专利名称：高红外反射的钛酸盐纳米粉体的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米材料的制备方法，尤其是一种用于建筑节能涂料的高红外反 射的钛酸盐纳米粉体的制备方法。
背景技术：
目前，建筑节能是我们解决能源问题的一个重要目标。我国建筑能耗占社会总能 耗的27%左右，居全国各类能耗之首，建筑能源应用效率仅为发达国家的1/3。据统计，每年 全球使用的空调、电扇等降温设备占了总能源消耗的20%以上。在夏季，空调温度应控制在 ^TC 18°C，每升高一度，可节电5%、％。空调是通过做功制冷，当室内外温差大时，所需 的功就大，能耗就大。如果能降低室内外的温差，就能降低能量的消耗。太阳光照射在建筑 外墙上，辐射能被吸收转化为热能，使之升温，与内墙形成温度梯度，于是热量就从外而内 传入。建筑节能涂料应用于太阳光照射强烈的屋顶、外墙，使其对太阳光具有高反射率和低 吸收率，降低了太阳光的吸收，也就降低了屋顶涂层的温度，达到了节能降耗的目的。这种 涂料除了具备普通涂料的特性外，最大的特点就是大大降低了物体表面的温度。因此开发 新型建筑隔热保温用材料，降低建筑能耗具有重要的现实意义和广阔的市场前景。
在建筑节能外墙保温系统设计中，通过反射和辐射传热对太阳辐射能量进行耗散 取代传统的隔热保温砂浆已成为研发热点，应用较多的为白色热反射隔热涂料，以空心微 珠和高折射率TiO2为主要功能填料，对太阳光的热反射比可达80%以上，其次是以具有红 外反射功能的纳米导电氧化物作为填料，通过近红外热反射功能达到降低内外温差梯度， 从而达到节能目的。近红外热反射建筑节能涂料是光谱选择性涂层的一种，它能对太阳辐 射中的近红外波段(0. 72^5 μ m)具有高反射率(主要热量来源)，并将吸收的热能以长波 (2. 5^15 μ m)的形式辐射到外部空间，从而在不消耗能量的情况下抑制涂层表面温度的上 升和降低涂覆物内部和周围温度，也是节能型功能性涂层材料的一种。随着建筑节能的需 求日益迫切，单一白色热反射涂料已不能满足多色彩的外墙涂料要求；而彩色热反射涂料 因在可见光波段的高吸收性和颜料耐候性差，其使用和推广受到限制。
美国 Oak Ridge National Laboratory (ORNL)禾口 Lawrence Berkeley National Laboratory(LBNL)两个国家实验室联合众多建材、涂料、颜填料厂商，进行了一项为期三年 的开发新型高反射、多彩的屋顶材料的工程。工程中重要的一个环节就是建立了近100种 常见颜填料的具体属性的数据库，包括颜填料的名称、颜色、化学特性、机械性能、光谱属性 (反射率、吸收率、透射率、透射系数以及散射系数，还有在不同底色涂层上的反射率)等， 并利用分光光度计测量的数据建立了关于散射系数S和吸收系数K的模型，以更深入了解 颜填料的属性。结果表明钛酸盐系列的颜料具有较高的红外反射系数。
然而目前钛酸盐系列颜料一般采用固相煅烧法或通过共沉淀法、液相沉积法等得 到前驱体后经高温烧结制备得到。这些方法存在工艺路线复杂、生产周期长，所得产品掺杂 不均勻、容易引入杂质，粉体的粒子大、粒度不均勻、红外反射性能较差等缺点。发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简单、操作方便、生产周期短且红外光 屏蔽效果好的的钛酸盐纳米粉体的制备方法，用于建筑节能涂料。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是所述钛酸盐纳米粉体的通式 为MxTiOy，其中M为镍或铬，χ和y为正整数；其按照下述步骤进行制备①将重量份数比为广4:1的丙烯酸与水混合，得丙烯酸水溶液A；②称取可溶的M盐与Ti盐，加入至步骤①中的丙烯酸水溶液A中，溶解，得均相体系B， 其中M盐与Ti盐的摩尔比为广0. 1:1, Ti盐与丙烯酸水溶液A的重量比为15、0:100 ；③在搅拌的条件下，将重量含量为2 10%的过氧类引发剂的水溶液加入至步骤②中的 均相体系B中，得溶液C;④将步骤③中得到的溶液C在6(T10(TC加热，至体系完全聚合；然后在8(T250°C干燥 得固体，冷却后研磨，并在空气氛围，60(T80(TC煅烧2飞h，得高红外反射的钛酸盐纳米粉 体。
