一種智能節能塗層的製備方法
2023-08-07 14:55:11 1
專利名稱：一種智能節能塗層的製備方法
技術領域：
本發明涉及化工領域及材料領域技術，具體地說本發表涉及一種智能節能塗層的製備方法。
背景技術：
在全球能源供應趨緊的形勢下，節能已成為建築業必須面對的另一個重要課題。 我國建築能耗的總量逐年上升，在能源總消費量中所佔的比例已從上世紀七十年代末的 10%，上升到近年的27. 45%。而國際上發達國家的建築能耗一般佔全國總能耗的33%左右。目前建築業的節能主要體現在窗戶設計和照明節電上。在建築物窗玻璃以及車船表面塗覆一節能塗層，改變材料的透過性能，阻隔陽光輻射，減少紫外線對人體的傷害，達到改善人們乘車、居住環境，降低空調能耗的目的。具有光學阻隔性能的材料很多，部分硼化物如六硼化鑭(LaB6)能阻隔近紅外光 (美國發明專利US patent 6060154)氧化錫銻(ATO)對波長1400nm-2500nm的近紅外光有很好的阻隔性能(中國發明專利CN20071021766.8)氧化銦錫(ITO)對900-2500nm 的紅外光有很好的阻隔作用(美國發明專利US patent 5518810中國發明專利CN 200610096832.幻，但這些材料智能被動阻隔紅外光，無法做到智能響應。金紅石相(R相) 二氧化釩因其在68°C發生可逆金屬半導體相變的性質，相變前後分別具有較高的室溫透過率和很低的高溫透過率，且相變溫度可以通過摻雜鎢、鉬等元素降低到室溫而成為目前應用最有前途的智能熱致色變材料。目前，常用的製備含二氧化釩多數膜的主要方法有磁控濺射、化學氣相沉(如中國發明專利CN20051022085. 4)溶膠-凝膠法等，一方面由於設備昂貴、成本高及工藝複雜等原因無法大規模生產。另一方面，上述方法技術適用於直接製造節能玻璃，無法應用於既有建築等的節能改造。中國專利200810033032. 6，發明一種以有機物為載體的智能保溫膜的製備方法，但由於採取有機體系有容易老化、結合強度不高等缺點ο
發明內容
本發明的目的在於提供一種以金紅石相二氧化釩粉體為主要功能粒子，並採用純無機體系製備二氧化釩智能節能塗層的方法，以克服上述現有技術的不足。一種二氧化釩智能節能塗層的製備方法，包括以下步驟1)配製濃度為0. 01 3mol/L的溶膠，於20 60°C下陳化1 10天；2)向步驟1)所得溶膠中加入金紅石相二氧化釩粉體，研磨、混合均勻得到混合體；所述二氧化釩粉體與溶膠的質量體積比為1 10000g/ml 1 10g/ml;3)將步驟2、得到的混合體均勻塗覆在基體上，乾燥後即得到二氧化釩智能節能塗層。較佳的，所述步驟1)中，溶膠選自矽溶膠或鈦溶膠中的一種或兩種的混合；所述矽溶膠可以是酸性的也可以是鹼性的。所述濃度為0. 01 3mol/L的溶膠是指，溶膠中所含有的前驅物的總濃度為0. 01 3mol/L ；所述前驅物為鈦的前驅物或矽的前驅物(正矽酸四乙酯)。所述矽溶膠和鈦溶膠可以選用本領域內的各種常規方法配製。本發明中所配製的鈦溶膠由以下方法製得將無水乙醇、去離子水和濃鹽酸(質量分數36%)混合均勻後加入鈦的前驅物，攪拌均勻即製得鈦溶膠。以鈦溶膠的總體積為基準計，所述鈦的前驅物的摩爾濃度為0. 01 3mol/L，所述濃鹽酸所佔的體積百分含量為 0. 4 2%。較佳的，所述鈦的前驅物為鈦酸異丙酯或鈦酸四丁酯。本發明中所配製的酸性矽溶膠由以下方法製得用濃鹽酸(質量分數36% )調節去離子水的pH值至1. 1 1. 3，然後加入無水乙醇混合均勻，最後加入正矽酸四乙酯，攪拌均勻即製得酸性矽溶膠。以矽溶膠的總體積為基準計，所述正矽酸四乙酯的摩爾濃度為 0. 01 3mol/L，所述去離子水所佔的體積百分含量為2. 