一种无机复合光子涂层及其应用的制作方法

本发明涉及一种无机复合光子涂层及其应用。

背景技术：

1、为了缓解温室效应和全球变暖的问题，近几年提出了日间辐射制冷技术。辐射制冷是将宇宙空间作为冷源、地面上物体作为热源建立辐射热传递通道，通过“大气窗口”在不消耗能源的情况下，将热量以特定波段的电磁波辐射方式把地面物体的热量通过地球大气窗口直接传递到宇宙空间，从而达到制冷的目的。

2、但是，目前的辐射制冷涂层中，主要用有机乳液/有机基材等与无机颜填料进行复配，其中有机乳液/有机基材的使用会导致涂层产生黄化、粉化等现象，即涂层的耐候性较差，由此进一步导致涂层寿命较短。而且，含有较多有机化合物的涂层的表面容易被污染即耐污性差，由此也会影响辐射制冷效果。另外，许多辐射制冷涂层的厚度较厚，导致成本较高。而且，目前多数辐射制冷涂层无法同时满足高反射率和高发射率。

3、另外，辐射制冷涂层的一个副作用是，辐射制冷涂层无法满足在冬天等低温环境下不需要辐射制冷而需要保温的需求。尽管已存在一些想要提高辐射制冷涂层的隔热性能的技术，但是这些技术在耐候性与使用寿命、辐射制冷性能、冬夏季季节适应性等方面存在不足。

4、wo2021083250a1(pct/cn2020/124665)公开了一种具有智能低于环境辐射冷却的涂层，其包含tio2颗粒；选自由sio2、caco3、sic、zno、al2o3、zno、baso4、si3n4及其混合物组成的组的无机颗粒；荧光颜料颗粒；以及作为粘结剂的聚合物；聚合物包括聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸烷基酯、聚甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸烷基酯、聚碳酸酯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸及其混合物以及它们的共聚物。该涂层采用稀土掺杂的荧光颗粒，将峰值波长小于450nm的入射光的波长向下转换为500nm至700nm的发射光的波长，减少了二氧化钛、氧化锌等因为固有特性对于紫外线的吸收。但是，该涂层中的粘结剂采用有机聚合物，在长期的室外使用中，必然会产生黄化、粉化等现象，其使用寿命仅为3-6年，且表面很容易被污染，影响辐射制冷效果。

5、cn102585572a中公开了一种热反射隔热无机复合材料及其制备方法和应用，该无机复合材料是以氧化铝、氧化钛、氧化硅为基质，掺杂有钇、铈和镧中的一种或几种稀土元素的微/纳米复合材料，其可通过液相法、液相包覆法和固相混合法来制备，可以由该无机复合材料配制热反射保温隔热涂料。但是，该无机复合材料的反射率较低，仅为90％左右。

6、cn114350215a中公开了一种水性热迟滞蓄热涂料及其应用，该涂料以质量百分比计包括：铝粉22～35％，稀土金属氧化物3.0～10.0％，颜料2～6％，乳液35～45％，助剂3～6％和水17～22％。该涂料的光谱学特征是红外区域辐射率极低，太阳光谱的可见光区域具有选择性吸收，因此颜色可调。用于建筑物内墙时，与聚苯板内保温系统相比，可以极大地延迟室内热量的散发，起到内保温作用；用于外墙时，涂层低辐射的红外特征可以大幅降低建筑内部或内侧与外部或外侧周边热冷环境之间的辐射热交换，起到冬暖夏凉，提高建筑物居住热舒适性。但是，该专利中的铝粉没有进行包覆，容易氧化或者和水发生析氢反应而失去其作用，而且也没有提及铝粉和钛白粉的粒径大小。另外，该涂料中乳液选择有机苯丙乳液，导致室外的耐候性较差，可能3-5年就需要更换涂料。而更换涂料将导致增加施工量、增加成本，且给居民生活环境造成不便等。

技术实现思路

1、发明要解决的问题

2、针对目前辐射制冷技术中存在的上述问题，需要提供一种耐候性和耐污性较好、环境友好、厚度较薄、可以兼具高反射率和高发射率(均在95％以上)的无机辐射制冷功能涂层。为了改善空间的隔热保温效果，还需要提供一种能够减少空间热量损失的涂层。另外，为了同时满足不同季节的制冷与保暖二者的需求，还需要提供一种能够兼顾制冷与红外反射隔热的复合涂层。

