散稳定性的雪花状硫化铜纳米浆液。
3、制备基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料,即纳米硫化铜丙烯酸氨基醇酸烤漆,以下的重量百分比是以基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料中各成分的总和进行计算。制备过程包括如下步骤。
1)将0.3%的消泡剂、0.5%的流平剂和0.5%的基材润湿剂加入到8%的防白水中,用一次性吸管搅拌均匀待用。
2)依次将6%的二丙二醇丁醚、8%的氨基树脂、24%水溶性丙烯酸树脂和25%的醇酸树脂加入到27.4%的雪花状硫化铜纳米浆液中,在1000r/min-2000r/min转速条件下搅拌10-20min。
3)在机械搅拌下将步骤1)和0.3%的pH调节剂滴加到步骤2)的树脂中,滴加完成后继续搅拌20-30min,得到基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料,即纳米硫化铜丙烯酸氨基醇酸烤漆。
基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料的使用方法为:将上述制备的基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料通过喷涂的方式喷涂在干洁的200mm×250mm的普通玻璃表面上,湿膜厚度为150μm,随后在烘箱中以100℃预烘10min后,升温至150℃烘烤15min,取出后自然冷却至室温,得到基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料隔热涂层。
实施例9。
基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料的制备方法步骤为:
1、制备硫化铜纳米雪花原液,其中,硫化铜纳米雪花原液中各成分的重量百分比是以硫化铜纳米雪花原液中成分总和计算。制备过程如下步骤。
a)将0.84%的CuCl2·2H2O在圆底烧瓶中溶于55.89%的去离子水,在磁力搅拌下加入1.86%的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)形成淡蓝色的氯化铜溶液。
b)称取0.75%的硫脲并加入37.26%的去离子水,混合均匀形成硫脲溶液。将硫脲溶液逐滴加入到上述制备的氯化铜溶液中,常温下磁力搅拌并向其中加入3.4%的氨水。随后在90℃油浴中冷凝回流三小时。
c)待圆底烧瓶冷却至室温取得硫化铜纳米雪花原液。
2、制备雪花状硫化铜纳米浆液,其中,雪花状硫化铜纳米浆液中各成分的重量百分比是以雪花状硫化铜纳米浆液中成分的总和进行计算。制备过程包括如下步骤。
取58%的硫化铜纳米雪花原液直接与25%的乙醇和17%的防白水混合,超声三分钟得到具有超高分散稳定性的雪花状硫化铜纳米浆液。
3、制备基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料,即纳米硫化铜丙烯酸氨基醇酸烤漆,以下的重量百分比是以基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料中各成分的总和进行计算。制备过程包括如下步骤。
1)将0.2%的消泡剂、0.4%的流平剂和0.3%的基材润湿剂加入到5%的防白水中,用一次性吸管搅拌均匀待用。
2)依次将3.9%的二丙二醇丁醚、4%的氨基树脂、24%水溶性丙烯酸树脂和12%的醇酸树脂加入到50%的雪花状硫化铜纳米浆液中,在1000r/min-2000r/min转速条件下搅拌10-20min。
3)在机械搅拌下将步骤1)和0.2%的pH调节剂滴加到步骤2)的树脂中,滴加完成后继续搅拌20-30min,得到基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料,即纳米硫化铜丙烯酸氨基醇酸烤漆。