5 5. 5%。本發明中所配製的鹼性矽溶膠由以下方法製得將無水乙醇和正矽酸四乙酯混合均勻，然後邊攪拌邊滴加濃氨水(質量分數27%)，滴加完畢即製得鹼性矽溶膠。以矽溶膠的總體積為基準計，所述正矽酸四乙酯的摩爾濃度為0. 01 3mol/L，所述濃氨水的體積百分含量為2. 2 2.4%。所述步驟2~)中，所用金紅石相二氧化釩粉體可以是根據專利200810202066. 3所述的方法製備獲得，也可以是採用其他方法製備的金紅石相二氧化釩粉體以及現有技術中可獲得的含各種摻雜元素的金紅石相二氧化釩粉體。較佳的，所述金紅石相二氧化釩粉體的粒徑為5 lOOOnm。較佳的，所述金紅石相二氧化釩粉體的相變溫度為10 60°C。所述步驟幻中的基體可以是玻璃、塑料、樹脂等透明或半透明基體，也可以是金屬、木材、混凝土等不透明基材。所述步驟幻中，將混合體塗覆於基體上可採用旋塗、噴塗、淋塗、提拉或者液面下降法等本領域內的常規塗膜方法。所述步驟幻中的乾燥可以是在常溫下的自然乾燥，也可以利用烘箱烘乾，如於 30 180°C下乾燥0. 1 10h，優選於30 90°C下乾燥0. 1 10h。本發明採用一種純無機體系，以R相二氧化釩粉體為主要功能粒子，攪拌、研磨分散於矽溶膠或者鈦溶膠中，採用旋塗、噴塗、淋塗、提拉或者液面下降等方法製備了無機體系的智能節能塗層，可以作為熱致變色薄膜、節能塗料、節能油漆、智能節能玻璃幕牆、溫控裝置以及節能塗層應用，適用於直接製造節能玻璃，也可以應用於既有建築、車船表面的節能改造。本發明與現有的傳統製備方法相比，其具有以下幾個優點(1)塗層製備工藝簡單，不需要複雜設備，生產成本低，便於控制；(2)塗層為全無機體系，與基體結合力強，耐腐蝕、耐刮擦；(3)透明性好，能減少太陽光的透過減少紫外線對人體的傷害。
圖1為實施例中所採用的二氧化釩粉體的XRD圖譜。
圖2為實施例中所採用的不同相變溫度二氧化釩粉體的升溫過程DSC曲線。圖3為實施例2所得塗層在2000nm波長紅外透過隨溫度變化波譜。圖4為實施例2所得塗層的可見-近紅外透過譜。
具體實施例方式下面結合具體實施例進一步闡述本發明，應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的保護範圍。實施例1 取IOOml無水乙醇，加入去離子水0.6細1，加濃鹽酸(質量分數36% ) 0. 98ml，攪拌均勻，最後加入鈦酸異丙酯(TIPT) 2.細1，攪拌均勻後加無水乙醇至200ml。60°C陳化兩天。取0. 5克金紅石相二氧化釩粉體(相變溫度為18°C )，溶於5ml溶膠中，研磨5分鐘後在500rpm轉速攪拌10分鐘混合均勻後，在勻膠機中以600rpm的轉速旋塗於玻璃基材上， 於60°C下乾燥lh，得到透明智能節能塗層。實施例2 取IOOml無水乙醇，加入去離子水0.6細1，加濃鹽酸(質量分數36 9. 8ml，攪拌均勻，最後加入鈦酸四丁酯(Tetra-n-butyl Titanate) 200ml，攪拌均勻後加無水乙醇至 500ml。60°C陳化兩天。取0. 02克金紅石相二氧化釩粉體(相變溫度為35°C )，溶於200ml 溶膠中，研磨5分鐘後在500rpm轉速攪拌10分鐘混合均勻後，在提拉機中以lOcm/min的提拉速度提拉於玻璃基材上，於40°C下乾燥池，得到智能節能塗層。實施例3 取去離子水10ml，加濃鹽酸調節pH值至1. 25，與IOOml無水乙醇混合均勻，再加入正矽酸四乙酯(TE0S)48ml，攪拌均勻後加無水乙醇至200ml。60°C陳化2天。取0. 2克金紅石相二氧化釩粉體(相變溫度為45°C )溶於IOOml溶膠中，研磨5分鐘後在500rpm轉速攪拌10分鐘混合均勻後，淋塗於塑料基材上，於20°C下乾燥4h，得到智能節能塗層。