一种可喷涂的太阳光热转换功能凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种可喷涂的太阳光热转换功能凝胶及其制备方法和应用，该太阳光热转换功能凝胶的制备分为两步，首先利用油胺化的聚琥珀酰亚胺对光热转换材料进行表面修饰，然后将油胺化的聚琥珀酰亚胺修饰的光热转换纳米材料分散在硅凝胶中，并通过调节体系pH和加入水性聚氨基甲酸酯制备得到太阳光热转换功能凝胶。该凝胶可通过喷枪喷涂到玻璃、金属、建筑物等任何物体上，并形成表面光滑平整的功能涂层，解决了光热转换纳米材料颗粒在水性硅凝胶中分散不均匀的问题。该方法操作简单，原料简单易得，制备的太阳光热转换功能凝胶具有较好的光热转换性能和优异的稳定性，在玻璃暖房、建筑节能等领域具有广泛的应用前景。建筑节能等领域具有广泛的应用前景。建筑节能等领域具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种可喷涂的太阳光热转换功能凝胶及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及太阳光热转换功能凝胶的制备领域，具体涉及一种可喷涂的太阳光热转换功能凝胶及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]太阳光热转换材料是一种能将太阳能转换成热能的纳米材料，在农业、建筑等领域具有广泛的应用前景。将太阳光热转换材料制备成可喷涂的功能涂层是实现其在建筑、农业领域应用最佳途径之一。但目前太阳光热转换效率高的大多数是无机纳米材料，其分散性较差，无法形成均匀的涂层；其次，太阳转换功能涂层的制备方法主要有气相沉积、溅射沉积法、化学渡法、溶胶
‑
凝胶法等方法，这些方法存在操作复杂、功能涂层与基材结合强度弱以及不适合大面积制备等问题，因此，亟需发展一种简单高效、涂层分散均匀且结合力度强的光热功能凝胶的大面积制备方法。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种可喷涂的太阳光热转换功能凝胶及其制备方法和应用，该功能凝胶可直接喷涂到基材表面形成涂层，具有涂层分散均匀且结合力度强的特点。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0005]本专利技术第一方面提供了一种可喷涂的太阳光热转换功能凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0006](1)对光热转换材料进行表面修饰
[0007]将聚琥珀酰亚胺(PSI)加入至DMF中，在60
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80℃的加热条件下搅拌至完全溶解得到聚琥珀酰亚胺溶液，然后向其中加入油胺进行反应10
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15h，得到油胺化的聚琥珀酰亚胺，简称PSI
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OAm，使PSI
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OAm从溶剂中分离出来后将其溶于氯仿中，得到PSI
‑
OAm/氯仿溶液；将光热转换纳米材料分散在水中，并向其中加入PSI
‑
OAm/氯仿溶液，超声处理后，对其进行固液分离，对所得的固体物料进行水洗后，得到PSI
‑
OAm修饰的光热转换纳米材料。
[0008]其中：所述光热转换纳米材料为硫化铜纳米材料，所述硫化铜纳米材料可选用Cu7S4纳米颗粒也可以选用CuS纳米片等。
[0009](2)制备太阳光热转换功能凝胶
[0010]将正硅酸四乙酯滴加到去离子水和乙醇溶液中，其体积比为18：9.32：4.475，然后用浓度为0.05
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0.2mol/L的冰醋酸调节混合溶液的pH为4
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5，室温下搅拌反应1
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2h直至溶液由浑浊变澄清，随后用浓度为0.05
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0.2mol/L的氨水调节溶液pH为7
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8得到硅凝胶；向硅凝胶中加入修饰后的光热转换材料，超声分散后加入水性聚氨基甲酸酯，简称水性PU，混合均匀后得到太阳光热转换功能凝胶。优选的，太阳光热转换功能凝胶中水性PU的含量为1wt％～5wt％。
[0011]在上述太阳光热转换功能凝胶的制备过程中，先将混合溶液的pH调节在4
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5之间，
为制备硅凝胶提供合适的酸环境。在反应结束即溶液由浑浊变澄清后，再将溶液的pH调节到7
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8，此时溶液属于近中性，易于硅凝胶与水性PU、光热转换纳米材料之间反应。上述反应中，溶液pH偏酸会引起光热转换纳米颗粒的团聚，溶液pH偏碱会引起复合溶胶的凝胶化。
[0012]由于光热转换材料硫化铜纳米颗粒具有较高的表面活性，其在功能涂层应用中易发生团聚从而对其光热转换性能及涂层的稳定性产生影响，因此，本专利技术通过表面修饰技术提高光热转换材料硫化铜纳米颗粒在硅凝胶中的分散性。由于硫化铜纳米颗粒的表面是负电性的，本专利技术首先制备具有两亲性的PSI
