CN109321025A - 一种太阳能板吸热材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于太阳能板制造技术领域，具体涉及一种太阳能板吸热材料及其制备方法，本发明的太阳能板吸热材料由以下重量份的原料组成：改性成膜剂60‑80份、有机硅改性消泡剂6‑10份、改性增塑剂6‑10份、吸光剂30‑40份、溶剂30‑40份和成膜助剂15‑20份；本发明太阳能板吸热材料的制备方法由以下制备步骤组成：（1）按照原料重量份计取原料；（2）向改性成膜剂中加入溶剂和吸光剂，搅拌均匀，再加入有机硅改性消泡剂、改性增塑剂和成膜助剂，加入高速搅拌机中，搅拌2‑3h，得到混合物；（3）将混合物送入挤出机中，挤出并冷却，即制得太阳能板吸热材料。本发明制备的太阳能板吸热材料具有很高的吸热和传热效率，且机械强度与韧性好，制备方法简单科学，适合大规模应用。

Description

一种太阳能板吸热材料及其制备方法
技术领域
本发明属于太阳能板制造技术领域，具体涉及一种太阳能板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，太阳能是一种来源丰富且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，采用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，有以下缺陷：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，因此涂层发射率很高，造成太阳能集热器的热效率低。
公开号为CN102286243A的中国发明专利公开了一种以尖晶石型颜料为吸光剂制备太阳能选择性吸热涂料的方法，虽然集热效率较高，但是成本也很高，不适合大规模应用。公告号为CN102134428B的中国发明专利公开了一种太阳能吸收涂料，其制备的工艺流程复杂，要求较高，不适合大规模发展应用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种太阳能板吸热材料及其制备方法，制备的太阳能板吸热材料具有很高的吸热和传热效率，且机械强度与韧性较好，制备方法科学简单，适合大规模生产应用。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种太阳能板吸热材料，由以下重量份的原料组成：改性成膜剂60-80份、有机硅改性消泡剂6-10份、改性增塑剂6-10份、吸光剂30-40份、溶剂30-40份和成膜助剂15-20份。
优选地，该太阳能板吸热材料，由以下重量份的原料组成：改性成膜剂70份、有机硅改性消泡剂8份、改性增塑剂8份、吸光剂35份、溶剂35份和成膜助剂18份。
优选地，所述改性成膜剂由以下制备步骤制得：
（1）将干酪素加入到其重量8-12倍的去离子水中，搅拌均匀，超声3-5min，再加入是干酪素重量0.2-0.3倍的有机醇胺化合物调节pH值为7-8，搅拌反应30-45min，得到酪素液；
（2）将质量比为7：5的酪素液和环氧树脂混合，然后加入水，在20-25℃条件下浸泡20-25min，加入按质量比1:2组成的乙二醇丁醚和甲基丙烯酸羟乙酯混合溶剂对混合物进行溶解，置于装有搅拌器、恒压漏斗、冷凝管和氮气导管的四口瓶中，采用溶液聚合的方法，缓慢搅拌升温至70-80℃；
（3）加入质量比为1：2的醋酸锌和酸酐的混合液，在氮气保护下缓慢升温至酸酐和醋酸锌完全溶解时，边搅拌边升温到250-280℃，保温反应2-3h，降温至200-220℃；
（4）加入按质量比2:3:4:1:2的聚酯树脂、异氰酸酯、桃胶、芦荟提取液和三甲基六亚甲基二胺，保持温度为180-200℃，搅拌反应1-2h，冷却至常温得到改性酪素树脂。
