一種以納米鎳粉為吸收劑的太陽能選擇性吸熱塗料製備方法
2023-04-30 09:08:11 2
專利名稱：一種以納米鎳粉為吸收劑的太陽能選擇性吸熱塗料製備方法
技術領域：
本發明涉及一種以納米鎳粉為吸收劑的太陽能選擇性吸熱塗料製備方法，將該塗料均勻 塗覆在基材表面做為太陽能選擇性吸熱塗層使用。
背景技術：
太陽能集熱系統中的核心部分是集熱器。它是一種特殊的熱交換器，可將太陽輻射能轉換 為工作介質(液體或氣體)的熱能。為了提高太陽能集熱器的效率，最為有效的辦法是在保 持最大限度地採集太陽能的同時儘可能減小其對流和輻射熱損。採用優質選擇性吸收塗層材 料和高透過率蓋板材料是滿足上述要求的重要途徑。
選擇性吸收塗層，如黑鎳、黑鉻、鋁陽極化塗層等，可以用多種方法來製備，如噴塗法、 化學法、電化學法、真空蒸發法、磁控濺射法等。從性能角度出發，這幾種方法的優劣排列 順序是磁控濺射法、真空蒸發法、電化學方法、化學方法、噴塗方法。其中，電化學方法 是目前國際上使用最多生產太陽能吸熱黑鎳塗層的方法。但該方法得到的黑鎳塗層吸熱性能 還有進一步提升的空間；且由於方法自身的局限性，如果工藝控制不當，會造成一定的汙染， 不符合當今的環保需求。近年來新興的真空鍍膜製備選擇性塗層的生產工藝不存在汙染，塗 層集熱性能和光學性能優良，但連續化生產線投資較大，塗層生產成本較高，有些真空鍍膜 塗層耐候性能不很理想，也限制了其大規模的應用。中國專利"空心或包覆型鎳合金球形粉
末的製備方法"(ZL200510024798.4.)將鎳和鎳合金空心球做為吸熱材料添加到太陽能吸熱 塗層中，雖然得到了較好的太陽能吸收率，但還有待於進一步改進，太陽能吸收率還有上升 空間。納米材料具有的許多特殊性質，如大比表面積、優良的活性等，如果將分散性良好的 納米鎳添加到塗料中得到以納米鎳為吸熱劑的太陽能選擇性吸熱塗料，將更有效地提高太陽 能集熱器吸熱效率。
發明內容
現有技術採用電化學方法生產的太陽能吸熱黑鎳塗層，吸熱性能差，工藝不當易造成汙 染；採用真空鍍膜法製備的選擇性吸熱塗層，生產線投資大，成本高，塗層耐候性能不理想; 選擇鎳和鎳合金空心球做為吸熱材料製備的吸熱塗層，太陽能吸收率還有待於進一步提高。 為克服上述缺點，本發明公開一種以納米鎳粉為吸收劑的太陽能選擇性吸熱塗料製備方法，在添加不同分散劑的情況下，採用化學還原法製備得到分散均勻、穩定的納米鎳粉。然後將 納米鎳粉同丙烯酸樹脂、乙醇按照一定比例組合成太陽能選擇性吸熱塗料，可應用在太陽能 真空管式集熱器或平板集熱器等需要對太陽能進行選擇性吸熱的場合。
一種以納米鎳粉為吸收劑的太陽能選擇性吸熱塗料製備方法，其特徵在於，按照如下步 驟進行
A) 將0.01 0.1mol鎳鹽和O.5 5mmol分散劑在50 80°C下放入100 1000ml溶劑中， 充分攪拌溶解後，以30滴/每分鐘的速度滴入60 500ml鹼液(濃度1M);滴加完畢後溶液 在50 80°C下繼續攪拌30 60分鐘，得到均勻穩定的膠體溶液；
B) 將配製好的還原劑溶液以20滴/每分的速度滴入由步驟A)製備的膠體溶液中，還原 劑溶液的滴入方法為攪拌和/或超聲振蕩，溶液中不斷產生氣泡並有黑色沉澱析出；
C) 當氣泡消失後，將所得黑色沉澱用氨水、去離子水和乙醇按順序清洗，最後在80°C 烘乾箱中恆溫乾燥12小時，得到納米鎳粉；