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OAm，其中带正电疏水的油胺基与带负电的硫化铜发生静电吸附，而PSI的亲水端使得修饰后的硫化铜均匀地分散在水中，从而提高硫化铜纳米颗粒在硅凝胶中的分散性，得到稳定的功能凝胶。
[0013]另外，在制备功能涂层时，由于表面张力的存在，无机硫化铜纳米颗粒与硅凝胶的复合溶液在热处理后易发生分层现象。为避免分层现象，本专利技术选用水性PU，利用水性PU分子中含有大量的极性基团，其分子间作用力较强，具有其优异的成膜能力，将其与光热转换材料、硅凝胶进行复合，优化功能凝胶成膜效果，最终形成均匀稳定的涂层。
[0014]本专利技术第二方面提供了一种可喷涂的太阳光热转换功能凝胶，该太阳光热转换功能凝胶是根据本专利技术第一方面提供的制备方法制备所得。
[0015]本专利技术第三方面提供了上述太阳光热转换功能凝胶作为功能涂层的应用，包括以下步骤，使用喷笔将太阳光热转换功能凝胶喷涂到基材上，保持喷头的发线方向与基材表面垂直，然后干燥处理即可在基材的表面得到功能涂层。进一步优选的，所述基材为玻璃、金属或建筑物。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0017]1、本专利技术中的可喷涂式太阳光热转换功能凝胶的制备方法通过对光热转换材料进行表面修饰，成功地将光热转换材料均匀地分散在硅凝胶中，制备成了光热转换功能凝胶。
[0018]2、本专利技术中的太阳光热转换功能凝胶可以利用喷枪喷涂在各种基材表面，如玻璃、金属、建筑物等。本专利技术操作简单，原料易得，在一般化学实验室均能制得，易于推广，便于在农用玻璃大棚、建筑物等的应用。
附图说明
[0019]图1为实施例1制备得到的PSI
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OAm修饰的Cu7S4纳米颗粒的SEM图；
[0020]图2为实施例1制备得到的太阳光热转换功能凝胶的丁达尔现象；
[0021]图3为Cu7S4纳米颗粒(A)和PSI
‑
OAm修饰的Cu7S4纳米颗粒(B)在硅凝胶中的分散稳定性对比图；
[0022]图4为实施例1中制得的负载有功能涂层的玻璃片的光学照片；
[0023]图5为图4中玻璃片的横截面SEM图；
[0024]图6为实施例2中制备得到的太阳光热转换功能凝胶的丁达尔现象；
[0025]图7为实施例2中制得的负载有功能涂层的玻璃片的光学照片；
[0026]图8为实施例3中制备得到的太阳光热转换功能凝胶的丁达尔现象；
[0027]图9为实施例3中制得的负载有功能涂层的玻璃片的光学照片。
具体实施方式
[0028]结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行进一步详细说明。以下所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0029]需要说明的是下列实施例中所用的试剂和原料均为市售产品，市购可得。其中：水性聚氨基甲酸酯使用的是深圳市吉田化工有限公司生产的型号为F0401的水性聚氨酯。上述试剂只是为了说明本专利技术实验时所采用的试剂来源和成分，以便充分公开，并不表示采用其他同类试剂或其他供应商提供的试剂就不能实现本专利技术，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0030]下列实施例中所用的光热转换材料为空心的Cu7S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可喷涂的太阳光热转换功能凝胶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)对光热转换材料进行表面修饰：将聚琥珀酰亚胺溶解在溶剂中得到聚琥珀酰亚胺溶液，然后向其中加入油胺进行反应，得到油胺化的聚琥珀酰亚胺，即PSI
‑
OAm，使PSI
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OAm从溶剂中分离出来后将其溶于氯仿中，得到PSI
‑
OAm/氯仿溶液；将光热转换纳米材料分散在水中，并向其中加入PSI
‑
OAm/氯仿溶液，超声处理后，对其进行固液分离，对所得的固体物料进行水洗后，得到PSI
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OAm修饰的光热转换纳米材料；(2)制备太阳光热转换功能凝胶：将正硅酸四乙酯加入到乙醇的水溶液中，然后加入酸调节其pH至酸性得到混合溶液；室温下对混合溶液进行搅拌直至混合溶液由浑浊变澄清，随后加入碱调节其pH至7
‑
8得到硅凝胶；向硅凝胶中加入PSI
‑
OAm修饰的光热转换纳米材料，超声分散后加入水性聚氨基甲酸酯，混合均匀后得到太阳光热转换功能凝胶。2.根据权利要求1所述的可喷涂的太阳光热转换功能凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述溶剂为N,N
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二甲基甲酰胺；所述溶剂的温度为60
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80℃；加入油胺进行反应的时间为10
‑
15h。3.根据权利要求1所述的可喷涂的太阳光热转换...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振洋，刘翠，张淑东，李年，蒋长龙，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：