一种高温辐射制冷涂料及其制备方法

本发明涉及温控涂料，尤其涉及一种高温辐射制冷涂料及其制备方法。

背景技术：

1、全球气候变暖和“温室效应”的不断加剧，制冷能耗所占的比例逐渐增大。传统降温方法（如空调系统等）能源消耗大，导致温室气体排放显著增加。面对巨大的能源危机，辐射制冷作为一种零能耗、零污染的制冷技术，为可持续提供了新的机会。

2、辐射制冷是一种利用物体本征热辐射将自身能量发射至外太空而无需消耗任何外加能源的一种制冷方式。它可以自发地通过大气窗口（8-13µm）将热量散发到外层空间，而没有任何能量消耗或二氧化碳释放，从而实现自身降温的目的。为了减少白天的热量增益，通常需要在太阳光谱中（0.3-2.5µm）表现出超高的反射率。目前国内外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 109968769 a公开了一种无能耗辐射制冷复合薄膜，其采用微米级粉末及聚合物直接搅拌挤压喷涂制备复合薄膜材料，可以实现优异的降温效果。发明专利cn110041735 a公布了一种光谱选择性辐射制冷材料的制备方法，该材料首先制备一层保护底层，再涂具有高反射率的银涂层，最后在银层表面覆盖一层红外发射涂层形成三层结构。发明专利cn108995257 a提供一种辐射制冷薄膜及其制备方法，所制备的材料具有极好的辐射制冷性能及耐老化性能，可大大提升材料户外使用寿命。

3、然而，上述几种涂层成本高、施工工艺复杂、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。而对于如数据中心、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下的制冷应用并不适用。因此，亟需一种适用于高温环境的辐射制冷材料，以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高温辐射制冷涂料。

2、本发明所要解决的另一个技术问题是提供该高温辐射制冷涂料的制备方法。

3、为解决上述问题，本发明所述的一种高温辐射制冷涂料，其特征在于：该涂料由以下质量份数的原料制成：功能颜料10~30份、增韧填料2~4份、粘结剂20~50份、分散剂3~8份、润湿剂2~5份、消泡剂1~3份、流平剂1~3份和去离子水15~25份；其在大于800℃高温环境下具有良好的辐射制冷效果。

4、所述功能颜料为氧化锆、氧化硅、氮化硅、氮化硼、硫酸钡、碳酸钙中的不少于一种复合而成，其中每种颜料的粒径在100纳米到2微米之间。

5、所述增韧填料为硅酸铝纤维和氧化铝纤维；硅酸铝纤维和氧化铝纤维的长径比约为（10~15）：1。

6、所述粘结剂为硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂、磷酸二氢铝、磷酸铬铝中的一种或两种。

7、所述分散剂为silco sperse hld-11/c、lucramul nap、dispex uitra fa 4425脂肪醇乙氧基混合物中的一种或者两种。

8、所述润湿剂为silco wet 065、cognis pe-100、tego qx-4100中的一种或者两种。

9、所述消泡剂为silco af843、afcona-2035、tego antifoam 3062中的一种或者两种。

10、所述流平剂为silcoflw k-134、byk-3700、sh-27中的一种或者两种。

11、如上所述的一种高温辐射制冷涂料的制备方法，包括以下步骤：

12、⑴按配比称重；

13、⑵将离子水、粘结剂、润湿剂、分散剂、消泡剂、流平剂混合分散均匀后加入功能颜料和增韧填料，利用高速分散机，在500~1000r/min的转速搅拌50~90min，即得混合物；

14、⑶所述混合物采用砂磨机或球磨机进行分散研磨至细度为10~20μm，经100~200目丝网过滤，即得高温辐射制冷涂料。

15、本发明与现有技术相比具有以下优点：

16、1、本发明中添加有六方氮化硼（hbn）、碳化硅（sic）等，这些材料具有耐高温、低热膨胀系数以及良好的热导性能，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，实现在高温环境下的导热性能。

17、2、本发明通过增韧填料及功能颜料共混掺杂，制备了一类单层材料，如图1所示。增韧材料的添加，提高了涂层材料的韧性以及硬度，极大地增强了涂料在户外应用的使用寿命。

