一种体吸收型太阳能选择性吸热涂料及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于节能涂料技术领域，特别涉及一种体吸收型太阳能选择性吸热涂料及 其制备方法与应用。该涂料具有太阳光选择吸收性，光热转化率高、防护性能好、耐候性佳。
【背景技术】
[0002] 随着能源形式的变化，常规能源的贮量日益下降，尽可能多地用洁净能源代替高 含碳量的矿物能源，是能源建设应该遵循的原则。我国是世界上最大的煤炭生产国和消费 国，煤炭约占商品能源消费结构的76%，是我国大气污染的主要来源。大力开发新能源和可 再生能源的利用技术将成为减少环境污染的重要措施。
[0003] 太阳能选择性吸收涂层设想是在上世纪五十年代提出的。当太阳光入射到涂层表 面的时候，涂层对太阳光将产生反射、吸收、透射三种现象。一般来说，太阳光所含波长范 围在可见光区和近红外区域，如果涂层中物质的跃迀能级恰好与一定波长所对应的能量匹 配，涂层中物质将对相应波长的光产生吸收。选择性吸热涂层的原理是：涂层对于太阳光中 长波段的波吸收尽可能多，同时对太阳光的反射和透射尽可能低，吸收的能量转化成热能， 之后通过适当的技术转化成不同的应用，如太阳能热水器、光伏产业中的热电材料等。
[0004] 为了提高选择性吸热涂层的效率，唯一有效的办法是在保持最大限度地采集太阳 能的同时尽可能减小其对流和辐射热损。根据吸收原理和结构的不同，可以把选择性吸 收涂层分为以下几种：①干涉型吸收涂层：采用制备多层具有不同折射率的膜制备成复合 膜，膜之间形成干涉效应从而获得选择性吸收；②表面结构型吸收涂层：构造微米_纳米级 别的表面粗糙结构，对太阳光形成选择性吸收；③金属-半导体复合结构：半导体具有较 窄的禁带宽度，刚好能够对太阳光形成吸收；④体吸收型涂层：利用纳米金属/金属氧化 物-高分子树脂复合材料形成选择性吸收层。
[0005] 中国专利CN101284958A描述了一种以镍或镍合金空心球为吸收剂的太阳能吸热 涂层制备方法。通过选择不同粒径和不同种类的镍合金，可制备出热吸收率达96%的吸热 涂层，但是热辐射率仍维持在10%以上。
[0006] 美国专利US20150015960A1公开了一种双层膜结构太阳能吸热涂层的制备方法。 采用真空溅射的方式制备一层纳米金属氧化物吸热层，与减反膜复合制备得到太阳能吸热 涂层。
[0007] 美国专利US20140261390描述了一种基于多层结构复合膜的选择性吸热涂层的 制备方法。涂层由四层膜组成：保护膜、减反膜、金属基红外反射膜以及太阳能吸收膜。通 过多种不同结构膜的搭配，可制备出热吸收率达96%、热辐射率达7%的选择性吸热涂层。
[0008] 但是，上述多种现有的技术或是存在热福射率尚，或是存在附着力不足，或是存在 技术成本高等问题，因此本领域迫切需要研发一种具备高热吸收率、低热辐射率、经济可行 的选择性吸热涂层。
【发明内容】
[0009] 为了克服上述现有选择性吸热涂层存在热辐射率高的缺点与不足，本发明的首要 目的在于提供一种体吸收型太阳能选择性吸热涂料。该涂料具有突出的热吸收率，较低的 热辐射率，从而保证了高的太阳能利用率；涂料技术成本远低于真空溅射等方法；涂层本 身具有优良的耐冲击性、耐弯曲性、耐蚀性、耐老化性和耐盐雾性，太阳能吸收率大于93%， 辐射率小于5%，可作为太阳能集热器吸热部件的选择性吸热涂层。
[0010] 本发明另一目的在于提供一种上述体吸收型太阳能选择性吸热涂料的制备方法。
