辐射制冷涂料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种辐射制冷涂料及其制备方法和应用，该辐射制冷涂料按照质量百分含量计包括以下原料组分：多孔堇青石4％～8％，二氧化钛10％～18％，丙烯酸树脂22％～35％，硅烷偶联剂0.5％～1.5％，成膜助剂0.1％～1％，流平剂0.1％～1％，分散剂0.1％～1％，消泡剂0.2％～1％，增稠剂0.1％～2％，防闪锈剂0.1％～2％，余量为二丙二醇甲醚醋酸酯，由上述原料混合后制得。本发明专利技术辐射制冷涂料同时具备太阳光高反射率和大气窗口内选择性高辐射率，其制备方法具有简单易行、成本低廉等优点，同时由该涂料制得的辐射制冷涂层能够实现全天候制冷，制冷效果好，有着很高的使用价值和应用前景。

Radiation refrigeration coating and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
辐射制冷涂料及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种辐射制冷涂料及其制备方法和应用。
技术介绍
被动辐射冷却技术无需能量输入即可实现降温甚至制冷效果。但因为向外辐射出去的热量有一大部分会被大气中的各种成分吸收截留，只有小部分红外辐射能够自由地穿过“大气窗口”被抛向外太空，所以，要实现高效制冷，就要求材料的红外辐射尽可能集中在窗口波段，即8～13μm。实现日间辐射冷却，除要满足选择性辐射外，还需要阻止太阳光热量的进入，因此，材料表面还应具备极高的太阳光反射能力。超材料虽具备完美实现上述功能的潜力，但考虑到成本和可加工性，辐射制冷涂料尤其是兼具强太阳光反射能力和大气窗口内选择性强辐射功能的颜填料更具研究价值。以磷酸锌钠(NaZnPO4)为代表的新型颜填料的开发已有报道，而对传统隔热涂料用颜填料进行改造，性价比更高。因为无论是隔热涂料的隔热机理、配方或者制备工艺都已经非常成熟，特别是对常用填料的功能改性研究，相关专利和文献报道很多。隔热涂料按作用机理分为四类：反射型隔热涂料、辐射型隔热涂料、阻隔型隔热涂料以及复合型隔热涂料，显然，后者功能更强。目前，复合型隔热涂料最大的问题在于：一、反射型填料虽可较强地反射太阳光，但对近红外反射不够强、窗口内红外辐射散热能力弱，且缺乏选择性红外辐射特征；二、辐射填料虽有强红外辐射能力，但缺乏选择性红外辐射特征，尤其是对太阳光的反射能力较弱，如果将其部分替代反射填料，会削弱复合涂料对太阳光的反射性能。因此，对隔热涂料进行改造的重点就是开发一种同时具备优异的选择性红外强辐射特征和较高太阳光反射能力的辐射型颜填料，以保证将其与现有的商业反射填料复合，能实现日间辐射制冷效果。堇青石(2MgO-2Al2O3-5SiO2)是一种具备高红外辐射特征的陶瓷材料，并且具有热膨胀系数低、介电常数低、介电损耗小、化学稳定性高等优点，广泛应用在辐射型隔热涂料，或作为反射型隔热涂料中的重要填料使用，具备用于辐射制冷涂料的潜力。目前，关于堇青石粉体制备方法的专利和文献较多，但偏重于关注粉体的粒径、纯度和烧结活性，均未提及堇青石粉体的太阳光(0.3～2.5μm)反射能力，且尚无对其反射能力进行改善并将其作为填料用于隔热涂料的相关技术和启示。此外，关于如何调整工艺以提高堇青石粉体在大气窗口(8～13μm)以外的红外反射能力的研究也未见报道。实际上，现有技术中制得的堇青石由于孔径单一，仅有240nm，根据Mie理论并借鉴太阳能电池光吸收层的研究成果，这种孔径会起到强化太阳光吸收的效果，因而不可能具备优异的隔热性能。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种同时具备太阳光高反射率和大气窗口内选择性高辐射率的辐射制冷涂料及其制备方法和应用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种辐射制冷涂料，所述辐射制冷涂料按照质量百分含量计包括以下原料组分：上述的辐射制冷涂料，进一步改进的，所述多孔堇青石的制备方法，包括以下步骤：S1、将镁盐、铝盐溶解到无水乙醇中，加入正硅酸乙酯的乙醇溶液，调节所得混合溶液的pH值为1～6进行反应，形成溶胶；S2、将步骤S1中得到的溶胶加热至45℃～70℃，静置24h～72h，形成凝胶，烘干，研磨；S3、将步骤S2中研磨后得到的样品进行煅烧，得到多孔堇青石。上述的辐射制冷涂料，进一步改进的，所述步骤S3中，所述煅烧为先将步骤S2中研磨后得到的样品升温至400℃～550℃保温1h～4h，再升温至900℃～1300℃，保温1h～4h；所述煅烧过程中升温速率为5℃/min～15℃/min。上述的辐射制冷涂料，进一步改进的，所述步骤S1中，所述镁盐、铝盐和所述正硅酸乙酯的乙醇溶液中的正硅酸乙酯的镁、铝、硅摩尔比为1.9～2.1∶3.8～4.2∶4.8～5.2；所述镁盐为六水合硝酸镁、氯化镁、碳酸镁中的至少一种；所述铝盐为九水合硝酸铝、氯化铝、碳酸铝中的至少一种；所述溶解在温度为65℃～70℃的回流搅拌条件下进行；所述混合溶液的pH值采用氨水或稀盐酸进行调节；所述反应在温度为45℃～55℃的回流搅拌条件下进行；所述反应的时间为1h～4h；所述步骤S2中，所述烘干在温度为70℃～90℃下进行；所述烘干的时间为12h～36h。上述的辐射制冷涂料，进一步改进的，所述多孔堇青石的内部呈三维网状结构；所述多孔堇青石中的孔洞尺寸主要介于1μm～3μm之间，所述孔洞的孔壁上分布着亚微米孔洞。上述的辐射制冷涂料，进一步改进的，所述二氧化钛为金红石型二氧化钛；所述硅烷偶联剂为Z6040；所述成膜助剂为Loxanol@CA5308；所述流平剂为BYK-3700；所述分散剂为Efka@FA4654AN；所述消泡剂为TEGO@Foamex810；所述增稠剂为Rheovis@PE1331；所述防闪锈剂为Efka@MI6613。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种如上述的辐射制冷涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将多孔堇青石、二氧化钛、二丙二醇甲醚醋酸酯、硅烷偶联剂、成膜助剂、流平剂、分散剂、消泡剂、增稠剂、防闪锈剂混合，超声，搅拌，使它们混合均匀，得到浆料。(2)将丙烯酸树脂加入步骤(1)中得到的浆料中，搅拌，得到辐射制冷涂料。上述的辐射制冷涂料的制备方法，进一步改进的，所述步骤(1)中，所述超声的时间为20min～120min；所述搅拌的时间为20min～120min；所述步骤(2)中，所述搅拌的时间为1h～3h。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种上述的辐射制冷涂料或上述的制备方法制得的辐射制冷涂料在制备辐射制冷涂层中的应用。上述的应用，进一步改进的，所述辐射制冷涂层的制备过程中辐射制冷涂料的湿膜厚度为0.3mm～2mm。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)本专利技术提供了一种辐射制冷涂料，包括二氧化钛、多孔堇青石、丙烯酸树脂、二丙二醇甲醚醋酸酯、硅烷偶联剂、成膜助剂、流平剂、分散剂、消泡剂、增稠剂、防闪锈剂，其中二氧化钛作为反射型功能颜填料，起到反射太阳光的作用，是颜填料的主体；多孔堇青石作为辐射型功能颜填料，可将热量通过大气窗口辐射出去，同时可以弥补反射填料对大气窗口以外近红外反射率较低的不足，还因为对太阳光也有较强反射作用，使得即使减少反射型颜填料的用量，也不会损失涂料的太阳光反射性能；丙烯酸树脂是成膜物质；二丙二醇甲醚醋酸酯作为溶剂使用；成膜助剂能促进高分子化合物塑性流动和弹性变形，改善了聚结性能，拓宽了涂料成膜的施工温度范围；流平剂能够降低涂料的表面张力，促使涂料在干燥成膜过程中形成一个平整、光滑、均匀的涂膜；分散剂可以改善固态颜填料在液相中的分散程度，防止颗粒的沉降和凝聚；消泡剂能降低悬浮液的表面张力，防止泡沫形成；增稠剂可以使涂料保持均匀的稳定的悬浮状态；防闪锈剂可以缓解涂料在金属表面使用所带来的闪锈问题。本专利技术辐射制冷涂料同时具备太阳光高反射率和大气窗口内选择性高辐射率，能够实现全天候制冷，且制冷效果较好本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种辐射制冷涂料，其特征在于，所述辐射制冷涂料按照质量百分含量计包括以下原料组分：/n

