一种金属陶瓷纳米基体太阳能吸热涂层材料及其该涂层的制备方法

摘要

本发明公开了一种金属陶瓷纳米基体太阳能吸热涂层材料，涂层材料的组分中包括成膜物、发色体和溶剂，成膜物由高透明的丙烯酸树脂材料组成，所述发色体为纳米级粉体颜料，溶剂是由二甲苯和乙二醇苯醚组成的混合溶剂，所述成膜物与发色体和溶剂的重量比为4～5：6～8：12～13。本发明还公开了该涂层的制备方法。本发明采用纳米级粉体颜料，该涂层材料具有光谱选择性和可见光吸收率高及发射率低的良好性能。采用本发明涂层材料制备太阳能吸热涂层时工艺简单，研磨形成分散体系后直接喷涂于太阳能吸热板芯向阳面即可，无需特别设备，制备成本低廉。

说明书

技术领域

本发明属于太阳能技术领域，具体涉及一种金属陶瓷纳米基体太阳能吸热涂层材料，本发明还涉及该涂层的制备方法。

背景技术

目前市面上普遍采用的是在平板集热器的吸热板芯上喷涂黑色有机涂层，如黑色氟碳树脂、黑色环氧树脂、黑色聚氨酯树脂等，因为采用了普通的树脂材料作为粘合剂及以碳黑或者黑色颜料作为发色体，因此会造成：1.涂层不耐候，过早粉化和退色，2.由于采用的是普通碳黑或者黑色颜料作为发色体，无光谱选择性，因此它的涂层发射率很高，这样就造成了太阳能平板集热器的热效率低。

根据国家能源局制定的《国家能源科技“十二五”规划》，到2015年，我国将努力建立有竞争性的可再生能源产业体系，风电、太阳能、生物质能、太阳能热利用及核电等非化石能源开发总量将达到4.8亿吨标准煤。故太阳能及太阳能热利用将会有更加广阔的发展前景。

选择性吸收层是光吸收体系中用于吸收光能的核心功能部分，通常用于太阳能集热元件或太阳能选择性吸收涂层体系中。目前应用于太阳能热利用行业的太阳能选择性吸收涂层的结构为从内到外依次为红外高反射金属底层、高金属体积比吸收层、低金属体积比吸收层、减反射层。如专利号为200810159261.2、名称为“太阳能选择性吸收涂层及其制备方法”的中国发明专利，公开了由下而上依次包括金属底层、吸收层和减反射层的太阳能选择性吸收涂层，在金属底层上沉积第一阻热扩散层，在吸收层上沉积第二阻热扩散层，该吸收涂可有效防止涂层间的热扩散作用，使热效率得到提高。

制备一种优良的选择性吸收涂层关键在于选择具有较佳的太阳光谱选择性的材料和制备工艺，现行涂层多选择铝作为溅射阴极，与氮气进行反应生成渐变膜形式的薄膜，这种薄膜适宜于低温真空使用，抗烘烤性差；采用干涉膜制备的薄膜的抗烘烤性优于渐变膜制备的薄膜，但制备时要求对各层的光学常数、厚度等进行精确控制，制备工艺复杂并且所涉及的材料相对昂贵。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种新型太阳能吸热涂层材料，使用该涂层材料制备的吸收层具有耐候性好，附着力强，褪色及吸热衰减小，吸收高反射低的优点。

本发明的技术方案如下：

一种金属陶瓷纳米基体太阳能吸热涂层材料，所述涂层材料的组分中包括成膜物、发色体和溶剂：所述成膜物为重量比为1000：1的丙烯酸树脂材料和分散剂组成，所述发色体为纳米级粉体颜料，所述溶剂是由乙二醇苯醚与二甲苯或乙二醇苯醚与重量为1：1的环己酮和乙酸丁酯组成的混合溶剂。

作为本发明的改进，上述溶剂中乙二醇苯醚与二甲苯的重量比为1：2。

上述溶剂中乙二醇苯醚与环己酮和乙酸丁酯的重量比为1：1：1。

作为本发明进一步的改进，上述成膜物与发色体和溶剂的重量比为4～5：6～8：12～13。

更进一步地，上述成膜物与发色体和溶剂的重量比为4：6：12。

上述纳米级粉体颜料由纳米级钛、纳米级镍、纳米级氧化铜和纳米级氧化锰粉体组成，所述纳米级钛与纳米级镍、纳米级氧化铜和纳米级氧化锰的重量比为1～1.2：1～1.2：2～2.6：2～2.6。