[0011] 本发明再一目的在于提供上述体吸收型太阳能选择性吸热涂料在太阳能集热器 中的应用。
[0012] 本发明的目的通过下述方案实现：
[0013] -种体吸收型太阳能选择性吸热涂料，由以下质量分数的组分组成：吸收剂25~ 33% ;填料0~5% ;氟碳树脂15~20% ;分散剂2~3% ;交联剂3~5% ;催化剂0? 1~ 0. 3%;附着力促进剂0. 5~1 %;消泡剂0. 2~0. 5%;流平剂0. 2~0. 5%;有机溶剂40~ 50%〇
[0014] 所述的吸收剂包括铁锰黑颜料、氧化铜粉料和炭黑中的至少一种。本发明选用的 吸收剂对太阳光有明显的吸收。所述的铁锰黑颜料是一种具有优异着色力的无机锰铁黑 色颜料，具有极好的热稳定性；优选其粒径<l〇〇nm;所述的氧化铜粉料优选粒径为300~ 400nm;所述的炭黑优选为德固赛degussa4#炭黑和卡博特330R的至少一种。
[0015] 所述的填料包括钛白粉和消光粉中的至少一种。所述的消光粉优选为慧谷化学 RD304-C和德固赛0K520的至少一种；所述的钛白粉优选为和盟CR-57和杜邦R-902的至 少一种。
[0016] 所述的氟碳树脂优选为带有羟基基团的氟碳树脂，羟值为50~55mgK0H/g，酸值 不超过3mgK0H/g。更优选为帝斯曼树脂URACRONCR204CM40和万博WF-J313的至少一种。
[0017] 所述的分散剂为丙烯酸酯树脂，分子量优选为6000~8000,所述的分散剂更优选 为BYK-161。
[0018] 所述的交联剂为氨基树脂，优选为全甲醚化的氨基树脂或部分甲醚化的氨基树 脂。
[0019] 所述的催化剂为本领域常用酸性催化剂，优选为对甲苯磺酸、甲烷磺酸和环烷酸 锰液中的至少一种。
[0020] 所述的附着力促进剂优选为含羧基聚酯附着力促进剂，如改性聚酯树脂，优选为 联洁YX-909-B-72、润昌RHEP0L9999和长兴YX-909的至少一种。
[0021 ] 所述的消泡剂为有机硅类消泡剂，优选为BYK-066N。
[0022] 所述的流平剂优选为改性丙烯酸酯类树脂。丙烯酸酯类树脂与大部份树脂具有良 好的相溶性，对流平有优异效果，并能有效防止缩孔，对层间附着力无任何影响。所述的流 平剂更优选为ffiNSICH-143和BYK-340中的至少一种。
[0023] 所述的有机溶剂为酯类和酮类中的至少一种；优选地，所述的有机溶剂为乙酸乙 酯、醋酸乙酯、醋酸正丙酯、醋酸正丁酯、丁二酸二甲酯、戊二酸二甲酯、甲基丁酮、甲基异丁 酮和环己酮中的至少两种。
[0024] 本发明还提供一种上述体吸收型太阳能选择性吸热涂料的制备方法，具体包括以 下步骤：
[0025] 将分散剂加入到部分有机溶剂中，搅拌均匀使其溶解，再加入吸收剂，研磨分散 2~3h至涂料细度为10ym以下；加入氟碳树脂、交联剂、催化剂、附着力促进剂和剩余有 机溶剂，高速分散1~2h，加入流平剂、消泡剂，高速分散0. 5~lh后得到涂料。
[0026] 所述的分散剂加入有机溶剂中后优选搅拌充分溶解后再加入吸收剂。
[0027] 所述的研磨分散优选使用砂磨机进行。
[0028] 本发明的涂料得到的涂层为金属氧化物-树脂复合吸热涂层，其具有突出的热吸 收率，较低的热辐射率，从而保证了高的太阳能利用率；同时具有优良的耐冲击性、耐弯曲 性、耐蚀性、耐老化性和耐盐雾性，太阳能吸收率大于93 %，辐射率小于5%，可作为太阳能 集热器吸热部件的选择性吸热涂层，应用于太阳能集热器中。
