[發明專利]以尖晶石型顏料為吸光劑制備太陽能選擇性吸熱涂料的方法

有效

• 申請號: 201110260189.4
• 申請日: 2011-09-05
• 公開（公告）號: CN102286243A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 劉剛;耿慶芬;趙鑫;高祥虎;楊生榮
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: C09D175/04
• 分類號: C09D175/04;C09D5/32;C04B35/626
• 代理公司: 甘肅省知識產權事務中心 62100
• 代理人: 張英荷

技術領域

本發明涉及一種以尖晶石型顏料為吸光劑的太陽能選擇性吸熱涂料及其制備方法，屬于太陽能熱利用領域。

背景技術

人類生存環境的惡化和能源的日益短缺是當今世界面臨的兩個重大問題，利用新型可再生能源是解決上述問題的根本出路，其中太陽能因其清潔、取之不盡、用之不竭的優點成為新能源的首選。太陽能選擇性吸收涂層對太陽可見光和近紅外范圍的輻射有較高的吸收率（α），而自身紅外輻射率較低，即具有低發射率（ε），是太陽能熱利用技術中的關鍵技術，對提高集熱器效率至關重要。

選擇性吸熱涂層可以用多種方法來制備，如噴涂法、電化學法、真空蒸鍍和磁控濺射法等。采用電化學方法制得的黑鎳和黑鉻涂層具有良好的光學性能，因此在國際市場上占有一定比例。但該方法存在環境污染問題，不符合當今環保的要求。真空鍍膜法是目前市場上占主導地位的制備技術，該方法的生產工藝不會對環境造成污染，且可以通過控制工藝條件而得到熱性能和光學性能優良的吸收涂層，主要應用在中高溫領域。但連續化生產線投資較大，工藝條件苛刻，生產成本較高，涂層耐候性能不理想，限制了其大規模應用。中國專利ZL200510024798.4將鎳和鎳合金空心球作為吸熱材料添加到太陽能吸熱涂層中；專利ZL200910051160.8和ZL20091099016.9以納米鎳粉或鎳粉/碳納米管復合物為吸光劑，采用噴涂法制備了太陽能光譜選擇性吸熱涂層。上述專利為金屬-樹脂型復合涂層，吸光劑為金屬粉末，易氧化，導致吸熱涂層耐候性較差；其次，上述專利所述方法雖然得到了較高的太陽能吸收率（0.96~0.98），但在追求高吸收率的同時，均沒有兼顧到涂層的低發射率，因而不能得到較好的光譜選擇性。例如專利ZL200910051160.8將涂層的厚度控制在10-100μm，在此厚度范圍內涂料中的有機高分子樹脂的紅外吸收將會導致涂層的發射率大幅度提高，因此并不能凸顯涂層的高光譜選擇性優勢。

尖晶石型過渡金屬氧化物（尖晶石型顏料）是一類重要的太陽能選擇性吸熱材料。因其具有適當的能隙Eg、能吸收能量較高的可見光和近紅外范圍的輻射、同時透過能量較低的紅外輻射的特點而具備光譜選擇性吸熱能力。重慶大學的魏錫文、郭小妮的2000年度博士論文《尖晶石型過渡金屬復合氧化物的制備及性能研究》采用溶膠-凝膠自蔓延燃燒法，制備了FeMnCuO₄、CoFe₂O₄、CuMnCrO₄、FeNiCuO₄等幾種典型的尖晶石型過渡金屬復合氧化物，并將所制備FeMnCuO₄材料作為吸光顏料在輸電系統防覆冰涂料中的應用作了初步考察。研究結果表明，用溶膠-凝膠自蔓延燃燒法的制備工藝，不僅更節能省時、效率更高，而且制備的產品更少團聚、粉末更細更均勻。該論文中涉及的四種復合氧化物都是經溶膠-凝膠自蔓延燃燒法一步合成的，沒有考察在不同溫度下煅燒將會對粉末的結構和性能造成的影響。但我們在實驗過程中發現，并不是所有的尖晶石型過渡金屬氧化物都能經過溶膠-凝膠自蔓延燃燒法直接得到，對燃燒后的粉末進行一定溫度下煅燒對于合成有些尖晶石型過渡金屬氧化物來說是必需的，同時煅燒溫度的不同將會直接影響產物的結構和光學性能。

利用溶膠-凝膠自蔓延燃燒法制備并在一定溫度下煅燒有望得到黑色尖晶石型顏料并使其具有較高的光譜選擇性吸熱能力。以此顏料為吸光劑采用噴涂法制備的太陽能選擇性吸熱涂層將具有較高的選擇性吸熱能力。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的問題，提供一種以穩定性較強的尖晶石型顏料為吸光劑制備太陽能選擇性吸熱涂料的方法。

本發明以尖晶石型顏料為吸光劑制備太陽能選擇性吸熱涂料的方法，是將納米級尖晶石型顏料與樹脂、溶劑、助劑利用球磨的方法分散均勻，再加入固化劑，得到太陽能選擇性吸熱涂料；所述各原料的質量份數如下：?

納米級尖晶石型顏料???????????5~10%

樹脂?????????????????????????30~50%

固化劑???????????????????????8~12%

助劑?????????????????????????4~8%

溶劑?????????????????????????20~40%。

所述樹脂為可室溫固化的環氧改性聚氨酯樹脂（為改善聚氨酯樹脂的耐堿性，加入環氧樹脂形成的改性聚氨酯樹脂）或丙烯酸改性聚氨酯樹脂（為改善聚氨酯樹脂的耐候性，加入丙烯酸樹脂形成改性聚氨酯樹脂）。