一种太阳光反射陶瓷涂料及其制备方法和施工方法与流程

1.本发明属于涂料技术领域，涉及一种太阳光反射陶瓷涂料及其制备方法和施工方法；尤其涉及一种耐候性好的太阳光高反射散热陶瓷涂料及其制备方法和施工方法。


背景技术：

2.太阳能光热电站根据太阳能光热发电原理采用"光-热-电"的发电方式，成千上万的定日镜把太阳光反射到位于太阳塔顶的吸热器表面，形成800℃以上的高温。通过传热介质产生500℃以上的蒸汽，推动蒸汽轮机发电。在太阳能光热电站中，位于塔顶的吸热器下面，是一些机械设备以及发电设备等，设备四周用金属板作为保护，为了避免设备在高温下受损，延长设备的寿命，金属板表面涂有一层太阳光反射散热涂层，该反射散热涂层对于降低设备周围空间的温度，避免设备长期在高温下工作，延长设备使用寿命极为重要，需要有高的太阳光反射率以及优异的散热性能。
3.太阳光反射散热涂层，需要长期接受太阳光的照射，现有的太阳光反射散热涂层多数为有机涂层，由于涂层耐洗刷性、耐候性均不理想，使用寿命较短，一般1-2年涂层就会出现脱落，需要对金属护板表面处理后涂敷新的涂层。
4.通过对现有专利文献的检索发现，授权号为zl201880069987.9、申请号为201610837280.0、201610837286.8的中国专利公开了太阳光反射涂料的技术方案，均是以聚酯树脂、聚酰胺树脂、改性丙烯酸树脂等有机树脂作为成膜物质的，这些太阳光反射涂层都会存在耐洗刷性仅能达到1万多次，耐候性约2000h，无法满足户外使用的要求。市面上那些用于反射散热的商用涂料，仅只能反射80％-90％的太阳光，急需提升对于太阳光的反射率。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服上述现有技术存在的现有太阳光反射散热涂料成膜物质为有机树脂，有机树脂耐洗刷性、耐候性均不理想，在长期风吹日晒雨淋的环境下使用寿命较短，一般1-2年涂层就会出现脱落，而且市面上那些用于反射散热的商用涂料，仅只能反射80％-90％的太阳光，无法满足户外使用要求等不足，提供一种太阳光反射陶瓷涂料及其制备方法和施工方法。
6.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
7.《第一方面》
8.本发明涉及一种太阳光反射散热陶瓷涂料组合物(通过增加涂层的反射率和散热率两方面来设计技术方案)，以100％计，配方如下：
9.硅溶胶：25-27％，硅烷：30-32％，钛白粉：16-18％，沉淀硫酸钡：添加量为钛白粉的10-15％，填料：8-10％，单壁碳纳米管：0.1-0.15％，分散剂：1-2％，流平剂：1.5-2％，25％甲酸：0.7-0.8％，去离子水：余量。
10.其中：
11.本发明体系中，硅溶胶为主要成膜物质，常见市售产品，例如：阿克苏硅溶胶bindzil2034di、日产化学的st-30、格雷斯as-40等。
12.本发明体系中，硅烷为辅助成膜物质，由二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、甲基乙烯基二甲氧基硅烷、甲基苯基二甲氧基硅烷、二异丁基二甲氧基硅烷、二异丙基二甲氧基硅烷等二官能度硅烷中的一种或几种。二官能度的硅烷，在酸性条件下水解聚合后更倾向于形成线性聚合物，减少陶瓷涂料大分子孔隙结构，从而减少对太阳光的吸收，增加反射率。
13.钛白粉为白色颜料，本发明中选用金红石型钛白粉，中粒径0.25-0.3μm。例如：杜邦r706、日本石源钛白粉r-930等。白色可反射光谱内所有可见光，可以带来最大的光反射，故反射涂料均使用白色颜料，而且白度越高，反射率越高。钛白粉有金红石型和锐钛型两种，金红石型钛白粉具有更好的耐候性和保光性，对于需要长期暴露在太阳光下的涂层，选用耐候性更好的金红石型钛白粉。钛白粉的粒径越小，白度值越高，这主要是由于钛白粉粒径越小，表面积增大，光的反射增强。
14.本技术体系中，沉淀硫酸钡作为体质颜料，8000目，添加量约为钛白粉的10-15％，选用德国莎哈利本化学有限公司的blanc fixe micro超细沉淀硫酸钡。本发明体系中，硫酸钡的作用有两个：一是硫酸钡在波长300-400微米范围内有很高的反射性，可以保护漆膜免遭光老化，提高涂层的耐候性；二是水性涂料中少量添加可以提高涂层白度而遮盖力不下降。从而使涂层对光的反射率提高。硫酸钡的添加量太少，作用不明显；硫酸钡添加量太多，由于硫酸钡是没有遮盖力的，则会影响涂料的遮盖力，为了保持涂层的遮盖力则需要增加钛白粉的用量，会增加涂料的成本。