D) 將10 20質量份的納米鎳粉同30 50質量份的乙醇混合後強力攪拌並超聲振蕩20 分鐘，然後同30 60質量份的丙烯酸樹脂混合，攪拌30分鐘後得到含納米鎳粉太陽能選擇 性吸熱塗料。
A)中所述鎳鹽為氯化鎳、硫酸鎳或醋酸鎳。
A)中所述分散劑為十二烷基硫酸鈉、聚乙二醇或聚乙烯吡咯烷酮。 A)中所述溶劑為乙醇、丙二醇或乙二醇。
A) 中所述鹼液為氫氧化鈉或氫氧化鉀。
B) 中所述還原劑為硼氫化鈉或水合肼。
本發明製備了一種以納米鎳粉為吸收劑的太陽能選擇性吸熱塗料。納米鎳粉在塗料中分 散均勻穩定，表面積大，活性高，有利於太陽能熱量的選擇性吸收，從而提高了太陽能真空 管式集熱器或平板集熱器的太陽能選擇性吸熱性能。
本發明的優點和積極效果是成本低、製備工藝簡單，不需要複雜的設備。得到的納米 鎳粉分散均勻、穩定；在塗料中具備良好的分散性，可應用在太陽能真空管式集熱器或平板 集熱器等需要對太陽能進行選擇性吸熱的場合。
具體實施例方式
以下結合實施例對本發明加以詳細說明，但本實施例並不用於限制本發明，凡是採用本 發明的相似方法及其相似變化，均應列入本發明的保護範圍。將O.Olmol氯化鎳和0.5mmol十二烷基硫酸鈉在50°C下放入100ml乙醇中，充分攪拌溶 解後，以30滴/每分的速度滴入60ml氫氧化鈉溶液(濃度1M)。滴加完畢後溶液在50°C下 繼續攪拌30分鐘，得到均勻穩定的膠體溶液。將配製好的硼氫化鈉溶液以20滴/每分的速度 滴入膠體溶液並保持攪拌，溶液中不斷產生氣泡並有黑色沉澱析出。當氣泡消失後，將所得 黑色沉澱用氨水、去離子水和乙醇按順序清洗，最後在80°C烘乾箱中恆溫乾燥12小時，得 到納米鎳粉。
將10質量份的納米鎳粉同30質量份的乙醇混合後強力攪拌並超聲振蕩20分鐘，然後同 60質量份的丙烯酸樹脂混合，攪拌30分鐘後得到含納米鎳粉太陽能選擇性吸熱塗料，塗布後 塗層的平均吸收率約為0.965。 實施例2:
將O.lmol硫酸鎳和5mmo1聚乙二醇在80°C下放入1000ml丙二醇中，充分攪拌溶解後， 以30滴/每分的速度滴入500ml氫氧化鉀溶液(濃度1M)。滴加完畢後溶液在80°C下繼續攪 拌60分鐘，得到均勻穩定的膠體溶液。將配製好的水合肼溶液以20滴/每分的速度滴入膠體 溶液並保持超聲振蕩，溶液中不斷產生氣泡並有黑色沉澱析出。當氣泡消失後，將所得黑色 沉澱用氨水、去離子水和乙醇按順序清洗，最後在80°C烘乾箱中恆溫乾燥12小時，得到納 米鎳粉。
將10質量份的納米鎳粉同50質量份的乙醇混合後強力攪拌並超聲振蕩20分鐘，然後同 40質量份的丙烯酸樹脂混合，攪拌30分鐘後得到含納米鎳粉太陽能選擇性吸熱塗料，塗布後 塗層的平均吸收率約為0.975。
實施例3:
將0.06mol醋酸鎳和3mmo1聚乙烯吡咯垸酮在60°C下放入600ml乙二醇中，充分攪拌溶 解後，以30滴/每分的速度滴入300ml氫氧化鈉溶液(濃度1M)。滴加完畢後溶液在60°C下 繼續攪拌50分鐘，得到均勻穩定的膠體溶液。將配製好的還原劑溶液以20滴/每分的速度滴 入膠體溶液並保持攪拌，溶液中不斷產生氣泡並有黑色沉澱析出。當氣泡消失後，將所得黑 色沉澱用氨水、去離子水和乙醇按順序清洗，最後在80°C烘乾箱中恆溫乾燥12小時，得到 納米鎳粉。
將15質量份的納米鎳粉同45質量份的乙醇混合後強力攪拌並超聲振蕩20分鐘，然後同 40質量份的丙烯酸樹脂混合，攪拌30分鐘後得到含納米鎳粉太陽能選擇性吸熱塗料，塗布後 塗層的平均吸收率約為0.958。
實施例4:
