一种纳米双金属氧化物隔热填料及其制备方法以及在纳米透明隔热涂料的应用与流程

2021-02-02 15:02:53|

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本发明属于涂料
技术领域：
，具体涉及一种纳米双金属氧化物隔热填料及其制备方法以及在纳米透明隔热涂料的应用。
背景技术：
：随着国民经济和科学技术的飞速发展，节能和环保收到人民越来越多的关注，涂料作为附着基材表面的材料，成为节能环保的研究热点。隔热涂料是一种节能装饰涂料，可以降低基材内部的温度，降低能源消耗，提高基材的使用寿命，隔热涂料根据隔热机理可分为阻隔性隔热涂料、辐射性隔热涂料和反射性隔热涂料，其中反射性隔热涂料的研究更加完善。纳米颗粒是指尺寸在纳米级的颗粒，随着纳米技术的不断开发，纳米复合隔热涂料也得到迅速的发展。常用的纳米隔热材料为纳米半导体氧化物如氧化铟锡、氧化锡锑和氧化锡等，这类纳米半导体氧化物中含有一定浓度的电子空穴，可以引起自由载流子对入射光的吸收，且自由载流子基体运动引入的等离子振动可将红外波段的光反射，因而对入射光尤其是近红外区的能量进行吸收和反射，实现有效阻隔，起到良好的隔热效果。中国专利cn106010036b公开的一种双层壳体微胶囊隔热水性涂料及其制备方法，首先在水中加入分子量为20000-40000的聚丙烯酸、聚丙烯酸铵、聚丙烯酸钠、聚乙烯醇或聚乙烯亚胺分散剂，调节溶液ph至酸性或者弱碱性，然后加入纳米隔热功能填料，然后在70-90℃下搅拌反应，离心分离、乙醇洗涤后，分散到水与乳液的混合溶液中最后加入增稠剂、多功能助剂、消泡剂、防霉剂、抗老化剂，混合搅拌，过滤除去聚集体，得到所述双层壳体微胶囊隔热水性涂料，其中纳米隔热功能填料包括双层壳体相变控温微胶囊和高折光指数氧化物微球，制备方法为：将高折光指数氧化物粉体烘干，然后分散于乙醇-水的混合溶液中得到高折光指数氧化物悬浮液，滴加含丙烯酸或含双键的硅烷偶联剂的乙醇修饰溶液，保温反应后离心分离，乙醇洗涤，烘干，得到表面修饰双键的氧化物微球；然后将表面修饰双键的氧化物微球超声分散于水中配置成水相，加入石蜡、高分子单体、交联剂以及引发剂组成的油相，将水相与油相混合后进行均质乳化，形成微乳液，在氮气氛下，将微乳液升温至60-70℃，保温反应得到双层壳体相变控温微胶囊。该涂料采用基于双层壳体相变控温微胶囊、高折光指数氧化物粉体的混合物为隔热功能填料，不仅保证涂料的太阳能反射比达到85％以上，还具有一定的相变控温功能，而且可有效防止涂料中的相变微胶囊与氧化物颗粒发生相分离，导致涂膜不均匀，发生脱落等问题。由上述现有技术可知，不同性能的纳米隔热材料对涂料的隔热性能影响较大，且纳米隔热材料与涂料基材的相容性也是主要要解决的问题。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是提供一种纳米双金属氧化物隔热填料及其制备方法以及在纳米透明隔热涂料的应用，本发明通过溶胶凝胶工艺，将钛酸锂附着于云母颗粒表面后，经炭浴工艺，与氧化锡锑前驱体经炭化处理制备纳米双金属氧化物隔热填料，该纳米双金属氧化物隔热填料具有良好的水溶性，适合用于制备水性隔热涂料。为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种基于纳米双金属氧化物隔热填料，所述基于纳米双金属氧化物隔热填料为掺杂碳氮的钛酸锂载体和氧化锡锑的混合物，所述钛酸锂载体的载体为微米级的云母颗粒。