CN108841254A - 一种耐高温防水太阳能吸热涂料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耐高温防水太阳能吸热涂料的制备方法，属于太阳能吸热技术领域。本发明以橘皮为原料酶解并与耐高温淀粉混合制得酶解产物，然后将有机硅氧烷改性丙烯酸酯制得混合乳液，以钛酸四丁酯为原料和溶胶凝胶的方法制得纳米二氧化钛结晶体，最后将酶解产物、混合乳液、纳米二氧化钛以及其它助剂混合粉碎制得耐高温防水太阳能吸热涂料，本发明利用橘皮制得改性果胶，改性果胶可以与吸热涂料中的酯基分子链形成共价键和其它化学键合力，从而提高太阳能吸热涂料的粘附性，高温淀粉酶可以提高太阳能吸热涂料的耐高温性，加入的二氧化钛纳米材料可以进一步提高太阳能吸热涂料的耐高温性能，具有广阔的前景。

Description

一种耐高温防水太阳能吸热涂料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种耐高温防水太阳能吸热涂料的制备方法，属于太阳能吸热技术领域。
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，使其成为了研究的热点。
太阳能光热应用是人类利用太阳能最简单、最直接、最有效的方法之一，但由于太阳能能量密度低而使得直接利用效率低，甚至无法利用。太阳能涂料是将光能转化成热能的涂料，将其直接涂刷基材的表面，帮助基材吸收太阳热量，因此太阳能涂料对太阳光的吸收率大小就成为了利用太阳能的核心。太阳能涂料主要有反射太阳能涂料和吸收太阳能涂料。反射太阳能涂料主要用于建筑隔热，吸收则用于建筑保温和太阳能的收集和应用。太阳能选择性吸热涂料是一种功能性涂料，在太阳光波长区域具有高的吸收率，在低温辐射区域具有低的发射率。通过覆盖在集热器的表面形成一层能够富集太阳能能量密度的薄膜从而将太阳辐射能转化为热能，提高光热能量转换效率。通过在低辐射材质铝、铜、不锈钢上涂装吸热涂层，根据所涂涂层厚度，辐射系数可达28%～49%，对太阳能的吸收率可达到90%，吸热效应优异。太阳能吸热涂料对底材具有优良的附着性，涂膜的耐冲击性、耐弯曲性、耐湿性、耐热性（可达500℃）、耐蒸汽性、耐老化性均优良，受热无气体挥发。
然而，目前市面上的太阳能吸热涂料吸热效果不好，光转化率不高，同时，部分太阳能吸收涂料的涂层的稳定性、耐候性和保光保色性也不好，容易过早出现粉化和退色现象，有待加强改善。此外，其防水性及力学性能仍有待进一步提高。
因此，急需发明出一种具有高吸收率、高稳定性且防水的太阳能吸热涂料及其制备方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前太阳能吸收涂料耐高温性能差、防水性差的缺陷，提供了一种耐高温防水太阳能吸热涂料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种耐高温防水太阳能吸热涂料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）称取300～600g柑橘皮放入烘箱中，干燥得到干燥橘皮，将干燥橘皮放入粉碎机中粉碎过100目筛，得到粉碎产物，将粉碎产物与蒸馏水按质量比为1：15混合搅拌得到混合液；
（2）向上述混合液中滴加草酸溶液，调节pH值至4.8～5.3，搅拌得到酸性混合液，向酸性混合液中加入酸性混合液质量10～15%的纤维素酶和酸性混合液质量8～12%的玉米淀粉，搅拌酶解，得到酶解产物；
（3）在氮气氛围内，将丙烯酸酯与乙烯基三乙氧基硅氧烷按质量比5：1搅拌混合投入烧杯中，将烧杯放入水浴锅中，搅拌得到混合乳液；
（4）按重量份数计，将10～12份质量分数为30～40%钛酸四丁酯的乙醇溶液、2～4份二氧化硅、20～25份蒸馏水混合搅拌得到混合溶液，将混合溶液投入马弗炉中，高温下静置，加热结束后自然冷却至室温，得到混合凝胶；
