本发明属于太阳能
技术领域：
，具体涉及一种太阳能设备用的吸热涂料及其制备方法。
背景技术：
：能源利用在人类社会发展中占有举足轻重的地位,但过度的开发资源和低效率的资源利用,使人类面临着严峻的考验。众所周知,太阳能是一种来源最丰富和可广泛获取的可再生能源,对解决能源危机和环境问题具有重大的作用,且太阳能以独具的储量无限性、存在的普遍性、开发利用的清洁性,使其成为了各国竞相研究的热点。太阳能光热应用是人类利用太阳能最简单、最直接、最有效的方法之一，但由于太阳能到达地球后能量密度较小又不连续，因此，为大规模的开发利用带来了困难。长期以来，如何将低品位的太阳能转换成高品位的热能，并对太阳能进行富集，以便最大限度地利用太阳能，成为研究的热门话题。在现有的光热应用技术当中，选择性吸收涂层技术被公认为是其中较为核心的技术，它对提高太阳能热转换效率，大规模推广太阳能光热应用起着至关重要的作用。太阳能吸收涂层主要分为光谱选择性吸收涂层和高吸收率吸收涂层，光谱选择性吸热涂层是一种具有对可见-近红外光高吸收，对红外光高反射的特种涂层，即它能有效地吸收太阳能,而受热后自身长波造成的热损失很小，广泛应用于太阳能光热转换,如太阳能热水器、太阳能发电等。太阳能吸热涂层担负着接收并吸收太阳能量的重要作用,影响着整个太阳能吸热系统的稳定性及效率的高低。根据吸收原理和涂层结构不同,可以把选择性吸热涂层分为干涉滤波型涂层、体吸收型涂层、表面涂黑型涂层、凸凹表面型涂层。具有光谱选择性吸收特性的材料，必须是一种复合材料，即由吸收太阳光辐射和反射红外光谱两部分材料组成。吸收辐射是指当辐射通过物质时，其中某些频率的辐射被组成物质的粒子选择性地吸收，从而使辐射强度减弱的现象。吸收辐射的实质，是物质粒子发生由低能级(一般为基态)向高能级(激发态)的跃迁。在太阳光谱区，波长在0.3～2.5μm的太阳辐射强度最大，对该光谱区的光量子吸收是关键，因此，涂层材料中只有存在与波长0.3～2.5μm光子的能量相对应的能级跃迁，才具有较好的选择吸收性。公开号为cn103788371a，公开了一种含噻唑环二胺化合物在制备太阳能吸热涂料中的应用，它是采用含噻唑环二胺化合物与二酐单体或衍生物进行聚合反应制得含噻唑环的聚酰亚胺树脂；再将树脂与颜料盒溶剂混合，通过球磨分散均匀得到太阳能吸热涂料。该发明制备的太阳能吸热涂料具有较高的太阳能吸收率和较低的发射率，可有效提高太阳能集热器的光热转化效率。但是由于含噻唑环的聚酰亚胺树脂制备时间较长，同时在聚合和作为涂料使用时都需要加入大量的有机溶剂，将对环境产生较大的污染。公开号为cn103589275a，公开了一种太阳能吸热涂料及其制作方法，在常温下将纳米磁铁粉、多种纳米金属粉、陶瓷粉、环氧树脂和多种添加剂充分搅拌均匀制备而成。本发明的涂料具有高吸收率、高导热率、低辐射率，可广泛应用于太阳能集热器的吸热涂层。由于涂料中使用了多种纳米粉料导致其价格较高、且环氧树脂的固化剂没有提及，这些因素可以影响该发明的太阳能涂料的应用。综上所述，因此需要一种更好的太阳能吸热涂料，来改善现有技术的不足。技术实现要素：本发明的目的是提供一种太阳能设备用的吸热涂料及其制备方法，本发明制成的涂料具有良好的耐候性和防水性，制备工艺简单易懂，还能保证吸热涂料的吸热效率显著高于现有技术。本发明提供了如下的技术方案：一种太阳能设备用的吸热涂料，包括以下重量份的原料：石墨粉22-28份、纳米尖晶石材料15-19份、纳米二氧化钛13-17份、醋酸丁酯8-14份、改性丙烯酸酯乳液15-21份、改性酪素-明胶10-15份、对苯二甲酸酯7-11份、成膜助剂6-10份、吸光剂3-7份、有机溶剂4-7份、消泡剂3-5份、流平剂2-5份、偶联剂3-6份、润湿剂3-6份和水8-12份。