本发明还提供所述的一种基于纳米双金属氧化物隔热填料的制备方法，包括以下步骤：(1)将钛酸四丁酯加入柠檬酸水溶液中，搅拌均匀，得到柠檬酸钛前驱体，将柠檬酸钛前驱体中滴加柠檬酸锂溶液，搅拌均匀，加热蒸发溶剂，得到钛酸锂前驱体溶胶；(2)将步骤(1)制备的钛酸锂前驱体溶胶加入云母颗粒中，搅拌均匀，热处理，得到钛酸锂载体；(3)将氯化锡的醇溶液和氯化锑的醇溶液搅拌形成溶胶，加热蒸发溶剂，研磨，得到氧化锡锑前驱体溶胶；(4)将步骤(3)制备的氧化锡锑前驱体溶胶、步骤(2)制备的钛酸锂载体和壳聚糖粉末混合得到混合物，将混合物置于炭浴中，经高温分解，得到纳米双金属氧化物隔热填料。作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，柠檬酸与钛酸四丁酯和水的质量比为25-28:43-45:50-55，钛离子与锂离子的摩尔比为1:2.1-2.3。作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，加热蒸发溶剂的温度为60-70℃，搅拌的速率为250-500r/min，时间为2-6h。作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，钛酸锂前驱体溶胶与云母颗粒的质量比为1:8-10。作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，热处理的工艺为：在空气氛围下，在室温下以5-10℃/min的速率升温至800-900℃，保温10-15min，然后以3-5℃/min的速率升温至1100-1200℃，保温4-6h。作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，锑离子和锡离子的摩尔比为5-10:80-90。作为上述技术方案的优选，所述步骤(4)中，氧化锡锑前驱体溶胶、钛酸锂载体和壳聚糖粉末的质量比为1:2-4:2-4。作为上述技术方案的优选，所述步骤(4)中，炭浴与混合物的体积比为100:3-5，高温分解的工艺为：在氮气氛围下，在室温下以10-20℃/min的速率升温至800-850℃，保温30-60min，然后以1-3℃/min的速率升温至900-950℃，保温4-6h。本发明还保护所述的纳米双金属氧化物隔热填料在纳米透明隔热涂料的应用，其特征在于：所述纳米透明隔热涂料包括纳米双金属氧化物隔热填料、丙烯酸改性水性聚氨酯、消泡剂、增稠剂和流平剂。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)本发明制备的基于纳米双金属氧化物隔热填料为掺杂碳氮的钛酸锂载体和氧化锡锑的混合物，其中钛酸锂载体为表面附着钛酸锂的微米级的云母颗粒，云母颗粒的粒径小，通过将钛酸锂前驱体与云母颗粒混合后再经高温处理，使钛酸锂牢固的附着于云母颗粒的表面，降低了钛酸锂的自身团聚现象，提高了填料的分散性和稳定性，且对可见光和近红外区具有较强的反射率，且云母颗粒具有很强的附着力和稳定性，可提高金属氧化物隔热填料的稳定性，此外，本发明制备的金属氧化物隔热填料中还含有氧化锡锑，本发明通过将氧化锡锑前驱体溶胶、钛酸锂载体和壳聚糖粉末三者混合后，加入到炭沙中，在炭化处理的过程中，氧化锡锑前驱体溶胶热分解形成氧化锡锑，壳聚糖炭化成碳材料，使钛酸锂载体、氧化锡锑和碳材料三者之间牢固结合，而且炭沙不仅可以对三者进行均匀的热加工，而且可作为保护层，降低了材料与空气中氧化物的接触，有利于制备得到表面活性大的纳米双金属氧化物隔热填料。