专利名称：一种纳米隔热涂料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米隔热涂料及其制备方法。涂料在玻璃上刷涂成膜后可保证良好的透光性，并具有优异的隔热性能；属于环保节能新材料。
背景技术：
近年来，随着我国经济飞速发展，城市建设日新月异，每天都有新的建筑拔地而起。建筑物的玻璃窗口及透明顶棚等在太阳光的热辐射下，温度逐渐升高，会增加空调的使用率，使得能耗增高。根据美国能源部统计数据，空调制冷能量的30% 50%是消耗在从窗户透过的太阳能。另外，太阳光中的紫外线还会加速建筑物内家具和物品的老化失效，甚至对人体造成危害。针对上述太阳光热辐射的弊端，传统的解决方案是使用金属镀膜热反射玻璃和各种热反射贴膜等产品达到隔热降温的目的。然而，这些解决方法存在透光性不理想和成本较高等问题。本项目制备一种含纳米氧化物/金属单质的透明隔热涂料，将其涂覆于玻璃表面后在保证充分透光的前提下，起到阻隔紫外、红外线进而隔热的作用。
目前，国内外已有一些透明隔热涂料的研究。其中透明隔热性能较好的是含纳米氧化铟锡(ITO)的隔热涂层，它在保证一定的透光率前提下很好地解决了玻璃的隔热问题。纳米ITO制成的膜有很高的红外屏蔽效果和较高的透光性，已部分投入实际应用。然而，此材料价格昂贵，难以得到普及。另外，有些添加了空心微珠和纳米颗粒的涂料，尽管其导热系数小，对于紫外及近红外线都具有很好的反射性，有着良好的隔热性，但由于空心微珠自身的不透明性，使涂层透光性能得不到满足。研究表明，许多纳米氧化物和金属单质颗粒，如二氧化钒、氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化锌、氧化铈、氧化铁、掺锑氧化锡、镍、银、铝等对紫外及近红外线都具有一定的屏蔽和反射作用，可以隔绝部分太阳辐照的热量。同时，这些纳米颗粒在增强涂层的耐磨、耐候性和自洁性等方面都有较好的作用。因此，将纳米氧化物和单质金属颗粒按照一定的配比添加到涂料中得到纳米隔热涂料，并刷涂于玻璃上，将得到透光性好，隔热效率高，具有优异综合性能的隔热涂层。发明内容
现有透明隔热技术多采用纳米ITO粉体作为添加物，但生产投资大，成本高，涂层的综合性能也不够理想。为克服上述缺点，本发明公开一种纳米隔热涂料及其制备方法，将 ATO和二氧化钒进行掺杂固溶处理，同纳米金属单质、水、醇及分散剂依次通过机械搅拌、超声振荡和高压均质处理，得到初级分散体。将初级分散体、高分子乳液、涂料助剂依次通过机械搅拌和高压均质处理，得到纳米隔热涂料。该涂料可应用在建筑玻璃、汽车玻璃等需要隔绝太阳辐照热量同时又必需保证一定光线透过率的场合。
一种纳米隔热涂料及其制备方法，其特征在于，按照如下步骤进行
A)纳米颗粒添加物的改性制备
将纳米级掺锑二氧化锡(ATO)和二氧化钒(VO2)进行二氧化硅(SiO2)掺杂改性制备，所得改性纳米颗粒为AT0/Si02和V02/Si02氧化物固溶体。
B)将掺杂改性后的纳米氧化物固溶体和纳米金属单质、水、醇及分散剂依次通过机械搅拌、超声振荡和高压均质处理，得到初级分散体。将初级分散体、高分子乳液、涂料助剂依次通过机械搅拌和高压均质处理，得到纳米隔热涂料。
A)中所述掺杂改性制备过程为以纳米ΑΤ0、纳米VO2、正硅酸四乙酯、氨水、去离子水、无水乙醇、表面活性剂为原料，各原料摩尔分数配比如下
纳米ΑΤ0:70 90
纳米VO2:10 30
正硅酸四乙酯03 3
氨水0.3 1. 8
去离子水2 8
无水乙醇15 90
表面活性剂:0· 06 O. 20
将正硅酸四乙酯、氨水、去离子水、无水乙醇、表面活性剂混合后在60°C下反应I 小时，然后将预先配制好的质量浓度为30%的纳米ATO或纳米VO2去离子水溶液加入到上述反应体系中，继续反应O. 5小时，取出后抽滤、干燥，得到固体混合物。将固体混合物在 800°C下煅烧5 8小时，得到纳米级改性AT0/Si02或V02/Si02氧化物固溶体。