15.作为本发明的一个实施方案，所述填料包括云母粉、硅微粉、高岭土、氧化铝粉、有机膨润土等中的一种或几种。
16.碳纳米管是散热涂料最理想的功能填料，是世界上已知的最好的导热材料之一。碳纳米管分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管，其中：单壁碳纳米管的导热系数为6600w/m
·
k，是多壁碳纳米管的2倍多，故本发明体系中选用单壁碳纳米管，可以更好的提高涂层的散热性能。由于碳纳米管呈现黑色，故添加量不可过多，否则吸收太阳光的效应大于散热的效应时，也就起不到散热的作用了。碳纳米管使得涂层向大气空间自动辐射热量，加快热量交换，降低物体表面和内部空间的温度，起到保护内部设备的作用。
17.本发明体系中，25％甲酸是溶胶-凝胶反应催化剂，其调节反应后涂料的ph值为4.0-5.0之间。
18.《第二方面》
19.本发明涉及一种太阳光反射散热陶瓷涂料组合物的制备方法，所述方法包括如下步骤：
20.s1、碳纳米管分散液制备：以十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂，超声分散得到碳纳米管悬浮液；
21.s2、色浆的制备：将硅溶胶、钛白粉、沉淀硫酸钡、填料、分散剂、去离子水混合均匀，研磨至细度达到20
±
5μm后，加入所述碳纳米管悬浮液，继续搅拌20-40分钟后，得到色浆；
22.s3、反射散热涂料的制备：首先将流平剂加入硅烷中，再加入25％甲酸，混合均匀，
加入所述色浆中，混合均匀，搅拌反应得到所述太阳光反射散热陶瓷涂料组合物。
23.步骤s1用十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂，利用超声+表面活性剂的方式，得到分散性好的碳纳米管悬浮液，且可稳定悬浮8个月以上。作为一个实施方案，所述表面活性剂为浓度为5000-8000mg/l的十二烷基苯磺酸钠水溶液；所述超声是在25℃
±
5℃，600w的超声条件下超声10-12小时。
24.在一些实施例中，将十二烷基苯磺酸钠用去离子水配成浓度为5000-8000mg/l的溶液，取20ml溶液加入离心瓶中，再加入碳纳米管，将离心瓶放入超声机中，在25℃
±
5℃，600w超声条件下超声10-12小时，得到稳定的碳纳米管悬浮液。在该步骤中，表面活性剂的浓度、超声条件(时间、功率)都会对碳纳米管的分散产生影响，在优化的条件下可以使得碳纳米管的悬浮量达到饱和，最大程度发挥作用，且可以稳定存在。
25.作为一个实施方案，步骤s2中，所述研磨是球磨机研磨1-2小时。继续搅拌的时间为20-40分钟。
26.作为一个实施方案，步骤s3中，所述搅拌反应是在100-180转/分的转速条件下反应8-12小时。
27.作为一个实施方案，步骤s3中，加入25％甲酸调节反应后涂料的ph值为4.0-5.0之间。
28.《第三方面》
29.本发明涉及一种太阳光反射散热陶瓷涂料组合物的施工方法，所述方法包括如下步骤：
30.a1、基材前处理：基材为304镍基钢管，砂喷砂处理至形成粗糙度为1.5-3μm的表面；
31.a2、涂敷：先将基材预热至40-60℃，再采用喷涂或者刷涂进行涂敷；
32.a3、固化。
33.步骤a1中，喷砂处理后可增加涂层与基材的附着力；但是粗糙度需要控制好，粗糙度太小，涂层与基材之间的附着力不好，表面粗糙度太大，涂层表面平整度不够，影响涂层的反射率。优选采用100-120目金刚砂喷砂处理。
34.作为一个实施方案，步骤a2中涂敷厚度为30-40μm。膜厚太薄，白色颜料遮盖力不够，不能发挥白色颜料对光的全反射，而且涂层太薄，表面平整度不够，也会影响涂层对太阳光的反射；涂层太厚，附着力变差且成本高。
35.作为一个实施方案，步骤a3中所述固化为先80-100℃下固化10min；再230-260℃固化20min。
36.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
