一种热致原位反应转化型纳米吸热涂层材料及其制备方法与流程

本申请涉及一种家用金属锅具用纳米吸热节能涂层材料，更具体地说，涉及一种热致原位反应转化型纳米吸热涂层材料及其制备方法。
背景技术：
：不锈钢和铝合金材质的锅具由于具有优异的造型、丰富的表现力和耐腐蚀性能，在现代厨房中得以广泛的应用。然而，由于不锈钢和铝合金材料对光的高反射特性，降低了锅具对燃气火焰能量的吸收利用，不利于民用燃气领域的节能减排。高温材料表面强的热辐射作用会降低材料的热能利用效能，通过降低材料高温热辐射波长区间的红外发射率，可以抑制相应的热能辐射损失，具有这种热辐射抑制功能特性的吸热材料，通常称之为选择性吸收材料。选择性吸收材料，目前主要多用在太阳能热水器领域，并且多为采用磁控溅射或真空镀膜等方法制备的薄膜材料，这些薄膜材料制备工艺复杂且易于高温氧化失效。2015年，专利号为201310520658.0，名称为“一种选择吸收型光热转换陶瓷复合材料及其制备方法”中公开了一种可满足大气环境以及中高温使用要求的选择吸收型光热转换陶瓷复合材料材料及其制备方法。现有技术中，对于复合材料，原位合成法是近年来发展迅速的方法。其基本原理是利用不同元素或化学物之间在一定条件下发生化学反应，而在金属基体内生成一种或几种陶瓷相颗粒，以达到改善单一金属合金性能的目的。通过这种方法制备的复合材料，增强体是在金属基体内形核、自发长大，因此，增强体表面无污染，基体和增强体的相溶性良好，界面结合强度较高。同时，不像其它复合材料，省去了繁琐的增强体预处理工序，简化了制备工艺。到目前为止，制备工艺简单、低温成膜性能和抗高温氧化性能好的选择性吸热涂层材料，特别是可用于家用不锈钢锅具和铝合金锅具的选择性吸热节能涂层材料仍未见报道。因此，为了克服现有技术中所存在的上述缺陷，特提出此申请。技术实现要素：本申请的目的之一在于，针对现有技术中的不足，提供一种热致原位反应转化型纳米吸热涂层材料。该涂层材料，通过低熔点纳米锡铜合金和含硅化合物的复合及热致原位反应转变过程，获得由纳米氧化铜、纳米氧化锡和非晶态二氧化硅共同组成的吸热涂层材料，实现不锈钢锅具或铝合金锅具的选择性吸热强化节能功能。为了实现上述目的，本申请采用如下技术方案：一种热致原位反应转化型纳米吸热涂层材料，其特征在于，所述的热致原位反应转化型吸热涂层材料，是由质量比为1～1:20的锡铜合金和含硅化合物在300～600℃热空气中煅烧，其中所述的锡铜合金原位转变为CuO和SnO2功能物、所述含硅化合物原位转变为非晶态SiO2基体而形成的CuO-SnO2-SiO2涂层材料。优选地，所述锡铜合金的颗粒尺寸为20-200纳米，优选所述颗粒尺寸为50～150纳米。优选地，所述锡铜合金熔点介于300～500℃；且所述锡铜合金中铜含量为10～50wt％；优选锡铜合金中铜含量为40～50wt％。优选地，所述含硅化合物为硅酸钠、硅氧烷、氧化锡和醇的混合物，且所述硅酸钠含量为0.01～10wt％，所述硅氧烷含量为0.5～25wt％，所述氧化锡含量为0.01～5wt％。优选地，所述硅氧烷为四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷和一种或两种。优选地，所述的醇为甲醇或乙醇，或甲醇与乙醇的混合液。本申请的另一目的在于，提供一种热致原位反应转化型纳米吸热涂层材料的制备方法。为了实现上述目的，本申请采用如下技术方案：一种热致原位反应转化型纳米吸热涂层材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)按照质量配比，称取硅酸钠、硅氧烷、氧化锡和醇溶液；(2)将称量好的硅酸钠、硅氧烷、氧化锡和醇溶液混合，再经搅拌均匀，得到含硅化合物溶液；(3)按照质量配比，称取纳米锡铜合金和步骤(2)所得的含硅化合物溶液；(4)将称量好的纳米锡铜合金加入至称量好的含硅化合物溶液中，搅拌均匀，获得所述的热致原位反应转化型纳米吸热涂层材料。