一种具有防护功能的高温辐射制冷涂层及其制备方法

本发明涉及温控涂料，尤其涉及一种具有防护功能的高温辐射制冷涂层及其制备方法。

背景技术：

1、随着全球气候持续变暖，地表温度升高，城市的热岛效应大大加剧，制冷能耗所占的比例持续攀升，传统的蒸汽压缩冷却策略，比如空调的制冷消耗了大量的化石燃料，导致碳排放增加，进一步使全球气候恶化。辐射制冷作为一种零能耗、零污染的制冷技术，为可持续碳中和提供了新的机会。

2、辐射制冷能够通过大气窗口（8-13µm）以热辐射的形式将地球的热量传递到外太空，无需任何能量输入的条件下，在日间通过最小化太阳能（0.3-2.5µm）吸收实现了低于环境温度的降温效果，这种零能耗且高效的降温方式为全球节能领域的发展提供新的策略和机遇。目前国内外已通过设计具有太阳光谱高反射率和大气窗口高发射率的光谱选择性材料，实现了全天候辐射制冷。如发明专利cn 115558351提供了一种提高辐射制冷涂层辐射制冷性能的方法，通过充分利用填料对光的反射和对热量的辐射提高辐射制冷效果；发明专利cn116445074提供了一种无能耗辐射制冷涂料及其制备方法和应用，所制备的冷却涂料降温效率显著提升，具有广阔的应用前景。然而这些涂层成本高、机械性能较差、功能较为单一，仅适用于室温条件下的亚环境辐射制冷，在复杂的室外环境下不能长期稳定工作。对于如数据中心、车辆和通信基站等由于巨大的内部发热，温度通常高于环境温度的高温环境，且长期暴露在室外下的制冷应用并不适用。

3、因此，亟需一种耐高温、耐腐蚀、耐磨损和高导热的具有防护功能的高温辐射制冷涂层材料，以便极大地扩展这种节能冷却技术的潜在应用。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种性能良好的具有防护功能的高温辐射制冷涂层。

2、本发明所要解决的另一个技术问题是提供该具有防护功能的高温辐射制冷涂层的制备方法。

3、为解决上述问题，本发明所述的一种具有防护功能的高温辐射制冷涂层，其特征在于：该涂层由以下质量份数的原料组成：辐射制冷颜料20~35份、防护填料4~6份、粘结剂20~40份、分散剂3~5份、润湿剂3~5份、消泡剂1~3份、流平剂1~3份和二正丁基醚15~25份。

4、所述涂层的厚度为150~250微米，反射率大于0.95，发射率大于0.94，耐高温大于800℃。

5、所述辐射制冷颜料为氧化铝、氧化硅、硫酸钡、碳酸钙中的不少于一种复合而成，且每种复合颜料的粒径在100纳米到2微米之间，电子带隙在6电子伏特到9电子伏特之间，折射率在1.5到2.0之间。

6、所述防护填料为碳化硅、氧化锆、氮化硼中的不少于一种复合而成，且每种填料的粒径在500纳米到10微米之间。

7、所述粘结剂为全氢聚硅氮烷、聚脲硅氮烷中的一种或两种。

8、所述分散剂为afcona-4011、byk-1165、anti-terra-u 100中的一种或者两种。

9、所述润湿剂为afcona-5008、anti-terra-203、bykumen中的一种或者两种。

10、所述消泡剂为byk-070、afcona-2791、byk-1788中的一种或者两种。

11、所述流平剂为ceratix 8566、afcona-3030、rheobyk-431中的一种或者两种。

12、如上所述的一种具有防护功能的高温辐射制冷涂层的制备方法，包括以下步骤：

13、⑴按配比称重；

14、⑵将二正丁基醚、粘结剂、润湿剂、分散剂、消泡剂、流平剂混合分散均匀后加入辐射制冷颜料和防护填料，利用高速分散机，先在400~800r/min的转速搅拌60~100min，再采用砂磨机或球磨机进行分散研磨至细度10~20μm，然后用100~200目丝网进行过滤，即得高温辐射制冷涂料，密封保存；

15、⑶采用粒径为1~5μm的石英石或棕刚玉对基体表面进行喷砂处理，使基材表面的洁度达到sa 2.5~3.0级要求；

16、⑷在环境温度为15~30℃、空气相对湿度低于85%的条件下，采用0.8mpa压缩空气喷涂2次，喷涂完毕后静置室温固化，即得具有防护功能的高温辐射制冷涂层。

17、本发明与现有技术相比具有以下优点：

18、1、本发明采用的聚硅氮烷树脂粘结剂具有高熔点（1500~2000℃），由于硅氮键和碳氮键的存在，其分子结构非常稳定，在高温环境下具有优异的稳定性；由于分子结构中含有硅、氮、碳元素，使辐射制冷涂层材料具有较强的耐腐蚀性、耐磨性、耐辐射性和电绝缘性，能够在室外复杂的工作环境中保持其性能不变，极大地增强了涂层在苛刻环境的使用寿命。