优选地，所述有机硅改性消泡剂的型号为DF-805或DF-805，25℃时的粘度为3200-4000mPa·s。
优选地，所述溶剂为乙酸、无水醋酸丁酯或丙三醇中的一种。
优选地，所述改性增塑剂是将重量份为0.5-0.6份的过氧化甲乙酮滴入由重量份为2-3份邻苯二甲酸二异癸酯、1.2-2份皮脂酸二辛酯、0.4-0.6份桃胶、1.0-1.7份聚异二烯、0.3-0.7份均三甲苯和0.4-0.7份纳米二氧化钛组成的混合物中，搅拌反应65-85min，升温至135-140℃，再搅拌2-4h制得。
优选地，所述吸光剂由重量份为0.4-0.8份的氧化铬、0.2-0.6份的硒化镉、0.6-1.2份的三氧化二铁、0.6-1.2份的二氧化钛、0.5-1份的硫化铅、0.4-0.9份的氧化钴和0.3-0.8份的硫化镉组成。
优选地，所述成膜助剂为二乙二醇单乙醚、丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇苯醚、苯甲醇、乙二醇丁醚或十二碳醇酯中任意两种的混合物。
本发明还提供了该太阳能板吸热材料的制备方法，由如下制备步骤组成：
（1）按照原料重量份计，取如下原料：改性成膜剂、有机硅改性消泡剂、改性增塑剂、吸光剂、溶剂和成膜助剂；
（2）向改性成膜剂中加入溶剂和吸光剂，搅拌均匀，再加入有机硅改性消泡剂、改性增塑剂和成膜助剂，加入高速搅拌机中，设定转速280-300r/min，搅拌2-3h，得到混合物；
（3）将混合物送入挤出机中，在85-90℃下挤出并自然冷却至室温，即制得太阳能板吸热材料。
优选地，所述步骤（2）中高速搅拌机搅拌时温度设置为75-80℃。
本发明具有如下有益效果：
（1）本发明原料采用的改性成膜剂，在碱性环境下，环氧值增加，环氧树脂分子中含有反应活性很高的环氧基，该活性基团与酪素中氨基、羧基和羟基等亲水基团发生反应，从而提高了改性成膜剂的耐水性和耐湿擦性，通过添加聚酯树脂、异氰酸酯、桃胶和芦荟提取液，阻断酪素分子链间极性基团形成氢键，从而提高成膜剂的延伸性和耐曲挠性等综合性能，聚酯树脂、异氰酸酯、桃胶和芦荟提取液的加入不仅起到减少环氧树脂和干酪素的加入，降低成本，还起到降低整个材料的拉丝性，同时保证材料在粘接时的性能最好；加入酸酐和醋酸锌，除了提高粘性，还使得材料的干燥时间缩短且耐水性提高；酪素与环氧树脂分子之间的相互作用，提高了改性酪素树脂的产品拉伸性能，断裂伸长率增大，添加三甲基六亚甲基二胺，对环氧树脂起到增稠固化作用，提高了材料的韧性、粘性和耐腐蚀性。
（2）本发明中选用的溶剂是专门针对本申请中的改性成膜剂设计的，能够快速将成膜剂溶解，然后与其他原料混合均匀分散，使得制备得到的材料成分分布均匀，密度相近，使用本申请制备的太阳能板吸热材料对太阳能板进行涂布后，吸热更加均匀。
（3）本发明制备工艺简单、易懂，可行性高，且经过试验证明本发明制备的太阳能板吸热材料进行涂布后吸收可见光与红外光性能高，导热性高，防水性强，耐高温，耐腐蚀，稳定性能高，发射率低，透射率高，涂层附着力强，密度高，是理想的太阳能板吸热材料，具有很高的推广价值。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
本实施例提供了一种太阳能板吸热材料，由以下重量份的原料组成：改性成膜剂60份、有机硅改性消泡剂6份、改性增塑剂6份、吸光剂30份、乙酸30份、二乙二醇单乙醚与丙二醇甲醚醋酸酯的混合物15份。
本实施例的改性成膜剂由以下制备步骤制得：
（1）将干酪素加入到其重量8倍的去离子水中，搅拌均匀，超声3min，再加入是干酪素重量0.2倍的有机醇胺化合物调节pH值为7，搅拌反应30min，得到酪素液；