基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料的使用方法为:将上述制备的基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料通过喷涂的方式喷涂在干洁的200mm×250mm的普通玻璃表面上,湿膜厚度为150μm,随后在烘箱中以100℃预烘10min后,升温至150℃烘烤15min,取出后自然冷却至室温,得到基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料隔热涂层。
实施例10。
基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料的制备方法步骤为:
1、制备硫化铜纳米雪花原液,其中,硫化铜纳米雪花原液中各成分的重量百分比是以硫化铜纳米雪花原液中成分总和计算。制备过程如下步骤。
a)将1.65%的CuCl2·2H2O在圆底烧瓶中溶于55.07%的去离子水,在磁力搅拌下加入1.83%的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)形成淡蓝色的氯化铜溶液。
b)称取1.47%的硫脲并加入36.68%的去离子水,混合均匀形成硫脲溶液。将硫脲溶液逐滴加入到上述制备的氯化铜溶液中,常温下磁力搅拌并向其中加入3.3%的氨水。随后在90℃油浴中冷凝回流三小时。
c)待圆底烧瓶冷却至室温取得硫化铜纳米雪花原液。
2、制备雪花状硫化铜纳米浆液,其中,雪花状硫化铜纳米浆液中各成分的重量百分比是以雪花状硫化铜纳米浆液中成分的总和进行计算。制备过程包括如下步骤。
取62%的硫化铜纳米雪花原液直接与20%的乙醇和18%的防白水混合,超声三分钟得到具有超高分散稳定性的雪花状硫化铜纳米浆液。
3、制备基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料,即纳米硫化铜丙烯酸氨基醇酸烤漆,以下的重量百分比是以基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料中各成分的总和进行计算。制备过程包括如下步骤。
1)将0.1%的消泡剂、0.2%的流平剂和0.5%的基材润湿剂加入到10%的防白水中,用一次性吸管搅拌均匀待用。
2)依次将5%的二丙二醇丁醚、6%的氨基树脂、24.9%水溶性丙烯酸树脂和15%的醇酸树脂加入到38%的雪花状硫化铜纳米浆液中,在1000r/min-2000r/min转速条件下搅拌10-20min。
3)在机械搅拌下将步骤1)和0.3%的pH调节剂滴加到步骤2)的树脂中,滴加完成后继续搅拌20-30min,得到基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料,即纳米硫化铜丙烯酸氨基醇酸烤漆。
基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料的使用方法为:将上述制备的基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料通过喷涂的方式喷涂在干洁的200mm×250mm的普通玻璃表面上,湿膜厚度为150μm,随后在烘箱中以100℃预烘10min后,升温至150℃烘烤15min,取出后自然冷却至室温,得到基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料隔热涂层。
在上述实施例中,消泡剂为Tego810,流平剂为Tego450,基材润湿剂为Tego245,pH调节剂采用的是二甲基乙醇胺与水按照1:2(质量比)配置而成。
各实施例的重量百分比如下表:
1、硫化铜纳米雪花原液的重量百分比为
实施
2、雪花状硫化铜纳米浆液的重量百分比为
3、基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料的重量百分比
图1为硫化铜纳米雪花和硫化铜标准卡片PDF#79-2321的XRD谱图。从谱图中可以看出,硫化铜纳米雪花材料的主要衍射峰均与六方相的硫化铜标准卡片PDF#79-2321相对应,证明制备的硫化铜纳米雪花材料由六方相的硫化铜晶体组成。
图2为硫化铜纳米雪花的扫描电镜图片。从图中可知,制备的样品为类雪花片状形貌,整体片面宽度约为600nm,片面厚度为10-20nm,为二维纳米材料。