优选的，所述涂料包括以下重量份的原料：石墨粉24-28份、纳米尖晶石材料16-19份、纳米二氧化钛13-15份、醋酸丁酯11-14份、改性丙烯酸酯乳液17-21份、改性酪素-明胶12-15份、对苯二甲酸酯7-10份、成膜助剂7-10份、吸光剂3-6份、有机溶剂5-7份、消泡剂3-4份、流平剂3-5份、偶联剂4-6份、润湿剂3-5份和水9-12份。优选的，所述涂料包括以下重量份的原料：石墨粉27份、纳米尖晶石材料18份、纳米二氧化钛14份、醋酸丁酯12份、改性丙烯酸酯乳液19份、改性酪素-明胶14份、对苯二甲酸酯9份、成膜助剂8份、吸光剂4份、有机溶剂6份、消泡剂3份、流平剂4份、偶联剂6份、润湿剂3份和水10份。一种太阳能设备用的吸热涂料的制备方法，包括以下制备步骤：a、将石墨粉、纳米尖晶石材料和纳米二氧化钛混合导入粉碎机中，粉碎至过300-400目筛，再导入有机溶剂中，在85-90℃下，加热并搅拌反应18-22min，再持续搅拌直至自然冷却至常温，得到混合物一；b、向混合物一中加入消泡剂、流平剂、偶联剂和水，置于搅拌机中，升温至55-60℃，以300-380r/min的转速搅拌反应0.6-0.8h，再进行减压蒸馏去除有机溶剂，得到分散液；c、将改性丙烯酸酯乳液、醋酸丁酯和对苯二甲酸酯混合导入反应釜中，在72-78℃下，缓慢搅拌反应0.5-0.6h，再加入改性酪素-明胶，降温至45-50℃，反应15-18min，冷却后，得到混合物二；d、将混合物二导入分散液中，搅拌均匀后，再加入成膜助剂、吸光剂和润湿剂，以800-1000r/min的转速分散0.6-0.7h，即可得到成品。优选的，所述步骤a的纳米尖晶石材料的制备方法为：将硝酸铬、硝酸铁、柠檬酸和去离子水按质量比5:5:1:30混合，充分搅拌溶解后加入十二烷基硫酸钠，并用氨水调节ph值至中性，再置于80-90℃下加热成凝胶，将凝胶充分燃烧形成粉末，将粉末置于马弗炉中，在480-550℃下锻烧3-3.5h，冷却后，即得到纳米尖晶石材料。优选的，所述步骤a的有机溶剂为乙酸、丙三醇和四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇按质量比1:2:2混合而成。优选的，所述步骤c的改性丙烯酸酯乳液的制备方法为：将酚醛环氧树脂、氟硅树脂和丙烯酸酯混合导入反应釜中，在氮气氛围下，加热至完全熔化，再加入改性高岭土粉末，搅拌均匀后，冷却至常温，即可得到改性丙烯酸酯乳液。优选的，所述改性高岭土粉末的制备方法为：将高岭土置于乙醇溶液中浸泡2-2.5h，再加入γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，在90℃下加热并搅拌反应20min，搅拌过程中加入木质素磺酸钙，反应结束后，经过滤、洗涤、风干、粉碎，即可得到改性高岭土粉末。优选的，所述步骤c的改性酪素-明胶的制备方法为：将酪素与明胶按质量比4:1进行混合，加入水，在常温下浸泡10-15min后，加入甲基丙烯酸羟乙酯、聚二甲基硅氧烷，搅拌反应0.5-0.6h，过滤，将滤渣置于320-350℃下煅烧1.5-1.8h，再进行进行气流粉，置于550-580℃下煅烧3-4h，冷却后，即可得到改性酪素-明胶。优选的，所述步骤d的成膜助剂为丙二醇单甲醚、二丙二醇单丙醚和三丙二醇单丁醚按质量比2:1:1混合而成。