CN109468060A - 一种高光谱选择性高温太阳能吸收涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于新能源材料技术领域，公开了一种高光谱选择性高温太阳能吸收涂料及其制备方法。该涂料由以下重量份配比的原料制成：吸光颜料6‑12份、填料0.5‑2份、耐高温树脂15‑40份、溶剂44.4‑65份、分散剂2‑8份、消泡剂0.1‑1份、流平剂1‑3份。利用本发明涂料制备的太阳能光谱选择性吸收涂层具有高的吸收率、低的热发射率，同时具有优异的抗热震、耐冲击、耐弯曲、耐水、耐腐蚀性能及耐高温性能。利用本发明涂料制备的太阳能吸收涂层在太阳能高温利用领域具有重要的应用前景。

Description

一种高光谱选择性高温太阳能吸收涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能光热技术领域，具体涉及一种高光谱选择性高温太阳能吸收涂料及其制备方法，以及高光谱选择性高温太阳能吸收涂料制备方法。
背景技术
太阳能光热利用是人类利用太阳能最简单、最直接、最有效的方法之一，但由于太阳能到达地球后能量密度较小又不连续，因此，为大规模的开发利用带来了困难。太阳能光谱选择性吸收涂层是一种在紫外-可见-近红外波段具有高吸收，在红外波段具有低发射的特种涂层。太阳能吸收涂层是太阳能光热利用的核心材料。依据其使用温度的不同，可以分为低温、中温和高温利用。聚光太阳能技术在太阳能光热发电、重质油开采、海水淡化、冬季区域性供暖及应对雾霾等高温热利用领域具有重要的应用前景。高温太阳能吸收涂层是高温热利用的核心材料。
真空镀膜法是目前市场上占主导地位的制备技术，该方法的生产工艺不会对环境造成污染，且可以通过控制工艺条件而得到热性能和光学性能优良的吸收涂层，主要应用在中高温领域。但连续化生产线投资较大，工艺条件苛刻，生产成本较高，涂层耐候性能不理想，限制了其大规模应用。在众多制备技术中，涂料法制备方法简单，实验条件要求低，施工方便，维护简单，使成本大大降低，适于大规模化生产，对提高太阳能热转换效率，大规模推广太阳能光热应用起着至关重要的作用。然而，目前的高温太阳能吸收涂层主要以磁控溅射技术制备为主。因此本领域迫切需要研发一种具有高光谱选择性的高温太阳能吸收涂料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中的缺点而提供一种高光谱选择性高温太阳能吸收涂料，该涂料具有高吸收率和低热发射率，同时具有优良的耐冲击性、耐弯曲性、耐老化性、耐盐雾型和抗热震性能。
本发明的另一目的在于提供上述高光谱选择性高温太阳能吸收涂料的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述高光谱选择性高温太阳能吸收涂料制备太阳能吸收涂层的方法。
一种高光谱选择性高温太阳能吸收涂料，由以下质量分数的组分组成：吸光颜料6-12份、填料0.5-2份、耐高温树脂15-40份、溶剂44.4-65份、分散剂2-8份、消泡剂0.1-1份、流平剂1-3份。
所述吸光颜料由氧化铜、四氧化三铁和氧化锰纳米粉体组成，三种纳米粉体的重量份数比为1:1:1。
所述氧化铜为纳米棒状，直径为30-60nm, 长度为1-2 μm, 颜色为黑色；所述四氧化三铁为纳米粉体，粒径为30-80 nm, 比表面积为20-60 m2/g，颜色为黑色; 所述氧化锰纳米粉体，粒径为30-70 nm, 比表面积为20-90 m2/g，颜色为黑色。
所述填料为稀土钇纳米粉体，粒径为30-75 nm, 比表面积为40-60m2/g。
所述耐高温树脂为三甲基硅烷基笼型聚倍半硅氧烷和乙烯基笼型聚倍半硅氧烷中的一种。
所述的润湿分散剂为BYK-DISPERSANT-108和BYK-DISPERSANT-2070中的一种；所述消泡剂为BYK-044；所述流平剂为BYK-354。
所述溶剂为二甲苯、乙酸乙酯、醋酸正丁酯、甲基丁酮、环己酮中的一种。
上述高光谱选择性高温太阳能吸收涂料的制备方法，其特征在于具体包括以下步骤：
步骤1：按本发明高光谱选择性高温太阳能吸收涂料的重量份数配比称取原料，将溶剂、润湿分散剂、消泡剂、流平剂和耐高温树脂依次加入容器中，搅拌分散，然后加入吸光颜料和填料，利用高速分散机, 在800-1000转/min的转速搅拌50-80min, 接着利用砂磨机或球磨机进行分散研磨，将细度分散研磨至10-20 μm, 即得调好的涂料；