(2)本发明制备的纳米双金属氧化物隔热填料中将两种双金属氧化物牢固结合，且含有比表面积大的纳米碳材料作为两种双金属氧化物的桥梁，云母颗粒作为载体，因此制备的纳米双金属氧化物隔热填料的表面活性大，三者之间可以协同催化，电荷密度大，载流体转移速度快，对近红外区的隔热效果佳，且制备的纳米双金属氧化物隔热填料的分散性和稳定性好，可适用于水性隔热涂料的制备中，使用范围广泛，市场前景佳。具体实施方式下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。实施例1：(1)按质量份计，将25份的钛酸四丁酯加入质量比为43:50的柠檬酸水溶液中，搅拌均匀，得到柠檬酸钛前驱体，按照钛离子与锂离子的摩尔比为1:2.1，将柠檬酸钛前驱体中滴加柠檬酸锂溶液，搅拌均匀，在60℃下，以250r/min的速率加热蒸发溶剂2h，得到钛酸锂前驱体溶胶。(2)按照钛酸锂前驱体溶胶与云母颗粒的质量比为1:8，将钛酸锂前驱体溶胶加入云母颗粒中，搅拌均匀，在空气氛围下，在室温下以5℃/min的速率升温至800℃，保温10min，然后以3℃/min的速率升温至1100℃，保温4h，得到钛酸锂载体。(3)按照锑离子和锡离子的摩尔比为5:80，将氯化锡的醇溶液和氯化锑的醇溶液搅拌形成溶胶，在70℃下加热蒸发溶剂1h，以500r/min的转速研磨，得到氧化锡锑前驱体溶胶；(4)将质量比为1:2:2的氧化锡锑前驱体溶胶、钛酸锂载体和壳聚糖粉末混合得到混合物，按照炭浴与混合物的体积比为100:3，将混合物置于炭浴中，在氮气氛围下，在室温下以10℃/min的速率升温至800℃，保温30min，然后以1℃/min的速率升温至900℃，保温4h，得到纳米双金属氧化物隔热填料。(5)按照重量份计，将3份的纳米双金属氧化物隔热填料加入50份的固含量为35％的丙烯酸改性水性聚氨酯乳液中，以1500r/min的转速机械搅拌30min，加入1份份消泡剂、1份的增稠剂和3份的流平剂，以500r/min的转速反复研磨8h，得到基于纳米双金属氧化物隔热填料的纳米透明隔热涂料。实施例2：(1)按质量份计，将28份的钛酸四丁酯加入质量比为45:55的柠檬酸水溶液中，搅拌均匀，得到柠檬酸钛前驱体，按照钛离子与锂离子的摩尔比为1:2.3，将柠檬酸钛前驱体中滴加柠檬酸锂溶液，搅拌均匀，在70℃下，以500r/min的速率加热蒸发溶剂6h，得到钛酸锂前驱体溶胶。(2)按照钛酸锂前驱体溶胶与云母颗粒的质量比为1:10，将钛酸锂前驱体溶胶加入云母颗粒中，搅拌均匀，在空气氛围下，在室温下以10℃/min的速率升温至900℃，保温15min，然后以5℃/min的速率升温至1200℃，保温6h，得到钛酸锂载体。(3)按照锑离子和锡离子的摩尔比为10:90，将氯化锡的醇溶液和氯化锑的醇溶液搅拌形成溶胶，在80℃下加热蒸发溶剂2h，以800r/min的转速研磨，得到氧化锡锑前驱体溶胶；(4)将质量比为1:4:4的氧化锡锑前驱体溶胶、钛酸锂载体和壳聚糖粉末混合得到混合物，按照炭浴与混合物的体积比为100:5，将混合物置于炭浴中，在氮气氛围下，在室温下以20℃/min的速率升温至850℃，保温60min，然后以3℃/min的速率升温至950℃，保温6h，得到纳米双金属氧化物隔热填料。(5)按照重量份计，将5份的纳米双金属氧化物隔热填料加入60份的固含量为40％的丙烯酸改性水性聚氨酯乳液中，以2500r/min的转速机械搅拌45min，加入1.5份份消泡剂、3份的增稠剂和5份的流平剂，以800r/min的转速反复研磨12h，得到基于纳米双金属氧化物隔热填料的纳米透明隔热涂料。