用於平板真空玻璃太陽能熱水器的吸光塗料及製備方法與流程
2024-02-17 17:52:15 1
本申請涉及塗料配方技術領域，特別涉及一用於平板真空玻璃太陽能熱水器的吸光塗料及製備方法。
背景技術：
太陽能是人類取之不盡，用之不竭的可再生能源，也是清潔能源，不產生任何的環境汙。二十世紀初人們就研究如何收集利用太陽能，從最早的太陽能動力裝置研究到太陽能平板集熱器的研究，為解決能源短缺問題都是重大的進步。為了充分有效地利用太陽能，人們發展了多種太陽能材料，並且加強了太陽能基礎理論和基礎材料的研究，取得了太陽選擇性塗層技術上的重大突破。
太陽能熱水器是將太陽能轉化為熱能的裝置，將水從低溫加熱到高溫，以滿足人們的生活，生產中的熱水使用。平板真空太陽能熱水器由於其平面結構特性，在太陽能的建築一體化應用中，形態結構靈活隨意，設計時不受形態或尺寸的約束，易於實現與建築構件的結合，逐漸成為太陽能熱水器的主流。平板真空太陽能熱水器其構造主要有集熱器和蓄熱器兩大部分組成，其中集熱器是技術關鍵，它直接關係到太陽能熱水器的使用性能和正常運行的環境溫度條件。現有技術將塗層材料塗覆於集熱器的表面，以增加集熱器對太陽能的利用率。
70年代以後人們研製成許多新型選擇性塗層材料並進行批量生產和推廣應用，目前已研製成上百種選擇性塗層。我國自70年代開始研製選擇性塗層，取得了許多成果，並在太陽集熱器上廣泛使用，效果十分顯著。但現有的塗層對太陽能的吸光率低，無法充分利用太陽能。
技術實現要素：
本申請提供了一用於平板真空玻璃太陽能熱水器的吸光塗料及製備方法，以解決現有的塗層材料對太陽能的吸光率低的問題。
第一方面本申請提供了一種用於平板真空玻璃太陽能熱水器的吸光塗料，所述吸光塗料包括：丙烯酸樹脂，水性環氧樹脂，二氧化鈦粉，二氧化矽粉，三氧化二鐵粉及矽烷偶聯劑。
可選的，所述二氧化鈦粉的質量分數為：8％-12％；
所述二氧化矽粉的質量分數為：8％-12％；
所述三氧化二鐵粉的質量分數為：6％-10％。
可選的，所述吸光塗料還包括炭黑。
可選的，所述丙烯酸樹脂的質量分數為60％、所述水性環氧樹脂的質量分數為10％、所述二氧化鈦粉的質量分數為12％、所述二氧化矽粉的質量分數為10％、所述三氧化二鐵粉的質量分數為6％、矽烷偶聯劑的質量分數為0.1％、所述炭黑的質量分數為1.9％。
可選的，炭黑的粒度為500目。
可選的，所述二氧化鈦粉的粒度為500目；
所述二氧化矽粉的粒度為500目；
所述三氧化二鐵粉的粒度為500目。
本申請第二方面示出一種用於平板真空玻璃太陽能熱水器的吸光塗料的製備方法於所述方法包括：
將丙烯酸樹脂，水性環氧樹脂加入球磨罐中，所述球磨罐內裝陶瓷球，得到有機混合物；
在所述有機混合物中依次加入二氧化鈦粉，二氧化矽粉，三氧化二鐵粉，矽烷偶聯劑及炭黑得到塗料混合物；
溼法研磨所述塗料混合物，均勻混合得到吸光塗料。
可選的，所述溼法研磨的研磨時間為12小時。