（5）按重量份数计，将2～4份氧化铬绿粉、1.0～1.3份邻苯二甲酸二丁酯、1.5～1.8份聚氧丙烯甘油醚、5～7份混合凝胶、2～4份混合乳液、8～10份酶解产物、16～20份乙酸和5～7份球磨珠放入球磨机内，球磨处理后得到研磨产物，将研磨产物与丙二醇按质量比1：3研磨混合后制得耐高温防水太阳能吸热涂料。
步骤（1）中所述的干燥温度为70～90℃，干燥时间为70～100min。
步骤（2）中所述的草酸的质量分数为10～15%，搅拌温度为50～54℃，酶解时转速为300～400r/min，酶解时间为180～200min。
步骤（3）中所述的水浴温度为80～85℃，搅拌转速为150～180r/min，搅拌时间为2.0～2.4h。
步骤（4）中所述的马弗炉中温度为1000～1100℃，静置于马弗炉中的时间为3～4h。
步骤（5）中所述的球磨处理时间为15～20min，研磨时间为10～15min。
本发明的有益技术效果是：
（1）本发明首先将橘皮烘干粉碎得到粉碎物，将粉碎物于酸性条件下酶解并与耐高温淀粉混合制得酶解产物，然后将有机硅氧烷改性丙烯酸酯制得混合乳液，并以钛酸四丁酯为原料，以溶胶凝胶的方法制得纳米二氧化钛结晶体，最后将酶解产物、混合乳液、纳米二氧化钛以及其它助剂混合粉碎制得耐高温防水太阳能吸热涂料，本发明利用橘皮制得果胶，在酸性条件下，与高温淀粉混合并用纤维素酶进行酶解，得到改性果胶，改性果胶中具有酯基、芳香烃、环氧基团等疏水性基团，可以与吸热涂料中的酯基分子链形成共价键和其它化学键合力，提高涂料内部结构致密性，也可以提高与基材表面之间的分子间作用力，从而提高太阳能吸热涂料的粘附性，同时高温淀粉酶可以提高太阳能吸热涂料的耐高温性，可以使涂料在200～250℃的环境下保持稳定，从而使涂料具有很好的耐高温性，本发明以钛酸四丁酯为原料，按溶胶凝胶法制得纳米二氧化钛材料，二氧化钛纳米材料有良好的力学性能和耐高温性，加入涂料中，可以进一步提高太阳能吸热涂料的耐高温性能；
（2）本发明以橘皮为原料制得改性果胶，改性的果胶中具有酯基、芳香烃等疏水性基团，可以提高涂料的防水性，同时将有机硅氧烷改性丙烯酸酯，有机硅烷可以将硅碳键和硅氧键引入涂料中，这些键的键能很大，十分稳定，同时也具有疏水性，这些键使涂料中内部分子之间性能新的键能，使结构更加致密，从而使水分子很难渗透进入涂料中，进一步提高了涂料的防水性，具有广阔的前景。
具体实施方式
称取300～600g柑橘皮放入烘箱中，在70～90℃的条件下干燥70～100min，得到干燥橘皮，将干燥橘皮放入粉碎机中粉碎过100目筛，得到粉碎产物，将粉碎产物与蒸馏水按质量比为1：15混合搅拌得到混合液；向上述混合液中滴加质量分数为10～15%的草酸溶液，调节pH值至4.8～5.3，在温度为50～54℃的条件下，搅拌得到酸性混合液，向酸性混合液中加入酸性混合液质量10～15%的纤维素酶和酸性混合液质量8～12%的玉米淀粉，在300～400r/min转速下搅拌酶解180～200min，得到酶解产物；在氮气氛围内，将丙烯酸酯与乙烯基三乙氧基硅氧烷按质量比5：1搅拌混合投入烧杯中，将烧杯放入水浴温度为80～85℃的水浴锅中，以150～180r/min的转速搅拌2.0～2.4h，得到混合乳液；按重量份数计，将10～12份质量分数为30～40%钛酸四丁酯的乙醇溶液、2～4份二氧化硅、20～25份蒸馏水混合搅拌得到混合溶液，将混合溶液投入马弗炉中加热至1000～1100℃，高温下静置3～4h，加热结束后自然冷却至室温，得到混合凝胶；按重量份数计，将2～4份氧化铬绿粉、1.0～1.3份邻苯二甲酸二丁酯、1.5～1.8份聚氧丙烯甘油醚、5～7份混合凝胶、2～4份混合乳液、8～10份酶解产物、16～20份乙酸和5～7份球磨珠放入球磨机内，球磨处理15～20min后得到研磨产物，将研磨产物与丙二醇按质量比1：3研磨混合10～15min后制得耐高温防水太阳能吸热涂料。