本发明的有益效果是：本发明制成的涂料具有良好的耐候性和防水性，制备工艺简单易懂，还能保证吸热涂料的吸热效率显著高于现有技术。本发明中的纳米尖晶石材料，制成的成品颜色为黑色，与本发明中的吸光剂具有相同的作用，二者的协同作用下，可以更进一步的增加吸热效果，使得成品涂料的发射率低、透射率高，提高光的利用效率。本发明中的有机溶剂为乙酸、丙三醇和四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇的配比，在该比例下，三者形成的混合溶剂的溶解度高，可以有效去除石墨粉、纳米尖晶石材料和纳米二氧化钛中的杂质成分，提高制备的成品涂料的纯度，从而提高成品的吸热效率。本发明中的改性丙烯酸酯乳液，采用的酚醛环氧树脂、氟硅树脂和丙烯酸酯的原料，三者均具有良好的耐候性能、化学稳定性、防水性能，氟硅树脂具有较强的疏水性，还可提高成品的抗污能力；而添加的改性高岭土粉末，由于高岭土具有很高的孔隙率，其可以有效的防止光照产生的热量的传导，从而将光热更好的聚集，被利用。本发明中的改性酪素-明胶具有良好的成膜性能，能使得制备出来的吸热涂料在-30℃下不断裂，延伸性增强，耐寒性能、耐热性能显著改善，且降低了着火的可能性，还可进一步提高成品涂料的防水性。具体实施方式实施例1一种太阳能设备用的吸热涂料，包括以下重量份的原料：石墨粉22份、纳米尖晶石材料15份、纳米二氧化钛17份、醋酸丁酯8份、改性丙烯酸酯乳液21份、改性酪素-明胶15份、对苯二甲酸酯11份、成膜助剂10份、吸光剂7份、有机溶剂7份、消泡剂3份、流平剂2份、偶联剂3份、润湿剂6份和水8份。一种太阳能设备用的吸热涂料的制备方法，包括以下制备步骤：a、将石墨粉、纳米尖晶石材料和纳米二氧化钛混合导入粉碎机中，粉碎至过400目筛，再导入有机溶剂中，在85℃下，加热并搅拌反应18min，再持续搅拌直至自然冷却至常温，得到混合物一；b、向混合物一中加入消泡剂、流平剂、偶联剂和水，置于搅拌机中，升温至55℃，以380r/min的转速搅拌反应0.8h，再进行减压蒸馏去除有机溶剂，得到分散液；c、将改性丙烯酸酯乳液、醋酸丁酯和对苯二甲酸酯混合导入反应釜中，在78℃下，缓慢搅拌反应0.6h，再加入改性酪素-明胶，降温至50℃，反应15min，冷却后，得到混合物二；d、将混合物二导入分散液中，搅拌均匀后，再加入成膜助剂、吸光剂和润湿剂，以1000r/min的转速分散0.7h，即可得到成品。步骤a的纳米尖晶石材料的制备方法为：将硝酸铬、硝酸铁、柠檬酸和去离子水按质量比5:5:1:30混合，充分搅拌溶解后加入十二烷基硫酸钠，并用氨水调节ph值至中性，再置于90℃下加热成凝胶，将凝胶充分燃烧形成粉末，将粉末置于马弗炉中，在480℃下锻烧3.5h，冷却后，即得到纳米尖晶石材料。步骤a的有机溶剂为乙酸、丙三醇和四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇按质量比1:2:2混合而成。步骤c的改性丙烯酸酯乳液的制备方法为：将酚醛环氧树脂、氟硅树脂和丙烯酸酯混合导入反应釜中，在氮气氛围下，加热至完全熔化，再加入改性高岭土粉末，搅拌均匀后，冷却至常温，即可得到改性丙烯酸酯乳液。改性高岭土粉末的制备方法为：将高岭土置于乙醇溶液中浸泡2.5h，再加入γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，在90℃下加热并搅拌反应20min，搅拌过程中加入木质素磺酸钙，反应结束后，经过滤、洗涤、风干、粉碎，即可得到改性高岭土粉末。