3、用于解决问题的方案

4、为解决上述问题，本发明人进行深入研究并首次提出将辐射制冷和红外反射有机结合起来，在夏季增强太阳近红外反射的同时，更重要的是阻隔了中红外的双向辐射(双向热量)传递，起到了夏季制冷冬季阻隔保温的效果，将其应用于建筑内和/或外墙的涂层上，对建筑在使用的能耗量和能耗结构甚至建筑结构本身(主要是内外保温层)，产生经济效益与节能环保效益兼具的重大意义。同时，可以减少甚至不用内外墙的保温隔热材料，减少成本、施工与建筑重量、墙体厚度。解决了普通外墙涂料3-5年需要更换重涂带来的双倍施工量、成本、重涂带来的居民生活不便利、安全等等的影响，本发明的涂层可以达到与建筑本身一样的长使用寿命。另外，本发明的涂层可以针对不同的应用场景，将辐射制冷层和红外反射层分开或结合使用。

5、具体地，本发明提供一种无机复合光子涂层，其中所述无机复合光子涂层包括辐射制冷功能涂层或红外反射功能涂层，或者包括自上而下设置的所述辐射制冷功能涂层和所述红外反射功能涂层的复合涂层，

6、所述辐射制冷层包括第一涂层和第二涂层，其中第一涂层用于将太阳光中的部分紫外光转化为可见光、在大气窗口最大波段8-14μm范围内以增强红外辐射方式通过大气窗口发射热量、并部分或全部反射太阳光0.3-2.5μm波段中的紫外光和/或可见光和/或近红外光；所述第二涂层用于增强反射太阳光0.3-2.5μm波段中的紫外光和/或可见光和/或近红外光；

7、所述红外反射功能涂层用于反射阻隔红外光，所述红外反射功能涂层包括具有反射阻隔功能的无机颜填料，

8、所述具有反射阻隔功能的无机颜填料包括粒径为10-60μm、优选为中位数粒径为40-60μm的包覆铝粉或包覆铝银浆，粒径为400-1200nm、优选为600-1000nm的二氧化钛、石墨/石墨烯中的一种或多种。

9、根据以上所述的无机复合光子涂层，其中，所述辐射制冷功能涂层的厚度为200-800μm；和/或，所述红外反射功能涂层的厚度为50-200μm；和/或，所述第一涂层的厚度为100-500μm；和/或，所述第二涂层的厚度为100-500μm。

10、根据以上所述的无机复合光子涂层，其中，所述第一涂层包括紫外转光剂、作为大气窗口发射粒子的无机颜填料和第一粘结剂；和/或，

11、所述第二涂层包括形成折射率梯度的无机颜填料和第二粘结剂；和/或，

12、所述红外反射功能涂层还包括第三粘结剂。

13、根据以上所述的无机复合光子涂层，其中，所述紫外转光剂包括荧光增白剂、群青、硫化锌铜、铝酸锶铕镝中的一种或多种；和/或

14、所述作为大气窗口发射粒子的无机颜填料包括二氧化硅、六方氮化硼、硫酸钡、改性偏硼酸钡、改性偏硼酸钙中的一种或多种，其中二氧化硅、六方氮化硼、硫酸钡、改性偏硼酸钡、改性偏硼酸钙各自的粒径为0.1-20μm；

15、所述形成折射率梯度的无机颜填料包括粒径为200-400nm的二氧化钛、粒径为1-30μm的空心玻璃微珠、粒径为1-30μm的空心陶瓷微珠、气凝胶、气相二氧化硅、硅酸钙、磷酸钙、重钙粉、改性偏硼酸钡、改性偏硼酸钙的一种或多种，其中硅酸钙、磷酸钙、重钙粉、改性偏硼酸钡、改性偏硼酸钙的粒径各自为0.1-20μm。

16、本发明中，第一粘结剂可包括无机硅酸盐、液态硅溶胶、有机乳液中的一种或多种。为了减少复合涂层中的有机物含量，当包括有机乳液时，有机乳液的固含量相对于整个无机复合光子涂层的总固量不超过8重量％；