37.(1)本发明的陶瓷涂料加入了钛白粉和沉淀硫酸钡，增加了对太阳光的反射率；利用二官能度硅烷的水解聚合更倾向于形成线性大分子，从而降低了分子的交联孔隙结构，减少了涂层对太阳光的吸收，增加了反射率；通过控制喷砂粗糙度及涂层厚度，使得涂层表面的平整度增加，增加了涂层的反射率。
38.(2)本发明利用超声+表面活性剂的方式，通过控制分散过程的参数，得到悬浮量饱和且分散性好的碳纳米管悬浮液，从而制得了稳定的陶瓷涂料，最大程度的发挥了碳纳米管的作用，碳纳米管可以激发金属表面的共振效应，显著提高远红外发射效率，加快热量
从基材表面的快速散发。
39.(3)该涂料主要成膜物质为无机物，最终形成si-o-si的无机结构，其耐洗刷性、耐候性均优于现有有机涂料，使用寿命可延长至5年左右。
具体实施方式
40.下面结合实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干调整和改进。这些都属于本发明的保护范围。
41.实施例1
42.本实施例提供一种太阳光反射散热陶瓷涂料组合物，其组成如表1所示。
43.本实施例的涂料制备步骤如下：
44.(1)碳纳米管分散液制备：将十二烷基苯磺酸钠用去离子水配成浓度为6000mg/l的溶液，取20ml溶液加入离心瓶中，再加入碳纳米管，将离心瓶放入超声机中，在25℃℃，600w超声条件下超声10小时，得到稳定的碳纳米管悬浮液；
45.(2)色浆的制备：将硅溶胶、钛白粉、沉淀硫酸钡、填料、分散剂、去离子水混合均匀，球磨机研磨1.5小时，待细度达到20μm后，加入步骤(1)制得的碳纳米管分散液，继续搅拌30分钟后，得到色浆；
46.(3)反射散热涂料的制备：首先将流平剂加入硅烷中，再加入25％的甲酸，混合均匀，然后加入步骤(2)得到的色浆中，混合均匀，在150转/分下反应10小时后得到反射散热涂料。
47.本实施例的涂料施工步骤如下：
48.(1)基材前处理：基材为304镍基钢管，涂敷前用120目金刚砂喷砂处理，形成粗糙度为2μm的表面；
49.(2)涂敷：采用喷涂或者刷涂的方式，先将基材预热至60℃，再进行涂敷，涂敷厚度为30-40μm；
50.(3)固化：先100℃
×
10min，然后260℃
×
20min。
51.实施例2～4
52.实施例2～4提供一种太阳光反射散热陶瓷涂料组合物，其组成如表1所示。涂料制备同实施例1。
53.对比例1～5
54.对比例1～5提供一种太阳光反射散热陶瓷涂料组合物，其组成如表1所示。涂料制备同实施例1。
55.表1实施例与对比例的涂料组成以及用量(wt.％)
56.[0057][0058]
表1中，硅溶胶选用阿克苏硅溶胶bindzil 2034di；钛白粉选用中粒径0.25-0.3μm的金红石型钛白粉；沉淀硫酸钡选用blanc fixe micro超细沉淀硫酸钡；单壁碳纳米管：成都有机化学所，纯度90％，比表面积385m2/g；分散剂可选byk180、byk190、byk2010、byk2001等，表1中选择byk180；流平剂可选用byk333、byk345等，表1中选用byk333。
[0059]
主要性能测试
[0060]
对以上实施例和对比例制得的涂料进行主要性能测试，检测项目以及方法见表2，检测结果如表3-5所示：
[0061]
表2
[0062]
[0063][0064]
表3
[0065][0066]
表4
[0067]
[0068][0069]
表5
[0070][0071]
涂层散热效果测试
[0072]
对以上实施例和对比例制得的涂料进行涂层散热效果测试：取304镍基钢管，上端涂敷反射散热涂料，下端不涂覆涂料作为空白对比，将其放置在室外自然环境下，接受太阳光照射，测试空白样表面温度达到40℃、50℃、60℃、70℃时，涂有涂料部分表面的温度。
[0073]
涂敷步骤如下：
[0074]
(1)基材前处理：304镍基钢管用100目金刚砂喷砂处理至粗糙度为2μm的表面；
[0075]
(2)涂敷：将基材预热至50℃，再进行喷涂，涂敷厚度为35μm；
[0076]
(3)固化：先90℃
×
10min，然后250℃
×
20min。
[0077]
测试结果如表6所示：
[0078]
表6
[0079][0080][0081]
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。