18、按照国家标准gb/t 6739-2006《色漆和清漆铅笔法测定漆膜硬度》测定涂层硬度。准备好试验条件后，在铅笔的尖端刚接触到涂层后立即推动试板，以0.5mm/s～1mm/s的速度朝离操作者的方向推动至少7 mm的距离。30 s后以裸视检查涂层表面，擦拭涂层表面，看有无大于3mm长度的划痕出现，如无，更换较高硬度的铅笔直到出现至少3mm长的划痕为止。结果显示，涂层硬度介于2-5h之间，表明此涂层硬度高，对户外实用性有很大提升。

19、3、本发明添加具有优异光谱选择性的功能颜料，该颜料特定的能带结构、折射率及消光系数等改善了原有的介电对比，降低了对光子能量的吸收，并引起红外光声子振动，从而提高了材料的光反射性能和红外辐射性能，如图2~3所示，在0.3~2.5 μm的反射率为98%，在8~13μm的红外辐射率为96%，显现出良好的光谱选择性能。

20、4、本发明的涂层在大于800℃的高温环境下，保持良好的辐射降温效果。

21、室温测试结果如图4所示：在室温环境中，涂层可制冷温度在6~15℃，展现了良好的降温效果。本发明水性环保，符合国家要求。

22、5、本发明生产效率高、无需复杂的处理工序，且可实现大规模工业生产，其韧性、耐高温、阻燃等优势也使得它能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：

1.一种高温辐射制冷涂料，其特征在于：该涂料由以下质量份数的原料制成：功能颜料10~30份、增韧填料2~4份、粘结剂20~50份、分散剂3~8份、润湿剂2~5份、消泡剂1~3份、流平剂1~3份和去离子水15~25份；其在大于800℃高温环境下具有良好的辐射制冷效果。

2.如权利要求1所述的一种高温辐射制冷涂料，其特征在于：所述功能颜料为氧化锆、氧化硅、氮化硅、氮化硼、硫酸钡、碳酸钙中的不少于一种复合而成，其中每种颜料的粒径在100纳米到2微米之间。

3.如权利要求1所述的一种高温辐射制冷涂料，其特征在于：所述增韧填料为硅酸铝纤维和氧化铝纤维；硅酸铝纤维和氧化铝纤维的长径比约为（10~15）：1。

4.如权利要求1所述的一种高温辐射制冷涂料，其特征在于：所述粘结剂为硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂、磷酸二氢铝、磷酸铬铝中的一种或两种。

5.如权利要求1所述的一种高温辐射制冷涂料，其特征在于：所述分散剂为silcosperse hld-11/c、lucramul nap、dispex uitra fa 4425脂肪醇乙氧基混合物中的一种或者两种。

6.如权利要求1所述的一种高温辐射制冷涂料，其特征在于：所述润湿剂为silco wet065、cognis pe-100、tego qx-4100中的一种或者两种。

7.如权利要求1所述的一种高温辐射制冷涂料，其特征在于：所述消泡剂为silcoaf843、afcona-2035、tego antifoam 3062中的一种或者两种。

8.如权利要求1所述的一种高温辐射制冷涂料，其特征在于：所述流平剂为silcoflwk-134、byk-3700、sh-27中的一种或者两种。

9.如权利要求1所述的一种高温辐射制冷涂料的制备方法，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及一种高温辐射制冷涂料，该涂料由以下质量份数的原料制成：功能颜料10~30份、增韧填料2~4份、粘结剂20~50份、分散剂3~8份、润湿剂2~5份、消泡剂1~3份、流平剂1~3份和去离子水15~25份；其在大于800℃高温环境下的具有良好的辐射制冷效果。同时，本发明还公开了该高温辐射制冷涂料的制备方法。本发明生产效率高、无需复杂的处理工序，且可实现大规模工业生产，所得涂层具有辐射制冷性能好、良好的韧性及耐高温、阻燃等优势，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,岳乾,张永志,汪增强,康小洁
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