一种核壳结构ATO纳米粒子包裹的硅酸盐纳米微球复合材料及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种核壳结构ATO纳米粒子包裹的硅酸盐纳米微球复合材料及其应用，属于纳米功能涂料技术领域。该复合材料包括93～97wt％硅酸盐纳米微球复合材料和3～7wt％ATO纳米粒子。本发明专利技术以钢渣为主要原料，制备硅酸盐微球，粒径范围纳米级，再以ATO纳米粒子修饰硅酸盐纳米微球。在研究过程中以其实际功能应用为导向进行设计、制备和组装纳米复合功能材料，实验设备及工艺方法简单，经济成本低。本发明专利技术所制备的纳米复合材料粒子分散性好、反射能力强、防水、阻燃、稳定性良好的特性，可制备环境友好型隔热、保温、防水和阻燃涂层，广泛应用于建筑物内、外墙、门窗等隔热保温材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米功能涂料
，具体涉及一种环境友好型隔热、保温、防水和阻燃涂料用纳米微球无机复合材料的制备方法。
技术介绍
随着人们对建筑物美学要求越来越高，玻璃体建筑材料使用率也越来越高。当前石英玻璃具有优良的物理性能和化学性能,其具有极强的耐热冲击能力,热膨胀系数低,高温下工作稳定性好，但对紫外到红外的波长范围内的光具有较高的透过率,尤其对红外光透过率更高，散热缓慢，易造成建筑物内持续高温，困扰用户和科研人员。专利CN1563231A公开了纳米锑掺杂的二氧化锡(antimonydopedtinoxide,简称ATO)和ITO等组成的涂料，附着力强、透明、能屏蔽红外线隔热；专利CN103351757A使用FZO和AZO等功能粒子，其对红外光阻隔率只有60％、可见光透过率为70％；刘成楼的纳米ATO透明隔热涂料，以纳米级粉体填充、并以ATO有机硅乳液改性丙烯酸树脂成膜，应用于玻璃隔热。但这些隔热涂料往往都具有较高的红外阻隔率和可见光透过率，表面硬度较差，严重影响了其实际应用效果。因此在不影响隔热涂料光学性能的前提下、充分提高其硬度使其耐刮，已成为新型隔热保温材料的关键。专利CN200410048047.1通过加入空心陶瓷来降低导热效率，使用了对环境有害的二甲苯溶剂；专利CN03147361.X以高岭土作为填料提高其硬度，其隔热效率较差。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术要解决的技术问题是提供一种核/壳结构ATO纳米粒子包裹的硅酸盐纳米微球复合材料，以期该材料具有分散性好、反射能力强、防水、阻燃、稳定性良好的特性，可用于制备环境友好型隔热、保温、防水和阻燃涂层。为了解决以上技术问题，本专利技术是通过以下技术方案予以实现的。本专利技术一种核/壳结构ATO纳米粒子包裹的硅酸盐纳米微球复合材料，以质量百分比计，包括：93～97％硅酸盐纳米微球，3～7％ATO纳米粒子，其制备方法如下：(1)按质量比1:1.05～1.5称取钢渣和98％工业硫酸，将钢渣溶于硫酸，控制溶液pH值在1.0～2.8；以质量份计，取上清液1份，加入20～200份去离子水中，并逐渐加入7～70份乙醇，加入氢氧化钠溶液控制溶液酸碱度pH至3.0～4.5，直至硅酸盐球形纳米粒子完全析出，反应体系于2000～4000rpm离心分离后，用去离子水或乙醇清洗，于60℃下烘干2h，得硅酸盐纳米微球备用，粒径分布50～600nm；(2)配置Sn4+离子和Sb5+乙醇溶液，控制Sn4+离子在30～500mM、掺杂Sb5+离子浓度为0.5～1mM，加入去离子水和NaOH溶液，使反应体系呈中性至碱性，加入30wt％过氧化氢、并控制溶液过氧化氢浓度为8～30wt％，简单震荡即得ATO纳米粒子溶液备用，粒径分布3～20nm；(3)将步骤(2)得到的ATO纳米粒子的溶液和步骤(1)得到的硅酸盐纳米微球混均，所述ATO纳米粒子和硅酸盐纳米微球的质量份比为1︰20～100，再加入50～200份乙醇中，混均反应10～20min，反应体系在1000～3000rpm离心分离，于60℃下烘干2h，得到目标产物：核/壳结构ATO纳米粒子包裹的硅酸盐纳米微球复合材料。上述核/壳结构ATO纳米粒子包裹的硅酸盐纳米微球复合材料可应用于制备隔热、保温、防水和阻燃涂层。本专利技术(Ca,Fe,Mg,Mn)硅酸盐微纳米球形粒子形成原理：钢渣与酸发生酸解反应，部分Ca2+、Mg2+、Fe3+/2+、Mn4+/2+和Si4+/Al3+离子进入溶液；随着溶液碱性化，Si以[H4SiO4-OH]n-存在溶液中，与溶液中阳离子Ca2+、Mg2+、Fe3+/2+、Mn4+/2+产生作用(静电引力)，发生团聚，形成纳米微球粒子。粒子大小可调控溶液pH值(3.0～4.5)，来调控[H4SiO4-OH]-缩合度。与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：1、ATO纳米粒子修饰的(Ca,Fe,Mg,Mn)硅酸盐纳米微球复合涂层在可见光内有良好的透过性能(透过率可达90％以上)及在红外区域有优异的热反射性能(发射率可达95％左右)。