本发明提供的钛酸盐纳米粉体的制备步骤是首先在丙烯酸水溶液中形成M与 Ti的丙烯酸盐均勻分散体系，通过一定温度下聚合，得到前驱体；然后将所述前躯体在加 热条件下热分解，并在高温下(60(T80(TC)处理后得到均相MxTiOy纳米粉体，其为尺寸在 20 80nm。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于1、本发明提供的方法所制备得到的钛酸盐纳米粉体分散性好，尺寸均勻，在2(T80nm 范围内；2、本发明提供的方法所制备得到的钛酸盐纳米粉体颜色鲜明，具有较好的红外反射性 能，如图7所示MxTiOy纳米粉体的近红外反射率平均值为45%，尤其适合用于外墙用隔热涂 料、保温材料表面处理等领域；3、本发明提供的方法制备得到的钛酸盐纳米粉体晶型规整，纯度高，是均相无杂质的 无机纳米粉体颜料；4、本发明提供的制备方法所需的原料宜得，成本低廉；5、本发明所提供的制备方法中，钛酸盐纳米粉体的前驱体在较低温度(60(T80(TC)下 煅烧即可得到均相不含杂质的钛酸盐纳米粉末。
6、本发明提供的制备方法工艺流程简单，可大量制备，适于工业化生产。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。
图1-1和图1-2分别是本发明实施例一制备的钛酸镍前躯体的TG和DSC热分析 曲线；图2-1和图2-2分别是本发明实施例二制备的钛酸铬前躯体的TG和DSC热分析曲线； 图3是本发明的实施例一制备的钛酸镍纳米粉体的TEM照片； 图4是本发明的实施例一制备的钛酸镍纳米粉体的XRD曲线； 图5是本发明的实施例二制备的钛酸铬纳米粉体的TEM照片； 图6是本发明的实施例二制备的钛酸铬纳米粉体的XRD曲线；图7是本发明制备的钛酸盐纳米粉体的光学测试曲线。
具体实施方式
实施例一①将7重量份的丙烯酸分散于去3重量份的去离子水中，在磁力搅拌下充分溶解，得丙 烯酸水溶液A ；②称取乙酸镍和钛酸正丁酯，加入至步骤①中的丙烯酸水溶液A中，在磁力搅拌下溶 解，得均相体系B，其中乙酸镍和钛酸正丁酯的摩尔比为1 1，钛酸正丁酯与丙烯酸水溶液A 的重量比为15:100 ；③在磁力搅拌的条件下，将重量含量为m的过硫酸铵的去离子水溶液加入至步骤② 中的均相体系B中，得溶液C，所述过硫酸铵与步骤①中的丙烯酸的重量比为0. 05 1 ；④将步骤③中得到的溶液C在100°C加热搅拌25min，使体系完全聚合，然后250°C干 燥池得固体，冷却后研磨，再置于马弗炉内，在空气氛围、600°C煅烧池，得亮黄色的钛酸镍 纳米粉体。
参见图1，由钛酸镍前驱体的热分析结果可知，钛酸镍的煅烧温度为600°C以上。 参见图3，本实施例制备的钛酸镍纳米粉体分散性好，尺寸均勻，在2(T80nm范围内；从图4 可以看出，采用实施例制备的钛酸镍纳米粉体的晶体结构完整，表明烧结处理得到了完整 的钛酸盐晶相。钛酸镍图谱与标准卡片JCPDS#33-0960基本吻合。
实施例二①将10重量份的丙烯酸分散于去4重量份的去离子水中，在磁力搅拌下充分溶解，得 丙烯酸水溶液A ；②称取乙酸铬和钛酸正丁酯，加入至步骤①中的丙烯酸水溶液A中，在磁力搅拌下溶 解，得均相体系B，其中乙酸铬和钛酸正丁酯的摩尔比为2 3，钛酸正丁酯与丙烯酸水溶液A 的重量比为20:100 ；③在磁力搅拌的条件下，将重量含量为5%的过硫酸铵的去离子水溶液加入至步骤② 中的均相体系B中，得溶液C，所述过硫酸铵与步骤①中的丙烯酸的重量比为0. 01:1 ；④将步骤③中得到的溶液C在80°C加热搅拌15min，使体系完全聚合，然后180°C干燥 池得固体，冷却后研磨，再置于马弗炉内，在空气氛围、600°C煅烧证，得褐绿色的钛酸铬纳 米粉体。
参见图2，由钛酸铬前驱体的热分析结果可知，钛酸铬的煅烧温度为500°C以上。 从图5可以看出，本实施例制得的钛酸铬纳米粉体分散性好，尺寸均勻，在2(T80nm范围内； 从图6可以看出，采用本发明专利的制备方法得到的钛酸盐纳米粉体的晶体结构完整，表 明烧结处理得到了完整的钛酸盐晶相。钛酸铬图谱主要表现为氧化铬与二氧化钛的固溶 体。
实施例三①将8重量份的丙烯酸分散于去4重量份的去离子水中，在磁力搅拌下充分溶解，得丙 烯酸水溶液A ；②称取乙酸镍和钛酸正丁酯，加入至步骤①中的丙烯酸水溶液A中，在磁力搅拌下溶解，得均相体系B，其中乙酸镍和钛酸正丁酯的摩尔比为1 10，钛酸正丁酯与丙烯酸水溶液 A的重量比为25:100 ；③在磁力搅拌的条件下，将重量含量为m的过硫酸铵的去离子水溶液加入至步骤② 中的均相体系B中，得溶液C，所述过硫酸铵与步骤①中的丙烯酸的重量比为0. 05:1 ；④将步骤③中得到的溶液C在90°C加热搅拌lOmin，使体系完全聚合，然后200°C干燥 池得固体，冷却后研磨，再置于马弗炉内，在空气氛围、800°C煅烧2.证，得淡黄色的钛酸镍 纳米粉体。