步骤2：将步骤2中调好的涂料用100-200目丝网进行过滤，将过滤后的涂料装入容器中，密封即可。
上述高光谱选择性高温太阳能吸收涂料制备太阳能吸收涂层的方法，其特征在于具体包括以下步骤：利用喷涂或刷凃的方式将涂料涂覆于基底，其中316不锈钢或镍基合金625，然后置于马弗炉内，以5℃/min的升温速率升至230 ℃，然后在230℃下保温2小时；接着，以5℃/min的升温速率升至600℃，然后在600℃下保温24小时，自然冷却降温，即得所需涂层。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：1、本发明所述的吸光颜料采用具有优异耐高温性能及光谱选择性的氧化铜、氧化锰和四氧化三铁纳米粉体，有力保证了涂层在高温工况下的光谱选择性能及热稳定性能。本发明2、所述的填料采用稀土钇纳米粉体，有力增强了涂层的光谱选择性和耐高温性能。3、利用本发明太阳能吸热涂料制备的涂层具有高吸收率和低热发射率，同时具有优良的耐冲击性、耐弯曲性、耐老化性、耐盐雾型和抗热震性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种高光谱选择性高温太阳能吸收涂料的制备，具体制备方法如下：将溶剂二甲苯、润湿分散剂BYK-DISPERSANT-2070、消泡剂BYK-044、流平剂BYK-354和耐高温树脂乙烯基笼型聚倍半硅氧烷等依次加入容器中，搅拌分散，然后加入吸光颜料(氧化铜、四氧化三铁、氧化锰，其中氧化铜为纳米棒状，直径为30nm, 长度为1 μm, 颜色为黑色；四氧化三铁为纳米粉体，粒径为80 nm, 比表面积为20 m2/g，颜色为黑色；氧化锰纳米粉体，粒径为70 nm, 比表面积为20 m2/g，颜色为黑色)和填料稀土钇(粒径30nm, 比表面积为40 m2/g)，利用高速分散机, 在800转/min的转速搅拌50 min, 接着利用砂磨机或球磨机进行分散研磨，将细度分散研磨至10μm, 即得调好的涂料。调好的涂料用100目丝网进行过滤，将过滤后的涂料装入容器中，密封即可。
表1高光谱选择性高温太阳能吸收涂料配方
实施例2
一种高光谱选择性高温太阳能吸收涂料的制备，具体制备方法如下：将溶剂乙酸乙酯、润湿分散剂BYK-DISPERSANT-2070、消泡剂BYK-044、流平剂BYK-354和耐高温树脂三甲基硅烷基笼型聚倍半硅氧烷等依次加入容器中，搅拌分散，然后加入吸光颜料(氧化铜、四氧化三铁、氧化锰，其中氧化铜为纳米棒状，直径为60nm, 长度为2 μm, 颜色为黑色；四氧化三铁为纳米粉体，粒径为30 nm, 比表面积为60 m2/g，颜色为黑色;氧化锰纳米粉体，粒径为30 nm, 比表面积为90 m2/g，颜色为黑色)和填料稀土钇(粒径75nm, 比表面积为60 m2/g)，利用高速分散机, 在1000转/min的转速搅拌80min, 接着利用砂磨机或球磨机进行分散研磨，将细度分散研磨至20μm, 即得调好的涂料。调好的涂料用200目丝网进行过滤，将过滤后的涂料装入容器中，密封即可。
表2高光谱选择性高温太阳能吸收涂料配方
实施例3
一种高光谱选择性高温太阳能吸收涂料的制备，具体制备方法如下：将溶剂二甲苯、润湿分散剂BYK-DISPERSANT-108、消泡剂BYK-044、流平剂BYK-354和耐高温树脂三甲基硅烷基笼型聚倍半硅氧烷等依次加入容器中，搅拌分散，然后加入吸光颜料(氧化铜、四氧化三铁、氧化锰，其中氧化铜为纳米棒状，直径为40nm, 长度为1.5 μm, 颜色为黑色；四氧化三铁为纳米粉体，粒径为50 nm, 比表面积为40 m2/g，颜色为黑色;氧化锰纳米粉体，粒径为60 nm, 比表面积为50 m2/g，颜色为黑色)和填料稀土钇(粒径50nm, 比表面积为45 m2/g)，利用高速分散机, 在900转/min的转速搅拌60min, 接着利用砂磨机或球磨机进行分散研磨，将细度分散研磨至15 μm, 即得调好的涂料。调好的涂料用100目丝网进行过滤，将过滤后的涂料装入容器中，密封即可。
表3太阳能光谱选择性吸收涂料配方
实施例4