称取300g柑橘皮放入烘箱中，在70℃的条件下干燥70min，得到干燥橘皮，将干燥橘皮放入粉碎机中粉碎过100目筛，得到粉碎产物，将粉碎产物与蒸馏水按质量比为1：15混合搅拌得到混合液；向上述混合液中滴加质量分数为10%的草酸溶液，调节pH值至4.8，在温度为50℃的条件下，搅拌得到酸性混合液，向酸性混合液中加入酸性混合液质量10%的纤维素酶和酸性混合液质量8%的玉米淀粉，在300r/min转速下搅拌酶解180min，得到酶解产物；在氮气氛围内，将丙烯酸酯与乙烯基三乙氧基硅氧烷按质量比5：1搅拌混合投入烧杯中，将烧杯放入水浴温度为80℃的水浴锅中，以150r/min的转速搅拌2.0h，得到混合乳液；按重量份数计，将10份质量分数为30%钛酸四丁酯的乙醇溶液、2份二氧化硅、20份蒸馏水混合搅拌得到混合溶液，将混合溶液投入马弗炉中加热至1000℃，高温下静置3h，加热结束后自然冷却至室温，得到混合凝胶；按重量份数计，将2份氧化铬绿粉、1.0份邻苯二甲酸二丁酯、1.5份聚氧丙烯甘油醚、5份混合凝胶、2份混合乳液、8份酶解产物、16份乙酸和5份球磨珠放入球磨机内，球磨处理15min后得到研磨产物，将研磨产物与丙二醇按质量比1：3研磨混合10min后制得耐高温防水太阳能吸热涂料。
称取400g柑橘皮放入烘箱中，在80℃的条件下干燥850min，得到干燥橘皮，将干燥橘皮放入粉碎机中粉碎过100目筛，得到粉碎产物，将粉碎产物与蒸馏水按质量比为1：15混合搅拌得到混合液；向上述混合液中滴加质量分数为13%的草酸溶液，调节pH值至5.0，在温度为52℃的条件下，搅拌得到酸性混合液，向酸性混合液中加入酸性混合液质量13%的纤维素酶和酸性混合液质量10%的玉米淀粉，在350r/min转速下搅拌酶解190min，得到酶解产物；在氮气氛围内，将丙烯酸酯与乙烯基三乙氧基硅氧烷按质量比5：1搅拌混合投入烧杯中，将烧杯放入水浴温度为83℃的水浴锅中，以1650r/min的转速搅拌2.2h，得到混合乳液；按重量份数计，将11份质量分数为35%钛酸四丁酯的乙醇溶液、3份二氧化硅、23份蒸馏水混合搅拌得到混合溶液，将混合溶液投入马弗炉中加热至1050℃，高温下静置3h，加热结束后自然冷却至室温，得到混合凝胶；按重量份数计，将3份氧化铬绿粉、1.1份邻苯二甲酸二丁酯、1.6份聚氧丙烯甘油醚、6份混合凝胶、3份混合乳液、8～10份酶解产物、18份乙酸和6份球磨珠放入球磨机内，球磨处理17min后得到研磨产物，将研磨产物与丙二醇按质量比1：3研磨混合13min后制得耐高温防水太阳能吸热涂料。
称取600g柑橘皮放入烘箱中，在90℃的条件下干燥100min，得到干燥橘皮，将干燥橘皮放入粉碎机中粉碎过100目筛，得到粉碎产物，将粉碎产物与蒸馏水按质量比为1：15混合搅拌得到混合液；向上述混合液中滴加质量分数为15%的草酸溶液，调节pH值至5.3，在温度为54℃的条件下，搅拌得到酸性混合液，向酸性混合液中加入酸性混合液质量15%的纤维素酶和酸性混合液质量12%的玉米淀粉，在400r/min转速下搅拌酶解200min，得到酶解产物；在氮气氛围内，将丙烯酸酯与乙烯基三乙氧基硅氧烷按质量比5：1搅拌混合投入烧杯中，将烧杯放入水浴温度为85℃的水浴锅中，以180r/min的转速搅拌2.4h，得到混合乳液；按重量份数计，将12份质量分数为40%钛酸四丁酯的乙醇溶液、4份二氧化硅、25份蒸馏水混合搅拌得到混合溶液，将混合溶液投入马弗炉中加热至1100℃，高温下静置4h，加热结束后自然冷却至室温，得到混合凝胶；按重量份数计，将4份氧化铬绿粉、1.3份邻苯二甲酸二丁酯、1.8份聚氧丙烯甘油醚、7份混合凝胶、4份混合乳液、10份酶解产物、20份乙酸和7份球磨珠放入球磨机内，球磨处理20min后得到研磨产物，将研磨产物与丙二醇按质量比1：3研磨混合15min后制得耐高温防水太阳能吸热涂料。
对比例以上海市某公司生产的太阳能吸热涂料作为对比例
对本发明制得的耐高温防水太阳能吸热涂料和对比例中的太阳能吸热涂料进行检测，检测结果如表1所示：
将本发明制得的耐高温防水太阳能吸热涂料和对比例中的太阳能吸热涂料涂在50×120×0.2mm的马口铁板上测试涂料的附着力、耐冲击性、耐水性、耐油性，将涂料喷涂在80×120×1mm的钢板上测试涂料的耐候性，将涂料涂在60×60×1mm的铝板上测试涂料的法向发射率和吸收比，涂层厚度30～35um。干燥24h后测定，方法采用国家标准。