（2）将质量比为7：5的酪素液和环氧树脂混合，然后加入水，在20℃条件下浸泡20min，加入按质量比1:2组成的乙二醇丁醚和甲基丙烯酸羟乙酯混合溶剂对混合物进行溶解，置于装有搅拌器、恒压漏斗、冷凝管和氮气导管的四口瓶中，采用溶液聚合的方法，缓慢搅拌升温至70℃；
（3）加入质量比为1：2的醋酸锌和酸酐的混合液，在氮气保护下缓慢升温至酸酐和醋酸锌完全溶解时，边搅拌边升温到250℃，保温反应2h，降温至200℃；
（4）加入按质量比2:3:4:1:2的聚酯树脂、异氰酸酯、桃胶、芦荟提取液和三甲基六亚甲基二胺，保持温度为180℃，搅拌反应1h，冷却至常温得到改性酪素树脂。
本实施例的有机硅改性消泡剂的型号为DF-805，25℃时的粘度为3200mPa·s。
本实施例的改性增塑剂是将重量份为0.5份的过氧化甲乙酮滴入由重量份为2份邻苯二甲酸二异癸酯、1.2份皮脂酸二辛酯、0.4份桃胶、1.0份聚异二烯、0.3份均三甲苯和0.4份纳米二氧化钛组成的混合物中，搅拌反应65min，升温至135℃，再搅拌2h制得。
本实施例的吸光剂由重量份为0.4份的氧化铬、0.2份的硒化镉、0.6份的三氧化二铁、0.6份的二氧化钛、0.5份的硫化铅、0.4份的氧化钴和0.3份的硫化镉组成。
本实施例还提供了该太阳能板吸热材料的制备方法，由如下制备步骤组成：
（1）按照原料重量份计，取如下原料：改性成膜剂、有机硅改性消泡剂、改性增塑剂、吸光剂、乙酸、二乙二醇单乙醚与丙二醇甲醚醋酸酯的混合物；
（2）向改性成膜剂中加入乙酸和吸光剂，搅拌均匀，再加入有机硅改性消泡剂、改性增塑剂、二乙二醇单乙醚与丙二醇甲醚醋酸酯的混合物，加入高速搅拌机中，升温至75℃，设定转速280r/min，搅拌2h，得到混合物；
（3）将混合物送入挤出机中，在85℃下挤出并自然冷却至室温，即制得太阳能板吸热材料。
实施例2
本实施例提供了一种太阳能板吸热材料，由以下重量份的原料组成：改性成膜剂70份、有机硅改性消泡剂8份、改性增塑剂8份、吸光剂35份、无水醋酸丁酯35份、丙二醇苯醚和苯甲醇混合物18份。
本实施例的改性成膜剂由以下制备步骤制得：
（1）将干酪素加入到其重量10倍的去离子水中，搅拌均匀，超声4min，再加入是干酪素重量0.25倍的有机醇胺化合物调节pH值为7，搅拌反应40min，得到酪素液；
（2）将质量比为7：5的酪素液和环氧树脂混合，然后加入水，在22℃条件下浸泡22min，加入按质量比1:2组成的乙二醇丁醚和甲基丙烯酸羟乙酯混合溶剂对混合物进行溶解，置于装有搅拌器、恒压漏斗、冷凝管和氮气导管的四口瓶中，采用溶液聚合的方法，缓慢搅拌升温至75℃；
（3）加入质量比为1：2的醋酸锌和酸酐的混合液，在氮气保护下缓慢升温至酸酐和醋酸锌完全溶解时，边搅拌边升温到265℃，保温反应2.5h，降温至210℃；
（4）加入按质量比2:3:4:1:2的聚酯树脂、异氰酸酯、桃胶、芦荟提取液和三甲基六亚甲基二胺，保持温度为190℃，搅拌反应1.5h，冷却至常温得到改性酪素树脂。
本实施例的有机硅改性消泡剂的型号为DF-805，25℃时的粘度为3600mPa·s。
本实施例的改性增塑剂是将重量份为0.55份的过氧化甲乙酮滴入由重量份为2.5份邻苯二甲酸二异癸酯、1.6份皮脂酸二辛酯、0.5份桃胶、1.4份聚异二烯、0.5份均三甲苯和0.5份纳米二氧化钛组成的混合物中，搅拌反应75min，升温至138℃，再搅拌3h制得。
本实施例的吸光剂由重量份为0.6份的氧化铬、0.4份的硒化镉、0.9份的三氧化二铁、0.9份的二氧化钛、0.8份的硫化铅、0.7份的氧化钴和0.5份的硫化镉组成。
本实施例还提供了该太阳能板吸热材料的制备方法，由如下制备步骤组成：
（1）按照原料重量份计，取如下原料：改性成膜剂、有机硅改性消泡剂、改性增塑剂、吸光剂、无水醋酸丁酯、丙二醇苯醚和苯甲醇混合物；