由以上技術方案可以看出：本申請實施例示出一種用於平板真空玻璃太陽能熱水器的吸光塗料及製備方法，所述吸光塗料包括：丙烯酸樹脂，水性環氧樹脂，二氧化鈦粉，二氧化矽粉，三氧化二鐵粉及矽烷偶聯劑。配置方法為先稱量丙烯酸樹脂加水性環氧樹脂置於內裝陶瓷球的球磨罐中，再稱量二氧化鈦粉，二氧化矽粉，三氧化二鐵粉置於罐中，然後將適量炭黑、矽烷偶聯劑加入罐中，將罐蓋密封后，置於球磨輥上溼磨12h後開罐取出即成為吸光塗料。本申請實施例採用二氧化鈦粉、二氧化矽粉和三氧化二鐵粉等物質，製備的用於平板真空玻璃太陽能熱水器的吸光塗料較傳統的單一的吸光塗料製備的太陽能吸熱塗料性能更優異，可以提高吸光率2～3個百分點，反射率下降10～15％。
附圖說明
為了更清楚地說明本申請的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對於本領域普通技術人員而言，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本申請一種用於平板真空玻璃太陽能熱水器的吸光塗料的製備方法的流程圖。
具體實施方式
下面將結合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本申請保護的範圍。
本申請實施例示出一種用於平板真空玻璃太陽能熱水器的吸光塗料，所述吸光塗料包括：丙烯酸樹脂，水性環氧樹脂，二氧化鈦粉，二氧化矽粉，三氧化二鐵粉矽烷偶聯劑。
本實施例採用的丙烯酸樹脂為用丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯單體共聚合成的丙烯酸樹脂，所述丙烯酸樹脂對光的主吸收峰處於太陽光譜範圍之外，所以製得的丙烯酸樹脂漆具有優異的耐光性及戶外老化性能，進而保證本實施例示出的吸光塗料具有優異的抗老化性能，進而延長吸光塗料的使用壽命。
本實施例採用的丙烯酸樹脂，具有良好的熱塑性，丙烯酸樹脂在成膜過程中不發生進一步交聯，因此它的相對分子量較大，具有良好的保光保色性、耐水耐化學性、乾燥快、施工方便，易於施工重塗和返工。
本實施例採用的丙烯酸樹脂，具有良好的物理、化學性能，它對該塗料的表面具有優異的粘接強度，介電性能良好，變形收縮率小，製品尺寸穩定性好，硬度高，柔韌性較好，對鹼及大部分溶劑穩定，在此作為該塗料的基礎原料。
環氧樹脂具有硬度高、耐磨性好，附著力富和耐化學藥品性能優異等特點，本申請實施例將環氧樹脂加入吸光塗料中，可以保證吸光塗料具塗覆後，就有一定的加些強度，增加塗料的耐磨性。
本實施例示出的吸光塗料加入水性環氧樹脂，水性環氧樹脂可以以水為溶劑進行溶解，降低吸光塗料中有機物的含量，降低環境汙染，降低火災的隱患；吸光塗料操作性能良好，可直接用水清洗，操作方便安全；同時吸光塗料可以在室溫會潮溼環境中固化，縮短固化時間，並且保證較高的交聯密度。
本實施例示出的吸光塗料中加入二氧化鈦粉，用於吸附有機物質產生的有害氣體。本實施例示出的吸光材料吸光塗料適用於應用於平板真空玻璃太陽能熱水器的集熱器的表面，吸光材料吸光塗料在吸收太陽能的同時自身的溫度升高，吸光塗料中的有機添加物(如丙烯酸樹脂，水性環氧樹脂)釋放有害氣體，二氧化鈦粉不僅能吸收有害氣體強力分解和消除不僅還能將空氣中的有毒有害氣體分解消除,而且對細菌、黴菌、病毒具有很強的殺滅作用，免了有毒有害氣體對人體造成的危害。