A)中所述纳米级改性AT0/Si02或V02/Si02氧化物固溶体的X射线衍射检测图谱中只有SnO2 (衍射卡片号41-1445)或VO2 (衍射卡片号43-1051)的衍射峰存在。其中， SnO2的(110)衍射峰和(101)衍射峰积分强度比值为1. 2 1. 4 I ；V02的(011)衍射峰和(220)衍射峰积分强度比值为1. 8 2. 2 I (测试仪器德国布鲁克D8 ADVANCE衍射仪)。
A)中所述反应所使用的表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇或羧酸盐。
B)中所述纳米金属单质为纳米N1、纳米Ag和纳米Al中的一种或其组合,纳米金属单质的颗粒直径在30 60nm之间。
B)中所述高压均质处理的压力在100 150MPa。
B)中所述纳米隔热涂料的粘度在10°C时为8. 2mPa*S ;30°C时为5. 5mPa S ；50°C 时为 3. 6mPa · S ;70°C时为 2. 8mPa · S(测试仪器美国 Brookfield DV-1I+Pro 粘度计)。
B)中所述纳米隔热涂料的粒度分布特征值D5tl为90nm(测试仪器英国马尔文 Nano ZS粒度分析仪)。
本发明制备了一种纳米隔热涂料。纳米颗粒在涂料中分散均匀稳定，刷涂于玻璃表后仍保持良好的透光性，夏天可显著降低建筑室内温度，冬天有助维持室内较高的温度， 具有显著的实用价值。
本发明的优点和积极效果是本发明成本低、制备工艺简单，得到的透明涂层透光性好，隔热性能优异；耐久性和耐洗刷性好，有较好的自洁性，不易老化；膜层寿命长，稳定性好，维护简单，具有环保节能的经济效益和社会效益。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明加以详细说明，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似方法及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
实施例1 :
按各原料摩尔分数配比纳米ATO 70 ;纳米VO2 30 ;正硅酸四乙酯0. 5 ;氨水 O. 3 ;去离子水6 ;无水乙醇25 ;表面活性剂0. 10，将正硅酸四乙酯、氨水、去离子水、无水乙醇、表面活性剂混合后在60°C下反应I小时，然后将预先配制好的质量浓度为30%的纳米ATO或纳米VO2去离子水溶液加入到上述反应体系中，继续反应O. 5小时，取出后抽滤、 干燥，得到固体混合物。将固体混合物在800°C下煅烧5小时，得到纳米级改性AT0/Si02或 V02/Si02氧化物固溶体。将掺杂改性后的纳米氧化物固溶体和纳米金属单质N1、7K、醇及分散剂依次通过机械搅拌、超声振荡和高压均质处理,得到初级分散体。将初级分散体、高分子乳液、涂料助剂依次通过机械搅拌和高压均质处理，得到纳米隔热涂料。
将上述纳米隔热涂料刷涂在透明玻璃上，可见光透过率大于73%，隔热测试中测试系统内外温差为3 5摄氏度。
实施例2
按各原料摩尔分数配比:纳米ATO 80 ;纳米VO2 20 ;正硅酸四乙酯2 ;氨水1. 5 ； 去离子水4 ;无水乙醇80 ;表面活性剂0. 15，将正硅酸四乙酯、氨水、去离子水、无水乙醇、表面活性剂混合后在60°C下反应I小时，然后将预先配制好的质量浓度为30%的纳米 ATO或纳米VO2去离子水溶液加入到上述反应体系中，继续反应O. 5小时，取出后抽滤、干燥，得到固体混合物。将固体混合物在800°C下煅烧6小时，得到纳米级改性AT0/Si02或 V02/Si02氧化物固溶体。将掺杂改性后的纳米氧化物固溶体和纳米金属单质Ag、7K、醇及分散剂依次通过机械搅拌、超声振荡和高压均质处理,得到初级分散体。将初级分散体、高分子乳液、涂料助剂依次通过机械搅拌和高压均质处理，得到纳米隔热涂料。
将上述纳米隔热涂料刷涂在透明玻璃上，可见光透过率大于78%，隔热测试中测试系统内外温差为5 8摄氏度。
实施例3
