CN109705628A - 一种建筑节能颜料及其制备方法 - Google Patents

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吴潘
孙贤
梁迪飞
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Abstract

本发明涉及一种建筑节能颜料及其制备方法，属于建筑节能颜料的制备技术。本发明通过适量的氧化铝掺杂以显著降低氧化铬中的载流子浓度，减少了反射的红外光的比例，从而降低了红外反射率。而烧结温度的选择可保证氧化铬和氧化铝形成固溶体的前提下，防止氧原子逸出导致的载流子浓度升高，进而降低反射率。本发明相对现有技术的多元掺杂，工艺简单；在保证良好的太阳辐射能反射能力同时，表现为绿色色系对人眼相对温和无伤害，相对现有技术的重金属掺杂：更环保且节约了成本；相比其他同类型的产品相对密度更低，更有利于颜料的轻型化。

Description

一种建筑节能颜料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种建筑节能颜料及其制备方法，属于建筑节能颜料的制备技术。
背景技术
95％的太阳辐射处于可见光和近红外波段，建筑物吸收太阳辐射能量后提升了其表面温度，其温度的升高降低了人们的居住舒适度。人们往往采取空调制冷等方式降低建筑物温度，但是这种方式消耗了大量的能源。因此，增加建筑物的可见光和近红外区域反射率可以有效地降低建筑物的温度，从而缓解能源消耗的问题。涂层材料具有优异的性能，简单的工艺，便于施工和不受目标形状限制等优点，因此经常用来解决这方面的问题。
氧化铬具有刚玉型结构，是一种稳定的两性氧化物，微溶于酸和碱，几乎不溶于水，常作为颜填料来制备涂料。其具有良好的化学稳定性(即优异的耐腐蚀性和温度稳定性)，易于着色，且具有和绿色植物相近的可见光-近红外光谱特性。在可见光波段表现为常见的绿色；而在可见光和红外光交界的红边处，其反射率的一阶导数十分巨大；在近红外波段，它的反射率也远高于可见光波段。由于它在红外波段的反射率较高，因此它被用于制备建筑节能颜料来反射太阳光的热量，达到降低建筑温度的目的。但是纯的氧化铬反射率还不够高，需要对其进行掺杂改性来提升反射率。
氧化铬改性大多采用掺杂改性的方法，一般使用钛，钴，钒等相对重金素元素来掺杂，这虽然在近红外波段的反射率得到了一定的提升，但是存在以下问题：一、这些重金属元素普遍都是对环境有害的；二、反射率提升效果有限。另一方面，还有人使用氧化铬粉体来包覆金属铝片，从而得到氧化铬层和金属铝层的多层壳-核结构，利用其不同层面具有不同的反射特性来达到提升反射率的目的。但是这种做法工艺较为繁琐，不利于大范围实用。此外，也有人在氧化铬中掺杂氧化铝来制备这种复合颜料，但在其制备工艺中，往往将氧化铝作为一种次要的掺杂元素，而主要掺杂元素为钛、钴等重金素元素。另外，烧结温度对复合颜料的光谱性能的影响常被忽略。在本发明中烧结温度却是一种对材料性能至关重要的影响因素。
总的来看，目前建筑节能材料的面临的主要问题是难以兼顾对太阳辐射能的高反射和对人类健康无害的问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题或不足，为解决现有建筑节能颜料无法兼顾对太阳辐射高反射和对人体健康无害的问题，本发明提供了一种建筑节能颜料及其制备方法，其近红外波段反射率高，化学稳定性好，在可见光波段反射率相对较低且表现为淡绿色。
该建筑节能颜料是六角晶系的复合颜料，其物相组成是氧化铝和氧化铬形成的刚玉型固溶体，表现为淡绿色，难溶于酸碱，具有良好的耐腐蚀性和温度稳定性。其原料为氧化铝和氧化铬，按摩尔比1：0.12-0.25在900-1100℃的烧结温度下通过固相法制备。
其制备方法，包括下列步骤：
步骤1、按氧化铬和氧化铝的摩尔比为1：0.12-0.25称取氧化铬和氧化铝，将其混合在一起。
步骤2、按质量比为1：1：4-5向步骤1配得的混合粉体中加入去离子水和球磨球，球磨至少1.5小时，待氧化铬和氧化铝球磨均匀后备用。
步骤3、将步骤2所制得的混合物烘干后，研磨，再过50-100目筛网。
步骤4、将步骤3筛得的粉体放置在烧结炉中烧结，以5℃/min的升温速率升温至900-1100℃，然后在该温度下保温至少3小时，保温结束后随炉冷却至室温即得到该建筑节能颜料。
本发明通过适量的氧化铝掺杂以显著降低氧化铬中的载流子浓度。当红外光照射在材料上时，高浓度的载流子会对红外光进行散射吸收等，减少了反射的红外光的比例，从而降低了红外反射率。而烧结温度的选择可保证氧化铬和氧化铝形成固溶体的前提下，防止氧原子逸出导致的载流子浓度升高，进而降低反射率。