本實施例示出的吸光塗料中加入二氧化矽粉，二氧化矽粉當作為防沉降作用添加劑。起到防沉降，懸浮等作用，使得吸光塗料具有優越的抗流掛性能和厚塗性能，提高施工性能。
二氧化矽粉分散在水溶性溶劑中，在不同顆粒表面的矽醇基團通過氫鍵相互作用形成架橋，這種三維結構的構成產生增稠的作用。
三氧化二鐵粉與二氧化矽粉的協同作用增強吸光塗料的吸光率。
已知，太陽表面溫度約6000K,到達地球大氣圈外的太陽輻射光譜,接近6000K黑體輻射波長分布；但倒達地面時，由於受大氣中水蒸氣、CO2、臭氧、灰塵等因素的吸收、分散，使實際降落到地表的太陽輻射光譜分布在0.3～2.5微米波長範圍。其中0.3～0.4微米是紫外光譜；0.4～0.7微米是可見光譜；0.7～2.5微米是紅外光譜。太陽能熱水器的集熱器的使用溫度一般是100℃左右。從集熱器放出的熱輻射線的波峰約7.7微米,幾乎分布在2.5微米以上的長波長紅外線範圍。由於太陽能的波長範圍(集熱體吸收的波長)和集熱體發出的熱輻射波長，範圍不吻合,所以存在吸收性差。為了充分利用太陽能，即要求選擇的塗層材料在太陽光波長範圍內0.3～2.5微米吸收率大。在物體的熱輻射範圍2.5微米以上的輻射率小。
本申請經過大量的實驗發現三氧化二鐵粉在波長範圍內0.3～2.5微米吸收率大。故將三氧化二鐵粉加入吸光塗料中。以增加吸光塗料對於太陽能的吸收率，提高太陽能的利用率。
不同材料對於不同波長的光的吸收與反射有很大的差別，由Hagen-Rabens關係式表示A(λ)＝3.60(ρ0/λ)1/2-666.7ρ0/λ，式中ρ0為電阻率,λ為波長(微米)，由上式可知當波長為一恆定值時材料對光的吸收率取決於材料的電阻率，即材料的電阻率與吸光率成正比。
本申請經過大量的實驗發現三氧化二鐵粉在具有較高的電阻率，因此推斷三氧化二鐵粉的吸光率較大，故將三氧化二鐵粉加入吸光塗料中，可提高太陽能的利用率。
可選的，本申請實時在吸光塗料中加入炭黑，以提高吸光塗料的電阻率，進而提高吸光塗料的吸光率，達到力高太陽能利用率的目的。
可選的，炭黑的粒度為500目；
所述二氧化鈦粉的粒度為500目；
所述二氧化矽粉的粒度為500目；
所述三氧化二鐵粉的粒度為500目。
採用超細(500目)二氧化鈦粉、二氧化矽粉和三氧化二鐵粉作為吸光塗層的主材，加適量的炭黑作輔助劑，以丙烯酸樹脂和水性環氧樹脂為粘合劑，加入少量矽烷偶聯劑作為表面活性劑和協同劑，經球磨罐溼磨後製取。
該配方以丙烯酸樹脂加水性環氧樹脂為(100重量份)，炭黑、偶聯劑適量，對二氧化鈦粉、二氧化矽粉、三氧化二鐵粉配比加入量進行了正交實驗設計。
正交試驗表：
結果分析：
該配方以丙烯酸樹脂加水性環氧樹脂為(100重量份)，炭黑、偶聯劑適量，對二氧化鈦粉、二氧化矽粉。
綜上所述，最佳配方確定為二氧化鈦粉質量分數12％，二氧化矽粉質量分數10％，三氧化二鐵粉質量分數6％。
通過正交實驗確定的吸光塗料最佳配方在中試生產線上放大實驗進一步驗證配方可靠性和一致性，並確定了具體的生產工藝。
最優配方：
本申請實施例第二方面示出一種用於平板真空玻璃太陽能熱水器的吸光塗料的製備方法，如圖1所示方法包括：