將0.08mol鎳鹽和4mmo1分散劑在70°C下放入800ml溶劑中，充分攪拌溶解後，以30 滴/每分的速度滴入400ml鹼液(濃度1M)。滴加完畢後溶液在70。C下繼續攪拌40分鐘，得 到均勻穩定的膠體溶液。將配製好的還原劑溶液以20滴/每分的速度滴入膠體溶液並保持攪拌 並超聲振蕩，溶液中不斷產生氣泡並有黑色沉澱析出。當氣泡消失後，將所得黑色沉澱用氨 水、去離子水和乙醇按順序清洗，最後在80。C烘乾箱中恆溫乾燥12小時，得到納米鎳粉。將15質量份的納米鎳粉同30質量份的乙醇混合後強力攪拌並超聲振蕩20分鐘，然後同55 質量份的丙烯酸樹脂混合，攪拌30分鐘後得到含納米鎳粉太陽能選擇性吸熱塗料，塗布後塗 層的平均吸收率約為0.969。
權利要求
1.一種以納米鎳粉為吸收劑的太陽能選擇性吸熱塗料製備方法，其特徵在於，按照如下步驟進行A)將0.01～0.1mol鎳鹽和0.5～5mmol分散劑在50～80℃下放入100～1000ml溶劑中，充分攪拌溶解後，以30滴/每分鐘的速度滴入60～500ml濃度為1M的鹼液中；滴加完畢後溶液在50～80℃下繼續攪拌30～60分鐘，得到均勻穩定的膠體溶液；B)將配製好的還原劑溶液以20滴/每分的速度滴入由步驟A)製備的膠體溶液中，還原劑溶液的滴入方法為攪拌和/或超聲振蕩，溶液中不斷產生氣泡並有黑色沉澱析出；C)當氣泡消失後，將所得黑色沉澱依次用氨水、去離子水和乙醇清洗，最後在80℃烘乾箱中恆溫乾燥12小時，得到納米鎳粉；D)將10～20質量份的納米鎳粉同30～50質量份的乙醇混合後強力攪拌並超聲振蕩20分鐘，然後同30～60質量份的丙烯酸樹脂混合，攪拌30分鐘後得到含納米鎳粉太陽能選擇性吸熱塗料。
2. 根據權利要求1所述的一種以納米鎳粉為吸收劑的太陽能選擇性吸熱塗料製備方法， 其特徵在於A)中所述鎳鹽為氯化鎳、硫酸鎳或醋酸鎳。
3. 根據權利要求1所述的一種以納米鎳粉為吸收劑的太陽能選擇性吸熱塗料製備方法， 其特徵在於A)中所述分散劑為十二烷基硫酸鈉、聚乙二醇或聚乙烯吡咯烷酮。
4. 根據權利要求1所述的一種以納米鎳粉為吸收劑的太陽能選擇性吸熱塗料製備方法， 其特徵在於A)中所述溶劑為乙醇、丙二醇或乙二醇。
5. 根據權利要求1所述的一種以納米鎳粉為吸收劑的太陽能選擇性吸熱塗料製備方法，其特徵在於A)中所述鹼液為氫氧化鈉或氫氧化鉀。
6. 根據權利要求1所述的一種以納米鎳粉為吸收劑的太陽能選擇性吸熱塗料製備方法，其特徵在於B)中所述還原劑為硼氫化鈉或水合肼。
全文摘要
一種以納米鎳粉為吸收劑的太陽能選擇性吸熱塗料製備方法，先將鎳鹽和分散劑在50～80℃下放入溶劑中充分攪拌，以30滴/每分的速度滴入鹼液中；該溶液在50～80℃下繼續攪拌30～60分鐘，得到均勻穩定的膠體溶液；再將還原劑溶液以20滴/每分的速度滴入膠體溶液中，然後攪拌和/或超聲振蕩；當氣泡消失後，將所得黑色沉澱依次用氨水、去離子水和乙醇清洗，最後在80℃烘乾箱中恆溫乾燥12小時，得到納米鎳粉；將納米鎳粉同乙醇混合強力攪拌並超聲振蕩20分鐘，然後同丙烯酸樹脂混合攪拌30分鐘，得到含納米鎳粉太陽能選擇性吸熱塗料。本發明成本低、製備工藝簡單，納米鎳粉分散均勻穩定；可用於製備太陽能選擇性吸熱塗層。
文檔編號C09D133/02GK101555375SQ200910051160
公開日2009年10月14日 申請日期2009年5月14日 優先權日2009年5月14日
發明者謝華清, 陽 黎 申請人:上海第二工業大學