【技术特征摘要】
1.一种辐射制冷涂料，其特征在于，所述辐射制冷涂料按照质量百分含量计包括以下原料组分：





2.根据权利要求1所述的辐射制冷涂料，其特征在于，所述多孔堇青石的制备方法，包括以下步骤：
S1、将镁盐、铝盐溶解到无水乙醇中，加入正硅酸乙酯的乙醇溶液，调节所得混合溶液的pH值为1～6进行反应，形成溶胶；
S2、将步骤S1中得到的溶胶加热至45℃～70℃，静置24h～72h，形成凝胶，烘干，研磨；
S3、将步骤S2中研磨后得到的样品进行煅烧，得到多孔堇青石。


3.根据权利要求2所述的辐射制冷涂料，其特征在于，所述步骤S3中，所述煅烧为先将步骤S2中研磨后得到的样品升温至400℃～550℃保温1h～4h，再升温至900℃～1300℃，保温1h～4h；所述煅烧过程中升温速率为5℃/min～15℃/min。


4.根据权利要求3所述的辐射制冷涂料，其特征在于，所述步骤S1中，所述镁盐、铝盐和所述正硅酸乙酯的乙醇溶液中的正硅酸乙酯的镁、铝、硅摩尔比为1.9～2.1∶3.8～4.2∶4.8～5.2；所述镁盐为六水合硝酸镁、氯化镁、碳酸镁中的至少一种；所述铝盐为九水合硝酸铝、氯化铝、碳酸铝中的至少一种；所述溶解在温度为65℃～70℃的回流搅拌条件下进行；所述混合溶液的pH值采用氨水或稀盐酸进行调节；所述反应在温度为45℃～55℃的回流搅拌条件下进行；所述反应的时间为1h～4h；
所述步骤S2中，所述烘干在温度为70℃～90℃下进行；所述烘干的时间为12h～36h。


5.根据权利要求1～4中任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：王璟，杨玲妮，穆思彤，楚增勇，郭涛涛，周浒林，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43