19、2、本发明中添加碳化硅（sic）、六方氮化硼（hbn）、氧化锆（zro2）作为防护填料，这些材料化学性质稳定、耐高温、耐腐蚀、抗氧化、耐磨性能好。其中碳化硅（sic）和六方氮化硼（hbn）还具有导热系数高、热膨胀系数小的特点，可以将内部产生的热量有效导出，缓解高温情况下由热负荷频繁变化引起的安全隐患；高折射率的二氧化锆（zro2）改善了原有的介电对比，引发了一系列前向和后向散射事件，有效提高了材料的光反射性能；同时亚稳态的四方相二氧化锆也提高了材料的机械强度。因此，这些材料具有的一系列特殊性能给涂层添加了一层防护层，有效提高了对户外应用的实用性。

20、3、本发明中添加具有不同能带结构的氧化铝（al2o3）、氧化硅（sio2）、硫酸钡(baso4)、碳酸钙(caco3) 作为辐射制冷颜料，该颜料利用几种不同的带隙填料来协调折射率与消光系数之间的矛盾，使颜料具有优异的光谱选择性能，表现出高的折射率（n）和低的消光系数（k），这进一步改善了原有的介电对比，实现对太阳光的有效多重散射。此外，复杂的晶体结构和适当的键强度引起了红外光声子振动，从而提高了材料的光反射性能和红外辐射性能，显现出良好的辐射制冷性能（如图1~3所示）。

21、4、本发明工艺简单，成本低廉，生产效率高、无需复杂的处理工序，可实现大规模工业生产。

22、5、本发明涂层在获得优异的辐射制冷性能的同时，还表现出良好的耐高温、耐腐蚀、耐磨损、耐辐射和电绝缘等防护性能，可广泛应用于大型石油储存罐、大型电力设备、火力发电、建筑物制冷、光伏发电等诸多领域。

技术特征：

1.一种具有防护功能的高温辐射制冷涂层，其特征在于：该涂层由以下质量份数的原料组成：辐射制冷颜料20~35份、防护填料4~6份、粘结剂20~40份、分散剂3~5份、润湿剂3~5份、消泡剂1~3份、流平剂1~3份和二正丁基醚15~25份。

2.如权利要求1所述的一种具有防护功能的高温辐射制冷涂层，其特征在于：所述涂层的厚度为150~250微米，反射率大于0.95，发射率大于0.94，耐高温大于800℃。

3.如权利要求1所述的一种具有防护功能的高温辐射制冷涂层，其特征在于：所述辐射制冷颜料为氧化铝、氧化硅、硫酸钡、碳酸钙中的不少于一种复合而成，且每种复合颜料的粒径在100纳米到2微米之间，电子带隙在6电子伏特到9电子伏特之间，折射率在1.5到2.0之间。

4.如权利要求1所述的一种具有防护功能的高温辐射制冷涂层，其特征在于：所述防护填料为碳化硅、氧化锆、氮化硼中的不少于一种复合而成，且每种填料的粒径在500纳米到10微米之间。

5.如权利要求1所述的一种具有防护功能的高温辐射制冷涂层，其特征在于：所述粘结剂为全氢聚硅氮烷、聚脲硅氮烷中的一种或两种。

6.如权利要求1所述的一种具有防护功能的高温辐射制冷涂层，其特征在于：所述分散剂为afcona-4011、byk-1165、anti-terra-u 100中的一种或者两种。

7.如权利要求1所述的一种具有防护功能的高温辐射制冷涂层，其特征在于：所述润湿剂为afcona-5008、anti-terra-203、bykumen中的一种或者两种。

8.如权利要求1所述的一种具有防护功能的高温辐射制冷涂层，其特征在于：所述消泡剂为byk-070、afcona-2791、byk-1788中的一种或者两种。

9.如权利要求1所述的一种具有防护功能的高温辐射制冷涂层，其特征在于：所述流平剂为ceratix 8566、afcona-3030、rheobyk-431中的一种或者两种。

10.如权利要求1所述的一种具有防护功能的高温辐射制冷涂层的制备方法，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及一种具有防护功能的高温辐射制冷涂层，该涂层由以下质量份数的原料组成：辐射制冷颜料20~35份、防护填料4~6份、粘结剂20~40份、分散剂3~5份、润湿剂3~5份、消泡剂1~3份、流平剂1~3份和二正丁基醚15~25份。同时，本发明还公开了该高温辐射制冷涂层的制备方法。本发明工艺简单，成本低廉，可实现大规模工业生产，所得涂层在获得优异的辐射制冷性能的同时，还表现出良好的耐高温、耐腐蚀、耐磨损、耐辐射和电绝缘等防护性能，可广泛应用于大型石油储存罐、大型电力设备、火力发电、建筑物制冷、光伏发电等诸多领域。

技术研发人员：高祥虎,康小洁,张永志,汪增强,鲁种伟
受保护的技术使用者：中国科学院兰州化学物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15