附着力测试按照JG/T24-2000方法进行测定，0级最好，1级次之。
耐磨性测试按照标准SY/T0315进行测试。
粘结强度测试按照标准GB/T6329进行测试。
表1性能测定结果
由表1数据可知，本发明制得的耐高温防水太阳能吸热涂料吸收可见光与红外光性能高，防水性强，耐高温、耐腐蚀以及稳定性能高，发射率高，透射率高，且涂层附着力强，具有广阔的使用前景。

Claims (6)

1.一种耐高温防水太阳能吸热涂料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）称取300～600g柑橘皮放入烘箱中，干燥得到干燥橘皮，将干燥橘皮放入粉碎机中粉碎过100目筛，得到粉碎产物，将粉碎产物与蒸馏水按质量比为1：15混合搅拌得到混合液；
（2）向上述混合液中滴加草酸溶液，调节pH值至4.8～5.3，搅拌得到酸性混合液，向酸性混合液中加入酸性混合液质量10～15%的纤维素酶和酸性混合液质量8～12%的玉米淀粉，搅拌酶解，得到酶解产物；
（3）在氮气氛围内，将丙烯酸酯与乙烯基三乙氧基硅氧烷按质量比5：1搅拌混合投入烧杯中，将烧杯放入水浴锅中，搅拌得到混合乳液；
（4）按重量份数计，将10～12份质量分数为30～40%钛酸四丁酯的乙醇溶液、2～4份二氧化硅、20～25份蒸馏水混合搅拌得到混合溶液，将混合溶液投入马弗炉中，高温下静置，加热结束后自然冷却至室温，得到混合凝胶；
（5）按重量份数计，将2～4份氧化铬绿粉、1.0～1.3份邻苯二甲酸二丁酯、1.5～1.8份聚氧丙烯甘油醚、5～7份混合凝胶、2～4份混合乳液、8～10份酶解产物、16～20份乙酸和5～7份球磨珠放入球磨机内，球磨处理后得到研磨产物，将研磨产物与丙二醇按质量比1：3研磨混合后制得耐高温防水太阳能吸热涂料。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温防水太阳能吸热涂料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的干燥温度为70～90℃，干燥时间为70～100min。
3.根据权利要求1所述的一种耐高温防水太阳能吸热涂料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的草酸的质量分数为10～15%，搅拌温度为50～54℃，酶解时转速为300～400r/min，酶解时间为180～200min。
4.根据权利要求1所述的一种耐高温防水太阳能吸热涂料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述的水浴温度为80～85℃，搅拌转速为150～180r/min，搅拌时间为2.0～2.4h。
5.根据权利要求1所述的一种耐高温防水太阳能吸热涂料的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述的马弗炉中温度为1000～1100℃，静置于马弗炉中的时间为3～4h。
6.根据权利要求1所述的一种耐高温防水太阳能吸热涂料的制备方法，其特征在于：步骤（5）中所述的球磨处理时间为15～20min，研磨时间为10～15min。
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CN104925860A (zh) * 2015-06-03 2015-09-23 盐城工学院 一种溶胶-凝胶法制备介孔二氧化硅的方法
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CN106189611A (zh) * 2016-07-15 2016-12-07 南宁可煜能源科技有限公司 一种环保型太阳能吸热涂料

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