优选地，步骤(2)中，搅拌的时间为10-60分钟；步骤(4)中，搅拌的时间为1-2小时。优选地，步骤(4)中，在搅拌均匀后，还包括将其置于300～600℃热空气中进行煅烧的过程。优选地，所述煅烧的时间为1-2h。一种热致原位反应转化型纳米吸热涂层材料，该吸热涂层材料以低熔点纳米锡铜合金为功能物前驱体，含硅化合物为基体前驱物，其中纳米锡铜合金和含硅化合物的质量比介于1～1:20。在300～600℃热空气环境下进行煅烧，纳米锡铜合金转变为纳米CuO和纳米SnO2功能物，含硅化合物转换为无机硅酸盐化合物。所述低熔点纳米锡铜合金颗粒尺寸介于20～200纳米，优选粒径50～150纳米；锡铜合金中铜含量为10～50wt％，优选40～50wt％；熔点介于300～500℃。所述含硅化合物为硅酸钠、硅氧烷、氧化锡和醇的混合物，且硅酸钠含量为0.01～10wt％，硅氧烷含量为0.5～25wt％，氧化锡含量为0.01～5wt％，其余为醇溶液。所述含硅化合物，其中所含有的硅氧烷为四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷和一种或两种。所述含硅化合物，其中所含有的醇为任意比例的甲醇和乙醇的混合溶液。本申请所提供的一种热致原位反应转化型纳米吸热涂层材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)按照含硅化合物中硅酸钠、硅氧烷、氧化锡和醇的化学计量比，称量硅酸钠、硅氧烷、氧化锡和醇溶液；所述硅氧烷为四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷和一种或两种；所述醇为任意比例的甲醇和乙醇的混合溶液。(2)将称量好的硅酸钠、硅氧烷、氧化锡和醇溶液混合在一起，搅拌10-60分钟，形成均匀的含硅化合物溶液；(3)按照1～1:20的化学计量比，称取一定量的纳米锡铜合金和步骤(2)中制备的含硅化合物溶液；(4)将称量好的纳米锡铜合金加入含硅化合物溶液中，搅拌1～2小时，获得所需的热致原位反应转化型纳米吸热涂层材料。本申请的有益效果在于：1)、本申请所用的纳米锡铜合金具有低熔点特性，其与含硅化合物复合后，易于低温成膜性能并通过相应的热致原位反应转变过程，成为具有优异选择性吸收特性的新型吸热涂层材料。2)、本申请所用的纳米锡铜合金和含硅化合物，通过高温作用转换可使纳米锡铜合金转化为纳米氧化铜和纳米氧化锡、含硅化合物转化为无机非晶态二氧化硅，使得吸热涂层具有优异的耐高温氧化性能。3)、本申请的热致原位反应转化型纳米吸热涂层材料可增强不锈钢锅制品与铝合金锅制品的选择性吸热能力，可提高燃气火焰能量利用率25％以上，燃气节能效果显著。附图说明图1为对不锈钢和金属铝的漫反射光谱图。图2为实施例1所对应涂层的漫反射光谱图。具体实施方式下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买，具体如下表所示：名称生产厂家硅酸钠上海试四赫维化工有限公司四甲氧基硅烷上海阿拉丁生化科技股份有限公司四乙氧基硅烷上海阿拉丁生化科技股份有限公司二甲基二甲氧基硅烷西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司二甲基二乙氧基硅烷西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司甲醇上海凌峰化学试剂有限公司乙醇无锡市亚盛化工有限公司氧化锡粉体上海超威纳米科技有限公司纳米锡铜合金上海超微纳米科技有限公司实施例1一种热致原位反应转化型纳米吸热涂层材料的制备方法，包括如下步骤：(1)按照质量配比硅酸钠0.04wt％、硅氧烷(四甲氧基硅烷和二甲基二乙氧基硅烷的质量比例为1:1)1wt％、氧化锡0.02wt％和甲醇98.94wt％，称取0.04克纳米硅酸钠粉体，1克四甲氧基硅烷和二甲基二乙氧基硅烷的混合溶液、0.02克氧化锡粉体，以及98.94克甲醇溶液。