實施例4 取無水乙醇100ml，加入正矽酸四乙酯(TEOS) 4. 8ml，混合均勻，邊攪拌，邊逐滴加入27%濃氨水4. 6ml，最後加無水乙醇至200ml，密封，室溫陳化10天後，室溫下回流3小時除去氨。取0. 03克金紅石相二氧化釩粉體(相變溫度為56°C )，溶於60ml溶膠中，研磨5 分鐘後在500rpm轉速攪拌10分鐘混合均勻後，噴塗於金屬基材上，於80°C下乾燥0. 5h,得到透明智能節能塗層。實施例5 取去離子水10ml，加濃鹽酸調節pH值至1. 25，與IOOml無水乙醇混合均勻，再加入正矽酸四乙酯(TEOS) MOml，攪拌均勻後加無水乙醇至400ml。60°C陳化2天。取0. 4克金紅石相二氧化釩粉體(相變溫度為18°C )溶於IOOml溶膠中，研磨5分鐘後在500rpm轉速攪拌10分鐘混合均勻後，淋塗於塑料基材上，於20°C下乾燥4h，得到智能節能塗層。實施例6:取去離子水10ml，加濃鹽酸調節pH值至1. 25，與IOOml無水乙醇混合均勻，再加入正矽酸四乙酯(TE0S)60ml，攪拌均勻後加無水乙醇至200ml。60°C陳化2天。取0. 6克金紅石相二氧化釩粉體(相變溫度為25°C )溶於IOOml溶膠中，研磨5分鐘後在500rpm轉速攪拌10分鐘混合均勻後，淋塗於塑料基材上，於20°C下乾燥4h，得到智能節能塗層。
權利要求
1.一種二氧化釩塗層的製備方法，包括以下步驟1)配製濃度為0.01 3mol/L的溶膠，於20 60°C下陳化1 10天；2)向步驟1)所得溶膠中加入金紅石相二氧化釩粉體，研磨、混合均勻得到混合體；所述二氧化釩粉體與溶膠的質量體積比為1 10000g/ml 1 10g/ml ；3)將步驟幻得到的混合體均勻塗覆在基體上，乾燥後即得到二氧化釩塗層。
2.如權利要求1所述的二氧化釩塗層的製備方法，其特徵在於，所述溶膠為鈦溶膠或矽溶膠中的一種或兩種的混合。
3.如權利要求2所述的二氧化釩塗層的製備方法，其特徵在於，所述矽溶膠為酸性矽溶膠或鹼性矽溶膠。
4.如權利要求1-3中任一權利要求所述的二氧化釩塗層的製備方法，其特徵在於，所述金紅石相二氧化釩粉體的粒徑為5 lOOOnm。
5.如權利要求1-3中任一權利要求所述的二氧化釩塗層的製備方法，其特徵在於，所述金紅石相二氧化釩粉體的相變溫度為10 60°C。
6.如權利要求1-3中任一權利要求所述的二氧化釩塗層的製備方法，其特徵在於，所述步驟幻中，將混合體塗覆於基體上採用旋塗、噴塗、淋塗、提拉或者液面下降法進行。
7.—種二氧化釩塗層，其特徵在於，由權利要求1-6中任一權利要求所述的製備方法製得。
8.如權利要求7所述的二氧化釩塗層在熱致變色薄膜、節能塗料、節能油漆、智能節能玻璃幕牆、溫控裝置以及節能塗層中的應用。
全文摘要
本發明提供了一種二氧化釩塗層的製備方法，包括以下步驟1)配製濃度為0.01～3mol/L的溶膠，於20～60℃下陳化1～10天；2)向步驟1所得溶膠中加入金紅石相二氧化釩粉體，研磨、混合均勻得到混合體；所述二氧化釩粉體與溶膠的質量體積比為1:10000g/ml～1:10g/ml；3)將步驟2得到的混合體均勻塗覆在基體上，乾燥後即得到二氧化釩智能節能塗層。本發明的塗層製備工藝簡單，不需要複雜設備，生產成本低，便於控制；所製得的塗層為全無機體系，與基體結合力強，耐腐蝕、耐刮擦；並且透明性好，能減少太陽光的透過減少紫外線對人體的傷害。
文檔編號C04B14/30GK102399072SQ201010274488
公開日2012年4月4日 申請日期2010年9月7日 優先權日2010年9月7日
發明者周家東, 曹傳祥, 羅宏傑, 高彥峰 申請人:中國科學院上海矽酸鹽研究所