步骤c的改性酪素-明胶的制备方法为：将酪素与明胶按质量比4:1进行混合，加入水，在常温下浸泡15min后，加入甲基丙烯酸羟乙酯、聚二甲基硅氧烷，搅拌反应0.6h，过滤，将滤渣置于350℃下煅烧1.8h，再进行进行气流粉，置于550℃下煅烧4h，冷却后，即可得到改性酪素-明胶。步骤d的成膜助剂为丙二醇单甲醚、二丙二醇单丙醚和三丙二醇单丁醚按质量比2:1:1混合而成。实施例2一种太阳能设备用的吸热涂料，包括以下重量份的原料：石墨粉28份、纳米尖晶石材料16份、纳米二氧化钛15份、醋酸丁酯11份、改性丙烯酸酯乳液17份、改性酪素-明胶15份、对苯二甲酸酯10份、成膜助剂7份、吸光剂6份、有机溶剂5份、消泡剂4份、流平剂5份、偶联剂4份、润湿剂3份和水9份。一种太阳能设备用的吸热涂料的制备方法，包括以下制备步骤：a、将石墨粉、纳米尖晶石材料和纳米二氧化钛混合导入粉碎机中，粉碎至过400目筛，再导入有机溶剂中，在85℃下，加热并搅拌反应18min，再持续搅拌直至自然冷却至常温，得到混合物一；b、向混合物一中加入消泡剂、流平剂、偶联剂和水，置于搅拌机中，升温至60℃，以380r/min的转速搅拌反应0.6h，再进行减压蒸馏去除有机溶剂，得到分散液；c、将改性丙烯酸酯乳液、醋酸丁酯和对苯二甲酸酯混合导入反应釜中，在78℃下，缓慢搅拌反应0.5h，再加入改性酪素-明胶，降温至50℃，反应18min，冷却后，得到混合物二；d、将混合物二导入分散液中，搅拌均匀后，再加入成膜助剂、吸光剂和润湿剂，以1000r/min的转速分散0.6h，即可得到成品。步骤a的纳米尖晶石材料的制备方法为：将硝酸铬、硝酸铁、柠檬酸和去离子水按质量比5:5:1:30混合，充分搅拌溶解后加入十二烷基硫酸钠，并用氨水调节ph值至中性，再置于80℃下加热成凝胶，将凝胶充分燃烧形成粉末，将粉末置于马弗炉中，在550℃下锻烧3.5h，冷却后，即得到纳米尖晶石材料。步骤a的有机溶剂为乙酸、丙三醇和四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇按质量比1:2:2混合而成。步骤c的改性丙烯酸酯乳液的制备方法为：将酚醛环氧树脂、氟硅树脂和丙烯酸酯混合导入反应釜中，在氮气氛围下，加热至完全熔化，再加入改性高岭土粉末，搅拌均匀后，冷却至常温，即可得到改性丙烯酸酯乳液。改性高岭土粉末的制备方法为：将高岭土置于乙醇溶液中浸泡2.5h，再加入γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，在90℃下加热并搅拌反应20min，搅拌过程中加入木质素磺酸钙，反应结束后，经过滤、洗涤、风干、粉碎，即可得到改性高岭土粉末。步骤c的改性酪素-明胶的制备方法为：将酪素与明胶按质量比4:1进行混合，加入水，在常温下浸泡10min后，加入甲基丙烯酸羟乙酯、聚二甲基硅氧烷，搅拌反应0.5h，过滤，将滤渣置于350℃下煅烧1.8h，再进行进行气流粉，置于550℃下煅烧3h，冷却后，即可得到改性酪素-明胶。步骤d的成膜助剂为丙二醇单甲醚、二丙二醇单丙醚和三丙二醇单丁醚按质量比2:1:1混合而成。实施例3一种太阳能设备用的吸热涂料，包括以下重量份的原料：石墨粉27份、纳米尖晶石材料18份、纳米二氧化钛14份、醋酸丁酯12份、改性丙烯酸酯乳液19份、改性酪素-明胶14份、对苯二甲酸酯9份、成膜助剂8份、吸光剂4份、有机溶剂6份、消泡剂3份、流平剂4份、偶联剂6份、润湿剂3份和水10份。