专利名称：一种中高温太阳能选择性吸收涂料、涂层及其制备方法
技术领域：
本发明涉及太阳能利用领域，特别涉及一种太阳能选择性吸收薄膜技术，更具体 的涉及一种中高温太阳能选择性吸收涂料、涂层及其制备方法。
背景技术：
在当今世界能源日趋稀缺、环境污染问题越来越严重的现状下，作为最清洁能源， 太阳能利用业已得到国内外的广泛重视，其中太阳能的热利用研究及应用是非常重要的方 式之一。利用太阳能选择性吸收薄膜技术，太阳能的热利用可以应用于低、中、高温三种不 同的场合。在太阳能的中高温利用中，现在主要是通过磁控溅射的方法来制备太阳能选择 性吸收薄膜，所用的材料主要是耐高温、耐氧化的金属和陶瓷基体材料。郝雷等制备的非真 空高温太阳光谱选择性吸收涂层就是采用多弧离子镀的方法制备的TiAl/TiAlN/TiAlON/ TiAlO涂层，采用的金属是钛。在中国专利号ZL200420115684. 1中也报道了采用难熔钛 作为金属陶瓷层中的金属组分制备选择性吸收涂层。但是，用磁控溅射的方法制备的涂层 的成本极高，所用设备昂贵、投资大，所用的一些金属材料稀少而价高，不容易大规模推广。 涂料型涂层的优点是制备工艺简单，成本低，对设备的要求不高，容易推广应用，考虑到性 价比，涂料型涂层具有一定优势。当前适于中高温利用的涂料型选择性吸收涂层的研究及 应用较少，这是因为在涂料型涂层中作为成膜物的常规的有机基体树脂一般耐高温性能较 差，其在高温下都会氧化、老化、碳化，影响使用寿命。另外，由于涂层厚度和吸收性能的影 响关系，对于具有选择性吸收功能的无机粉体的制备，要求粉体颗粒在纳米范围内效果较 好；而以往的制备纳米颗粒的方法较为复杂，纳米材料分散性差，而且加入的有机分散剂和 络合剂等在烧结时不能完全去除，不只是会影响功能粉体的选择性吸收性能，同时还有不 完全分解燃烧的有毒气体冒出。上述技术问题阻碍了中高温涂料型太阳能选择性吸收涂层 技术的推广应用。
发明内容
本发明的目的是通过对耐高温成膜剂的筛选、制备，并采用新颖、简易的反滴定共 沉淀法制备高性能耐高温选择性吸收功能纳米粉体，并将它们制成可耐600°C以上的高性 能中高温太阳能选择性吸收涂层，该涂层具有较好的对太阳能的选择性吸收功能，提高了 太阳能的利用率，其耐候性好，使用寿命长，可应用于中高温太阳能热利用及热发电领域。为达到本发明的目的，本发明的中高温太阳能选择性吸收涂层制备时选用的耐高 温成膜剂包括具有酰亚胺结构的改性树脂，有硅氧键结构的改性树脂以及无机成膜剂中的 一种。纯树脂的热失重表明，这种树脂在300°C固化后，在300°C到500°C的范围内几乎没有 失重，加入粉体后耐热性更好，可以在600°C以前几乎没有失重。溶解树脂所用的溶剂为甲 苯、二甲苯、N，N-二甲基甲酰胺、丙酮、乙醇、环己烷、N，N-二甲基乙酰胺等中的一种或几种 的混合溶剂。无机成膜剂为水性体系，包括硅溶胶、锆溶胶、铝溶胶、钛溶胶中的一种或几种 的混合物，加热试验表明无机成膜剂的耐高温性能可达到1000°C以上。
所用的功能粉体为纳米复合氧化物，该纳米复合氧化物的平均粒径为50nm，所用 的原料为硝酸铬、硝酸铁、硝酸亚铁、硝酸锰、硝酸铜、硝酸镍、硝酸钴、氯化锰、氯化铜、氯化 铁物质或者其水合物中的至少4种，将这些物质通过沉淀形成复合的氢氧化物。所用的沉 淀剂为NaOH、碳酸氢铵、氨水(25%)中的一种或几种的混合物。沉淀时控制体系的pH值 在5-12之间，陈化12h，抽滤，洗涤三次，在40°C至100°C范围内将沉淀物烘干，然后在一定 的温度下将沉淀物进行烧结，烧结的温度为300-900°C之间的一个值。烧结时间为l_5h。将 烧结后的固体物质用研钵研成粉末，然后在球磨机上球磨2-12h，得所需黑色功能粉体。将上述功能粉体和成膜剂加入到球磨机中，功能粉体和成膜剂的质量比例为 1 1到1 5之间；然后加入一定量的润湿分散剂、消泡剂、流平剂，这些助剂的加入量为 功能粉体含量的0. 1% _2%，然后继续在球磨机中球磨2h，所得到的涂料即为所需的功能 涂料。将上述涂料涂于抛光的不锈钢板或铝板上，涂膜的厚度(膜重法)为 0. 002-0. Olg/cm2之间。将上述涂层在300°C的烘箱中烘烤l_3h，就得到对太阳光进行选择 性吸收的涂层。该涂层在600°C的马弗炉中烧结3h，涂层的性能没有显著变化。该涂层的 吸收 率大于0. 9，发射率在0. 3以下。
通过下面结合附图的详细描述，本发明前述的和其他的目的、特征和优点将变得 显而易见。其中图1所示为本发明的制备一种中高温太阳能选择性吸收涂料的步骤示意图。