实施例3：(1)按质量份计，将26份的钛酸四丁酯加入质量比为44:53的柠檬酸水溶液中，搅拌均匀，得到柠檬酸钛前驱体，按照钛离子与锂离子的摩尔比为1:2.2，将柠檬酸钛前驱体中滴加柠檬酸锂溶液，搅拌均匀，在65℃下，以300r/min的速率加热蒸发溶剂4h，得到钛酸锂前驱体溶胶。(2)按照钛酸锂前驱体溶胶与云母颗粒的质量比为1:9.5，将钛酸锂前驱体溶胶加入云母颗粒中，搅拌均匀，在空气氛围下，在室温下以6℃/min的速率升温至850℃，保温13min，然后以4℃/min的速率升温至1150℃，保温5h，得到钛酸锂载体。(3)按照锑离子和锡离子的摩尔比为6:85，将氯化锡的醇溶液和氯化锑的醇溶液搅拌形成溶胶，在75℃下加热蒸发溶剂1.5h，以600r/min的转速研磨，得到氧化锡锑前驱体溶胶；(4)将质量比为1:2.5:3的氧化锡锑前驱体溶胶、钛酸锂载体和壳聚糖粉末混合得到混合物，按照炭浴与混合物的体积比为100:4，将混合物置于炭浴中，在氮气氛围下，在室温下以15℃/min的速率升温至830℃，保温45min，然后以1.5℃/min的速率升温至930℃，保温5h，得到纳米双金属氧化物隔热填料。(5)按照重量份计，将4份的纳米双金属氧化物隔热填料加入55份的固含量为38％的丙烯酸改性水性聚氨酯乳液中，以2000r/min的转速机械搅拌35min，加入1.3份份消泡剂、2.5份的增稠剂和4.5份的流平剂，以600r/min的转速反复研磨10.5h，得到基于纳米双金属氧化物隔热填料的纳米透明隔热涂料。实施例3：(1)按质量份计，将27份的钛酸四丁酯加入质量比为44:54的柠檬酸水溶液中，搅拌均匀，得到柠檬酸钛前驱体，按照钛离子与锂离子的摩尔比为1:2.3，将柠檬酸钛前驱体中滴加柠檬酸锂溶液，搅拌均匀，在69℃下，以450r/min的速率加热蒸发溶剂4.5h，得到钛酸锂前驱体溶胶。(2)按照钛酸锂前驱体溶胶与云母颗粒的质量比为1:9.5，将钛酸锂前驱体溶胶加入云母颗粒中，搅拌均匀，在空气氛围下，在室温下以8℃/min的速率升温至830℃，保温11min，然后以4.5℃/min的速率升温至1150℃，保温5.5h，得到钛酸锂载体。(3)按照锑离子和锡离子的摩尔比为9:84，将氯化锡的醇溶液和氯化锑的醇溶液搅拌形成溶胶，在77℃下加热蒸发溶剂1.5h，以650r/min的转速研磨，得到氧化锡锑前驱体溶胶；(4)将质量比为1:3.5:2的氧化锡锑前驱体溶胶、钛酸锂载体和壳聚糖粉末混合得到混合物，按照炭浴与混合物的体积比为100:4.5，将混合物置于炭浴中，在氮气氛围下，在室温下以14℃/min的速率升温至810℃，保温50min，然后以2.5℃/min的速率升温至910℃，保温5.5h，得到纳米双金属氧化物隔热填料。(5)按照重量份计，将4.5份的纳米双金属氧化物隔热填料加入55份的固含量为39％的丙烯酸改性水性聚氨酯乳液中，以2100r/min的转速机械搅拌35min，加入1.4份份消泡剂、2.5份的增稠剂和4.5份的流平剂，以750r/min的转速反复研磨11h，得到基于纳米双金属氧化物隔热填料的纳米透明隔热涂料。实施例4：(1)按质量份计，将25份的钛酸四丁酯加入质量比为45:50的柠檬酸水溶液中，搅拌均匀，得到柠檬酸钛前驱体，按照钛离子与锂离子的摩尔比为1:2.3，将柠檬酸钛前驱体中滴加柠檬酸锂溶液，搅拌均匀，在60℃下，以500r/min的速率加热蒸发溶剂2h，得到钛酸锂前驱体溶胶。(2)按照钛酸锂前驱体溶胶与云母颗粒的质量比为1:10，将钛酸锂前驱体溶胶加入云母颗粒中，搅拌均匀，在空气氛围下，在室温下以5℃/min的速率升温至900℃，保温10min，然后以5℃/min的速率升温至1100℃，保温6h，得到钛酸锂载体。