图3为硫化铜纳米雪花的EDS能谱分析图。表明制备的样品由Cu和S两种元素组成,C、N和O元素来源于硫化铜表面接枝的聚乙烯吡咯烷酮,Au元素来源于扫描电镜测试的镀金。不含有其它的杂质元素。
取适量的雪花状硫化铜纳米浆液于螺口瓶中,静置并用相机对其稳定性进行跟踪,如图4所示。可以看出,在经过六十天的静置,雪花状硫化铜纳米浆液未发生固液分层现象,表明制备的雪花状硫化铜纳米浆液超强的稳定性,有利于纳米材料在水性涂料中充分发挥材料的特殊性能。
图5为不同实例中涂覆在玻璃板上的涂膜在250-2500nm波段上的透过率谱图。从图中可以看出,制备的涂膜具有明显的可见光透过和高效的780-1500nm近红外光屏蔽能力,但在近红外1500-2500nm波段内涂膜的屏蔽能力逐渐变弱,这是由于纳米硫化铜本身的性质和雪花材料形貌共同造成的,由于太阳光在近红外区的能量分布不均匀,只有少量的能量分布在1500-2500nm内,因此涂膜仍然具有很好的实际光选择透过能力。
下表是根据ASTM G173-03太阳光谱数据计算得到的不同实例在可见光区和近红外光区的能量透过数据。
根据ASTM G173-03太阳光谱数据可知,辐照在地面上的太阳光能量在不同波段的分布是不均匀的,因此直接采用可见光区和近红外光区的平均透过率来表示涂膜的透过或屏蔽能力是不科学的,因此为了更加贴切地表示涂膜的可见光透过和近红外屏蔽的能力,根据太阳光谱数据计算得到了涂膜对可见光和近红外光的能量透过率,以实例9为例,涂膜在550nm处的可见光透过率为72.98%但仅有31.84%的近红外区(780-2500nm)能量透过涂膜,表现出了优秀的光选择性能。
一般为了制备稳定性好的硫化铜纳米材料都需要在纳米材料制备过程中加入表面活性剂或分散剂,比如本发明中的聚乙烯吡咯烷酮,但加入聚乙烯吡咯烷酮之后就很难将硫化铜纳米材料从原始的反应溶液中离心分离出来。对纳米材料用量不大的情况下,如果是为了进行纳米材料本身的性质测试,我们可以使用大型离心机可以离心出少量硫化铜,但这种效率远远满足不了工业生产的需求。在201710349370.X的发明申请专利中,都是采用向原始反应液体中加入大量的丙酮从而是纳米材料和聚乙烯吡咯烷酮一起沉降从而实现将纳米材料从原始反应液体中分离的效果。当然,这种方法弊端很多,如在制备涂料的时候需要加水再分散;此外,从原始反应液分离在分散后纳米材料的稳定性肯定弱于原始反应液中的纳米材料,这是因为在我们之前的研究中使用了硫化铵硫源这一种原料,硫化铵味道十分巨大,使得反应后的原始反应液味道也十分难闻,这样是不能直接用于涂料的。
在本发明里面,我们使用了无味道的硫脲作为硫源替代硫化铵,制备的原始反应液同样无味道,虽然过程中还使用了氨水,但本身量少再加上经过加热后基本挥发,无影响,可以直接加入涂料树脂中,从而免去了将纳米材料从原始反应液中提取再分散的过程。并且纳米材料保留了其本身在原始反应液中的稳定性能。
Claims (10)
1.硫化铜纳米雪花的制备方法,其特征在于包括如下步骤:
a)将0.1%-1.7%的CuCl2·2H2O加入到圆底烧瓶中,并向其中加入48%-57%的去离子水,在磁力搅拌下加入0.9%-2%的聚乙烯吡咯烷酮形成淡蓝色的氯化铜溶液;
b)称取0.1%-2%的硫脲并加入34%-48.6%的去离子水,混合均匀形成硫脲溶液;
c)将硫脲溶液逐滴加入到上述制备的氯化铜溶液,常温下磁力搅拌并向其中加入2%-4%的氨水;随后在85-95℃油浴中冷凝回流2.5-3.5小时;
d)待圆底烧瓶冷却至室温取得硫化铜纳米雪花原液,通过离心洗涤和真空干燥五小时后即可得到硫化铜纳米雪花;
以上百分比为重量百分比。
2.雪花状硫化铜纳米浆液,其特征在于,按照重量百分比计算,由如下成分组成:
硫化铜纳米雪花原液 55%-65%
乙醇 15%-25%
防白水 17%-28%;
其中,硫化铜纳米雪花原液由以下步骤制备而成:
a)将0.1%-1.7%的CuCl2·2H2O加入到圆底烧瓶中,并向其中加入48%-57%的去离子水,在磁力搅拌下加入0.9%-2%的聚乙烯吡咯烷酮形成淡蓝色的氯化铜溶液;
b)称取0.1%-2%的硫脲并加入34%-48.6%的去离子水,混合均匀形成硫脲溶液;
c)将硫脲溶液逐滴加入到上述制备的氯化铜溶液,常温下磁力搅拌并向其中加入2%-4%的氨水;随后在85-95℃油浴中冷凝回流2.5-3.5小时;
