[發明專利]一種核殼結構ATO納米粒子包裹的硅酸鹽納米微球復合材料及應用

有效

• 申請號: 201610021393.3
• 申請日: 2016-01-11
• 公開（公告）號: CN105647273B
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發明（設計）人: 曹發斌;王平;劉偉明;吳照金;朱建華;申星梅;武杏榮;李遼沙;呂輝鴻
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: C09D7/61
• 分類號: C09D7/61;C09D133/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所32207
• 代理人: 蔣海軍

技術領域

本發明屬于納米功能涂料技術領域，具體涉及一種環境友好型隔熱、保溫、防水和阻燃涂料用納米微球無機復合材料的制備方法。

背景技術

隨著人們對建筑物美學要求越來越高，玻璃體建筑材料使用率也越來越高。當前石英玻璃具有優良的物理性能和化學性能,其具有極強的耐熱沖擊能力,熱膨脹系數低,高溫下工作穩定性好，但對紫外到紅外的波長范圍內的光具有較高的透過率,尤其對紅外光透過率更高，散熱緩慢，易造成建筑物內持續高溫，困擾用戶和科研人員。專利CN1563231A公開了納米銻摻雜的二氧化錫(antimony doped tin oxide,簡稱ATO)和ITO等組成的涂料，附著力強、透明、能屏蔽紅外線隔熱；專利CN 103351757A使用FZO和AZO等功能粒子，其對紅外光阻隔率只有60％、可見光透過率為70％；劉成樓的納米ATO透明隔熱涂料，以納米級粉體填充、并以ATO有機硅乳液改性丙烯酸樹脂成膜，應用于玻璃隔熱。但這些隔熱涂料往往都具有較高的紅外阻隔率和可見光透過率，表面硬度較差，嚴重影響了其實際應用效果。因此在不影響隔熱涂料光學性能的前提下、充分提高其硬度使其耐刮，已成為新型隔熱保溫材料的關鍵。專利CN200410048047.1通過加入空心陶瓷來降低導熱效率，使用了對環境有害的二甲苯溶劑；專利CN03147361.X以高嶺土作為填料提高其硬度，其隔熱效率較差。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明要解決的技術問題是提供一種核/殼結構ATO納米粒子包裹的硅酸鹽納米微球復合材料，以期該材料具有分散性好、反射能力強、防水、阻燃、穩定性良好的特性，可用于制備環境友好型隔熱、保溫、防水和阻燃涂層。

為了解決以上技術問題，本發明是通過以下技術方案予以實現的。

本發明一種核/殼結構ATO納米粒子包裹的硅酸鹽納米微球復合材料，以質量百分比計，包括：93～97％硅酸鹽納米微球，3～7％ATO納米粒子，其制備方法如下：

(1)按質量比1:1.05～1.5稱取鋼渣和98％工業硫酸，將鋼渣溶于硫酸，控制溶液pH值在1.0～2.8；以質量份計，取上清液1份，加入20～200份去離子水中，并逐漸加入7～70份乙醇，加入氫氧化鈉溶液控制溶液酸堿度pH至3.0～4.5，直至硅酸鹽球形納米粒子完全析出，反應體系于2000～4000rpm離心分離后，用去離子水或乙醇清洗，于60℃下烘干2h，得硅酸鹽納米微球備用，粒徑分布50～600nm；

(2)配置Sn⁴⁺離子和Sb⁵⁺乙醇溶液，控制Sn⁴⁺離子在30～500mM、摻雜Sb⁵⁺離子濃度為0.5～1mM，加入去離子水和NaOH溶液，使反應體系呈中性至堿性，加入30wt％過氧化氫、并控制溶液過氧化氫濃度為8～30wt％，簡單震蕩即得ATO納米粒子溶液備用，粒徑分布3～20nm；

(3)將步驟(2)得到的ATO納米粒子的溶液和步驟(1)得到的硅酸鹽納米微球混均，所述ATO納米粒子和硅酸鹽納米微球的質量份比為1︰20～100，再加入50～200份乙醇中，混均反應10～20min，反應體系在1000～3000rpm離心分離，于60℃下烘干2h，得到目標產物：核/殼結構ATO納米粒子包裹的硅酸鹽納米微球復合材料。

上述核/殼結構ATO納米粒子包裹的硅酸鹽納米微球復合材料可應用于制備隔熱、保溫、防水和阻燃涂層。

本發明(Ca,Fe,Mg,Mn)硅酸鹽微納米球形粒子形成原理：鋼渣與酸發生酸解反應，部分Ca²⁺、Mg²⁺、Fe^3+/2+、Mn^4+/2+和Si⁴⁺/Al³⁺離子進入溶液；隨著溶液堿性化，Si以[H₄SiO₄-OH]_n^-存在溶液中，與溶液中陽離子Ca²⁺、Mg²⁺、Fe^3+/2+、Mn^4+/2+產生作用(靜電引力)，發生團聚，形成納米微球粒子。粒子大小可調控溶液pH值(3.0～4.5)，來調控[H₄SiO₄-OH]^-縮合度。

與現有技術相比，本發明具有以下技術效果：