(2)将称量好的硅酸钠、硅氧烷、氧化锡和甲醇溶液混合在一起，搅拌30分钟，形成均匀的含硅化合物溶液；(3)按照1:1的质量配比，称取15克纳米锡铜合金(粒径150纳米，铜含量30％)和15克步骤(2)中制备的含硅化合物溶液；(4)将称量好的纳米锡铜合金加入含硅化合物溶液中，搅拌1.5小时，获得所需的热致物相转变型纳米吸热涂层材料。根据图1计算可知，不锈钢在紫外-可见-近红外波段的光吸收率为0.64，铝片在此波段光吸收率为0.55；根据辐射率仪测试结果可知，两者在红外区的发射率分别为0.14和0.06。而根据图2计算可知，该涂层在紫外-可见-近红外波段的光吸收率为0.88；根据辐射率仪测试结果可知，该涂层在红外区的发射率为0.89。以上结果说明该涂层材料具有较好的吸热性能，能显著提高燃气利用率。实施例2一种热致原位反应转化型纳米吸热涂层材料的制备方法，包括如下步骤：(1)按照质量配比硅酸钠10wt％、硅氧烷(四甲氧基硅烷和二甲基二乙氧基硅烷的质量比例为1:1)15wt％、氧化锡1wt％和甲醇74wt％，称取10克纳米硅酸钠粉体，15克四甲氧基硅烷和二甲基二乙氧基硅烷的混合溶液、1克氧化锡粉体，以及74克甲醇溶液。(2)将称量好的硅酸钠、硅氧烷、氧化锡和甲醇溶液混合在一起，搅拌40分钟，形成均匀的含硅化合物溶液；(3)按照3:20的质量配比，称取15克纳米锡铜合金(粒径150纳米，铜含量30％)和100克步骤(2)中制备的含硅化合物溶液；(4)将称量好的纳米锡铜合金加入含硅化合物溶液中，搅拌1.5小时，获得所需的热致物相转变型纳米吸热涂层材料。实施例3一种热致原位反应转化型纳米吸热涂层材料的制备方法，包括如下步骤：(1)按照质量配比硅酸钠5wt％、二甲基二甲氧基硅烷25wt％、氧化锡2wt％和醇(甲醇和乙醇的质量比例为3:1)68wt％，称取5克硅酸钠粉体、25克二甲基二甲氧基硅烷硅氧烷、2克氧化锡粉体和68克甲醇-乙醇的混合醇溶液。(2)将称量好的硅酸钠、硅氧烷、氧化锡和甲醇-乙醇的混合醇液混合在一起，搅拌10分钟，形成均匀的含硅化合物溶液；(3)按照1:10的质量配比，称取10克纳米锡铜合金(粒径100纳米，铜含量50％)和100克步骤(2)中制备的含硅化合物溶液；(4)将称量好的纳米锡铜合金加入含硅化合物溶液中，搅拌1小时，获得所需的热致物相转变型纳米吸热涂层材料。实施例4一种热致原位反应转化型纳米吸热涂层材料的制备方法，包括如下步骤：(1)按照质量配比硅酸钠10wt％、四乙氧基硅烷0.5wt％、氧化锡5wt％和醇(甲醇和乙醇的质量比例为5:1)74.5wt％，称取10克硅酸钠粉体、0.5克四乙氧基硅烷、5克氧化锡粉体和74.5克甲醇-乙醇的混合醇溶液。(2)将称量好的硅酸钠、硅氧烷、氧化锡和甲醇-乙醇的混合醇液混合在一起，搅拌60分钟，形成均匀的含硅化合物溶液；(3)按照1:20的质量配比，称取10克纳米锡铜合金(粒径100纳米，铜含量50％)和200克步骤(2)中制备的含硅化合物溶液；(4)将称量好的纳米锡铜合金加入含硅化合物溶液中，搅拌2小时，获得所需的热致物相转变型纳米吸热涂层材料。以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。当前第1页1 2 3