(3)按照锑离子和锡离子的摩尔比为5:90，将氯化锡的醇溶液和氯化锑的醇溶液搅拌形成溶胶，在70℃下加热蒸发溶剂2h，以500r/min的转速研磨，得到氧化锡锑前驱体溶胶；(4)将质量比为1:4:2的氧化锡锑前驱体溶胶、钛酸锂载体和壳聚糖粉末混合得到混合物，按照炭浴与混合物的体积比为100:5，将混合物置于炭浴中，在氮气氛围下，在室温下以10℃/min的速率升温至850℃，保温30min，然后以3℃/min的速率升温至900℃，保温6h，得到纳米双金属氧化物隔热填料。(5)按照重量份计，将3份的纳米双金属氧化物隔热填料加入60份的固含量为35％的丙烯酸改性水性聚氨酯乳液中，以2500r/min的转速机械搅拌30min，加入1.5份份消泡剂、1份的增稠剂和5份的流平剂，以500r/min的转速反复研磨12h，得到基于纳米双金属氧化物隔热填料的纳米透明隔热涂料。实施例5：(1)按质量份计，将28份的钛酸四丁酯加入质量比为43:55的柠檬酸水溶液中，搅拌均匀，得到柠檬酸钛前驱体，按照钛离子与锂离子的摩尔比为1:2.1，将柠檬酸钛前驱体中滴加柠檬酸锂溶液，搅拌均匀，在70℃下，以250r/min的速率加热蒸发溶剂6h，得到钛酸锂前驱体溶胶。(2)按照钛酸锂前驱体溶胶与云母颗粒的质量比为1:8，将钛酸锂前驱体溶胶加入云母颗粒中，搅拌均匀，在空气氛围下，在室温下以10℃/min的速率升温至800℃，保温15min，然后以3℃/min的速率升温至1200℃，保温4h，得到钛酸锂载体。(3)按照锑离子和锡离子的摩尔比为10:80，将氯化锡的醇溶液和氯化锑的醇溶液搅拌形成溶胶，在80℃下加热蒸发溶剂1h，以800r/min的转速研磨，得到氧化锡锑前驱体溶胶；(4)将质量比为1:2:4的氧化锡锑前驱体溶胶、钛酸锂载体和壳聚糖粉末混合得到混合物，按照炭浴与混合物的体积比为100:3，将混合物置于炭浴中，在氮气氛围下，在室温下以20℃/min的速率升温至800℃，保温60min，然后以1℃/min的速率升温至950℃，保温4h，得到纳米双金属氧化物隔热填料。(5)按照重量份计，将5份的纳米双金属氧化物隔热填料加入50份的固含量为40％的丙烯酸改性水性聚氨酯乳液中，以1500r/min的转速机械搅拌45min，加入1份份消泡剂、3份的增稠剂和3份的流平剂，以800r/min的转速反复研磨8h，得到基于纳米双金属氧化物隔热填料的纳米透明隔热涂料。将实施例1-5制备的基于纳米双金属氧化物隔热填料的纳米透明隔热涂料涂抹成膜后的外观、透明度、近红外光区的透过率、硬度和附着力的结果如下所示：实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5外观透明平整透明平整透明平整透明平整透明平整透明度(％)8283848283近红外光区的透过率(％)32.430.631.432.031.8铅笔硬度2h3h2h3h3h附着力(级)11111由上表可见，本发明制备的基于纳米双金属氧化物隔热填料的纳米透明隔热涂料的成膜性好，透明度好，对近红外光区能量具有明显的阻隔作用，且硬度强，附着力好。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属
技术领域：
中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。当前第1页1 2 3

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