上述纳米级钛与纳米级镍、纳米级氧化铜和纳米级氧化锰的重量比进一步优选为1：1：2：2。

上述纳米级粉体颜料由纳米级钛、纳米级镍、纳米级氧化铜和纳米级氮化钛粉体组成。

本发明还公开了一种金属陶瓷纳米基体太阳能吸热涂层的制备方法，包括如下步骤：

按所述的涂层材料称取各组分，倒入分散研磨机中研磨20～30小时形成均匀的分散体系后，喷涂于太阳能吸热板芯向阳面即可，所述涂层厚度控制在5～8微米。

采取上述技术方案，本发明具有的有益效果为：

1、本发明的涂层材料采用纳米级粉体颜料，该涂层材料具有光谱选择性和可见光吸收率高及发射率低的良好性能、热效率高。

2、采用本发明涂层材料制备太阳能吸热涂层时工艺简单，研磨形成分散体系后直接喷涂于太阳能吸热板芯向阳面即可，无需特别设备，制备成本低廉，涂层表面硬度高、耐高温，保证了较高的热电转换效率及高的使用强度。

3、本发明涂层材料采用丙烯酸树脂，具有透光性好、粘合性强，涂层耐候性好的优点。

具体实施方式

实施例1

一种金属陶瓷纳米基体太阳能吸热涂层材料，制备步骤如下：

第一步配溶剂，溶剂由乙二醇苯醚、二甲苯组成(重量比为1：2)；

第二步配树脂，由丙烯酸和分散剂组成1000：1液体；

第三步配制纳米粉体材料，由纳米钛、纳米镍、氧化铜、氮化钛组成(重量比为1：1：2：2)；

第四步混合研磨，将粉体材料、树脂加入溶剂中，放入研磨机混合研磨，时间20小时，温度≤20℃，将粉体材料磨细均匀分散在溶剂中，形成陶瓷水性纳基钛涂料；

第五步静电喷涂，用强磁涡流高压吸附技术将配制成的涂料喷涂于太阳能集热器铝合金板芯上，室温25℃，湿度60％以下，高压静电无尘环境；膜层厚度5-8μm；

第六步烘烤，用烘箱将涂层烘干在板芯上形成致密的金属陶瓷纳基钛膜层，烘箱工作温度180℃，时间为25分钟。

所制得的太阳能选择性吸收涂层的检测结果如下：

1、太阳光之吸收比≥95％，红外发射率(80℃)≤10％；

2、耐热性能：80-300℃，吸收比保持在原值95％以上；

3、耐中性盐雾性能：实测10000小时，吸收比保持在原值95％以上无黄变、无脱层、无起层。

实施例2

一种金属陶瓷纳米基体太阳能吸热涂层材料，制备步骤如下：

第一步配溶剂，溶剂由乙二醇苯醚、环己酮、乙酸丁酯组成(重量比为1：1：1)；

第二步配树脂，由丙烯酸和分散剂组成1000：1液体；

第三步配制纳米粉体材料，由纳米钛、纳米镍、氧化铜、氮化钛组成1：1：2：2；

第四步混合研磨，将粉体材料、树脂加入溶剂中，放入研磨机混合研磨，时间20小时，温度≤20℃，将粉体材料磨细均匀分散在溶剂中，形成陶瓷水性纳基钛涂料；

第五步静电喷涂，用强磁涡流高压吸附技术将配制成的涂料喷涂于太阳能集热器铝合金板芯上，室温25℃，湿度60％以下，高压静电无尘环境；膜层厚度5-8μm。

第六步烘烤，用烘箱将涂层烘干在板芯上形成致密的金属陶瓷纳基钛膜层，烘箱工作温度180℃，时间为25分钟。

所制得的太阳能选择性吸收涂层的检测结果如下：

1、太阳光之吸收比≥95％，红外发射率(80℃)≤10％；

2、耐热性能：80-300℃，吸收比保持在原值95％以上；

3、耐中性盐雾性能：实测10000小时，吸收比保持在原值95％以上无黄变、无脱层、无起层。

实施例3

一种金属陶瓷纳米基体太阳能吸热涂层材料，制备步骤如下：

第一步配溶剂，溶剂由乙二醇苯醚、环己酮、乙酸丁酯组成(重量比为1：1：1)；