一种高光谱选择性高温太阳能吸收涂料的制备，具体制备方法如下：将溶剂甲基丁酮、润湿分散剂BYK-DISPERSANT-2070、消泡剂BYK-044、流平剂BYK-354和耐高温树脂乙烯基笼型聚倍半硅氧烷等依次加入容器中，搅拌分散，然后加入吸光颜料(氧化铜、四氧化三铁、氧化锰，其中氧化铜为纳米棒状，直径为55nm, 长度为1.8 μm, 颜色为黑色；四氧化三铁为纳米粉体，粒径为38 nm, 比表面积为26 m2/g，颜色为黑色；氧化锰纳米粉体，粒径为39 nm,比表面积为69 m2/g，颜色为黑色)和填料稀土钇(粒径70nm, 比表面积为55 m2/g)，利用高速分散机, 在800转/min的转速搅拌70min, 接着利用砂磨机或球磨机进行分散研磨，将细度分散研磨至15μm, 即得调好的涂料。调好的涂料用100目丝网进行过滤，将过滤后的涂料装入容器中，密封即可。
表4太阳能光谱选择性吸收涂料配方
上述高光谱选择性高温太阳能吸收涂料制备太阳能吸收涂层的方法，其特征在于具体包括以下步骤：利用喷涂或刷凃的方式将涂料涂覆于基底，其中316不锈钢或镍基合金625，然后置于马弗炉内，以5℃/min的升温速率升至230 ℃，然后在230℃下保温2小时；接着，以5℃/min的升温速率升至600℃，然后在600℃下保温24小时，自然冷却降温，即得所需涂层。
表5 太阳能吸收涂层性能表征
由表5可见，本发明的太阳能选择性吸热涂层具有高吸收率和低发射率，涂层具备极佳的附着力、耐高温性能、抗热震性能和耐腐蚀性。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高光谱选择性高温太阳能吸收涂料，其特征在于由以下质量分数的组分组成：吸光颜料6-12份、填料0.5-2份、耐高温树脂15-40份、溶剂44.4-65份、分散剂2-8份、消泡剂0.1-1份、流平剂1-3份。
2.根据权利要求1所述的高光谱选择性高温太阳能吸收涂料，其特征在于：所述吸光颜料由氧化铜、四氧化三铁和氧化锰纳米粉体组成，三种纳米粉体的重量份数比为1:1:1。
3.根据权利要求2所述的高光谱选择性高温太阳能吸收涂料，其特征在于：所述氧化铜为纳米棒状，直径为30-60nm, 长度为1-2 μm, 颜色为黑色；所述四氧化三铁为纳米粉体，粒径为30-80 nm, 比表面积为20-60 m2/g，颜色为黑色; 所述氧化锰纳米粉体，粒径为30-70 nm, 比表面积为20-90 m2/g，颜色为黑色。
4.根据权利要求1所述的高光谱选择性高温太阳能吸收涂料，其特征在于：所述填料为稀土钇纳米粉体，粒径为30-75 nm, 比表面积为40-60m2/g。
5.根据权利要求1所述的高光谱选择性高温太阳能吸收涂料，其特征在于：所述耐高温树脂为三甲基硅烷基笼型聚倍半硅氧烷和乙烯基笼型聚倍半硅氧烷中的一种。
6.根据权利要求1所述的高光谱选择性高温太阳能吸收涂料，其特征在于：所述的润湿分散剂为BYK-DISPERSANT-108和BYK-DISPERSANT-2070中的一种；所述消泡剂为BYK-044；所述流平剂为BYK-354。
7.根据权利要求1所述的高光谱选择性高温太阳能吸收涂料，其特征在于：所述溶剂为二甲苯、乙酸乙酯、醋酸正丁酯、甲基丁酮、环己酮中的一种。
8.根据上述任一权利要求书所述的高光谱选择性高温太阳能吸收涂料的制备方法，其特征在于具体包括以下步骤：
步骤1：按本发明高光谱选择性高温太阳能吸收涂料的重量份数配比称取原料，将溶剂、润湿分散剂、消泡剂、流平剂和耐高温树脂依次加入容器中，搅拌分散，然后加入吸光颜料和填料，利用高速分散机, 在800-1000转/min的转速搅拌50-80min, 接着利用砂磨机或球磨机进行分散研磨，将细度分散研磨至10-20 μm, 即得调好的涂料；
步骤2：将步骤2中调好的涂料用100-200目丝网进行过滤，将过滤后的涂料装入容器中，密封即可。
9.根据上述任一权利要求所述的高光谱选择性高温太阳能吸收涂料制备太阳能吸收涂层的方法，其特征在于具体包括以下步骤：利用喷涂或刷凃的方式将涂料涂覆于基底，其中316不锈钢或镍基合金625，然后置于马弗炉内，以5℃/min的升温速率升至230 ℃，然后在230℃下保温2小时；接着，以5℃/min的升温速率升至600℃，然后在600℃下保温24小时，自然冷却降温，即得所需涂层。
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