按各原料摩尔分数配比纳米ATO 90 ;纳米VO2 10 ;正硅酸四乙酯1. 5 ;氨水 1.0 ;去离子水8 ;无水乙醇80 ;表面活性剂0. 20，将正硅酸四乙酯、氨水、去离子水、无水乙醇、表面活性剂混合后在60°C下反应I小时，然后将预先配制好的质量浓度为30%的纳米ATO或纳米VO2去离子水溶液加入到上述反应体系中，继续反应O. 5小时，取出后抽滤、 干燥，得到固体混合物。将固体混合物在800°C下煅烧8小时，得到纳米级改性AT0/Si02或 V02/Si02氧化物固溶体。将掺杂改性后的纳米氧化物固溶体和纳米金属单质Al、水、醇及分散剂依次通过机械搅拌、超声振荡和高压均质处理,得到初级分散体。将初级分散体、高分子乳液、涂料助剂依次通过机械搅拌和高压均质处理，得到纳米隔热涂料。
将上述纳米隔热涂料刷涂在透明玻璃上，可见光透过率大于80%，隔热测试中测试系统内外温差为6 10摄氏度。
实施例4
按各原料摩尔分数配比:纳米AT0:80 ;纳米VO2 20 ;正硅酸四乙酯:3.0 ;氨水 1.8 ;去离子水8 ;无水乙醇90 ;表面活性剂0. 20，将正硅酸四乙酯、氨水、去离子水、无水乙醇、表面活性剂混合后在60°C下反应I小时，然后将预先配制好的质量浓度为30%的纳米ATO或纳米VO2去离子水溶液加入到上述反应体系中，继续反应O. 5小时，取出后抽滤、 干燥，得到固体混合物。将固体混合物在800°C下煅烧8小时，得到纳米级改性AT0/Si02或V02/Si02氧化物固溶体。将掺杂改性后的纳米氧化物固溶体和纳米金属单质Ni和Al、7jC、醇及分散剂依次通过机械搅拌、超声振荡和高压均质处理，得到初级分散体。将初级分散体、 高分子乳液、涂料助剂依次通过机械搅拌和高压均质处理，得到纳米隔热涂料。
将上述纳米隔热涂料刷涂在透明玻璃上，可见光透过率大于75%，隔热测试中测试系统内外温差为4 7摄氏度。
实施例5
按各原料摩尔分数配比纳米ATO 90 ;纳米VO2 10 ;正硅酸四乙酯2. 5 ;氨水 O. 3 ;去离子水6 ;无水乙醇15 ;表面活性剂0. 06，将正硅酸四乙酯、氨水、去离子水、无水乙醇、表面活性剂混合后在60°C下反应I小时，然后将预先配制好的质量浓度为30%的纳米ATO或纳米VO2去离子水溶液加入到上述反应体系中，继续反应O. 5小时，取出后抽滤、 干燥，得到固体混合物。将固体混合物在800°C下煅烧5小时，得到纳米级改性AT0/Si02或 V02/Si02氧化物固溶体。将掺杂改性后的纳米氧化物固溶体和纳米金属单质Ni和Ag、7K、醇及分散剂依次通过机械搅拌、超声振荡和高压均质处理，得到初级分散体。将初级分散体、 高分子乳液、涂料助剂依次通过机械搅拌和高压均质处理，得到纳米隔热涂料。
将上述纳米隔热涂料刷涂在透明玻璃上，可见光透过率大于78%，隔热测试中测试系统内外温差为3 6摄氏度。
实施例6
按各原料摩尔分数配比纳米AT0:70 ;纳米VO2 30 ;正硅酸四乙酯2.0 ;氨水 0.8 ;去离子水5 ;无水乙醇65 ;表面活性剂0. 15，将正硅酸四乙酯、氨水、去离子水、无水乙醇、表面活性剂混合后在60°C下反应I小时，然后将预先配制好的质量浓度为30%的纳米ATO或纳米VO2去离子水溶液加入到上述反应体系中，继续反应O. 5小时，取出后抽滤、 干燥，得到固体混合物。将固体混合物在800°C下煅烧7小时，得到纳米级改性AT0/Si02或 V02/Si02氧化物固溶体。将掺杂改性后的纳米氧化物固溶体和纳米金属单质N1、7K、醇及分散剂依次通过机械搅拌、超声振荡和高压均质处理,得到初级分散体。将初级分散体、高分子乳液、涂料助剂依次通过机械搅拌和高压均质处理，得到纳米隔热涂料。
将上述纳米隔热涂料刷涂在透明玻璃上，可见光透过率大于70%，隔热测试中测试系统内外温差为2 4摄氏度。
权利要求
1.一种纳米隔热涂料及其制备方法，其特征在于，按照如下步骤进行 A)纳米颗粒添加物的改性制备 将纳米级掺锑二氧化锡(ATO)和二氧化钒(VO2)进行二氧化硅(SiO2)掺杂改性制备，所得改性纳米颗粒为AT0/Si02和V02/Si02氧化物固溶体。