第二步配树脂，由丙烯酸和分散剂组成1000：1液体；

第三步配制纳米粉体材料，由纳米钛、纳米镍、氧化铜、氧化锰组成1：1：2：2

第四步混合研磨，将粉体材料、树脂加入溶剂中，放入研磨机混合研磨，时间20小时，温度≤20℃，将粉体材料磨细均匀分散在溶剂中，形成陶瓷水性纳基钛涂料；

第五步静电喷涂，用强磁涡流高压吸附技术将配制成的涂料喷涂于太阳能集热器铝合金板芯上，室温25℃，湿度60％以下，高压静电无尘环境；膜层厚度5-8μm；

第六步烘烤，用烘箱将涂层烘干在板芯上形成致密的金属陶瓷纳基钛膜层，烘箱工作温度180℃，时间为25分钟。

所制得的太阳能选择性吸收涂层的检测结果如下：

1、太阳光之吸收比≥95％，红外发射率(80℃)≤10％；

2、耐热性能：80-300℃，吸收比保持在原值95％以上；

3、耐中性盐雾性能：实测10000小时，吸收比保持在原值95％以上无黄变、无脱层、无起层。

实施例4

一种金属陶瓷纳米基体太阳能吸热涂层材料，涂层材料的各组分重量比为：丙烯一种金属陶瓷纳米基体太阳能吸热涂层材料，制备步骤如下：

第一步配溶剂，溶剂由乙二醇苯醚、环己酮、乙酸丁酯组成(重量比为1：1：1)；

第二步配树脂，由丙烯酸和分散剂组成1000：1液体；

第三步配制纳米粉体材料，由纳米钛、纳米镍、氧化铜、氧化锰组成1.2：1.2：2.6：2.6；

第四步混合研磨，将粉体材料、树脂加入溶剂中，放入研磨机混合研磨，时间20小时，温度≤20℃，将粉体材料磨细均匀分散在溶剂中，形成陶瓷水性纳基钛涂料；

第五步静电喷涂，用强磁涡流高压吸附技术将配制成的涂料喷涂于太阳能集热器铝合金板芯上，室温25℃，湿度60％以下，高压静电无尘环境；膜层厚度5-8μm；

第六步烘烤，用烘箱将涂层烘干在板芯上形成致密的金属陶瓷纳基钛膜层，烘箱工作温度180℃，时间为25分钟。

所制得的太阳能选择性吸收涂层的检测结果如下：

1、太阳光之吸收比≥95％，红外发射率(80℃)≤10％；

2、耐热性能：80-300℃，吸收比保持在原值95％以上；

3、耐中性盐雾性能：实测10000小时，吸收比保持在原值90％以上无黄变、无脱层、无起层。

实施例5

一种金属陶瓷纳米基体太阳能吸热涂层材料，涂层材料的各组分重量比为：丙烯一种金属陶瓷纳米基体太阳能吸热涂层材料，制备步骤如下：

第一步配溶剂，溶剂由乙二醇苯醚、二甲苯组成(重量比为1：2)；

第二步配树脂，由丙烯酸和分散剂组成1000：1液体；

第三步配制纳米粉体材料，由纳米钛、纳米镍、氧化铜、氧化锰组成1.2：1.2：2.6：2.6；

第四步混合研磨，将粉体材料、树脂加入溶剂中，放入研磨机混合研磨，时间20小时，温度≤20℃，将粉体材料磨细均匀分散在溶剂中，形成陶瓷水性纳基钛涂料；

第五步静电喷涂，用强磁涡流高压吸附技术将配制成的涂料喷涂于太阳能集热器铝合金板芯上，室温25℃，湿度60％以下，高压静电无尘环境；膜层厚度5-8μm；

第六步烘烤，用烘箱将涂层烘干在板芯上形成致密的金属陶瓷纳基钛膜层，烘箱工作温度180℃，时间为25分钟。

所制得的太阳能选择性吸收涂层的检测结果如下：

1、太阳光之吸收比≥95％，红外发射率(80℃)≤10％；

2、耐热性能：80-300℃，吸收比保持在原值95％以上；

3、耐中性盐雾性能：实测10000小时，吸收比保持在原值95％以上无黄变、无脱层、无起层。