[0029] 本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
[0030] (1)本发明所述的吸收剂采用砂磨机研磨的方式预先进行分散，从而制备得到高 体积浓度的浆料，颜料粒子大部分以初级粒子的形式分散于浆料中，涂层对长波段的波的 反射能力较弱，有利于降低涂层的热辐射率；
[0031] (2)本发明的吸热涂料具有极佳的耐候性，适合长期户外使用；
[0032] (3)本发明的吸热涂层的太阳能吸收率大于93%，热辐射率小于5%，可应用于太 阳能集热器吸热部件。
【具体实施方式】
[0033] 下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0034] 实施例1 :太阳能选择性吸热涂料的制备
[0035] 基本配方如表1所示，具体制备方式如下：
[0036] 将分散剂BYK-161加入到部分醋酸正丙酯和丁二酸二甲酯中，搅拌均匀使其溶 解。将铁锰黑粉料、氧化铜粉料、德固赛4#炭黑加入到上述混合溶液中，搅拌分散2h后， 砂磨机研磨至指定细度，制备出炭黑-铁锰黑复合浆料；再依次将帝斯曼树脂URACR0N CR204CM40、全甲醚化的氨基树脂、对甲苯磺酸、联洁YX-909-B-72、剩余的醋酸正丙酯和丁 二酸二甲酯加入到上述炭黑-铁锰黑复合浆料中，高速分散lh;之后加入流平剂BYK-340、 消泡剂BYK-066N，高速分散0. 5h后得到涂料。
[0037] 表1太阳能选择性吸热涂料的配方
[0038]
[0039] 实施例2 :太阳能选择性吸热涂料的制备
[0040] 基本配方如表2所示，具体制备方式如下：
[0041] 将分散剂BYK-161加入到部分甲基异丁酮和醋酸乙酯中，搅拌均匀使其溶解。将 铁锰黑粉料、氧化铜粉料、卡博特330R加入到上述混合溶液中，搅拌分散2h后，砂磨机 研磨至指定细度，制备出炭黑-铁锰黑复合浆料；再依次将帝斯曼树脂URACRONCR204C M40、部分甲醚化的氨基树脂、对甲苯磺酸、联洁YX-909-B-72、剩余的甲基异丁酮和醋酸乙 酯加入到上述炭黑-铁锰黑复合浆料中，高速分散lh;之后加入流平剂BYK-340、消泡剂 BYK-066N，高速分散0. 5h后得到涂料。
[0042] 表2太阳能选择性吸热涂料的配方
[0043]
[0044] 实施例3 :太阳能选择性吸热涂料的制备
[0045] 基本配方如表3所示，具体制备方式如下：
[0046] 将分散剂BYK-161加入到部分醋酸乙酯和甲基丁酮中，搅拌均匀使其溶解。将铁 锰黑粉料、氧化铜粉料、卡博特330R加入到上述混合溶液中，搅拌分散2h后，砂磨机研磨 至指定细度，制备出炭黑-铁锰黑复合浆料；再依次将帝斯曼树脂URACRON CR204C M40、 部分甲醚化的氨基树脂、对甲苯磺酸、联洁YX-909-B-72、剩余的醋酸乙酯和甲基丁酮加 入到上述炭黑-铁锰黑复合浆料中，高速分散lh;之后加入流平剂HENSIC H-143、消泡剂 BYK-066N，高速分散0. 5h后得到涂料。
[0047] 表3太阳能选择性吸热涂料的配方
[0048]
[0049] 实施例4 :太阳能选择性吸热涂料的制备
[0050] 基本配方如表4所示，具体制备方式如下： [0051 ] 表4太阳能选择性吸热涂料的配方
[0052]
[0053]
[0054] 将分散剂BYK-161加入到部分醋酸乙酯和环己酮中，搅拌均匀使其溶解。将铁锰