实施例四①将4重量份的丙烯酸分散于去1重量份的去离子水中，在磁力搅拌下充分溶解，得丙 烯酸水溶液A ；②称取乙酸铬和钛酸正丁酯，加入至步骤①中的丙烯酸水溶液A中，在磁力搅拌下溶 解，得均相体系B，其中乙酸铬和钛酸正丁酯的摩尔比为1 10，钛酸正丁酯与丙烯酸水溶液 A的重量比为30:100 ；③在磁力搅拌的条件下，将重量含量为m的过硫酸铵的去离子水溶液加入至步骤② 中的均相体系B中，得溶液C，所述过硫酸铵与步骤①中的丙烯酸的重量比为0. 06:1 ；④将步骤③中得到的溶液C在80°C加热搅拌55min，使体系完全聚合，然后250°C干燥 池得固体，冷却后研磨，再置于马弗炉内，在空气氛围、600°C煅烧4h，得黄色的钛酸铬纳米 粉体。
实施例五①将6重量份的丙烯酸分散于去5重量份的去离子水中，在磁力搅拌下充分溶解，得丙 烯酸水溶液A ；②称取乙酸镍和乙酸钛，加入至步骤①中的丙烯酸水溶液A中，在磁力搅拌下溶解，得 均相体系B，其中乙酸镍和乙酸钛的摩尔比为4:10，乙酸钛与丙烯酸水溶液A的重量比为 40:100 ；③在磁力搅拌的条件下，将重量含量为10%的过硫酸钾的去离子水溶液加入至步骤② 中的均相体系B中，得溶液C，所述过硫酸钾与步骤①中的丙烯酸的重量比为0. 1:1 ；④将步骤③中得到的溶液C在100°C加热搅拌lOmin，使体系完全聚合，然后200°C干 燥4h得固体，冷却后研磨，再置于马弗炉内，在空气氛围、700°C煅烧池，得亮浅黄色的钛酸 镍纳米粉体。
权利要求
1.一种高红外反射的钛酸盐纳米粉体的制备方法，所述钛酸盐纳米粉体为MxTiOy，其 中M为镍或铬，χ和y为正整数；其特征在于所述钛酸盐纳米粉体的制备步骤如下①将重量比为广4:1的丙烯酸与水混合，得丙烯酸水溶液A；②称取可溶的M盐与Ti盐，加入至步骤①中的丙烯酸水溶液A中，溶解，得均相体系B， 其中M盐与Ti盐的摩尔比为广0. 1:1, Ti盐与丙烯酸水溶液A的重量比为15、0:100 ；③在搅拌的条件下，将重量含量为2 10%的过氧类引发剂的水溶液加入至步骤②的均 相体系B中，得溶液C;④将步骤③中得到的溶液C在6(T10(TC加热，至体系完全聚合；然后在8(T250°C干燥 得固体，冷却后研磨，并在空气氛围、60(T80(TC煅烧2飞h，得高红外反射的钛酸盐纳米粉 体。
2.根据权利要求1所述的高红外反射的钛酸盐纳米粉体的制备方法，其特征在于步骤 ②中所述M盐为乙酸铬或乙酸镍；所述Ti盐为钛酸丁酯或乙酸钛。
3.根据权利要求2所述的高红外反射钛酸盐纳米粉体的制备方法，其特征在于步骤③ 中所述过氧类弓I发剂是无机过氧类引发剂。
4.根据权利要求3所述的高红外反射钛酸盐纳米粉体的制备方法，其特征在于所述无 机过氧类引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵。
5.根据权利要求4所述的高红外反射的钛酸盐纳米粉体的制备方法，其特征在于过氧 类引发剂与丙烯酸的重量比为0.0广0. 1:1。
全文摘要
本发明公开了一种高红外反射的钛酸盐纳米粉体的制备方法，属于纳米材料的制备领域。所述钛酸盐纳米粉体的通式为MxTiOy，其中M为镍或铬；其按照下述步骤进行制备①将重量份数比为1~4:1的丙烯酸与水混合，得丙烯酸水溶液A；②称取可溶的M盐与Ti盐，加入至步骤①中的丙烯酸水溶液A中，溶解，得均相体系B；③在搅拌的条件下，将重量含量为2~10%的过氧类引发剂的水溶液加入至步骤②中的均相体系B中，得溶液C；④将步骤③中得到的溶液C在60~100℃加热至体系完全聚合，后在80~250℃干燥得固体，冷却后研磨，并在氛围、600~800℃煅烧2~5h。本发明所制备的纳米粉末分散性好，尺寸均匀在20~80nm范围内。
文档编号B82Y40/00GK102030376SQ20101055705
公开日2011年4月27日 申请日期2010年11月24日 优先权日2010年11月24日
发明者吕臣敬, 康勇, 张光磊, 李元庆, 梅世刚, 王建雷, 田秀淑 申请人:石家庄铁道大学