2、ATO纳米粒子修饰的(Ca,Fe,Mg,Mn)硅酸盐纳米微球复合涂层较好的硬度(4H)、附着性能(1级)、耐冲击性能(50)、耐热性能(300)及良好的防水性能(95)。3、ATO纳米粒子修饰的(Ca,Fe,Mg,Mn)硅酸盐纳米微球复合涂层具有良好的阻燃性能(1000℃以上仍稳定存在)。4、本专利技术以钢渣为主要原料，制备(Ca,Fe,Mg,Mn)硅酸盐微球，粒径范围纳米级，再以ATO纳米粒子修饰(Ca,Fe,Mg,Mn)硅酸盐纳米微球。在研究过程中以其实际功能应用为导向进行设计、制备和组装纳米复合功能材料，实验设备及工艺方法简单，经济成本低。5、整个反应条件温和。回收滤液，通过简单物理过程处理，回收废醇、废酸、ATO纳米粒子和(Ca,Fe,Mg,Mn)硅酸盐微球，均可循环使用。附图说明图1为(Ca,Fe,Mg,Mn)硅酸盐微球的扫描电镜图(放大比例100K×)。图2为ATO纳米粒子修饰的(Ca,Fe,Mg,Mn)硅酸盐微球扫描电镜图(放大比例100K×)。图3为ATO纳米粒子修饰的(Ca,Fe,Mg,Mn)硅酸盐微球扫描电镜图(放大比例400K×)。具体实施方式以下结合具体实施例详述本专利技术，但本专利技术不局限于下述实施例。实施例1(1)空心(Ca,Fe,Mg,Mn)硅酸盐微纳米微球制备称取10.0钢渣，加入98％工业硫酸300mL溶液中，静止12h取上清溶液1份(为质量份，下同)，加入30份去离子水中，并逐渐加入10份乙醇，并加入适量的NaOH溶液调控溶液的酸碱度(pH＝4.5)，直到(Ca,Fe,Mg,Mn)硅酸盐球纳米微球完全析出，反应体系在2000rpm下离心，用去离子水清洗4次，在60℃下干燥1h，得空心(Ca,Fe,Mg,Mn)硅酸盐微纳米球形粒子，粒径分布400～500nm。(2)ATO纳米粒子溶液制备制备100mM的Sn4+离子碱性溶液，掺杂Sb5+离子浓度为1mM乙醇溶液，加入适量的去离子水和NaOH溶液，加入适量的30wt％过氧化氢、并控制溶液浓度在10wt％，简单震荡即得澄清的ATO纳米粒子溶液。(3)ATO纳米粒子修饰空心(Ca,Fe,Mg,Mn)硅酸盐微纳米球将20份空心(Ca,Fe,Mg,Mn)硅酸盐微纳米球加入ATO纳米粒子溶液(含1份ATO纳米粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种核壳结构ATO纳米粒子包裹的硅酸盐纳米微球复合材料，其特征在于：以质量百分比计，该复合材料包括：93～97％硅酸盐纳米微球，3～7％ATO纳米粒子，其制备方法如下：(1)按质量比1:1.05～1.5称取钢渣和98％工业硫酸，将钢渣溶于硫酸，控制溶液pH值在1.0～2.8；以质量份计，取上清液1份，加入20～200份去离子水中，并逐渐加入7～70份乙醇，加入氢氧化钠溶液控制溶液酸碱度pH至3.0～4.5，直至硅酸盐球形纳米粒子完全析出，反应体系于2000～4000rpm离心分离后，用去离子水或乙醇清洗，于60℃下烘干2h，得硅酸盐纳米微球备用，粒径分布50～600nm；(2)配置Sn4+离子和Sb5+乙醇溶液，控制Sn4+离子在30～500mM、掺杂Sb5+离子浓度为0.5～1mM，加入去离子水和NaOH溶液，使反应体系呈中性至碱性，加入30wt％过氧化氢、并控制溶液过氧化氢浓度为8～30wt％，简单震荡即得ATO纳米粒子溶液备用，粒径分布3～20nm；(3)将步骤(2)得到的ATO纳米粒子的溶液和步骤(1)得到的硅酸盐纳米微球混均，所述ATO纳米粒子和硅酸盐纳米微球的质量份比为1︰20～100，再加入50～200份乙醇中，混均反应10～20min，反应体系在1000～3000rpm离心分离，于60℃下烘干2h，得到目标产物：核/壳结构ATO纳米粒子包裹的硅酸盐纳米微球复合材料。...

【技术特征摘要】
1.一种核壳结构ATO纳米粒子包裹的硅酸盐纳米微球复合材料，其特征
在于：以质量百分比计，该复合材料包括：93～97％硅酸盐纳米微球，3～7％ATO
纳米粒子，其制备方法如下：
(1)按质量比1:1.05～1.5称取钢渣和98％工业硫酸，将钢渣溶于硫酸，
控制溶液pH值在1.0～2.8；以质量份计，取上清液1份，加入20～200份去离
子水中，并逐渐加入7～70份乙醇，加入氢氧化钠溶液控制溶液酸碱度pH至
3.0～4.5，直至硅酸盐球形纳米粒子完全析出，反应体系于2000～4000rpm离
心分离后，用去离子水或乙醇清洗，于60℃下烘干2h，得硅酸盐纳米微球备
用，粒径分布50～600nm；
(2)配置Sn4+离子和Sb5+乙醇溶液，控制Sn4+离子在30～500mM、掺杂S...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹发斌，王平，刘伟明，吴照金，朱建华，申星梅，武杏荣，李辽沙，吕辉鸿，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34