S101，將丙烯酸樹脂，水性環氧樹脂加入球磨罐中，所述球磨罐內裝陶瓷球，得到有機混合物；
S102在所述有機混合物中依次加入二氧化鈦粉，二氧化矽粉，三氧化二鐵粉，矽烷偶聯劑及炭黑得到塗料混合物；
S103溼法研磨所述塗料混合物，均勻混合得到吸光塗料
可選的，所述溼法研磨的研磨時間為12小時。
先稱量丙烯酸樹脂60kg加水性環氧樹脂10kg置於內裝陶瓷球的球磨罐中，再稱量超細(500目)二氧化鈦粉12kg，超細二氧化矽粉(500目)10kg，超細氧化鐵黑粉(500目)6kg置於罐中，然後將適量炭黑1.9kg、矽烷偶聯劑0.1kg加入罐中，將罐蓋密封后，置於球磨輥上溼磨12h後開罐取出即成為吸光塗料。
本實施例採用溼法球磨，在水的助磨作用，縮短物料的球磨時間，提高了球磨機球磨細碎效率。同時在製備過程中先加入液態物質(丙烯酸樹脂和水性環氧樹脂)，使兩種物質存在於球磨罐的底部，再加入粉末狀物質(超細二氧化鈦粉(500目)，超細二氧化矽粉(500目)，超細氧化鐵黑粉(500目))，液態物質對粉末狀物質有吸附的作用，一方面可以防止粉塵汙染，另一方面有助於準確的控制各物質含量的配比。
用於平板真空玻璃太陽能熱水器的吸光塗料的應用：
將吸光塗料噴塗在磨砂玻璃面上待乾燥後即成為真空玻璃的內層玻璃吸光塗層。然後將表層玻璃與內層玻璃製成真空玻璃，真空玻璃(其面積為1.2m2)與厚度為2mm不鏽鋼水箱鑲嵌和密封后再用聚氨酯發泡作為水箱外保溫層，在水箱側面安裝上下水管和溢流管即成為一體式梯形真空太陽能熱水器。
本申請實施例採用超細二氧化鈦粉、二氧化矽粉和三氧化二鐵粉等物質，製備的太陽能吸熱塗層較傳統的單一的吸光塗料製備的太陽能吸熱塗料性能更優異，可以提高吸光率2～3個百分點，反射率下降10～15％。
由以上技術方案可以看出：本申請實施例示出一種用於平板真空玻璃太陽能熱水器的吸光塗料及製備方法，所述吸光塗料包括：丙烯酸樹脂，水性環氧樹脂，二氧化鈦粉，二氧化矽粉，三氧化二鐵粉及矽烷偶聯劑。配置方法為先稱量丙烯酸樹脂加水性環氧樹脂置於內裝陶瓷球的球磨罐中，再稱量二氧化鈦粉，二氧化矽粉，三氧化二鐵粉置於罐中，然後將適量炭黑、矽烷偶聯劑加入罐中，將罐蓋密封后，置於球磨輥上溼磨12h後開罐取出即成為吸光塗料。本申請實施例採用二氧化鈦粉、二氧化矽粉和三氧化二鐵粉等物質，製備的用於平板真空玻璃太陽能熱水器的吸光塗料較傳統的單一的吸光塗料製備的太陽能吸熱塗料性能更優異，可以提高吸光率2～3個百分點，反射率下降10～15％。
本領域技術人員在考慮說明書及實踐這裡公開的發明後，將容易想到本申請的其它實施方案。本申請旨在涵蓋本申請的任何變型、用途或者適應性變化，這些變型、用途或者適應性變化遵循本申請的一般性原理並包括本申請未公開的本技術領域中的公知常識或慣用技術手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本申請的真正範圍和精神由下面的權利要求指出。
應當理解的是，本申請並不局限於上面已經描述並在附圖中示出的精確結構，並且可以在不脫離其範圍進行各種修改和改變。本申請的範圍僅由所附的權利要求來限制。