一种太阳能设备用的吸热涂料的制备方法，包括以下制备步骤：a、将石墨粉、纳米尖晶石材料和纳米二氧化钛混合导入粉碎机中，粉碎至过400目筛，再导入有机溶剂中，在85℃下，加热并搅拌反应18min，再持续搅拌直至自然冷却至常温，得到混合物一；b、向混合物一中加入消泡剂、流平剂、偶联剂和水，置于搅拌机中，升温至60℃，以380r/min的转速搅拌反应0.6h，再进行减压蒸馏去除有机溶剂，得到分散液；c、将改性丙烯酸酯乳液、醋酸丁酯和对苯二甲酸酯混合导入反应釜中，在72℃下，缓慢搅拌反应0.6h，再加入改性酪素-明胶，降温至45℃，反应18min，冷却后，得到混合物二；d、将混合物二导入分散液中，搅拌均匀后，再加入成膜助剂、吸光剂和润湿剂，以800r/min的转速分散0.6h，即可得到成品。步骤a的纳米尖晶石材料的制备方法为：将硝酸铬、硝酸铁、柠檬酸和去离子水按质量比5:5:1:30混合，充分搅拌溶解后加入十二烷基硫酸钠，并用氨水调节ph值至中性，再置于80℃下加热成凝胶，将凝胶充分燃烧形成粉末，将粉末置于马弗炉中，在550℃下锻烧3h，冷却后，即得到纳米尖晶石材料。步骤a的有机溶剂为乙酸、丙三醇和四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇按质量比1:2:2混合而成。步骤c的改性丙烯酸酯乳液的制备方法为：将酚醛环氧树脂、氟硅树脂和丙烯酸酯混合导入反应釜中，在氮气氛围下，加热至完全熔化，再加入改性高岭土粉末，搅拌均匀后，冷却至常温，即可得到改性丙烯酸酯乳液。改性高岭土粉末的制备方法为：将高岭土置于乙醇溶液中浸泡2.5h，再加入γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，在90℃下加热并搅拌反应20min，搅拌过程中加入木质素磺酸钙，反应结束后，经过滤、洗涤、风干、粉碎，即可得到改性高岭土粉末。步骤c的改性酪素-明胶的制备方法为：将酪素与明胶按质量比4:1进行混合，加入水，在常温下浸泡15min后，加入甲基丙烯酸羟乙酯、聚二甲基硅氧烷，搅拌反应0.6h，过滤，将滤渣置于320℃下煅烧1.8h，再进行进行气流粉，置于550℃下煅烧3h，冷却后，即可得到改性酪素-明胶。步骤d的成膜助剂为丙二醇单甲醚、二丙二醇单丙醚和三丙二醇单丁醚按质量比2:1:1混合而成。对比例1采用现有技术中的普通太阳能用吸热涂料进行检测对比。检测以上实施例和对比例制备的成品，得到以下检测数据：表一：检测项目实施例1实施例2实施例3对比例1外观平整、光滑平整、光滑平整、光滑平整、光滑耐磨性（l/μm）13.412.812.415.7防水性（浸泡24h）涂层不起泡、不脱落涂层不起泡、不脱落涂层不起泡、不脱落涂层不起泡、不脱落抗冲击性（-30℃/j）5.24.85.34.1抗弯曲性（-30℃）无裂纹无裂纹无裂纹无裂纹附着力（级）1112粘结强度（mpa）95929688耐高温性（4000℃/24h）无变化无变化无变化轻微变形发射率（1000℃/%）11101011红外吸收率（800℃/%）92939591耐候性（紫外光/300h）1级1级1级1级密度（kg/m3）2215214822652117由表一所得的实验数据，可以得出，本发明的制备方法制备的成品的各项性能显著优异于现有技术中的普通产品，并且在本发明的实施例3中优选的制备方案，其得到的成品性能最为优异。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12