（2）向改性成膜剂中加入无水醋酸丁酯和吸光剂，搅拌均匀，再加入有机硅改性消泡剂、改性增塑剂、丙二醇苯醚和苯甲醇混合物，加入高速搅拌机中，升温至75-80℃，设定转速280-300r/min，搅拌2-3h，得到混合物；
（3）将混合物送入挤出机中，在85-90℃下挤出并自然冷却至室温，即制得太阳能板吸热材料。
实施例3
本实施例提供了一种太阳能板吸热材料，由以下重量份的原料组成：改性成膜剂80份、有机硅改性消泡剂10份、改性增塑剂10份、吸光40份、丙三醇40份、乙二醇丁醚和十二碳醇酯的混合物20份。
本实施例中改性成膜剂由以下制备步骤制得：
（1）将干酪素加入到其重量12倍的去离子水中，搅拌均匀，超声5min，再加入是干酪素重量0.3的有机醇胺化合物调节pH值为8，搅拌反应45min，得到酪素液；
（2）将质量比为7：5的酪素液和环氧树脂混合，然后加入水，在25℃条件下浸泡25min，加入按质量比1:2组成的乙二醇丁醚和甲基丙烯酸羟乙酯混合溶剂对混合物进行溶解，置于装有搅拌器、恒压漏斗、冷凝管和氮气导管的四口瓶中，采用溶液聚合的方法，缓慢搅拌升温至80℃；
（3）加入质量比为1：2的醋酸锌和酸酐的混合液，在氮气保护下缓慢升温至酸酐和醋酸锌完全溶解时，边搅拌边升温到280℃，保温反应3h，降温至220℃；
（4）加入按质量比2:3:4:1:2的聚酯树脂、异氰酸酯、桃胶、芦荟提取液和三甲基六亚甲基二胺，保持温度为200℃，搅拌反应2h，冷却至常温得到改性酪素树脂。
本实施例中有机硅改性消泡剂的型号为DF-805，25℃时的粘度为4000mPa·s。
本实施例中改性增塑剂是将重量份为0.6份的过氧化甲乙酮滴入由重量份为3份邻苯二甲酸二异癸酯、2份皮脂酸二辛酯、0.6份桃胶、1.7份聚异二烯、0.7份均三甲苯和0.7份纳米二氧化钛组成的混合物中，搅拌反应85min，升温至140℃，再搅拌4h制得。
本实施例中吸光剂由重量份为0.8份的氧化铬、0.6份的硒化镉、1.2份的三氧化二铁、1.2份的二氧化钛、1份的硫化铅、0.9份的氧化钴和0.8份的硫化镉组成。
本实施例还提供了该太阳能板吸热材料的制备方法，由如下制备步骤组成：
（1）按照原料重量份计，取如下原料：改性成膜剂、有机硅改性消泡剂、改性增塑剂、吸光剂、丙三醇、乙二醇丁醚和十二碳醇酯的混合物；
（2）向改性成膜剂中加入丙三醇和吸光剂，搅拌均匀，再加入有机硅改性消泡剂、改性增塑剂、乙二醇丁醚和十二碳醇酯的混合物，加入高速搅拌机中，升温至80℃，设定转速300r/min，搅拌3h，得到混合物；
（3）将混合物送入挤出机中，在90℃下挤出并自然冷却至室温，即制得太阳能板吸热材料。
对实施例1、实施例2和实施例3制得的太阳能板吸热材料进行性能测试，并设置对照组，对照组采用公开号为CN102286243A的发明专利公开的一种吸热涂料，对对照组进行性能测试，测试的结果如表1所示。
表1
测试项目 导热率（W/m·K） 冲击强度（MPa） 伸长率（%） 软化温度（℃）
实施例1 100.31 62.56 36.41 353.7
实施例2 102.66 65.22 36.56 355.4
实施例3 103.42 66.34 38.12 361.2
对照组 96.49 54.11 32.55 321.5
从表1的测试数据可以看出，实施例1、实施例2和实施例3制备的太阳能板吸热材料导热率分别比对照组高出3.9%、6.4%和7.2%，冲击强度分别比对照组高出15.6%、20.5%和22.6%，伸长率分别比对照组高出3.86%、4.01%和5.57%，软化温度分别比对照组高出10%、10.5%和12.3%。说明本发明制备的太阳能板吸热材料相比于现有技术具有更高的吸热和传热效率，且机械强度与韧性更好。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种太阳能板吸热材料，其特征在于，由以下重量份的原料组成：改性成膜剂60-80份、有机硅改性消泡剂6-10份、改性增塑剂6-10份、吸光剂30-40份、溶剂30-40份和成膜助剂15-20份。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能板吸热材料，其特征在于，由以下重量份的原料组成：改性成膜剂70份、有机硅改性消泡剂8份、改性增塑剂8份、吸光剂35份、溶剂35份和成膜助剂18份。