具体实施例方式根据图1所示的制备步骤，选择硝酸铜、硝酸锰、硝酸钴、硝酸镍为原料，各物质的 摩尔比为1 1 1 1，在NaOH为沉淀剂的情况下将其沉淀，沉淀的具体方法为将上述 四种硝酸盐先溶解在去离子水中，同时称取相应的物质的量的氢氧化钠溶解在另一个烧杯 中，通过控制体系的PH值在10左右，将上述硝酸盐的混合溶液和氢氧化钠溶液同时通过 滴加的方式加入到烧瓶中，沉淀完全后陈化12h，抽滤，洗涤三次，在40°C至100°C范围内将 沉淀物烘干，然后在一定的温度下将沉淀物进行烧结，烧结的温度为300-900°C之间的一个 值，烧结时间为l_5h。将烧结后的固体物质用研钵研成粉末，然后在球磨机上球磨2h，得所 需黑色功能粉体。将上述功能粉体和改性聚酰亚胺树脂加入到球磨机中，功能粉体和树脂的质量比 例为1 5 ；然后加入0. 4%润湿分散剂(EFKA-6220)、0. 2%消泡剂(EFKA-2038)、0. 3%流 平剂(EFKA-3580)，然后继续在球磨机中球磨2h，即得到所需的功能涂料。将上述涂料涂于抛光的不锈钢板上，涂膜的厚度(膜重法)为0. 003g/cm2。将上 述涂层在300°C的烘箱中烘烤lh，即得到高性能中高温太阳能选择性吸收涂层。本发明并不局限于所述的实施例，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神即公 开范围内，仍可作一些修正或改变，故本发明的权利保护范围以权利要求书限定的范围为 准。
权利要求
1.一种中高温太阳能选择性吸收涂料的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤51选择一种或几种有机或无机的材料作为成膜剂；52利用反滴定共沉淀法制备太阳能吸收功能粉体；以及53将上述功能粉体和成膜剂加入到球磨机中，然后加入加入量为功能粉体含量的 0. 1% -2%的助剂，在球磨机中球磨后即得到所需的功能涂料。
2.根据权利要求1所述的一种中高温太阳能选择性吸收涂料的制备方法，其特征在 于，所述的成膜剂为改性聚酰亚胺树脂，或改性有机硅树脂；或硅溶胶、铝溶胶、锆溶胶、钛 溶胶中的一种或几种。
3.根据权利要求1或2所述的一种中高温太阳能选择性吸收涂料的制备方法，其特 征在于，所述的太阳能吸收功能粉体包含的原料为硝酸铬、硝酸铁、硝酸亚铁、硝酸锰、硝酸 铜、硝酸镍、硝酸钴、氯化锰、氯化铜、氯化铁这些物质或者其水合物中的至少4种。
4.根据权利要求1所述的一种中高温太阳能选择性吸收涂料的制备方法，其特征在 于，所述的太阳能吸收功能粉体的平均粒径为50nm。
5.根据权利要求1所述的一种中高温太阳能选择性吸收涂料的制备方法，其特征在 于，所述的功能粉体的制备方法为选用NaOH、碳酸氢铵、氨水(25% )中的一种或几种的混合物作为沉淀剂； 沉淀时控制体系的PH值在5-12之间，陈化12h，抽滤，洗涤三次，在40°C至100°C范围 内将沉淀物烘干；在一定的温度下将沉淀物进行烧结，所述的烧结的温度为300-900°C，烧结时间为 l-5h ；以及将烧结后的固体物质用研钵研成粉末，然后在球磨机上球磨2-12h，即制得所需功能粉体。
6.根据权利要求1所述的一种中高温太阳能选择性吸收涂料的制备方法，其特征在 于，所述的助剂包括润湿分散剂、消泡剂以及流平剂。
7.根据权利要求1所述的一种中高温太阳能选择性吸收涂料的制备方法，其特征在 于，所述功能粉体和成膜剂的质量比例为1 1到1 5。
8.一种中高温太阳能选择性吸收涂料，其特征在于，其通过如权利要求1至7任一项所 述的制备方法制成。
9.一种中高温太阳能选择性吸收涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 将上述根据权利要求8制备的涂料涂于抛光的不锈钢板或铝板上，涂膜的厚度为0. 002-0. 01g/cm2 ；以及将上述涂层在300°C的烘箱中烘烤l_3h，即得到对太阳光进行选择性吸收的涂层。
10.一种中高温太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，其根据如权利要求9所述的方法 制成，其中所述涂层在600°C的马弗炉中烧结3h，涂层的性能没有显著变化；且所述涂层的 吸收率大于0. 9，发射率在0. 3以下。
全文摘要
本发明提出一种中高温太阳能选择性吸收涂料及制备方法，其是将一种或几种有机或无机材料作为耐高温成膜剂，采用新颖简易的方法制备高性能太阳能选择性吸收纳米并将其作为功能粉体，来制备太阳能选择性吸收涂料。用该涂料制得的涂层材料具有较好的对太阳能的选择性吸收功能，提高了太阳能的利用率，其耐温性在600℃以上，耐候性能好，使用寿命长，可应用于中高温太阳能热利用及热发电领域。
文档编号C09D179/08GK102093767SQ20101057007
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月2日 优先权日2010年12月2日
发明者姚伯龙, 孔祥永, 李勇强, 李海亮, 李祥, 褚路轩 申请人:无锡中阳新能源科技有限公司