17、所述第一粘结剂、所述第二粘结剂和所述第三粘结剂彼此相同或不同。

18、根据以上所述的无机复合光子涂层，其中，所述第一涂层中，所述紫外转光剂的含量相对于所述第一涂层的质量为0.2～2.0质量％，所述第一涂层中，所述作为大气窗口发射粒子的无机颜填料的含量相对于所述第一涂层的质量为30～70质量％，所述第一粘结剂的含量相对于所述第一涂层的质量为30～70质量％；和/或

19、所述第二涂层中，所述形成折射率梯度的无机颜填料的含量相对于所述第二涂层的质量为30～70质量％，所述第二粘结剂的含量相对于所述第二涂层的质量为30～70质量％；和/或

20、所述红外反射功能涂层中，所述具有反射阻隔功能的无机颜填料的含量相对于所述红外反射功能涂层的质量为30～60质量％，所述第三粘结剂的含量相对于所述红外反射功能涂层的质量为30～70质量％。

21、根据以上所述的无机复合光子涂层，其中所述包覆铝粉和所述包覆铝银浆各自为硅包覆或硬脂酸包覆。

22、本发明还提供一种如上所述的无机复合光子涂层的应用，其中，当所述无机复合光子涂层包括辐射制冷功能涂层时，所述无机复合光子涂层应用于三维立体结构和二维平面结构的外部或外侧，

23、当所述无机复合光子涂层包括红外反射功能涂层时，所述无机复合光子涂层应用于三维立体结构和二维平面结构的内部或内侧和/或外部或外侧，

24、当所述无机复合光子涂层包括自上而下设置的辐射制冷功能涂层和红外反射功能涂层二者时，所述无机复合光子涂层应用于三维立体结构和二维平面结构的外部或外侧，

25、所述三维立体结构包括建筑、箱体、管道、汽车、光伏组件、户外用品、农牧水产业设备、航空航天设备、冷链运输设备、室外箱柜罐、纺织行业设备、室外通讯设备、公用设施、冷却水系统、节能设备中的一种，

26、所述二维平面结构包括片状或板状的金属、塑料、橡胶、混凝土、水泥、沥青、纸张、纺织品、木材、瓷砖、玻璃、玻璃纤维、陶瓷纤维、有机合成材料中的一种。

27、发明的效果

28、(1)本发明的包括辐射制冷功能涂层的无机复合光子涂层可以将太阳光中的部分紫外光转化为可见光、在大气窗口最大波段8-14μm范围内以增强红外辐射方式通过大气窗口发射热量、并部分或全部反射太阳光0.3-2.5μm波段中的紫外光和/或可见光和/或近红外光，还可以增强反射太阳光0.3-2.5μm波段中的紫外光和/或可见光和/或近红外光，具有95％以上的高反射率和95％以上的高发射率。

29、(2)本发明的包括红外反射功能涂层的无机复合光子涂层可以有效双向反射阻隔红外光，从而可以使空间红外反射阻隔保温。

30、(3)本发明的包括辐射制冷功能涂层和红外反射功能涂层二者的无机复合光子涂层具有上述两层的功能，既可以辐射制冷又可以红外反射阻隔保温，从而可以实现夏季制冷冬季阻隔保温的冷暖自适应的效果，将其应用于建筑(内)外墙的涂层上，可以减少甚至不用内外墙的保温隔热材料，减少成本、施工与建筑重量、墙体厚度，对建筑在使用的能耗量和能耗结构上产生经济效益与节能环保效益兼具的重大影响。

31、(4)本发明的涂层可以针对不同的应用场景，将辐射制冷层和红外反射层分开或结合使用，应用范围广。

32、(5)本发明的无机复合光子涂层主要使用无机材料而不使用大量的有机乳液，因此耐候性良好、不易开裂、寿命较长(可以达到与建筑本身一样的长使用寿命)、无机涂层亲水表面耐污性良好、环境友好，而且厚度较薄、成本较低。

33、(6)本发明的无机复合光子涂层解决了普通外墙涂料3-5年需要更换重涂带来的双倍施工量、成本、重涂带来的居民生活不便利、安全等等的影响。

34、(7)碱性涂层与硼酸盐的组合使用，可以起到防腐、防霉、防锈、抗粉化的作用。