3.根据权利要求1或2所述的一种太阳能板吸热材料，其特征在于，所述改性成膜剂由以下制备步骤制得：
（1）将干酪素加入到其重量8-12倍的去离子水中，搅拌均匀，超声3-5min，再加入是干酪素重量0.2-0.3倍的有机醇胺化合物调节pH值为7-8，搅拌反应30-45min，得到酪素液；
（2）将质量比为7：5的酪素液和环氧树脂混合，然后加入水，在20-25℃条件下浸泡20-25min，加入按质量比1:2组成的乙二醇丁醚和甲基丙烯酸羟乙酯混合溶剂对混合物进行溶解，置于装有搅拌器、恒压漏斗、冷凝管和氮气导管的四口瓶中，采用溶液聚合的方法，缓慢搅拌升温至70-80℃；
（3）加入质量比为1：2的醋酸锌和酸酐的混合液，在氮气保护下缓慢升温至酸酐和醋酸锌完全溶解时，边搅拌边升温到250-280℃，保温反应2-3h，降温至200-220℃；
（4）加入按质量比2:3:4:1:2的聚酯树脂、异氰酸酯、桃胶、芦荟提取液和三甲基六亚甲基二胺，保持温度为180-200℃，搅拌反应1-2h，冷却至常温得到改性酪素树脂。
4.根据权利要求1或2所述的一种太阳能板吸热材料，其特征在于：所述有机硅改性消泡剂的型号为DF-805或DF-805，25℃时的粘度为3200-4000mPa·s。
5.根据权利要求1或2所述的一种太阳能板吸热材料，其特征在于：所述溶剂为乙酸、无水醋酸丁酯或丙三醇中的一种。
6.根据权利要求1或2所述的一种太阳能板吸热材料，其特征在于，所述改性增塑剂是将重量份为0.5-0.6份的过氧化甲乙酮滴入由重量份为2-3份邻苯二甲酸二异癸酯、1.2-2份皮脂酸二辛酯、0.4-0.6份桃胶、1.0-1.7份聚异二烯、0.3-0.7份均三甲苯和0.4-0.7份纳米二氧化钛组成的混合物中，搅拌反应65-85min，升温至135-140℃，再搅拌2-4h制得。
7.根据权利要求1或2所述的一种太阳能板吸热材料，其特征在于，所述吸光剂由重量份为0.4-0.8份的氧化铬、0.2-0.6份的硒化镉、0.6-1.2份的三氧化二铁、0.6-1.2份的二氧化钛、0.5-1份的硫化铅、0.4-0.9份的氧化钴和0.3-0.8份的硫化镉组成。
8.根据权利要求1或2所述的一种太阳能板吸热材料，其特征在于，所述成膜助剂为二乙二醇单乙醚、丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇苯醚、苯甲醇、乙二醇丁醚或十二碳醇酯中任意两种的混合物。
9.一种根据权利要求1或2所述太阳能板吸热材料的制备方法，其特征在于，由如下制备步骤组成：
（1）按照原料重量份计，取如下原料：改性成膜剂、有机硅改性消泡剂、改性增塑剂、吸光剂、溶剂和成膜助剂；
（2）向改性成膜剂中加入溶剂和吸光剂，搅拌均匀，再加入有机硅改性消泡剂、改性增塑剂和成膜助剂，加入高速搅拌机中，设定转速280-300r/min，搅拌2-3h，得到混合物；
（3）将混合物送入挤出机中，在85-90℃下挤出并自然冷却至室温，即制得太阳能板吸热材料。
10.根据权利要求9所述一种太阳能板吸热材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中高速搅拌机搅拌时温度设置为75-80℃。
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