d)待圆底烧瓶冷却至室温取得硫化铜纳米雪花原液。
3.根据权利要求2所述的雪花状硫化铜纳米浆液,其特征在于:由如下重量百分比的成分组成:
硫化铜纳米雪花原液 55%
乙醇 17%
防白水 28%。
4.雪花状硫化铜纳米浆液的制备方法,其特征在于:
(1)制备硫化铜纳米雪花原液;
(2)按照重量百分比计算,取55%-65%的硫化铜纳米雪花原液直接与15%-25%的乙醇和17%-28%的防白水混合,超声2-4分钟即可得到具有超高分散稳定性的雪花状硫化铜纳米浆液;
其中,硫化铜纳米雪花原液由以下步骤制备而成:
a)将0.1%-1.7%的CuCl2·2H2O加入到圆底烧瓶中,并向其中加入48%-57%的去离子水,在磁力搅拌下加入0.9%-2%的聚乙烯吡咯烷酮形成淡蓝色的氯化铜溶液;
b)称取0.1%-2%的硫脲并加入34%-48.6%的去离子水,混合均匀形成硫脲溶液;
c)将硫脲溶液逐滴加入到上述制备的氯化铜溶液,常温下磁力搅拌并向其中加入2%-4%的氨水;随后在85-95℃油浴中冷凝回流2.5-3.5小时;
d)待圆底烧瓶冷却至室温取得硫化铜纳米雪花原液。
5.基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料,其特征在于:按照重量百分比计算,由如下成分组成:
雪花状硫化铜纳米浆液按照重量百分比计算,由如下成分组成:
硫化铜纳米雪花原液 55%-65%
乙醇 15%-25%
防白水 17%-28%;
其中,硫化铜纳米雪花原液由以下步骤制备而成:
a)将0.1%-1.7%的CuCl2·2H2O加入到圆底烧瓶中,并向其中加入48%-57%的去离子水,在磁力搅拌下加入0.9%-2%的聚乙烯吡咯烷酮形成淡蓝色的氯化铜溶液;
b)称取0.1%-2%的硫脲并加入34%-48.6%的去离子水,混合均匀形成硫脲溶液;
c)将硫脲溶液逐滴加入到上述制备的氯化铜溶液,常温下磁力搅拌并向其中加入2%-4%的氨水;随后在85-95℃油浴中冷凝回流2.5-3.5小时;
d)待圆底烧瓶冷却至室温取得硫化铜纳米雪花原液。
6.根据权利要求5所述的基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料,其特征在于:醇酸树脂固体含量为45±1%,水溶性丙烯酸树脂固体含量为50±1%,pH调节剂的pH值为7.0-9.0,所述氨基树脂固体含量为98±1%。
7.根据权利要求5所述的基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料,其特征在于,由以下重量百分比的成分组成:
8.根据权利要求5所述的基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料,其特征在于,由以下重量百分比的成分组成:
9.一种权利要求5所述的基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料的制备方法,其特征在于:
1)按比例将消泡剂、流平剂和基材润湿剂溶解到防白水中待用;
2)依次将二丙二醇丁醚、氨基树脂、水溶性丙烯酸树脂和醇酸树脂加入到雪花状硫化铜纳米浆液中,在1000r/min-2000r/min转速条件下搅拌10-20min;
3)在机械搅拌下将步骤1)和pH调节剂滴加到步骤2)的树脂中,滴加完成后继续搅拌20-30min,得到基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料。
10.权利要求5所述的基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料的使用方法,其特征在于:将基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料通过喷涂的方式喷涂在干洁的普通玻璃表面,随后在烘箱中以100℃预烘10min后,升温至150℃烘烤15min,取出后自然冷却至室温,得到基于硫化铜纳米雪花的水性透明隔热涂料涂层。
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