B)将掺杂改性后的纳米氧化物固溶体和纳米金属单质、水、醇及分散剂依次通过机械搅拌、超声振荡和高压均质处理，得到初级分散体。将初级分散体、高分子乳液、涂料助剂依次通过机械搅拌和高压均质处理，得到纳米隔热涂料。
2.根据权利要求1所述的一种纳米隔热涂料及其制备方法，其特征在于A)中所述纳米级掺锑二氧化锡(ATO)和二氧化钒(VO2)颗粒直径分布在10 80nm之间。
3.根据权利要求1所述的一种纳米隔热涂料及其制备方法，其特征在于A)中所述掺杂改性制备过程为以纳米AT0、纳米VO2、正硅酸四乙酯、氨水、去离子水、无水乙醇、表面活性剂为原料，各原料摩尔分数配比如下 纳米ATO : 70 90 纳米VO2 :10 30 正硅酸四乙酯0. 5 3 氨水:0. 3 1. 8 去离子水2 8 无水乙醇15 90 表面活性剂:0. 06 0. 20 将正硅酸四乙酯、氨水、去离子水、无水乙醇、表面活性剂混合后在60°C下反应I小时，然后将预先配制好的质量浓度为30 %的纳米ATO或纳米VO2去离子水溶液加入到上述反应体系中，继续反应0. 5小时，取出后抽滤、干燥，得到固体混合物。将固体混合物在800°C下煅烧5 8小时，得到纳米级改性AT0/Si02或V02/Si02氧化物固溶体。
4.根据权利要求3所述的一种纳米隔热涂料及其制备方法，其特征在于纳米级改性AT0/Si02或V02/Si02氧化物固溶体的X射线衍射检测图谱中只有SnO2(衍射卡片号41-1445)或VO2 (衍射卡片号43-1051)的衍射峰存在。其中，SnOjA (110)衍射峰和(101)衍射峰积分强度比值为1. 2 1. 4 I ；V02的(011)衍射峰和(220)衍射峰积分强度比值为1. 8 2. 2 I (测试仪器德国布鲁克D8 ADVANCE衍射仪)。
5.根据权利要求3所述的一种纳米隔热涂料及其制备方法，其特征在于反应所使用的表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇或羧酸盐。
6.根据权利要求1所述的一种纳米隔热涂料及其制备方法，其特征在于B)中所述纳米金属单质为纳米N1、纳米Ag和纳米Al中的一种或其组合,纳米金属单质的颗粒直径在30 6Onm之间。
7.根据权利要求1所述的一种纳米隔热涂料及其制备方法，其特征在于B)中所述高压均质处理的压力在100 150MPa。
8.根据权利要求1所述的一种纳米隔热涂料及其制备方法，其特征在于B)中所述纳米隔热涂料的粘度在10°C时为8. 2mPa S ;30°C时为5. 5mPa S ;50°C时为3. 6mPa S ；70°C时为2. 8mPa S(测试仪器美国Brookfield DV-1I+Pro粘度计)。
9.根据权利要求1所述的一种纳米隔热涂料及其制备方法，其特征在于B)中所述纳米隔 热涂料的粒度分布特征值D5tl为90nm(测试仪器英国马尔文Nano ZS粒度分析仪)。
全文摘要
本发明公开了一种纳米隔热涂料及其制备方法。涂料在玻璃上刷涂成膜后可保证良好的透光性，并具有优异的隔热性能，属于环保节能新材料。将纳米ATO、纳米VO2、正硅酸四乙酯、氨水、去离子水、无水乙醇、表面活性剂混合并反应的产物进行煅烧，得到纳米级改性ATO/SiO2或VO2/SiO2氧化物固溶体。将氧化物固溶体和纳米金属单质、水、醇及分散剂依次通过机械搅拌、超声振荡和高压均质处理，得到初级分散体。将初级分散体、高分子乳液、涂料助剂依次通过机械搅拌和高压均质处理，得到纳米隔热涂料。本发明成本低、制备工艺简单，得到的涂料刷涂成膜后膜层透光性好，隔热性能优异；有较好的自洁性，不易老化，耐久性和耐洗刷性好；膜层寿命长，稳定性好，维护简单。
文档编号C09D5/33GK103013212SQ201110290469
公开日2013年4月3日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者黎源 申请人:典慧材料科技(上海)有限公司