本发明的制备工艺简单，用传统的固相反应法掺杂烧结即可；具有良好的太阳辐射能反射能力；表现为绿色色系对人眼相对温和无伤害；相比其他同类型的产品相对密度更低，更有利于颜料的轻型化；同时，由于使用的氧化铝进行掺杂改性，因此，本产品相对其他同类型产品对环境更加友好。
附图说明
图1为实施例1制得的建筑节能颜料的可见光-近红外反射率图谱。
图2为文献中其他同类型的节能涂料的反射率。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例一：
(1)分别称取4质量份的氧化铬和1质量份的氧化铝，将其混合；
(2)按照复合粉体：球磨球：去离子水的质量比为1：5：1的比例分别称取去离子水和球磨球，置于球磨罐中；
(3)将步骤(2)所得材料在200转/分状态下球磨2小时；然后在105℃干燥12小时，再将其研磨30分钟后，过100目筛；
(4)将步骤(3)所得粉体以5℃/min的升温速率升温至1000℃，保温3小时，随后随炉冷却至室温，即得到所述材料。
实施例二：
(1)分别称取4.5质量份的氧化铬和0.5质量份的氧化铝，将其混合；
(2)按照复合粉体：球磨球：去离子水的质量比为1：5：1的比例分别称取去离子水和球磨球，置于球磨罐中；
(3)将步骤(2)所得材料在200转/分状态下球磨2小时；然后在105℃干燥12小时，再将其研磨30分钟后，过100目筛；
(4)将步骤(3)所得粉体以5℃/min的升温速率升温至1000℃，保温3小时，随后随炉冷却至室温，即得到所述材料。
实施例三：
(1)分别称取4质量份的氧化铬和1质量份的氧化铝，将其混合；
(2)按照复合粉体：球磨球：去离子水的质量比为1：5：1的比例分别称取去离子水和球磨球，置于球磨罐中；
(3)将步骤(2)所得材料在200转/分状态下球磨2小时；然后在105℃干燥12小时，再将其研磨30分钟后，过100目筛；
(4)将步骤(3)所得粉体以5℃/min的升温速率升温至1100℃，保温3小时，随后随炉冷却至室温，即得到所述材料。
实施例四：
(1)分别称取4.5质量份的氧化铬和0.5质量份的氧化铝，将其混合；
(2)按照复合粉体：球磨球：去离子水的质量比为1：5：1的比例分别称取去离子水和球磨球，置于球磨罐中；
(3)将步骤(2)所得材料在200转/分状态下球磨2小时；然后在105℃干燥12小时，再将其研磨30分钟后，过100目筛；
(4)将步骤(3)所得粉体以5℃/min的升温速率升温至1100℃，保温3小时，随后随炉冷却至室温，即得到所述材料。
图1是实施例1、2与未掺杂材料的可见光-近红外反射率图谱，可以看出在本发明中，掺杂氧化铝后，在该烧结温度下，材料的红外反射率有十分明显的提升。在满足可见光波段反射率无明显升高的同时将近红外波段反射率提升，从而满足了对太阳辐射能的反射需求。
图2是现有技术的多元掺杂的可见光-近红外反射率图谱，其中的S9是氧化铬、氧化钛、氧化铝和氧化钒的掺杂量分别为80％、4％、14％、2％时的反射率曲线。对比本发明实施例中的反射率，可见其最好效果的反射率与本发明的相差不大。
综上可见，本发明相对现有技术的多元掺杂，工艺简单；在保证良好的太阳辐射能反射能力同时，表现为绿色色系对人眼相对温和无伤害，相对现有技术的重金属掺杂：更环保且节约了成本；相比其他同类型的产品相对密度更低，更有利于颜料的轻型化。

Claims (2)

1.一种建筑节能颜料，其特征在于：
为六角晶系的复合颜料，物相组成是氧化铝和氧化铬形成的刚玉型固溶体，表现为淡绿色，难溶于酸碱；
其原料为氧化铝和氧化铬，按摩尔比1：0.12-0.25在900-1100℃的烧结温度下通过固相法制备。
2.如权利要求1所述建筑节能颜料的制备方法，包括下列步骤：
步骤1、按氧化铬和氧化铝的摩尔比为1：0.12-0.25称取氧化铬和氧化铝，将其混合在一起；
步骤2、按质量比为1：1：4-5向步骤1配得的混合粉体中加入去离子水和球磨球，球磨至少1.5小时，待氧化铬和氧化铝球磨均匀后备用；
步骤3、将步骤2所制得的混合物烘干后，研磨，再过50-100目筛网；
步骤4、将步骤3筛得的粉体放置在烧结炉中烧结，以5℃/min的升温速率升温至900-1100℃，然后在该温度下保温至少3小时，保温结束后随炉冷却至室温即得到该建筑节能颜料。
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